CN101898354B

CN101898354B - 智能家政服务机器人

Info

Publication number: CN101898354B
Application number: CN 201010262193
Authority: CN
Inventors: 颜小洋; 杨芳; 余意
Original assignee: JIANGYIN ZHONGKE KINGSCORE TECH Co Ltd
Current assignee: Jiangyin Zhongke KingScore Tech Co., Ltd.
Priority date: 2010-08-25
Filing date: 2010-08-25
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2030-08-25
Also published as: CN101898354A

Abstract

本发明公开一种智能家政服务机器人，包括：监测单元，与智能单元相连，用于把监测到的环境信息发送给智能单元；交互单元，与智能单元相连，用于将接收到的指令发送给智能单元；智能单元，与监测单元、交互单元、动作单元相连，用于将环境信息和指令转化为动作指令，并将动作指令发送给动作单元；动作单元，与智能单元相连，用于根据动作指令实施相应动作。本发明所述智能家政服务机器人特别针对1～3岁儿童，可替代传统的家政服务，具有智能化程度高、成本低、安全性高的特点。

Description

智能家政服务机器人

技术领域

本发明涉及服务机器人领域，特别涉及针对1～3岁儿童的一种智能家政服务机器人。

背景技术

1～3岁的儿童，对周围世界的好奇心极强、爱动手、精力充沛，但操作和思考能力却并不成熟，需要家长付出大量精力照看。而随着社会事业和经济建设的发展，人们生活节奏加快，年轻家长照顾儿童的时间越来越少。考虑到经济、安全、亲情等因素，而且传统的家政从业人员素质参差不齐，家长并不放心将孩子交由他人照料，为机器人进入家政服务领域，以替代传统的家政服务提供了契机。

对现有技术进行检索，申请号为CN200610032660.3的专利中描述：

一种家政服务机器人，包括：行进装置、感知装置、接收装置、发送装置、控制装置、执行装置、存储装置、交互装置等；该感知装置将在家庭居住环境内感知到的信息传送给控制装置，控制装置发出指令，执行装置做出响应，并进行防盗监测、安全检查、清洁卫生、物品搬运、家电控制，以及家庭娱乐、病况监视、儿童教育、报时催醒、家用统计等工作；

该技术方案的不足之处在于：

①方案过于繁杂，导致成本增加；②不适合1～3岁的儿童。

申请号为CN200710087264.5的专利中描述：

一种交互式家庭娱乐机器人及相关控制方法，包括：识别装置、环境检测装置、智能装置，行为装置；识别装置接收使用者所下达的输入信号，环境检测单元检测背景环境信息，智能单元根据命令信号与环境信号输出相对应的行为信号；该发明专利涉及的机器人能根据使用者下达的命令与背景环境来播放歌曲和执行操作，能和使用者进行互动。

该技术方案的不足之处在于：①智能性不足；②安全性不够。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能家政服务机器人，可以很好的解决现有技术中存在的如下问题：方案过于繁杂导致成本增加；不适合1～3岁的儿童；以及智能性不足；安全性不够的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种智能家政服务机器人，包括：

监测单元，与智能单元相连，用于把监测到的环境信息发送给智能单元；

交互单元，与智能单元相连，用于将接收到的指令发送给智能单元；

智能单元，与监测单元、交互单元、动作单元相连，用于将环境信息和指令转化为动作指令，并将动作指令发送给动作单元；

动作单元，与智能单元相连，用于根据动作指令实施相应动作；

监测单元包括：摄像机、超声传感器、红外传感器、光电编码器和水平仪。

交互单元包括遥控模块、信息接收与显示模块；遥控模块优选为智能家居多功能遥控器，在室内的作用距离不少于30米，在室外的作用距离不少于50米，以保证对家政服务机器人的有效控制；所述信息接收与显示模块中控制面板LED显示器可显示智能家政服务机器人的工作模式和工作状态，可播放视频，使用扬声器可实现语音的放大，USB接口使用户可自行选择下载音乐。

智能单元包括图像处理卡，数据采集卡，ARM控制器；其中，ARM控制器包括ARM920T微处理器核，ROM，RAM，A/D转换芯片，D/A转换芯片，JTAG调试接口等；其中，所述图像处理卡连接所述摄像机，所述数据采集卡连接所述超声传感器、红外传感器、光电编码器和水平仪。

动作单元采用后轮独立驱动，前轮随动；动作单元由2个直流伺服电机、2个减速箱、2个驱动轮、2个光电编码器、1个直流伺服电机驱动电路组成；其中2个直流伺服电机通过直流伺服电机驱动电路与智能单元3连接，2个直流伺服电机的转轴分别与2个减速箱以及光电编码器连接，2个减速箱分别和2个驱动轮连接；1个随动轮安装在底座正前方。

交互单元控制面板上的按钮设有特殊键，通过与其他按键一起构成死锁键，而且，将智能家政服务机器人的控制面板设置于合适的位置，从软件上和硬件上减少因儿童误操作或碰撞造成的工作模式错误引起的危险系数。

智能家政服务机器人的特征在于工作模式包括：自动模式、手动模式和遥控模式。

智能单元通过避障策略实现智能家政服务机器人的有效避障，机器人红外传感器可探测4根定位标杆所发射的红外线，用于机器人特定区域漫游的边界确定与避障，光电编码器测量机器人驱动轮的速度，用于闭环控制和危险告警，水平仪测量机器人倾角，用于危险告警；在自动模式的大范围区域中，采用视觉传感器结合超声传感器进行导航定位与紧急避障；在特定区域里，除了采用视觉传感器结合超声传感器进行导航定位和紧急避障外，还采用红外传感器探测定位标杆发出的红外线，作为运动边界。

供电装置采用化学可充电电池，电池容量满足充电一次工作2个小时以上；四周安装减震气囊，尽量减少对人造成伤害。

本发明的有益效果：1、安全性能显著；2、使用针对性强；3、设计巧妙，成本低。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明实施例所述的一种智能家政服务机器人的装置组成及信息传递图；

图2是本发明实施例所述的一种智能家政服务机器人中监测单元、智能单元、交互单元的结构组成及相互之间信息交互图；

图3是一种智能家政服务机器人的操作方法流程图。

具体实施方式

如图1至3所示，给出本发明所述的一种智能家政服务机器人，包括：

监测单元1，与智能单元3相连，用于将监测到的环境信息发送给智能单元3；

监测单元1包括：用于测量距离的超声传感器101，用于探测定位标杆所发射红外线的红外传感器102，用于测量机器人驱动轮速度的光电编码器103，以及用于测量机器人和水平面倾角的水平仪104，用于拍摄障碍物图像的摄像机105；

交互单元2，与智能单元3相连，用于将接收到的指令发送给智能单元3；交互单元2包括信息接收与显示模块201和遥控模块202。

遥控模块202优选为智能家居多功能遥控器，在室内的作用距离不少于30米，在室外的作用距离不少于50米，以保证对家政服务机器人的有效控制；

智能单元3与监测单元1、交互单元2、动作单元4连接，用于将环境信号和指令转换为动作指令，并将动作指令发送给动作单元4；

具体的，智能单元3包括数据采集卡301，图像处理卡302，ARM控制器303，其中，ARM控制器303包括ARM920T微处理器核，ROM，RAM，A/D转换芯片，D/A转换芯片，JTAG调试接口等；其中，数据采集卡301连接超声传感器101、红外传感器102、光电编码器103和水平仪104，图像处理卡302连接摄像机105。

动作单元4，与智能单元3相连，用于根据动作指令实施相应动作，动作单元4采用后轮独立驱动，前轮随动，动作单元4由2个直流伺服电机、2个减速箱、2个驱动轮、2个光电编码器、1个直流伺服电机驱动电路组成，其中2个直流伺服电机通过直流伺服电机驱动电路与智能单元3连接，2个直流伺服电机的转轴分别与2个减速箱以及光电编码器连接，2个减速箱分别和2个驱动轮连接；1个随动轮安装在底座正前方。

该智能家政服务机器人的操作方法如图3所示：

机器人启动后，可由控制面板或遥控模块202设置工作模式。具体的，工作模式包括：自动模式、手动模式和遥控模式。

遥控模式优先级最高；自动模式和手动模式优先级相同，但不能同时使用，自动模式或手动模式的优先级低于遥控模式。所以当处于自动模式或手动模式时如果遇到遥控指令，将转向遥控模式执行。

遥控器在家长手中，通过操作遥控器上的方向操纵杆来控制机器人行进方向，通过遥控器上的按钮来设置工作模式、执行影音播放功能等。

手动模式下，儿童驾驶机器人，方向盘控制机器人行进方向。若小孩出现操作失误，例如驾驶机器人向障碍物冲去，则家长给出遥控指令，转向安全方向。

在自动模式，家政服务机器人体现智能性。机器人通过自身传感器不断探测周围环境信息，环境信息包括：超声传感器101反馈的距离信息，红外传感器102探测到的4根定位标杆所发射的红外线，光电编码器103测量出的机器人驱动轮的速度，水平仪104测量出的家政服务机器人的倾角，摄像头105拍摄到的障碍物信息等。

具体的，摄像头105将拍摄到的障碍物信息传送给图像处理卡302，超声传感器101反馈的距离信息、红外传感器102探测到的4根定位标杆所发射的红外线、光电编码器103测量出的机器人驱动轮的速度、水平仪104测量出的家政服务机器人的倾角均发送给数据采集卡301。

智能单元3对接收到的环境信息进行数据处理，信息融合，构建环境实时地图。然后依次判断是否为红外边界，前方是否有障碍物。若是，则按避障策略移动(红外边界按障碍物处理)；若否，则按程序预定策略漫游。智能单元3中ARM控制器303生成对应的动作指令，并将动作指令发送给动作单元4，动作单元4执行上述动作指令。若家长想改变机器人漫游路径，可以给出遥控指令，机器人转到遥控器期望路径行驶。

三种工作模式都有安全检测环节，若经光电编码器检测到机器人启动后长时间速度为零说明机器人出现了故障，可驱动扬声器报警；水平仪测量机器人与水平面的倾角，若倾角大于设置的安全值，说明机器人有倾倒的危险，或已经倾倒，可驱动扬声器报警。

最后判断是否结束，若是，则机器人停车，关闭电源；若否，则按相应模式继续行进，其中结束指令可以由遥控器直接给出，或定时结束。

Claims

1.一种智能家政服务机器人，包括：

监测单元，与智能单元相连，用于把监测到的环境信息发送给所述智能单元；所述监测单元包括：摄像机、超声传感器、红外传感器、光电编码器和水平仪；

动作单元，与所述智能单元相连；

交互单元，与所述智能单元相连，用于将接收到的指令发送给所述智能单元；所述交互单元包括遥控模块、信息接收与显示模块；所述遥控模块为智能家居多功能遥控器，在室内的作用距离不少于30米，在室外的作用距离不少于50米，以保证对家政服务机器人的有效控制；所述信息接收与显示模块中控制面板LED显示器能够显示智能家政服务机器人的工作模式和工作状态，能够播放视频，使用扬声器能够实现语音的放大，USB接口使用户能够自行选择下载音乐；

交互单元的控制面板上的按钮设有特殊键，通过与其他按键一起构成死锁键，而且，将智能家政服务机器人的控制面板设置于合适的位置，从软件上和硬件上减少因儿童误操作或碰撞造成的工作模式错误引起的危险系数；

智能单元，与所述监测单元、所述交互单元、所述动作单元相连，用于将所述环境信息和所述指令转化为动作指令，并将所述动作指令发送给所述动作单元，所述动作单元，用于根据所述动作指令实施相应动作；

智能单元通过避障策略实现智能家政服务机器人的有效避障，红外传感器能够探测4根定位标杆所发射的红外线，用于机器人特定区域漫游的边界确定与避障，光电编码器测量机器人驱动轮的速度，用于闭环控制和危险告警，水平仪测量机器人倾角，用于危险告警；机器人的工作模式包括：自动模式、手动模式和遥控模式，在自动模式的大范围区域中，采用摄像头结合超声传感器进行导航定位与紧急避障；在特定区域里，除了采用摄像头结合超声传感器进行导航定位和紧急避障外，还采用红外传感器探测定位标杆发出的红外线，作为运动边界。

2.根据权利要求1所述智能家政服务机器人，其特征在于所述智能单元包括图像处理卡，数据采集卡，ARM控制器；其中，ARM控制器包括ARM920T微处理器核，ROM，RAM，A/D转换芯片，D/A转换芯片，JTAG调试接口；其中，所述图像处理卡连接所述摄像机，所述数据采集卡连接所述超声传感器、红外传感器、光电编码器和水平仪。

3.根据权利要求1所述智能家政服务机器人，其特征在于所述动作单元采用后轮独立驱动，前轮随动；动作单元由2个直流伺服电机、2个减速箱、2个驱动轮、1个随动轮、2个光电编码器、1个直流伺服电机驱动电路组成；其中2个直流伺服电机通过直流伺服电机驱动电路与智能单元(3)连接，2个直流伺服电机的转轴分别与2个减速箱以及光电编码器连接，2个减速箱分别和2个驱动轮连接；1个随动轮安装在底座正前方。

4.根据权利要求1所述智能家政服务机器人，其特征还在于供电装置采用化学可充电电池，电池容量满足充电一次工作2个小时以上；四周安装减震气囊，尽量减少对人造成伤害。