CN101927492A - 一种家用智能机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种家用智能机器人系统，它包括用户端、服务端和用户；用户端包括机器人本体一充电及网络管理系统，机器人本体包括人机接口模块、主控制器、环境监测模块、机器人定位模块、电机驱动模块、视觉模块、语音模块、数据存储模块、无线数据传输模块和电源管理模块；服务端包括用户服务平台和服务端定制产品服务器；用户通过计算机在用户服务平台上注册信息，为定制服务提供信息支持；用户的注册信息经用户服务平台汇总到服务端定制产品服务器后，经分析处理生成相应的定制服务数据包，再由服务端定制产品服务器将该数据包发送到用户端。本发明能适用于各类人群的功能，且智能化程度较高。本发明可以广泛应用于各种环境中的机器人系统中。

Description

一种家用智能机器人系统

技术领域

本发明涉及一种机器人系统，特别是关于一种在家庭环境中使用的家用智能机器人系统。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，以及机器人技术的不断进步，机器人进入家庭已经成为可能。现在从事机器人商用化的公司大多是将机器人作为教学器具，应用于教学。但是，此类机器人通常作为学校进行C语言培训、电子电路教学的辅助工具，对用户的能力要求较高，因此面向的学生大多是高中以上的在校生。目前，市场上出现了一些家用机器人，例如除草机器人、搬用机器人、清洁机器人。国内市场上销售的用于家庭的机器人产品是一种称为清洁机器人的智能吸尘器，它主要承担家居环境的清洁工作。此类机器人主要承担一些家庭生活中的繁琐，或是重复性的事情，其功能单一，智能化程度较低。除了能给用户提供特定的服务外(如扫地)，没有任何附加值，也没有升级换代的可能。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种适用于各类人群、功能较多且智能化程度较高的家用智能机器人系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种家用智能机器人系统，其特征在于：它包括用户端、服务端和用户；所述用户端包括一机器人本体和一充电及网络管理系统，所述机器人本体包括一人机接口模块、一主控制器、一环境监测模块、一机器人定位模块、一电机驱动模块、一视觉模块、一语音模块、一数据存储模块、一无线数据传输模块和一电源管理模块；所述人机接口模块通过媒介与所述用户进行人机信息交互，并将接受到的数据传输至所述主控制器内；所述环境监测模块将实时检测到的家居环境信息输入所述主控制器内；所述机器人定位模块将机器人本体外部信息传输至所述主控制器内处理后，完成对所述机器人本体所处环境的识别及定位；所述电机驱动模块在所述主控制器控制下，对伺服电机控制；所述视觉模块和语音模块将采集到的信号输入所述主控制器，所述主控制器将采集到的各种信号均输入所述数据存储模块内，与所述数据存储模块内预先调用的服务数据包进行对比完成语音识别；所述无线数据传输模块在所述主控制器控制下，按预先设定的时间通过无线网络和所述充电及网络管理系统与所述服务端进行信息交互；所述机器人本体内的各个模块均由所述电源管理模块供电；所述服务端包括一用户服务平台和一服务端定制产品服务器，所述用户服务平台具有内容发布、产品展示、用户管理、定制服务和论坛功能单元；所述服务端定制产品服务器将所述用户服务平台更新的数据包发送到所述用户端；所述充电及网络管理系统包括一智能充电管理模块、一短距离无线数据传输模块、一以太网接口及文件传输模块和另一用作大容量数据存储器的主控制器；所述短距离无线数据传输模块通过无线网络采集所述机器人本体中电源管理模块的各种数据信息，所述智能充电管理模块根据数据信息发出对电池的控制信号，控制信号经所述主控制器输入所述短距离无线数据传输模块内，经无线网络传输至所述电源管理模块中；所述机器人本体通过无线网络将下载更新服务数据包的控制命令传输至所述短距离无线数据传输模块后，经所述主控制器传输至所述智能充电管理模块内，由所述智能充电管理模块发出的下载命令经所述主控制器传输至所述以太网接口及文件传输单元内，启动以太网连接程序，从所述服务端下载更新服务数据包，并存储在所述主控制器内；所述智能充电管理模块通过所述短距离无线数据传输模块向所述机器人本体发出下载完毕通知命令，等待所述机器人本体拷贝更新数据包。

所述机器人本体充电时，当电量达到规定值时，所述机器人本体内的主控制器发出服务数据包传输命令，将保存在所述主控制器内的更新服务数据包拷贝至所述机器人本体的数据存储模块内。

所述机器人定位模块包括一自身状态感知单元和一环境感知单元，所述自身状态感知单元由加速度传感器、电子罗盘和悬崖传感器组成；所述环境感知单元由测距传感器、防撞传感器和智能定位系统组成；所述自身状态感知单元和环境感知单元将感知的全部信息传输至所述主控制器，完成对所述机器人本体所处环境的识别和定位。

所述智能定位系统包括一个以上的信标和一设置在所述机器人本体内的信号接收单元，所述信号接收单元向各所述信标发出具有特定编码的询问信号，所述信标根据询问信号发出定位信号，定位信号经无线网络传输至所述信号接收单元，使所述机器人本体根据各定位信号确定自己的位置；各所述信标设置在各房间内较高的位置，或设置在各房间内比较隐蔽的位置。

所述人机接口模块包括主控制器、存储模块、手机模块、灯光效果模块、LED显示屏、指示灯、红外遥控模块、ZigBee/蓝牙、按键输入模块和投影仪；所述人机接口模块与所述用户进行信息交互方式采用手机、遥控器、按键或通过PC机无线网卡遥控。

所述机器人本体的主控制器采用RISC嵌入式微处理器。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用在用户端设置有机器人本体和充电及网络管理系统，机器人本体通过语音、灯光效果或指示灯等媒介与用户进行人机信息交互，且由充电及网络管理系统通过网络与服务端进行信息交互，当服务端内有更新的服务数据包时，可以通过充电及网络管理系统将服务数据包传输至机器人本体，可以根据各类用户的现实需求在服务端定制各种不同的功能，因此，实现了适用于各类人群的功能，且智能化程度较高。2、本发明由于采用了用户端和服务端分离的设计，用户可以根据自身的需要，预先在服务端定制各种功能数据包，因此，大大增强了本发明的服务。3、本发明由于在服务端设置有用户服务平台，使得每一个用户端的机器人本体都有一个强大的数据库支持，用户可以随时通过计算机更改、定制自己需要的功能。4、本发明的用户端中机器人本体的主控制器由于在采用RISC嵌入式微处理器，因此，进一步提高了智能化水平，可以对各种传感器采集到的信息进行实时分析处理，并根据用户定制的服务要求作出实时处理。5、本发明由于配备了多种检测家居生活环境的传感器，因此，实现了对家居环境进行实时监测，并告知用户针对当前环境的注意事项。6、本发明由于采用了模块化设计，因此，用户可以定制最适合自己需要的用户端的软件和硬件，实用性较好。本发明可以广泛应用于各种环境中的机器人系统中。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的机器人本体结构示意图；

图3是本发明的人机接口模块结构示意图；

图4是本发明的智能定位系统结构示意图；

图5是本发明的智能定位系统中信标结构示意图；

图6是本发明的智能定位系统中信号接收单元结构示意图；

图7是本发明的充电及网络管理系统结构示意图；

图8是本发明的服务端结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明包括用户端1、服务端6和用户7。

用户端1包括一机器人本体10和一充电及网络管理系统50，如图2所示，机器人本体10包括一人机接口模块11、一主控制器12、一环境监测模块13、一机器人定位模块14、一电机驱动模块15、一视觉模块16、一语音模块17、一数据存储模块18、一无线数据传输模块19和一电源管理模块20。人机接口模块11通过语音、灯光效果或指示灯等媒介与用户7进行人机信息交互，人机接口模块11并将接收到的数据传输至主控制器12内；环境监测模块13将实时检测到的家居环境信息输入主控制器12内；机器人定位模块14将机器人本体10外部信息传输给主控制器12内，由主控制器12进行处理后完成对机器人本体10所处环境的识别及定位；电机驱动模块15由主控制器12控制，电机驱动模块15在主控制器12的控制下，实现对伺服电机的控制，从而完成机器人的肢体动作(如手臂的动作)；视觉模块16和语音模块17将采集到的信号输入主控制器12内，主控制器12将采集到的各种信号均输入数据存储模块18内，与数据存储模块18内预先调用的服务数据包进行对比，进而实现机器人本体10对语音和图像的识别、环境的检测以及定位功能。其中，无线数据传输模块19在主控制器12控制下，按预先设定的时间通过无线网络和充电及网络管理系统50与服务端6进行信息交互，当服务端6内有更新的服务数据包时，无线数据传输模块19可以及时的将更新数据信息传入数据存储模块18内，以备使用。机器人本体10内的各个模块均由电源管理模块20进行供电。

上述实施例中，主控制器12采用RISC嵌入式微处理器。

如图3所示，上述实施例中，人机接口模块11与用户7进行信息交互方式可以采用手机、遥控器、按键或通过PC机无线网卡遥控。人机接口模块11包括主控制器111、存储模块112、手机模块113、灯光效果模块114、LED显示屏115、指示灯116、红外遥控接收模块117、ZigBee/蓝牙118、按键输入模块119和投影仪120。

主控制器111负责协调各部分的工作，决定各部分执行指令的先后顺序。

存储模块112中储存着各部分执行命令的信息。

手机模块113完成人机交互功能，可以实现机器人与人的远程通信和实时通信。

灯光效果模块114是辅助模块，为烘托气氛，例如：在主人唱歌的时候，机器人会根据旋律闪烁出五颜六色的灯光效果。

LED显示屏115用来显示人机交互过程中的信息。例如：教小孩子认字的时候，显示汉字，并显示该汉字的笔画、笔顺、拼音等；教小孩学英语时，显示单词、音标等；老人定制了梅兰芳的戏曲，在播放戏曲的同时，可以显示介绍梅兰芳生平的字幕、戏文等等信息；待机时显示万年历、室内温湿度、天气状况、机器人自身状况等。

指示灯116是用来指示机器人的各种工作状态。

红外遥控接收模块117是一种常规的遥控方式。通过红外遥控器，可以控制机器人完成各种规定的动作。

ZigBee/蓝牙118是通过手机蓝牙或Zigbee模块对机器人进行遥控，让其完成相应的功能。

按键输入模块119是进行人机交互的最直接方式。可以在机器人失控后紧急停止；可以通过键盘输入预先设定的指令、设定参数。

投影仪120完成辅助娱乐功能，在机器人本体10上设置投影仪120，可以将客户定制的各种服务中的视频文件投影在客户需要的地方，例如墙壁。同时，还可以将摄像头拍摄下来的景物投影到客户需要的地方，方便客户随时、随地查看。

上述实施例中，机器人定位模块14包括一自身状态感知单元和一环境感知单元，自身状态感知单元由加速度传感器、电子罗盘和悬崖传感器组成，用于确定机器人本体10自身的状态。环境感知单元由测距传感器、防撞传感器和智能定位系统30组成，用于确定机器人本体10外部的状态。自身状态感知单元和环境感知单元将感知的全部信息传输至主控制器12后，完成对机器人本体10所处环境的识别和定位。

如图4所示，智能定位系统30包括一个以上的信标31和一设置在机器人本体10内的信号接收单元32，信号接收单元32向各信标31发出具有特定编码的询问信号，信标31根据询问信号发出特定的、唯一的定位信号，定位信号经无线网络传输至信号接收单元32，使得机器人本体10根据各定位信号确定自己的位置。其中，各信标31可以设置在各房间内较高的位置，也可以设置在各房间内比较隐蔽的位置，以避免破坏房间内的装饰风格。

如图5所示，信标31包括一信号接收头33、一信号解码器34、一单片机35、一温度/湿度传感器36、一煤气/火焰传感器37、一功率驱动器38、一信号发射头39和一电源。信号接收头33将接收到的询问信号经信号解码器34输入单片机35内，温度/湿度传感器36和煤气/火焰传感器37将检测到的信号也输入单片机35内，所有信号经单片机35编码处理后得到信号强度较弱的应答信号，应答信号经功率驱动器38放大后，由信号发射头39将应答信号经无线网络发送至信号接收单元32内，以实现对机器人的定位。为了保证机器人能接收到应答信号，应答信号将以预先设定的时间间隔，连续多次发送。其中，信标31内的各个部件均由电源供电。

如图6所示，信号接收单元32包括一主控制器40、一信号接收器41、一信号解码器42、一存储单元43、一问询信号编码器44、另一功率驱动器45和一信号发射器46。主控制器40向各信标31发出询问信号，该询问信号依次经过功率驱动器45和信号发射器46后，转换成具有特定编码的信号。当信标31接收到询问信号后，随即发出含有自身特定编码的应答信号。信号接收单元32的信号接收器41接收到应答信号后，经过信号解码器42发送给主控制器40，主控制器40接收到的应答信号与存储单元43内存储的历史定位信号进行对比，进而得出定位信息。

上述实施例中，当信号接收单元32接收到信标31发出的温度、湿度、煤气浓度等信息后，随即传送到机器人的主控制器40内，进行综合处理。

上述实施例中，智能定位系统30在使用时，信标31的定位信号只有在接收到询问信号后才会发出。由于信标31要长期工作，因此在没有接收到询问信号时，信标31处于休眠状态，以节约能源，延长信标31的工作时间。

如图7所示，充电及网络管理系统50包括一智能充电管理模块51、一短距离无线数据传输模块52、一以太网接口及文件传输模块53和另一用作大容量数据存储器的主控制器54。短距离无线数据传输模块52通过无线网络采集机器人本体10中电源管理模块20的电压、电流及温度等数据信息，根据该数据信息智能充电管理模块51发出对电池充电或放电控制信号，控制信号经主控制器54输入短距离无线数据传输模块52内，经无线网络传输至机器人本体10内的电源管理模块20中。以太网接口及文件传输模块53包含有以太网下载端口、大容量数据存储单元和数据传输接口，机器人本体10通过无线网络将下载更新服务数据包的控制命令传输至短距离无线数据传输模块52内，短距离无线数据传输模块52将控制命令经主控制器54传输至智能充电管理模块51内，由智能充电管理模块51发出下载命令。下载命令经主控制器54传输至以太网接口及文件传输单元53内，启动以太网连接程序，从服务端6下载相关的更新服务数据包，下载的更新服务数据包存储在主控制器54内。同时，智能充电管理模块51通过短距离无线数据传输模块52向机器人本体10发出下载完毕通知命令，等待机器人本体10拷贝更新数据包。

当机器人本体10进行充电时，当电量达到规定值时，机器人本体10内的主控制器12发出服务数据包传输命令，将保存在主控制器54内的更新服务数据包拷贝至机器人本体10的数据存储模块18内。

如图8所示，服务端6包括一用户服务平台61和一服务端定制产品服务器62，用户服务平台61具有内容发布、产品展示、用户管理、定制服务、论坛等功能单元。用户7可以通过计算机在用户服务平台61上注册个人信息、客户端相关信息，为定制服务提供信息支持；用户7还可以通过用户服务平台61浏览相关的产品信息、更新信息、新品发布信息等；用户7还可以通过用户服务平台61进行定制各种服务、退订已定制的服务、续订相关服务等操作。服务端定制产品服务器62是用户信息、应用程序、定制服务的处理中心。用户7的个人信息、定制服务信息等经用户服务平台61汇总到服务端定制产品服务器62后，经过分析处理生成相应的定制服务数据包，之后由服务端定制产品服务器62按照约定的时间将相关更新的数据包发送到用户端1。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (9)

1.一种家用智能机器人系统，其特征在于：它包括用户端、服务端和用户；

所述用户端包括一机器人本体和一充电及网络管理系统，所述机器人本体包括一人机接口模块、一主控制器、一环境监测模块、一机器人定位模块、一电机驱动模块、一视觉模块、一语音模块、一数据存储模块、一无线数据传输模块和一电源管理模块；所述人机接口模块通过媒介与所述用户进行人机信息交互，并将接受到的数据传输至所述主控制器内；所述环境监测模块将实时检测到的家居环境信息输入所述主控制器内；所述机器人定位模块将机器人本体外部信息传输至所述主控制器内处理后，完成对所述机器人本体所处环境的识别及定位；所述电机驱动模块在所述主控制器控制下，对伺服电机控制；所述视觉模块和语音模块将采集到的信号输入所述主控制器，所述主控制器将采集到的各种信号均输入所述数据存储模块内，与所述数据存储模块内预先调用的服务数据包进行对比完成语音识别；所述无线数据传输模块在所述主控制器控制下，按预先设定的时间通过无线网络和所述充电及网络管理系统与所述服务端进行信息交互；所述机器人本体内的各个模块均由所述电源管理模块供电；

所述服务端包括一用户服务平台和一服务端定制产品服务器，所述用户服务平台具有内容发布、产品展示、用户管理、定制服务和论坛功能单元；所述服务端定制产品服务器将所述用户服务平台更新的数据包发送到所述用户端；

所述充电及网络管理系统包括一智能充电管理模块、一短距离无线数据传输模块、一以太网接口及文件传输模块和另一用作大容量数据存储器的主控制器；所述短距离无线数据传输模块通过无线网络采集所述机器人本体中电源管理模块的各种数据信息，所述智能充电管理模块根据数据信息发出对电池的控制信号，控制信号经所述主控制器输入所述短距离无线数据传输模块内，经无线网络传输至所述电源管理模块中；所述机器人本体通过无线网络将下载更新服务数据包的控制命令传输至所述短距离无线数据传输模块后，经所述主控制器传输至所述智能充电管理模块内，由所述智能充电管理模块发出的下载命令经所述主控制器传输至所述以太网接口及文件传输单元内，启动以太网连接程序，从所述服务端下载更新服务数据包，并存储在所述主控制器内；所述智能充电管理模块通过所述短距离无线数据传输模块向所述机器人本体发出下载完毕通知命令，等待所述机器人本体拷贝更新数据包。

2.如权利要求1所述的一种家用智能机器人系统，其特征在于：所述机器人本体充电时，当电量达到规定值时，所述机器人本体内的主控制器发出服务数据包传输命令，将保存在所述主控制器内的更新服务数据包拷贝至所述机器人本体的数据存储模块内。

3.如权利要求1或2所述的一种家用智能机器人系统，其特征在于：所述机器人定位模块包括一自身状态感知单元和一环境感知单元，所述自身状态感知单元由加速度传感器、电子罗盘和悬崖传感器组成；所述环境感知单元由测距传感器、防撞传感器和智能定位系统组成；所述自身状态感知单元和环境感知单元将感知的全部信息传输至所述主控制器，完成对所述机器人本体所处环境的识别和定位。

4.如权利要求3所述的一种家用智能机器人系统，其特征在于：所述智能定位系统包括一个以上的信标和一设置在所述机器人本体内的信号接收单元，所述信号接收单元向各所述信标发出具有特定编码的询问信号，所述信标根据询问信号发出定位信号，定位信号经无线网络传输至所述信号接收单元，使所述机器人本体根据各定位信号确定自己的位置；各所述信标设置在各房间内较高的位置，或设置在各房间内比较隐蔽的位置。

5.如权利要求1或2或4所述的一种家用智能机器人系统，其特征在于：所述人机接口模块包括主控制器、存储模块、手机模块、灯光效果模块、LED显示屏、指示灯、红外遥控模块、ZigBee/蓝牙、按键输入模块和投影仪；所述人机接口模块与所述用户进行信息交互方式采用手机、遥控器、按键或通过PC机无线网卡遥控。

6.如权利要求3所述的一种家用智能机器人系统，其特征在于：所述人机接口模块包括主控制器、存储模块、手机模块、灯光效果模块、LED显示屏、指示灯、红外遥控模块、ZigBee/蓝牙、按键输入模块和投影仪；所述人机接口模块与所述用户进行信息交互方式采用手机、遥控器、按键或通过PC机无线网卡遥控。

7.如权利要求1或2或4或6所述的一种家用智能机器人系统，其特征在于：所述机器人本体的主控制器采用RISC嵌入式微处理器。

8.如权利要求3所述的一种家用智能机器人系统，其特征在于：所述机器人本体的主控制器采用RISC嵌入式微处理器。

9.如权利要求5所述的一种家用智能机器人系统，其特征在于：所述机器人本体的主控制器采用RISC嵌入式微处理器。

Images