CN102830675A

CN102830675A - 基于gis的智能家庭机器人系统

Info

Publication number: CN102830675A
Application number: CN2012103110358A
Authority: CN
Inventors: 王美玲; 杨强荣; 于泳; 高铭阳; 左亮; 彭佳
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2012-08-28
Filing date: 2012-08-28
Publication date: 2012-12-19

Abstract

本发明提供一种基于GIS的智能家庭机器人系统，该机器人系统包括机器人、机器人控制系统、GSM模块和zigbee模块。机器人控制系统通过GSM模块实现与用户的短信通讯，机器人控制系统与机器人间通过zigbee模块实现无线通讯。其中机器人控制系统包括上位机、检测报警模块、智能家居模块和CAN总线，检测报警模块包括烟雾检测器、人脸识别模块。其中上位机用于接收和转发系统中的报警信息，接收智能家居模块发来的家居状态信息；接收和转发主人发送的实时网络命令。通过该系统能够实现基于GIS模块的室内地图动态构建、巡逻和安防、室内烟雾检测和智能家居控制。

Description

基于GIS的智能家庭机器人系统

技术领域

发明涉及一种机器人系统，具体涉及一种基于GIS的智能家庭机器人系统。

背景技术

21世纪以来，家庭机器人的研究越来越受到关注。在信息时代的今天，人们忙碌于工作、社交等各种活动和事务中，家里经常处于没有人的状态，这为不法分子入室盗窃提供了有利的条件；同时随着人民生活质量的不断提高，管道煤气、液化石油气在更多的家庭里使用，人们在享受这种便利的时候，却也增加了火灾隐患。因此可见，随着社会的发展，家庭的许多琐事需要助手来协助完成，家庭机器人系统的研究正迎合了这一时代的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于GIS的智能家庭机器人系统，将GIS（地理信息系统）与机器人相结合，机器人利用GIS存储的地图进行自主导航，同时GIS利用机器人的摄像头、测距传感器等传感器获得的信息实时更新地图，并辅助控制系统完成决策，从而大大的增大了机器人的活动范围和工作可靠性。

本发明的基于GIS的智能家庭机器人系统包括机器人、机器人控制系统、GSM模块和zigbee模块；其中机器人控制系统通过GSM模块实现与用户的短信通讯，机器人控制系统与机器人间通过zigbee模块实现无线通讯。

所述机器人控制系统包括上位机、检测报警模块和智能家居模块。检测报警模块通过zigbee模块与上位机无线通讯，智能家居模块通过CAN总线与上位机连接。其中上位机包括GIS模块和互联网服务器模块，GIS模块中设置系统所服务的房屋内部的电子地图，通过该电子地图控制机器人在房屋内的行走。互联网服务器模块接收检测报警模块和接收智能家居模块发来的信息，接收和转发主人发送的控制指令。

所述检测报警模块包括ARM处理器、烟雾检测器和人脸识别模块。其中烟雾检测器通过zigbee模块与上位机中的互联网服务器模块无线通讯，将报警信息通过互联网服务器模块发送给用户。人脸识别模块与ARM处理器相连，ARM处理器通过zigbee模块与上位机中互联网服务器模块无线通讯。人脸识别模块与系统所服务的房屋大门上的摄像头通讯。

所述智能家居模块包括主控器、气象站模块、单总线控制模块和电动窗帘控制模块。主控器通过CAN总线与上位机相连，气象站模块、单总线控制模块和电动窗帘模块均与主控器相连。系统所服务房屋内开关器件的电源开关挂在单总线控制模块的单总线上。

所述烟雾检测器的工作模式为：当烟雾检测器检测到系统所服务房屋内的烟雾浓度大于设定值时，通过zigbee模块向上位机发送报警信息，上位机接收到报警信号后，利用GIS模块提供的地图信息准确地定位烟雾源的位置，并通过GSM模块将报警信息通过短信形式发给用户，同时在互联网服务器模块中显示。

所述人脸识别模块的工作模式为：当人脸识别模块接收到摄像头所拍摄的访客的图像后，将该图像的特征信息与自身内部存储的数据库中的特征信息进行一一比对，以判断该图像在数据库中是否有存储，如果有，则不报警。如果没有，则通过zigbee模块将获得的图像发送给上位机，上位机将图像存储在互联网服务器模块中。

所述智能家居模块的工作模式为：气象站模块实时检测房屋内的气象信息，并将检测到的气象信息发送给主控器，电动窗帘模块利用主控器中的气象信息控制电动窗帘的上拉和下降，实现室内光照的自动调节。同时主控器通过CAN总线将气象信息发送给上位机，上位机在互联网服务器模块对气象信息进行实时显示。

当用户需要控制房屋内开关器件的电源开关时，通过上位机向主控器发送控制该开关器件电源开关的控制指令，主控器依据接受到的控制指令，通过单总线控制模块控制对应开关器件的电源开关。

所述电动窗帘模块控制电动窗帘的上拉和下降的实现方法为：将控制电动窗帘升降的电机与电动窗帘模块的单片机相连，单片机从主控器获得室内的光照信息后控制电机的运转，当室内的光照强度小于设定值时，启动电机正转，控制电动窗帘上拉。当室内的光照强度大于设定值时，启动电机反转，控制电动窗帘下降。

有益效果：

（1）本发明将GIS（地理信息系统）运用在机器人系统中，机器人能够利用GIS存储的地图进行自主导航，同时GIS能够利用机器人系统中的摄像头、测距传感器等传感器获得的信息实时更新地图，从而大大的增大了机器人的活动范围和工作可靠性。

（2）在本系统中通过zigbee模块将气象站模块信息、人脸识别模块的结果以无线的行式发给上位机，这样做大量的减少了布线的困难，只需在相应模块处布上zigbee模块的从节点，并将主节点部在上位机即可实现。

附图说明

图1本发明的智能家庭机器人系统整体结构图；

图2为检测报警模块的结构示意图；

图3为智能家居模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供一种基于GIS的智能家庭机器人系统，能够实现智能机器人大范围的自主导航，并同时完成家居机器人的主要功能。

该机器人系统包括机器人、机器人控制系统、GSM模块和zigbee模块。机器人控制系统通过GSM模块实现与用户的短信通讯，机器人控制系统与机器人间通过zigbee模块实现无线通讯。在本实施例中zigbee模块采用cc2430芯片，机器人控制系统将控制指令通过无线的形式发给机器人，从而减少布线的困难。实现方法为：将zigbee模块的主节点布置在机器人控制系统中，从节点布置机器人上。

其中机器人控制系统包括上位机、检测报警模块、智能家居模块和CAN总线，所述zigbee模块的主节点布置上位机中；在检测报警模块上同样设置有zigbee模块的从节点，使检测报警模块通过zigbee模块与上位机实现无线通讯，智能家居模块通过CAN总线与上位机连接。

其中上位机包括GIS模块和互联网服务器模块，在本实施例中GIS模块使用SuperMapObjects软件，依据机器人系统所服务的房屋信息，在GIS模块中设置机器人能够自主移动的精确的电子地图，使机器人能够无障碍的自主行走，同时在GIS模块中设置有布置在系统所服务房屋内的传感器的位置、数量等信息，使机器人能够自主操作传感器。互联网服务器模块用于接收检测报警模块发来的报警信息，接收智能家居模块发来的家居状态信息；接收和转发主人发送的实时网络命令。互联网服务器模块具有自己的网页，用户可登陆互联网访问该网页获得当前的家居状态，并在主人模式登陆情况下发出相应的命令，对智能家居模块进行操作。

检测报警模块包括ARM处理器、烟雾检测器、人脸识别模块。其中烟雾检测器中设置有zigbee模块的从节点，烟雾检测器通过zigbee模块与上位机中的互联网服务器模块无线通讯，用于将报警信息通过互联网服务器模块发送给用户。人脸识别模块与ARM处理器相连，在ARM处理器中设置有zigbee模块的从节点，ARM处理器通过zigbee模块与上位机中互联网服务器模块无线通讯。

在本实施例中烟雾检测器采用烟雾探测报警器LH-94。该报警器在检测到室内的烟雾浓度大于设定值时通过zigbee模块向上位机中的互联网服务器模块发送报警信息，同时上位机通过GSM模块将报警信息通过短信形式发给用户。在报警器上设置有LED灯，用于显示报警器所处状态。报警器在正常模式下，LED灯每10秒钟闪一次；报警时LED灯常亮，直至报警器断电。

人脸识别模块与系统所服务的房屋大门上的摄像头通讯，当有访客出现在门前时，人脸识别模块从摄像头获得视频流信息，把获得的视频流信息按帧的方式存储为静止的图片，然后利用器官分布规则、人脸轮廓规则、人脸对称性和边缘检测方法对静止的图片进行扫描，获得人脸图像的灰度值；并将获得的灰度值转化到特征空间，获得人脸的特征值信息；最后将获得的特征值信息和人脸识别模块数据库中的特征值信息进行比较，判断访客人脸特征值信息在数据库中是否有存储，如果有，则不报警；如果没有，则报警，通过互联网服务器模块发送图片。

智能家居模块包括主控器、气象站模块、单总线控制模块和电动窗帘控制模块。主控器通过CAN总线与上位机相连，气象站模块、单总线控制模块和电动窗帘模块均与主控器相连，通过主控器进行信息的交互。其中气象站模块能够检测房屋内的风速、亮度、温度、湿度等气象信息，并将检测到的气象信息通过主控器发送给上位机，从而在网页上实时查看房间内的气象信息。室内开关器件（如洗衣机、电扇、空调、热水器等）的电源开关挂在单总线控制模块的单总线上，用户可通过上位机向主控器发送指令，主控器依据接受到的指令通过单总线控制模块控制开关器件的电源开关。电动窗帘模块利用气象站模块提供的光照强度信息控制电动窗帘的上拉和下降，实现室内光照的自动调节。具体实现方法为：将控制电动窗帘升降的电机与电动窗帘模块的单片机相连，单片机从主控器获得室内的光照信息后控制电机的运转，当室内的光照强度小于设定值时，启动电机正转，控制电动窗帘上拉；当室内的光照强度大于设定值时，启动电机反转，控制电动窗帘下降。

该机器人系统能够实现以下功能：

（1）基于GIS模块的室内地图动态构建

在本实施例中将GIS模块与传统的机器人相结合，机器人利用GIS模块中预先存储的地图进行自主导航，同时GIS模块利用机器人的摄像头、测距传感器等传感器获得的信息实时更新地图。

具体实现方法为：在机器人通过传感器（如摄像头，测距传感器）获得图像、距离等信息后，GIS模块能够对所服务房屋的地图进行动态构建。

（2）巡逻和安防

现在，人们忙碌于工作、社交等各种活动和事务中，家里经常处于没有人的状态，这为不法分子入室盗窃提供了有利的条件。该机器人系统能够利用GIS模块提供的地图信息实现自主的巡逻，获得异常信息和可疑人物的提示，并能够通过短信或者互联网的形式通知主人，完成报警功能。同时通过人脸识别模块和系统所服务的房屋大门上的摄像头配合，对访客的身份进行识别。

（3）烟雾检测

随着人民生活质量的不断提高，管道煤气、液化石油气在更多的家庭里使用，人们在享受这种便利的时候，却也增加了火灾隐患，所以烟雾和有害气体的报警就显得尤其重要。本实施例的家庭机器人能通过无限通讯获得烟雾感应器发出的报警信号，并通过短信或者互联网的形式通知主人，完成报警功能。

具体实现方法为：该机器人系统利用GIS模块的地图在家内进行自主导航，完成巡逻功能。当上位机接收到烟雾检测模块的报警信号后，利用GIS模块提供的地图信息准确地定位烟雾源的位置，然后通过短信或者互联网的形式通知主人。

（4）智能家居控制

随着全球信息化时代的不断升温和互联网技术的发展，人们对千百年来赖以生存的住宅，也已不再满足于地理位置、交通绿化、周边环境以及房屋结构等传统条件。个性化与智能化成为新的需求，智能家居也就应运而生。智能家居主要包括像空调、热水器等家电的控制，灯光和电动窗帘系统、门禁系统等。而本发明的家庭机器人能够接收主人通过短信和互联网发来的信息来控制智能家居。主人在下班之前可发短信告知家庭机器人打开热水器放水，机器人就能完成相应指令，那么主人在回到家之后就能立刻洗上热水澡。

（5）无线通讯和互联网连接

本发明的家庭机器人可通过无线通讯获得智能家居中各个传感器的信息，并能通过短信和互联网与主人进行交流：获得主人的指令和将报警信号和所拍摄的图像发送给主人，很好的起到了一个家庭助手的作用。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于GIS的智能家庭机器人系统，其特征在于，包括机器人、机器人控制系统、GSM模块和zigbee模块；其中机器人控制系统通过GSM模块实现与用户的短信通讯，机器人控制系统与机器人间通过zigbee模块实现无线通讯；

所述机器人控制系统包括上位机、检测报警模块和智能家居模块；检测报警模块通过zigbee模块与上位机无线通讯，智能家居模块通过CAN总线与上位机连接；其中上位机包括GIS模块和互联网服务器模块，GIS模块中设置系统所服务的房屋内部的电子地图，通过该电子地图控制机器人在房屋内的行走；互联网服务器模块接收检测报警模块和接收智能家居模块发来的信息，接收和转发主人发送的控制指令；

所述检测报警模块包括ARM处理器、烟雾检测器和人脸识别模块；其中烟雾检测器通过zigbee模块与上位机中的互联网服务器模块无线通讯，将报警信息通过互联网服务器模块发送给用户；人脸识别模块与ARM处理器相连，ARM处理器通过zigbee模块与上位机中互联网服务器模块无线通讯；人脸识别模块与系统所服务的房屋大门上的摄像头通讯；

所述智能家居模块包括主控器、气象站模块、单总线控制模块和电动窗帘控制模块；主控器通过CAN总线与上位机相连，气象站模块、单总线控制模块和电动窗帘模块均与主控器相连；系统所服务房屋内开关器件的电源开关挂在单总线控制模块的单总线上。

2.如权利要求1所述的一种基于GIS的智能家庭机器人系统，其特征在于，所述烟雾检测器的工作模式为：当烟雾检测器检测到系统所服务房屋内的烟雾浓度大于设定值时，通过zigbee模块向上位机发送报警信息，上位机接收到报警信号后，利用GIS模块提供的地图信息准确地定位烟雾源的位置，并通过GSM模块将报警信息通过短信形式发给用户，同时在互联网服务器模块中显示。

3.如权利要求1所述的一种基于GIS的智能家庭机器人系统，其特征在于，所述人脸识别模块的工作模式为：当人脸识别模块接收到摄像头所拍摄的访客的图像后，将该图像的特征信息与自身内部存储的数据库中的特征信息进行一一比对，以判断该图像在数据库中是否有存储，如果有，则不报警；如果没有，则通过zigbee模块将获得的图像发送给上位机，上位机将图像存储在互联网服务器模块中。

4.如权利要求1所述的一种基于GIS的智能家庭机器人系统，其特征在于，所述智能家居模块的工作模式为：气象站模块实时检测房屋内的气象信息，并将检测到的气象信息发送给主控器，电动窗帘模块利用主控器中的气象信息控制电动窗帘的上拉和下降，实现室内光照的自动调节；同时主控器通过CAN总线将气象信息发送给上位机，上位机在互联网服务器模块对气象信息进行实时显示；

5.如权利要求4所述的一种基于GIS的智能家庭机器人系统，其特征在于，所述电动窗帘模块控制电动窗帘的上拉和下降的实现方法为：将控制电动窗帘升降的电机与电动窗帘模块的单片机相连，单片机从主控器获得室内的光照信息后控制电机的运转，当室内的光照强度小于设定值时，启动电机正转，控制电动窗帘上拉；当室内的光照强度大于设定值时，启动电机反转，控制电动窗帘下降。