CN103294061A - 一种基于移动互联网的家庭安防机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于移动互联网的家庭安防机器人，包括机器人本体，所述机器人本体包括处理器、摄像头模块、无线通讯模块、红外传感器导航模块、运动传感器、电池和电池充电管理模块，所述摄像头模块、无线通讯模块、红外传感器导航模块、运动传感器、电池充电管理模块分别与所述处理器连接，所述电池充电管理模块与所述电池连接。本发明的有益效果是：可通过运动传感器和红外传感器导航模块控制机器人本体进行运动，可通过电池充电管理模块为电池充电，可通过摄像头模块进行安防监控，可通过无线通讯模块进行无线通讯，可移动位置，观察死角较少，不需要在每个需要监控的房间都安装摄像头。
Description
技术领域
本发明涉及家庭安防机器人，尤其涉及一种基于移动互联网的家庭安防机器人。
背景技术
目前，现有网络摄像头可以进行远程视频监控，但网络摄像头安装比较复杂，不能移动位置，会存在较多的观察死角，且在每个需要监控的房间都需要安装。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种基于移动互联网的家庭安防机器人。
本发明提供了一种基于移动互联网的家庭安防机器人，包括机器人本体，所述机器人本体包括处理器、摄像头模块、无线通讯模块、红外传感器导航模块、运动传感器、电池和电池充电管理模块，所述摄像头模块、无线通讯模块、红外传感器导航模块、运动传感器、电池充电管理模块分别与所述处理器连接，所述电池充电管理模块与所述电池连接。
作为本发明的进一步改进，所述运动传感器包括基于超声的碰撞躲避传感器、基于光电码盘的里程计、陀螺仪、加速度计、指南针中的任意一种或其任意组合。
作为本发明的进一步改进，所述无线通讯模块包括ZigBee模块、WiFi模块、WCDMA模块、GPRS模块中的任意一种或其任意组合。
作为本发明的进一步改进，所述处理器通过所述无线通讯模块连接有门磁传感器、窗磁传感器、烟雾传感器、火焰传感器、水浸传感器、CO浓度传感器、CH4浓度传感器中的任意一种或其任意组合。
作为本发明的进一步改进，所述处理器连接有电量指示模块。
作为本发明的进一步改进，所述处理器连接有避障超声波探头模块。
作为本发明的进一步改进，所述避障超声波探头模块至少有二个。
作为本发明的进一步改进，所述处理器连接有运动电机，所述运动电机至少有二个。
作为本发明的进一步改进，所述处理器通过语音合成模块连接有喇叭。
作为本发明的进一步改进，所述家庭安防机器人包括与所述机器人本体相分离设置的充电座，所述充电座设有红外发射器，所述机器人本体上设有红外接收器。
本发明的有益效果是：通过上述方案，可通过运动传感器和红外传感器导航模块控制机器人本体进行运动，可通过电池充电管理模块为电池充电，可通过摄像头模块进行安防监控，可通过无线通讯模块进行无线通讯，可移动位置，观察死角较少，不需要在每个需要监控的房间都安装摄像头。
附图说明
图1是本发明一种基于移动互联网的家庭安防机器人的原理框图；
图2是本发明一种基于移动互联网的家庭安防机器人的软件架构图；
图3是本发明一种基于移动互联网的家庭安防机器人的运行框架图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
图1至图3中的附图标号为：处理器101；WiFi模块102；ZigBee模块103；GPRS模块104；GPRS驱动模块105；开关106；摄像头模块107；电量指示模块108；运动传感器109；避障超声波探头模块1；电池2；电池充电管理模块3；运动电机4；电源接口5。
如图1至图3所示，一种基于移动互联网的家庭安防机器人，包括机器人本体，所述机器人本体包括处理器101、开关106、电量指示模块108、摄像头模块107、无线通讯模块、红外传感器导航模块、运动传感器109、电池2和电池充电管理模块3，开关106、电量指示模块108、摄像头模块107、无线通讯模块、红外传感器导航模块、运动传感器109、电池2、电池充电管理模块3分别与所述处理器101连接，所述电池充电管理模块3与所述电池2连接，所述电池充电管理模块3连接有电源接口5。
如图1至图3所示，所述运动传感器109包括基于超声的碰撞躲避传感器、基于光电码盘的里程计、陀螺仪、加速度计、指南针中的任意一种或其任意组合。
如图1至图3所示，所述无线通讯模块包括ZigBee模块103、WiFi模块102、WCDMA模块、GPRS模块104中的任意一种或其任意组合，其中，GPRS模块104连接有GPRS驱动模块105。
如图1至图3所示，所述处理器101通过所述无线通讯模块连接有门磁传感器、窗磁传感器、烟雾传感器、火焰传感器、水浸传感器、CO浓度传感器、CH4浓度传感器中的任意一种或其任意组合。
如图1至图3所示，所述处理器101连接有电量指示模块108。
如图1至图3所示，所述处理器101连接有避障超声波探头模块1。
如图1至图3所示，所述避障超声波探头模块1至少有二个，本发明优选所述避障超声波探头模块1有四个。
如图1至图3所示，所述处理器101连接有运动电机4，所述运动电机4至少有二个，本发明优选所述运动电机4有二个。
如图1至图3所示，所述处理器101通过语音合成模块连接有喇叭，可用于语音输出。
如图1至图3所示，所述家庭安防机器人包括与所述机器人本体相分离设置的充电座，所述充电座设有红外发射器，所述机器人本体上设有红外接收器。
本发明提供的一种基于移动互联网的家庭安防机器人，能够随时发现家庭中出现的异常情况，并能及时做出正确处理。机器人本体带有ZigBee模块103，可通过ZigBee模块103实现Zigbee物联网通信，可以与家中的各种传感报警器组成家庭内部的物联网络。当有人撬门或破窗而入时，家庭安防机器人可以通过门磁传感器或窗磁传感器及时发现；当发生火灾时，家庭安防机器人通过烟雾传感器或火焰传感器发现；当屋内发生漏水时，家庭安防机器人通过水浸传感器发现；当有煤气或天然气泄漏时，家庭安防机器人可以通过CO浓度传感器或CH4浓度传感器发现，当发现有异常情况后，家庭安防机器人可以根据异常情况的类型或级别选择不同的策略，比如对屋内的情况马上通过摄像头模块107进行拍照或录像，同时以发送图片短信或拨打电话的方式通知用户或报警。
本发明提供的一种基于移动互联网的家庭安防机器人，不仅能够与家庭内部的设备和传感器之间进行通信，而且还能够接入外部网，用户可以通过互联网对机器人进行远程操控。
本发明提供的一种基于移动互联网的家庭安防机器人，用户在家里可以用手机或其他设备通过家庭内部的无线局域网来指挥机器人。用户出门在外的时候，通过互联网穿越家庭内部网络的网络地址转换（NAT: Network Address Translator）设备来控制机器人，或者直接通过机器人的移动通信网络接口来控制机器人。
本发明提供的一种基于移动互联网的家庭安防机器人，处理器101以嵌入式ARM处理器为核心，采用的ARM处理器是S3C6410/S5PV210，此外还包括很多外设及通信接口，无线通信接口包括：WCDMA/GPRS移动通信接口，Wi-Fi无线局域网接口和Zigbee接口，除了无线通信接口，还包括一些传感器：USB/CMOS摄像头负责图像采集，红外传感器负责导航，运动传感器109则包括基于超声的碰撞躲避传感器、基于光电码盘的里程计、MPU6050陀螺仪等。其他外设还包括SYN6658语音合成模块、两路驱动电机等。
本发明提供的一种基于移动互联网的家庭安防机器人的ARM最小系统板通过GPIO接口连接陀螺仪加速度计模块、指南针模块、光电码盘等，通过UART串口连接Zigbee模块103接收家庭内部网络的传感数据，通过UART串口连接WCDMA/GPRS模块的驱动电路，向WCDMA/GPRS模块发送AT Command指令并接收数据。
机器人本体在自主运动中可以通过各种运动传感器109来获得当前的运动状态，并根据其规划的运动路径对电机进行运动控制。ARM板通过GPIO对电机驱动电路进行控制。
机器人本体的运动机构包括后面两个由直流调速的运动电机4控制的动力轮和前面一个万向轮，没有控制方向的舵机，转向依靠两个动力轮的转速差实现，因此可以做到原地转向。机器人利用陀螺仪加速度计读取的数据，通过捷联惯导算法可以计算机器人的转向角度及位置等运动状态信息，并根据指南针读出的数据进行对比修正。
所述电池充电管理模块3包括充电电路，充电电路可以随时检测电源的电量，对充电情况进行指示，并且能够在充电时提供过流保护功能。当电池电量过低时，充电电路会提醒系统准备充电。机器人本体可以利用充电座上的红外发射器进行导航，自主运动到充电座上完成充电，因此机器人可以在无人值守的环境下连续工作。
所述电池充电管理模块3的协处理器定时检测电池的当前电量，同时将电量信息传送给处理器101，当电池电量少于50%时，机器人本体利用充电座上的红外发射器和自身的红外接收器进行自主导航，回到充电座充电，电池2充满后，为避免电池2连续充电损伤电池寿命，机器人本体会离开充电座等待。该协处理器还负责充电管理、电量检测、充放电状态采集、漏电和过流短路保护以及电机驱动等。
当机器人本体发现电量过低时，会通过红外接收器寻找充电座发射的红外信号。如果暂时没有找到红外信号，机器人本体会根据自身的位置信息朝充电座（运动起始位置）运动，当运动到与充电座一定范围内，通过随机调整自身的方向搜索充电座的红外信号，当找到红外信号，机器人本体朝着红外信号的方向前进，在前进过程中会根据偏离情况进行一些方向调整，以保证充电座的红外引导信号始终在机器人本体的接收范围之内。
如图2所示，本发明提供的一种基于移动互联网的家庭安防机器人的软件框架的最底层是操作系统层，包括一些设备内核驱动，如WiFi驱动、串口设备驱动、陀螺仪驱动、超声传感器驱动、摄像头驱动、编码器驱动等；再上一层进入用户空间，是硬件抽象层，包括在设备内核驱动基础上的硬件抽象模块，如WCDMA/GPRS模块、Zigbee模块和语音合成模块等，这些设备的硬件是通过UART串口与ARM处理器通信，在内核驱动中没有对应的设备驱动，因此把对这些设备的操作封装成一个硬件抽象模块，以供上层程序使用；再上一层是公共软件组件层，由具有独立功能的软件组件模块组成，主要的软件组件包括通信模块、传感器模块、语音人机交互模块、运动控制与规划模块以及视频服务模块；最上层是应用程序进程层，包括若干独立的任务进程，这些任务进程中包含了对软件组件或硬件抽象模块的调用。
如图3所示，本发明提供的一种基于移动互联网的家庭安防机器人包括三种运行模式，手动控制模式、自主运动模式和训练模式，用户可以对机器人预先进行训练，训练内容包括运动路线、遇到警情时的处置方式。机器人主线程会在收到手机控制指令后进行切换，在手动控制模式下，用户可以进行远程控制，机器人的视频监控画面会实时发送到手机控制端程序上。机器人进入自主运行模式后，会根据传感器节点传回的数据以及用户预先的要求进行任务规划，其内部维持一个任务列表，并不断从列表中提出任务进行执行。
本发明提供的一种基于移动互联网的家庭安防机器人具有以下优点：
（1）家庭安防机器人的电池充电管理模块3可以随时检测电源的电量，对充电情况进行指示，并且能够在充电时提供过流保护功能。当电池2电量过低时，充电电路会提醒系统准备充电。机器人本体可以利用充电座上的红外发射器进行导航，自主运动到充电座上完成充电，使机器人本体具有能量自给自足的能力，可以长时间工作在无人值守的环境中。
（2）由于家庭安防机器人内部软件维持的任务列表以及任务规划功能，使家庭安防机器人可以自主决策，针对家庭可能出现的各种紧急情况做出合理的处置，及时向用户报警。
（3）由于机器人具有WiFi无线接口或移动通信接口，同时结合公网服务器的NAT穿越功能，用户可以通过移动智能终端接入互联网，穿过家庭内部的无线路由器远程操控机器人，可以使机器人运动到家里的任何地方，随时随地进行视频监控。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于移动互联网的家庭安防机器人，其特征在于：包括机器人本体，所述机器人本体包括处理器、摄像头模块、无线通讯模块、红外传感器导航模块、运动传感器、电池和电池充电管理模块，所述摄像头模块、无线通讯模块、红外传感器导航模块、运动传感器、电池充电管理模块分别与所述处理器连接，所述电池充电管理模块与所述电池连接。
2.根据权利要求1所述基于移动互联网的家庭安防机器人，其特征在于：所述运动传感器包括基于超声的碰撞躲避传感器、基于光电码盘的里程计、陀螺仪、加速度计、指南针中的任意一种或其任意组合。
3.根据权利要求1所述基于移动互联网的家庭安防机器人，其特征在于：所述无线通讯模块包括ZigBee模块、WiFi模块、WCDMA模块、GPRS模块中的任意一种或其任意组合。
4.根据权利要求1所述基于移动互联网的家庭安防机器人，其特征在于：所述处理器通过所述无线通讯模块连接有门磁传感器、窗磁传感器、烟雾传感器、火焰传感器、水浸传感器、CO浓度传感器、CH4浓度传感器中的任意一种或其任意组合。
5.根据权利要求1所述基于移动互联网的家庭安防机器人，其特征在于：所述处理器连接有电量指示模块。
6.根据权利要求1所述基于移动互联网的家庭安防机器人，其特征在于：所述处理器连接有避障超声波探头模块。
7.根据权利要求6所述基于移动互联网的家庭安防机器人，其特征在于：所述避障超声波探头模块至少有二个。
8.根据权利要求1所述基于移动互联网的家庭安防机器人，其特征在于：所述处理器连接有运动电机，所述运动电机至少有二个。
9.根据权利要求1所述基于移动互联网的家庭安防机器人，其特征在于：所述处理器通过语音合成模块连接有喇叭。
10.根据权利要求1所述基于移动互联网的家庭安防机器人，其特征在于：所述家庭安防机器人包括与所述机器人本体相分离设置的充电座，所述充电座设有红外发射器，所述机器人本体上设有红外接收器。
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Application publication date: 20130911 |