CN103324197A

CN103324197A - 一种语音控制多用途智能服务机器人

Info

Publication number: CN103324197A
Application number: CN2013102584991A
Authority: CN
Inventors: 王和宁; 王卫东; 宋垒阳; 马春强; 雷彬彬
Original assignee: Xidian University
Current assignee: Xidian University
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2013-09-25

Abstract

本发明公开了一种语音控制多用途智能服务机器人，至少包括一个四个车轮驱动带置物箱的车载操作平台、一个语音控制装置、与车载操作平台上的图像采集装置相连接的图像接收处理终端，车载操作平台上分别设置有红外线传感器组、超声波测距定位传感器、无线摄像头、六自由度机械臂和无线数据收发模块；无线数据收发模块通过接收操作者对语音控制装置发出的语音指令，并传输至车载操作平台执行相应的操作；无线摄像头采集图像信息通过无线数据收发模块传输到图像接收处理终端，从而实现对车载操作平台的语音控制，智能自动导航避障和图像实时监控。该机器人能够智能化的辨别被操作的物体并能够自主导航避障的能力，减小了操作人的实时监控负担。

Description

一种语音控制多用途智能服务机器人

技术领域

本发明涉及到机器人技术与自动化科学领域，具体来说是一种语音控制的智能服务机器人，可以在特种环境（如狭小空间、太空、危险区等）下代替人类进行样本采集、危险排除等。

背景技术

随着科技的发展，在不远的未来外太空作业，反恐侦察，狭小空间的检测等，往往需要带机械臂的机器人。这种机器人由语音控制可以携带多种传感器适用于多种环境完成人类无法完成的任务。因此，服务机器人的研究对未来的科技发展，生活水平的提高具有很重要的意义。

现有的服务机器人大多是双轮驱动作业环境局限，智能化水平较低，无法实现自动化完成作业，大多为遥控式控制机器人的开环系统，局限性非常大，操作者的实时监控负担较重，机器人一旦离开了操作者的操作就无法正常运行，智能化不够，也缺乏图像处理的能力。

总之，现有的服务机器人作业环境局限，通用性低，智能化水平低，缺乏图像采集处理识别的能力，使得操作者的负担较重。新型的服务机器人需要有图像采集处理分析的能力，智能化的识别要处理的物体并作出相应的操作，提高智能化如自动导航避障等；还需要扩大作业的环境使其能够在各种环境下工作，增加其通用性。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于特种环境下的语音控制智能服务机器人，该机器人能够智能化的辨别被操作的物体并能够自主导航避障的能力，减小了操作人的实时监控负担。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

一种语音控制多用途智能服务机器人，至少包括一个四个车轮驱动带置物箱的车载操作平台、一个语音控制装置、与车载操作平台上的图像采集装置相连接的图像接收处理终端，所述车载操作平台上分别设置有红外线传感器组、超声波测距定位传感器和无线摄像头，在车载操作平台上还设有六自由度机械臂和无线数据收发模块；无线数据收发模块通过接收操作者对语音控制装置发出的语音指令，并传输至车载操作平台执行相应的操作；无线摄像头采集图像信息通过无线数据收发模块传输到图像接收处理终端，从而实现对车载操作平台的语音控制，智能自动导航避障和图像实时监控。

进一步地，所述语音控制器包括与无线摄像头信号连接的无线摄像头控制摇杆，以及设置在语音控制器上的语音控制器麦克风和语音控制器备用按键；语音控制器通过无线信号连接图像接收处理终端。

进一步地，所述置物箱的下部和后部安放有控制电路板和电池组。

进一步地，所述四个车轮分别配备编码器独立驱动。

进一步地，所述车载操作平台车体前壁上有一排由红外线传感器构成的红外线传感器组，红外线传感器组正上方设一个上下左右自由移动的超声波测距定位传感器，超声波测距定位传感器上方设一个六自由度的机械臂；六自由度的机械臂的左方设一无线摄像头。

进一步地，所述无线摄像头由语音控制器上的无线摄像头控制摇杆控制其上下左右运动。

进一步地，所述六自由度机械臂的运动采用的是人工蜂群的算法来规划轨迹的。

本发明和现有的服务机器人相比有如下优点：

1、本发明的红外传感器组用于测距避障自导航，对被处理的物体的精确测距定位，减少的操作者的实时监控的负担，可以较智能自动完成各项任务。

2、本发明可以针对不同的环境和要求而增加或减少一些功能模块或一些传感器模块，使其更具有实用性和专业性。

3、本发明的车型平台采用四轮独立驱动更具有驱动力，能适应较多的人类无法到达的狭小空间或是危险环境作业。

4、本发明采用的语音控制器对人发出的语音命令进行识别，并经过芯片处理通过无线数据传输部分将指令发送给服务机器人来控制，比较方便智能化，省去了繁琐的键盘操作，同时控制器上也同样的设置了一些备用的按键操作如急刹车等，用于紧急或是突发情况。

5、本发明的控制中设有图像处理和超声波测距模块，对无线摄像头图像采集到的图像进行处理，对要处理的物体进行识别测距定位等，减少了操作者的操作技术要求。

6、本发明的六自由度机械臂用于抓取或清除视野中物体，采用的是人工蜂群算法进行了机械臂的轨迹规划使其的工作效率得到了提高。

附图说明

图1是本发明的语音控制服务机器人的立体结构示意图。

图2是本发明的语音控制服务机器人的语音控制器的结构示意图。

图3是本发明的语音控制服务机器人的图像传输的接受上位机结构示意图。

图4是本发明的语音控制服务机器人的正视图。

图5是本发明的语音控制服务机器人的俯视图（即装置布置示意图）。

图中：100、图像接收处理终端；101、语音控制器；102、车轮；103、六自由度机械臂；104、无线摄像头；105、红外线传感器组；106、无线数据收发模块；107、置物箱；108、语音控制器麦克风；109、语音控制器备用按键；110、自由移动超声波测距定位传感器；111、无线摄像头控制摇杆；112、车体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

以下结合图1介绍本发明的结构，本发明是一种可自动避障导航，可进行图像处理识别被操作物体的服务机器人。该服务机器人采用模块化设计的方法，它包括一个四轮驱动的带一个置物箱的车载操作平台，与车载操作平台信号连接的图像接收处理终端100，以及与图像接收处理终端100连接的语音控制器101；其中，车载操作平台包括通过车轮102支撑的车体112，沿车体112一端设置有红外线传感器组105、超声波测距定位传感器110和无线摄像头104，在车体112上还设有六自由度机械臂103和无线数据收发模块106；车体112的中部设有置物箱107。

无线数据收发模块106通过接收操作者对语音控制装置101发出的语音指令，并传输至车载操作平台执行相应的操作；无线摄像头104采集图像信息通过无线数据收发模块106传输到图像接收处理终端100，从而实现对车载操作平台的语音控制，智能自动导航避障和图像实时监控。

如图2所示，所述语音控制器101包括与无线摄像头104信号连接的无线摄像头控制摇杆111，以及设置在语音控制器101上的语音控制器麦克风108和语音控制器备用按键109。语音控制器101通过无线信号连接图像接收处理终端100。

其中，置物箱107的下部和后部安放有控制电路板和电池组，由于电池组的重量较大放在车型平台的后部可以增加小车的配重，防止小车在对重物操作时发生翘起，侧滑等失控现象。本发明的车轮子采用四轮独立驱动配合4个编码器，增加小车的驱动力和适应各种环境的能力。

以下结合图2、图3介绍本发明的语音控制原理和图像采集的原理，如图2所示是一个语音控制器101，操作者可手持本语音控制器对其麦克风108发出语音指令，语音控制器101对其辨识后通过无线数据传输模块将其对应的编码发送给服务机器人（车载操作平台），服务机器人（车载操作平台）对接收到的编码进行解调并执行相应的操作。而服务机器人（车载操作平台）上的无线摄像头104采集到的图像可通过无线数据收发模块106将图像数据传输到计算机上（也可以是平板电脑，手机等终端上）记录下来，操作者可通过移动无线摄像头控制摇杆111使无线摄像头移动，从而在计算机上显示的图像画面观察操作者无法亲临观察的环境状况，从而对服务机器人做出相应的操作。图3是本发明的语音控制服务机器人的图像传输的接收上位机结构示意图（这里选择了计算机，还可以是平板电脑、手机等）。

以下结合图4-5进一步说明服务机器人的整个工作原理。

图4是服务机器人的正视图，图5是服务机器人的俯视图（即装置布置示意图），可以看到车载操作平台车体前壁上有一排红外线传感器组105，红外线传感器组是用来避障测距自动导航的。当前方或者左前方或者右前方出现障碍物时，红外线传感器组测试出障碍，便会调节车体运动状态，避开障碍，继续前进。这样设置的优点是减轻了操作者的实时监控的负担，一个指令由语音控制器发出后便可智能的避障寻找最优路径到达目的地。而不是亦步亦趋的完成指令。

红外线传感器组105正上方是一个可两个自由度（上下左右）自由移动超声波测距定位传感器110，用于定位被操作物体。超声波传感器上方是一个六自由度的机械臂103，机械臂主要完成对被操作物体的抓取，移除等操作。六自由度机械臂103对被操作物的移动是遵循人工蜂群的算法来轨迹规划的。可以提高六自由度机械臂的工作效率。

六自由度的机械臂103的左方是无线摄像头104，无线摄像头104由语音控制器101上的无线摄像头控制摇杆111控制其两自由度运动即上下左右运动，然后将采集到的图像数据通过无线数据收发模块106传输到图像接收终端100等终端上，操作者可以通过观察传输来的图像资料来确定周围的环境情况后，来操作服务机器人（车载操作平台）的运动状态。当遇到需要操作的物体时，例如需要采集某块岩石样本，只需在图像接收处理终端100上收到的图像中选中被操作物体（由上位机的图像处理的软件完成）便向服务机器人（车载操作平台）发出一条指令，指令包含了岩石样本的距离，方向，等信息。当服务机器人（车载操作平台）收到指令后，便立即朝着岩石样本驶去；遇到障碍时，例如前方有块大的岩石挡住了去向，服务机器人会根据红外传感器的反馈，会改变运动方向，例如向右拐；当收到红外传感器前方有安全距离时，便会向前运动；当避开岩石障碍时，会根据之前的右拐计时时间做出相应的左拐的角度补偿使其回到设定的目标轨迹直线方向上。服务机器人的导航避障是无需操作者的操作的，操作者只需适时地修正一下偏差方向，服务机器人会选择最优路径驶向目标，到达样本时，完成抓取物体并放入置物箱107中的一系列操作。

语音控制装置101无线传输语音指令；语音由麦克风108采集，其可以设置成对特定的人的语音识别，也可以设置成对所有人语音的识别；其上的无线摄像头控制摇杆111是对无线摄像头的2个自由度的控制；其上还有一些备用按键109，是用于紧急情况。

图像采集装置104（即无线摄像头）可以将采集到的图像传输到图像接收上位机100上，并图像接收终端100可以进行图像处理，操作者可以选择图上的物体并由终端给服务机器人发出指令信息如被操作目标的尺寸、方向等。

红外避障自导航测距定位装置是由红外线传感器组105组成，其四周一圈的红外传感器阵列可以给服务机器人反馈障碍物的距离信息，使服务机器人完成自动导航避障的功能。

]正前方的超声波传感器可以2个自由度（上下左右的移动）的检测被操作物体的距离信息用于定位被操作的物体。

服务机器人的整个工作过程是：首先操作者对语音控制器101发出指令，服务机器人的无线数据收发器106收到指令给控制电路板，控制电路板将指令解调成各个操作命令给各个模块，车上的无线摄像头104将采集的图像传输到计算机（图像接收处理终端100）上，操作者观察计算机（图像接收处理终端100）上的图像便可了解服务机器人周围的情况。观察到需要采集的样本时，在计算机（图像接收处理终端100）上选中要采集的标本，此时计算机（图像接收处理终端100）会发出一条指令给服务机器人，此指令包含被采集样本的尺寸、方向等信息。超声波传感器110根据这条指令移动传感器方向，测出被操作物体的距离。此时服务机器人（车载操作平台）通过据红外线传感器组105自动避障导航选择最优路径到达样本并采集样本放置与置物箱107中，操作者只需观察服务机器人运动状态实时地宏观调整运动方向，操作者的控制指令的优先级大于自动导航避障指令。这样便完成语音控制服务机器人的一个完整操作。

以上所述，是本发明装置的组成和具体实施过程。最后要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明。本发明所采用的结构，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或等同替换，那么这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种语音控制多用途智能服务机器人，至少包括一个四个车轮（102）驱动带置物箱（107）的车载操作平台、一个语音控制装置（101）、与车载操作平台上的图像采集装置（104）相连接的图像接收处理终端（100），其特征在于：所述车载操作平台上分别设置有红外线传感器组（105）、超声波测距定位传感器（110）和无线摄像头（104），在车载操作平台上还设有六自由度机械臂（103）和无线数据收发模块（106）；无线数据收发模块（106）通过接收操作者对语音控制装置（101）发出的语音指令，并传输至车载操作平台执行相应的操作；无线摄像头（104）采集图像信息通过无线数据收发模块（106）传输到图像接收处理终端（100），从而实现对车载操作平台的语音控制，智能自动导航避障和图像实时监控。

2.根据权利要求1所述的语音控制多用途智能服务机器人，其特征在于：所述语音控制器（101）包括与无线摄像头（104）信号连接的无线摄像头控制摇杆（111），以及设置在语音控制器（101）上的语音控制器麦克风（108）和语音控制器备用按键（109）；语音控制器（101）通过无线信号连接图像接收处理终端（100）。

3.根据权利要求1所述的语音控制多用途智能服务机器人，其特征在于：所述置物箱（107）的下部和后部安放有控制电路板和电池组。

4.根据权利要求1所述的语音控制多用途智能服务机器人，其特征在于：所述四个车轮（102）分别配备编码器独立驱动。

5.根据权利要求1所述的语音控制多用途智能服务机器人，其特征在于：所述车载操作平台车体前壁上有一排由红外线传感器构成的红外线传感器组（105），红外线传感器组（105）正上方设一个上下左右自由移动的超声波测距定位传感器（110），超声波测距定位传感器（110）上方设一个六自由度的机械臂（103）；六自由度的机械臂（103）的左方设一无线摄像头（104）。

6.根据权利要求5所述的语音控制多用途智能服务机器人，其特征在于：所述无线摄像头（104）由语音控制器（101）上的无线摄像头控制摇杆（111）控制其上下左右运动。

7.根据权利要求1所述的语音控制多用途智能服务机器人，其特征在于：所述六自由度机械臂（103）的运动采用的是人工蜂群的算法来规划轨迹的。