CN105291093A - 一种家用机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种家用机器人系统，其包括体感设备、工控机系统和移动机器人子系统。体感设备被配置为通过视觉装置监测出现在家庭环境中的人员姿态，并且将监测到的人员姿态数据发送给工控机系统。工控机系统被配置为接收体感设备发送的人员姿态数据，对接收到的人员姿态数据进行分析，以识别人员的动作，并且根据预先设定的规则向机器人子系统发送与识别出的动作相匹配的指令。移动机器人子系统被配置为根据工控机系统发送的指令，对移动机器人子系统的运行和/或家庭环境中的家用电器进行操作。根据本发明实施方式，能够更为简便、智能地对家用电器进行操作。

Description

一种家用机器人系统

技术领域

本发明涉及智能机器人技术领域，更具体地，涉及一种家用机器人系统。

背景技术

随着社会的发展和技术的进步，包括各种智能电器的智能家居的应用日益流行。传统的智能电器在与用户的交互性上基本上以手机、平板电脑、或者台式机的方式进行操作，这需要用户随身携带这些设备或者随时能对其进行访问，使用起来不太方便，也并不符合人的日常习惯。公开号为CN104639966A的专利文献公开了一种利用可穿戴设备使得用户能够操作智能电器的方法，但是需要用户佩戴该智能设备，对用户的要求较高。另外，很多智能家电支持用户的语音控制，但这在有些场合下并不方便，比如，晚上家人已经入睡后，不能通过语音方式对家电进行控制。

因此需要一种更为简便对智能家电进行操作的方法。

发明内容

本发明实施方式的目的之一在于提供一种家用机器人系统，从而能够更为简便、智能地对家用电器或者移动机器人子系统进行操作。

根据本发明的实施方式，提供一种家用机器人系统，其包括体感设备、工控机系统和移动机器人子系统。体感设备被配置为通过视觉装置监测出现在家庭环境中的人员姿态，并且将监测到的人员姿态数据发送给工控机系统。工控机系统被配置为接收体感设备发送的人员姿态数据，对接收到的人员姿态数据进行分析，以识别人员的动作，并且根据预先设定的规则向机器人子系统发送与识别出的动作相匹配的指令。移动机器人子系统被配置为根据工控机系统发送的指令，对移动机器人子系统的运行和/或家庭环境中的家用电器进行操作。预先设定的规则包括人员的动作与移动机器人子系统的运行指令或家庭环境中的家用电器操作指令的对应关系。

在一个实施方式中，体感设备还被配置为将监测的人员定位数据发送给工控机系统，预先设定的规则所包括的所述对应关系中还包括人员定位数据。

在一个实施方式中，预先设定的规则所包括的所述对应关系中还包括当前时间数据。

在一个实施方式中，体感设备还被配置为将监测的人员体型特征数据发送给工控机系统，预先设定的规则所包括的所述对应关系中还包括人员体型特征数据。

在一个实施方式中，体感设备还包括麦克风阵列，用于对周围环境中的声音进行监测并且对声音源进行定位，所述体感设备还被配置为将监测到的声音数据和声音源位置数据发送给工控机系统。工控机系统还被配置为识别所述声音数据中的异常声音，并且向所述移动机器人系统发送驱动至异常声音源位置的指令，所述指令包括所述异常声音源位置。

在一个实施方式中，移动机器人子系统还包括语音识别模块，用于使得用户能够通过语音来控制所述移动机器人子系统的行为。

在一个实施方式中，移动机器人子系统还包括超声波避障模块，用于使得所述移动机器人子系统在移动过程中能够躲避障碍物。

在一个实施方式中，移动机器人子系统还包括电话通讯装置，所述电话通讯装置被配置为使得用户能够拨打电话，或者能够自动拨打预存电话。

在一个实施方式中，移动机器人子系统还包括报警装置，被配置为在接收到所述工控机系统的控制下，发出报警信号。

进一步地，报警信号是向指定用户设备发送的现场图片或者视频。

在一个实施方式中，体感设备为Kinect设备。

根据本发明的实施方式，可以通过体感设备收集家庭环境中人员的行为动作信息，并对采集到的肢体动作信息进行处理、分析和识别，然后针对系统设定的行为动作控制移动机器人进行响应，能够实现智能家电控制、老人及儿童监护、入侵报警等功能。

从下文结合附图所做出的详细描述中，本发明的这些和其他优点和特征，连同其操作的组织和方式将变得明显，其中在整个下文描述的若干附图中，类似的元件将具有类似的编号。

附图说明

图1图示根据本发明的一个实施方式的家用机器人系统的逻辑结构图；

图2图示根据本发明的另一个实施方式的家用机器人系统的逻辑结构图；以及

图3图示根据本发明的一个实施方式的移动机器人子系统的逻辑结构图。

具体实施方式

下文将参考附图更完整地描述本公开内容，其中在附图中显示了本公开内容的实施方式。但是这些实施方式可以用许多不同形式来实现并且不应该被解释为限于本文所述的实施方式。相反地，提供这些实例以使得本公开内容将是透彻和完整的，并且将全面地向本领域的熟练技术人员表达本公开内容的范围。

下面结合附图以示例的方式详细描述本发明的各种实施方式。

图1示出了根据本发明的一个实施方式的家用机器人系统的逻辑结构图。如图1所示，家用机器人系统包括体感设备1、工控机系统2和移动机器人子系统5。体感设备1包括视觉装置，比如摄像头、照相机等各种成像设备，并且被配置为通过视觉装置来监测家庭环境中人员的姿态，并且将监测到的人员姿态数据、以及可选的人员定位数据发送给工控机系统2。工控机系统2被配置为接收体感设备发送的人员姿态数据、以及可选的人员定位数据，并且对接收到的姿态数据进行分析处理，以识别人员的动作，并且根据预先设定的规则向移动机器人子系统5发送与识别出的动作相匹配的指令。所述指令可以涉及对家用电器的操作。移动机器人子系统5被配置为根据工控机系统发送的指令，对家庭环境中的家用电器进行操作。移动机器人子系统5设置有家电控制模块8，家电控制模块8被配置为能够对家用电器中的电子控制单元进行操作，以控制家用电器。

根据本发明的一个实施方式，体感设备1可以利用Kinect设备来实现。Kinect设备是微软公司推出的一款体感设备，它能够发射红外线，从而可以对整个房间进行立体定位，其内置的摄像头模块可以借助红外线来识别人体的运动，并且可以对人体的各个部位和骨骼形状进行实时追踪。如图1所示，Kinect设备1通过自带的摄像头模块和图像识别算法，捕获人体肢体的动作信息和人员在家庭环境中的定位信息，并且将所捕获的动作信息、以及可选的定位信息发送给工控机系统2。图1中所示的在Kinect设备1和工控机系统2之间的动作信息和/或定位信息的发送可以是有线的方式或者无线的方式。

工控机系统2可以被配置为接收Kinect设备1发送的人员姿态数据、以及可选的人员定位数据，并且对接收到的姿态数据进行进一步的分析处理，以识别人员的动作。比如，识别出的人员的动作可能为挥手、起床、跌倒等。工控机系统2可以预先存储有能够识别的人员动作和相应的控制命令之间的对应关系，在确定识别出的动作具有相应的控制命令时，向移动机器人子系统5发送该控制命令。该控制命令例如可以是控制家用电器的启动、停止，或者控制移动机器人子系统的运行。

在一个实施例中，工控机系统2被配置为识别家庭环境中的人员的上下挥手动作，并且向移动机器人子系统5发送打开或关闭智能照明灯的控制命令。例如，对人体手部的动作数据进行分析，当检测到手部上下翻动时即认为是上下挥手动作。移动机器人子系统5的家电控制模块8与智能照明灯的电子控制单元通信，控制智能照明灯的打开和关闭。作为示例，在工控机系统2中预先定义向上挥手(抬腕)打开智能照明灯，并且向下挥手(压腕)关闭智能照明灯。

在一个实施例中，工控机系统2还被配置为识别家庭环境中的人员的左右挥手动作，并且预先定义上肢的左右挥手可以控制智能窗帘的打开或关闭。例如，对人体手部的动作数据进行分析，当检测到手部左右晃动时即认为是左右挥手动作。在进一步的实施例中，工控机系统2还被配置为识别人员的左右挥手动作的速度，并且预先定义左右挥手动作的速度能够控制智能窗帘的打开或关闭的速度。工控机系统2在识别出上述动作后，向移动机器人子系统5发送对应的控制命令，移动机器人子系统5的家电控制模块8与智能窗帘的电子控制单元通信，控制智能窗帘以实现期望操作。

在一个实施例中，工控机系统2被配置为识别家庭环境中的人员动作序列，并且根据该动作序列向移动机器人子系统5发送对智能家电的控制命令。例如，可以预先定义人员起身、向上接着挥手的动作对应打开卧室的智能照明灯，人员躺下后接着向下挥手的动作对应关闭卧室的智能照明灯。

在一个实施例中，还可以在工控机系统2的预定义规则中引入时间元素。例如，当工控机系统2确定当前时间是夜晚，并且根据接收到的体感设备1发送的人员姿态数据识别到用户躺下后，则可以向移动机器人子系统5的家电控制模块8发送关闭卧室智能照明灯的命令；接着，当工控机系统2根据对体感设备1发送的人员姿态数据的分析识别出用户起床动作时，则可以向移动机器人子系统5的家电控制模块8发送打开卧室智能照明灯的命令。

在一个实施例中，体感设备1被配置为与监测到的人员姿态数据一起向工控机系统2发送人员定位数据。工控机系统2根据人员姿态数据识别人员动作，并且结合人员定位数据确定的人员位置来向移动机器人子系统5发送对智能家电的控制命令。例如，可以预先定义监测到用户进行客厅的动作，则打开客厅的智能照明灯，和/或在监测到用户离开客厅的动作，则关闭客厅的智能照明灯。在进一步的实施例里，还可以在预定义规则里加入时间元素，工控机系统2可以被配置为仅在夜晚(19:00-次日8:00)里监测到用户进入客厅的动作，再向移动机器人子系统5发送打开客厅的智能照明灯的命令。

在一个实施例中，工控机系统2被配置为识别家庭环境中的人员的动作，并且对机器人系统5的运行进行操作，例如，可以在工控机系统2中预先定义这样的规则：当用户向内(向自身身体方向)收臂时，命令机器人向用户移动，当用户向外(向自身身体体外)展臂时，命令机器人原理用户移动，比如移动到其初始位置。当工控机系统2识别出收臂、展臂的动作时，向移动机器人子系统5发送移动的指令，移动机器人子系统5根据该指令控制驱动模块移动至指定位置。

应当理解，虽然以上和以下的描述中将体感设备1描述为Kinect设备，但是本发明实施方式的体感设备1还可以有其他适当的实现方式，比如华硕公司推出的WAVXtion体感设备。工控机系统2可以包括处理单元和存储单元，处理单元可以利用任何商业可得CPU、数字信号处理器(DSP)或任何其他电子可编程逻辑器件实现，存储单元可以包括RAM存储器、ROM存储器、EEPROM存储器、闪存、硬盘或其任何组合形式。工控机系统2还可以包括各种硬件控制器(比如硬盘控制器、键盘控制器、串行接口控制器、并行接口控制器、显示控制器)、键盘、串行接口设备、并行接口设备、显示器等部件。

在图1中，体感设备1、工控机系统2和移动机器人子系统5被实现为一个整体移动设备的部件，具体地，将体感设备1和工控机系统2集成在移动机器人子系统5上。但是应当理解，它们也可以分体地实现，例如，体感设备1被固定在室内的固定位置，例如墙壁的顶部，用来监视室内的人员的动作，工控机系统2也被固定在室内的固定位置，而将移动机器人设置成与前述二者分离的部件。图2示出了将体感设备1、工控机系统2和移动机器人子系统5实现为分体的设备置的示意结构图。

在图2所示的实施例中，可以采用多个体感设备1，不同的体感设备用来监控家庭环境中的不同的房间，这些体感设备1和工控机系统2之间的动作信息和/或定位信息的发送可以是有线的方式或者无线的方式。如图2所示，工控机系统2集成有无线通信模块3，并且通过无线通信模块3向移动机器人子系统5发送用户控制命令。移动机器人子系统5集成有无线通信模块4。当移动机器人子系统5通过无线通信模块4接收到工控机系统2发送的控制命令后，根据该控制命令对其自身的运行和/或家庭环境中的家用电器进行操作。无线通信方式可以采用蓝牙、红外通信、射频通信等方式。可选地，体感设备1、工控机系统2和移动机器人子系统5之间的通信也可以采用有线的方式。

图3示出了根据本发明的一个实施方式的移动机器人子系统5的逻辑结构图。移动机器人子系统5可以包括家电控制模块8、超声波壁障模块9、语音识别模块12、电话通讯装置10、无线通信模块6和报警模块7。但是应当理解，图3所示的逻辑结构框图仅仅为了示例的目的而示出的，而不是对本发明的限制。在某些情况下，可以根据需要增加或者减少其中的一些模块。

作为一个备选模块，语音识别模块12被配置为使得用户能够通过语音来控制移动机器人5的行为。语音识别模块12主要用于人与移动机器人5之间的交互，移动机器人系统内预置语音命令，移动机器人子系统5可以识别的用户的语音命令控制机器人的行为，例如，移动机器人子系统5根据用户的语音命令移动到用户身旁，或者移动至指定位置。

在一个实施方式中，语音识别模块启动后，移动机器人子系统可同时接受用户语音和工控机系统的控制。可选地，可以设置用户语音控制的优先级高于工控机系统的控制。

作为一个备选模块，超声波避障模块9被配置为使得移动机器人子系统5在移动过程中能够躲避障碍物，比如室内的家具或者人员，可以避免造成移动机器人与其发生碰撞。超声波避障模块9可以包括按一定的间隔分布在移动机器人子系统5四周的多个超声传感器。工作时，移动机器人子系统5根据超声传感器反馈的信息进行判断，完成在家庭环境中的避障行走，以尽快移动到目标位置。

作为一个备选模块，电话通讯装置10被配置为使得用户能够拨打电话，或者能够自动拨打预存电话。电话通讯装置10设置有拨号按键11，可以进行语音自动拨号，也可以通过手动拨号按键拨号。作为示例，电话通讯装置10可以集成存储器、拨号按键11、语音接收器、扬声器以及通讯模块。存储器用于存储联系人号码，拨号按键用于拨号，语音接收器用于接收使用者的说话语音，扬声器用于播报对方通话的语音，通讯模块主要用于双方连通通讯，一方面接通对方并将语音接收器接收的语音发送出去，另一方面接收对方的语音并通过扬声器播报出来。

作为一个备选模块，报警模块7被配置为可以在工控机系统2或者移动机器人系统5(比如家电控制模块8)的控制下发出报警信号。报警信号可以是视觉信号、或者声音信号。例如，根据本发明实施方式的家用机器人系统可以用于对老人或儿童进行看护，当工控机系统2在夜晚根据体感设备1发送的监测数据分析出该老人或儿童离开在床上划定的安全区域、或者儿童醒来(例如，通过挥手、踢腿动作来识别)、或者掉下床，则向移动机器人子系统5的报警模块7发送报警命令。报警模块7根据接收到的报警命令进行报警。备选地，报警模块7还可以触发电话通讯装置10，自动拨打电话通讯装置10中预存号码，或者通过电话通讯装置10向预设用户设备发送记录的现场图片或视频，该发送可以采用WIFI、蓝牙、3G、4G、红外等无线方式。

在一个实施例中，工控机系统2被配置为根据接收到的体感设备1发送的人员姿态数据识别人员的体型特征，比如高度、胖瘦、上下身部位的比例等，如果确定识别出的人员体型特征不符合预先存储的至少一个的人员体型特征之一，则向移动机器人子系统5的报警模块7发送报警命令。作为示例，报警模块7可以播放预存的报警录音，比如鸣叫声、预设语音“已识别出非法侵入行为，请离开”、或其他适当的警报音频，并且/或者打开警报灯。备选地，报警模块7还可以触发电话通讯装置10，拨打当地的报警电话，或者自动拨打电话通讯装置10中预存号码，或者通过电话通讯装置10向其中预存号码的用户设备发送记录的现场图片或视频。

应当理解，移动机器人子系统5还可以包括驱动模块、供电装置等部件，驱动模块用于提供移动机器人主体移动的驱动力，可以包括前进后退装置和转向装置，供电装置用于移动机器人子系统5的多个部件的工作提供电力。然而，为了避免对本发明的核心构思造成不必要的模糊，不再对这些部件进行详细描述。

在另一个实施方式中，在体感设备1、工控机系统2和移动机器人子系统5一体实现的情况下。体感设备1还可以包括麦克风阵列，用于对周围环境中的声音源进行定位，并且将监测到的声音数据和声音源定位数据发送到工控机系统2。工控机系统2对接收到的数据进行分析，当发现明显的声音变化时，可以向移动机器人子系统5发送包括声音源位置的控制命令，以使其移动至声音源位置，此时，体感设备1的视觉装置(比如摄像头模块)和麦克风对该位置进行观察和侦测。摄像头模块可以将现场图像数据发送给工控机系统2进行识别，工控机系统2可以对接收到图像数据进行分析，识别其中的人员行为。例如，如果识别出入室的盗窃行为，则可以向报警模块7发送报警命令。该实施方式特别适合于体感设备1的监控范围受限的情形。

应当理解，本发明实施方式中涉及的智能家用电器包括但不限于，智能照明灯具、智能窗帘、智能调光开关、智能阀门、智能空调、智能冰箱、智能电饭煲、智能门锁等。移动机器人子系统5所包括的家电控制模块8可以通过控制这些智能家用电器的电子控制单元来对它们进行控制。

已经出于示出和描述的目的给出了本发明的说明书，但是其并不意在是穷举的或者限制于所公开形式的发明。本领域技术人员在阅读了本公开内容后，还可以想到很多修改和变体。上文描述的各种实施方式可以单独使用或者在各种组合中使用，除非上下文明确指出。

因此，实施方式是为了更好地说明本发明的原理、实际应用以及使本领域技术人员中的其他人员能够理解以下内容而选择和描述的，即，在不脱离本发明精神的前提下，做出的所有修改和替换都将落入所附权利要求定义的本发明保护范围内。

Claims (10)

1.一种家用机器人系统，其特征在于，包括：

体感设备，包括视觉装置，所述体感设备被配置为通过所述视觉装置监测出现在家庭环境中人员的姿态，并且将监测到的人员姿态数据发送给工控机系统；

工控机系统，被配置为接收所述体感设备发送的人员姿态数据，对接收到的所述人员姿态数据进行分析，以识别人员的动作，并且根据预先设定的规则向机器人子系统发送与识别出的动作相匹配的指令；以及

移动机器人子系统，被配置为根据工控机系统发送的指令，对移动机器人子系统的运行和/或家庭环境中的家用电器进行操作，

其中，所述预先设定的规则包括人员的动作与移动机器人子系统的运行指令或家庭环境中的家用电器操作指令的对应关系。

2.根据权利要求1所述的家用机器人系统，其特征在于，所述体感设备还被配置为将监测的人员定位数据发送给工控机系统，所述预先设定的规则所包括的所述对应关系中还包括人员定位数据。

3.根据权利要求2所述的家用机器人系统，其特征在于，所述预先设定的规则所包括的所述对应关系中还包括当前时间数据。

4.根据权利要求1所述的家用机器人系统，其特征在于，所述体感设备还被配置为将监测的人员体型特征数据发送给工控机系统，所述预先设定的规则所包括的所述对应关系中还包括人员体型特征数据。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的家用机器人系统，其特征在于，

所述体感设备还包括麦克风阵列，用于对周围环境中的声音进行监测并且对声音源进行定位，所述体感设备还被配置为将监测到的声音数据和声音源位置数据发送给工控机系统；

所述工控机系统还被配置为识别所述声音数据中的异常声音，并且向所述移动机器人系统发送驱动至异常声音源位置的指令，所述指令包括所述异常声音源位置。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的家用机器人系统，其特征在于，所述移动机器人子系统还包括超声波避障模块，用于使得所述移动机器人子系统在移动过程中能够躲避障碍物。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的家用机器人系统，其特征在于，所述移动机器人子系统还包括电话通讯装置，所述电话通讯装置被配置为使得用户能够拨打电话，或者能够自动拨打预存电话。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的家用机器人系统，其特征在于，所述移动机器人子系统还包括报警装置，被配置为在接收到所述工控机系统的控制下，发出报警信号。

9.根据权利要求8所述的家用机器人系统，其特征在于，所述报警信号是向指定用户设备发送的现场图片或者视频。

10.根据前述权利要求任一项所述的家用机器人系统，其特征在于，所述体感设备为Kinect设备。