CN107030703A - 一种移动机器人系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种移动机器人系统，包括移动机器人和数据处理中心；移动机器人包括传感单元、控制器和第一通讯单元；控制器分别与传感单元和第一通讯单元连接；数据处理中心包括处理器和第二通讯单元；处理器与第二通讯单元连接；控制器和处理器通过第一通讯单元和第二通讯单元进行信息交互；传感单元用于采集环境数据；控制器用于处理环境数据，以输出环境信息至数据处理中心的处理器；处理器用于处理环境信息，以输出反馈信息至机器人的控制器。将数据处理中心从机器人内部移动到体外，这样移动机器人工作功率、能耗以及自重等等各项功耗参数降低，并且移动机器人可以充分利用外置的数据处理中心处理各种传感器提供的信息。
Description
技术领域
本发明涉及人工智能领域，尤其涉及一种移动机器人系统。
背景技术
当前，随着人工智能、计算机科学、传感器技术以及其他相关学科越来越多的应用在移动机器人上，移动机器人表现的越来越智能，配置有各种传感器用来感知周围世界和获取任务信息，例如视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉和姿态传感器等等；还设置有各种执行机构，例如手臂执行机构及其夹持机构、腿部执行机构、头部执行机构和移动机构如轮子等并配合各种驱动电路完成任务，还包括移动电源等；最核心的部分是机器人的控制器，影响机器人性能的关键之一，从接收任务指令到完成，基本不需要人工干预，因此使用人工智能技术，通过神经网络等算法对获取的大量信息进行分析、运算等等处理，这样对控制器的性能、兼容性、集成度、运算性能等等都有很高的要求。所以，在协助或帮忙人们承担工作的移动机器人中，有的体积小但是功能单一；有的移动机器人功能强大但是体积庞大，笨重，成本高，并且工作一段时间后，就需要长时间的充电时间，效率低。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种机器人系统，将移动机器人的数据处理中心转移到移动机器人体外，从而极大的改善移动机器人本身的性能。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：
(1)移动机器人需要各种传感器获取外界环境信息，还需要高集成度的控制器接插各种数据处理器对这些外界环境信息进行处理、计算和分析，并且发出驱动指令驱动机器人各个执行机构做机械运动，这些器件如果都配置在移动机器人身上，会造成移动机器人体积庞大和笨重，尤其是移动机器人还需要配备存储电能的部件，相应增加移动机器人的自重，同时也必然增加了自身消耗的大量电能，缩短移动机器人的运行时间。
(2)高集成度的控制器和各种数据处理器运行过程中产生大量的热量，因此还需要强大的风扇和散热空间，这样导致需要更大的空间来容纳控制器和各种数据处理器，使得移动机器人的内部空间布局变得十分困难。
(3)控制器集与各种数据处理器连接基本都是采用接插方式连接，移动机器人在做机械运动时，会导致控制器接插件的松动，从而降低移动机器人的可靠性和稳定性。
为了解决上述问题，本发明提供了一种将移动机器人的数据处理中心放置在移动机器人体外，通过无线方式与移动机器人进行通讯完成数据处理工作，同时也减少了移动机器人的内部部件数量、降低移动机器人的自重和能耗、增加移动机器人的控制可靠性的移动机器人系统，包括移动机器人和数据处理中心；所述移动机器人包括传感单元、控制器和第一通讯单元；所述控制器分别与所述传感单元和所述第一通讯单元连接；所述数据处理中心包括处理器和第二通讯单元；所述处理器与所述第二通讯单元连接；所述控制器和所述处理器通过所述第一通讯单元和所述第二通讯单元进行信息交互；
所述传感单元用于采集环境数据；
所述控制器用于处理所述环境数据，以输出环境信息至所述数据处理中心的处理器；
所述处理器用于处理所述环境信息，以输出反馈信息至所述机器人的控制器。
进一步地，所述第一通讯单元和第二通讯单元为无线通讯单元。
进一步地，所述无线通讯单元包括Wi-Fi通讯单元或蓝牙通讯单元。
进一步地，所述第一通讯单元采用嵌入式通讯板卡，所述第二通讯单元采用无线路由器或插槽式无线板卡。
进一步地，所述传感单元包括视觉传感器、听觉传感器、触觉传感器、嗅觉传感器、味觉传感器、姿态传感器和重力加速度传感器中的至少一种。
进一步地，所述移动机器人还包括驱动单元和身体部位执行单元，所述驱动单元分别与所述控制器和身体部位执行单元连接，所述控制器还用于解算所述反馈信息以获得控制指令并发送至所述驱动单元，所述驱动单元用于根据所述控制指令驱动相应的身体部位执行单元做机械运动。
进一步地，所述控制器处理所述环境数据包括对所述环境数据进行加密，以及所述处理器处理所述环境信息包括对所述环境信息进行解密。
进一步地，所述数据处理中心为工业控制机和/或计算机，用于管理多个机器人。
进一步地，所述处理器包括中央处理单元、图形处理单元和向量处理单元中的至少一种，多种处理单元串行或并行处理。
通过实施上述本发明提供的一种移动机器人系统，具有如下技术效果：
(1)将数据处理中心从移动机器人内部移动到体外，这样移动机器人内部部件数量减少，并且移动机器人工作功率、能耗以及自重等等各项功耗参数降低。
(2)移动机器人可以充分利用外置的数据处理中心处理各种传感器提供的信息，提高了移动机器人的稳定性和控制可靠性。
(3)移动机器人和数据处理中心采用无线通讯方式进行交互，这样移动机器人可以不用受限于有线的拘束。
(4)可在数据处理中心设置插槽式无线板卡，不需要再配置其他无线设备及布线，节约成本。
(5)一台数据处理中心可以与多台移动机器人进行交互，可以协调管理多台移动机器人协同工作。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的实施例一的移动机器人系统示意图；
图2是本发明的实施例二的移动机器人系统示意图；
图3是本发明的一台数据处理中心与多个机器人交互系统示意图。
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面采用几个具体实施例对本发明上述实施例的技术方案进行详细说明。
实施例1
图1为本发明的实施例一的移动机器人系统示意图，如图1所示，本实施例的移动机器人系统包括移动机器人和数据处理中心；
移动机器人包括传感单元、控制器和第一通讯单元；
数据处理中心包括处理器(例如，CPU、GPU、TPU等各种数据处理芯片)和第二通讯单元；
传感单元用于采集环境数据。例如，包括视觉传感器、听觉传感器、触觉传感器、嗅觉传感器和味觉传感器中的至少一种。还可以包括姿态传感器和/或重力加速度传感器。
控制器用于处理环境数据，以输出环境信息至数据处理中心的处理器。
处理器用于处理环境信息，以输出反馈信息至移动机器人的控制器。例如，包括中央处理单元、图形处理单元、向量处理单元和其他各种数据处理单元中的至少一种，多种处理单元串行或并行处理。
控制器和处理器通过第一通讯单元和第二通讯单元进行信息交互；其中第一通讯单元和第二通讯单元为无线通讯单元。例如无线通讯单元采用Wi-Fi、蓝牙或其他无线通讯方式，第一通讯单元可采用嵌入式通讯板卡，具体地，可以使用通用 CPU(例如，英特尔公司的CPU)、单片机、FPGA或各种专用通讯芯片，第二通讯单元可采用无线路由器或插槽式无线板卡。
实施例2
图2为本发明的实施例一的移动机器人系统示意图，如图2所示，本实施例的移动机器人系统包括移动机器人和数据处理中心；
移动机器人包括传感单元、控制器，驱动单元、身体部位执行单元、电源控制单元和第一通讯单元；
数据处理中心包括处理器和第二通讯单元；例如数据处理中心可以是PC机或工控机。
传感单元用于采集环境数据，包括视觉传感器、听觉传感器、触觉传感器、嗅觉传感器、味觉传感器、姿态传感器和重力加速度传感器。例如视觉传感器是整个机器人视觉系统信息的直接来源，主要由一个或者两个图形传感器组成，有时还要配以光投射器及其他辅助设备。视觉传感器的主要功能是获取足够的机器视觉系统要处理的最原始图像。图像传感器可以使用激光扫描器、线阵和面阵CCD摄像机或者TV摄像机；触觉传感器作为视觉的补充，触觉能感知目标物体的表面性能和物理特性：柔软性、硬度、弹性、粗糙度和导热性等。姿态传感器采用基于MEMS 技术的高性能三维运动姿态测量系统。它包含三轴陀螺仪、三轴加速度计，三轴电子罗盘等运动传感器，通过内嵌的低功耗ARM处理器得到经过温度补偿的三维姿态与方位等数据。利用基于四元数的三维算法和特殊数据融合技术，实时输出以四元数、欧拉角表示的零漂移三维姿态方位数据。
控制器对环境数据进行处理，还需要对其进行加密处理，并且输出已加密的环境信息至数据处理中心的处理器。控制器还用于解算数据中心的反馈信息以获得控制指令并发送至驱动单元。例如，移动机器人本体主控制器CCU(Communication and Control Unit)负责把各路传感器信号转换成无线信号，经加密后向外部数据处理中心DPC(DataProcessing Center)发出，并负责接受来自DPC的数据反馈并把解算后获得的控制参数发送给身体部位执行单元的各个驱动单元。并且该控制器可以安装在移动机器人身体上的任意合适位置，例如头部、胸部、腰部、臀部、甚至四肢上。
驱动单元用于根据控制指令驱动相应的身体部位执行单元做机械运动，其中。例如控制手臂执行机构的驱动单元、控制腿部执行机构的驱动单元、控制移动执行机构的驱动单元等等；当控制器接收到挥动手臂的控制信号时，将其发送到控制手臂执行机构的驱动单元，该驱动单元驱动手臂做相应的机械运动；当控制器接收到弯曲腿部的控制信号时，将其发送到控制腿部执行机构的驱动单元，该驱动单元驱动腿部做相应的机械运动；当控制器接收到移动的控制信号时，将其发送到控制移动执行机构的驱动单元，比如移动执行机构是轮子，则该驱动单元驱动轮子做移动，以实现移动机器人可以在三维空间内自由行动。
处理器用于处理环境信息，以输出反馈信息至移动机器人的控制器。相应的，处理器处理还需要对接收到的加密环境信息进行解密，处理器包括中央处理单元 (CPU)、图形处理单元(GPU)、向量处理单元(TPU)或其他数据处理单元，多种处理单元串行或并行处理。例如图形处理单元采用图形处理器(Graphics Processing Unit，缩写：GPU)，是进行大规模并行数据处理的核心，具体可采用 NVIDIA和3dfx等公司的芯片。向量处理单元使用向量处理器，也是阵列处理器，能够同步进行综合数据的运算操作，可采用谷歌公司的芯片。
控制器和处理器通过第一通讯单元和第二通讯单元进行信息交互；其中第一通讯单元和第二通讯单元为无线通讯单元。无线通讯可采用Wi-Fi或蓝牙或其他各种无线通讯方式，第一通讯单元可采用嵌入式通讯板卡，具体地，可以使用通用CPU、单片机、FPGA或各种专用通讯芯片，第二通讯单元可采用无线路由器或插槽式无线板卡。第二通讯单元可以使用通用的无线路由器或可以使用直接插在数据处理中心DPC机箱内的板卡式无线路由器与第一通讯单元进行交互。
以一台移动机器人的总功率在4000瓦左右为例。当把数据处理中心移到机器人体外后，总功率可以下降到3000瓦左右甚至更低，能耗因此可降低25％左右甚至更高的比例。例如一台移动机器人总重量在50-100公斤左右，和数据处理中心有关的部件的重量在5到10公斤。把它们移动到体外，移动机器人可以降低10％甚至更多的自重。
实施例三
图3为本发明的一台数据处理中心与多个移动机器人交互系统示意图。
当无线宽带足够时，可以通过一台数据处理中心为多个移动机器人提供数据处理能力，这样可以管理多个移动机器人，大幅度降低多台移动机器人协同工作的成本。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种移动机器人系统，其特征在于，包括移动机器人和数据处理中心；所述移动机器人包括传感单元、控制器和第一通讯单元；所述控制器分别与所述传感单元和所述第一通讯单元连接；所述数据处理中心包括处理器和第二通讯单元；所述处理器与所述第二通讯单元连接；所述控制器和所述处理器通过所述第一通讯单元和所述第二通讯单元进行信息交互；
所述传感单元用于采集环境数据；
所述控制器用于处理所述环境数据，以输出环境信息至所述数据处理中心的处理器；
所述处理器用于处理所述环境信息，以输出反馈信息至所述机器人的控制器。
2.如权利要求1所述的移动机器人系统，其特征在于，所述第一通讯单元和第二通讯单元为无线通讯单元。
3.如权利要求2所述的移动机器人系统，其特征在于，所述无线通讯单元包括Wi-Fi通讯单元或蓝牙通讯单元。
4.如权利要求1所述的移动机器人系统，其特征在于，所述第一通讯单元采用嵌入式通讯板卡，所述第二通讯单元采用无线路由器或插槽式无线板卡。
5.如权利要求1所述的移动机器人系统，其特征在于，所述传感单元包括视觉传感器、听觉传感器、触觉传感器、嗅觉传感器、味觉传感器、姿态传感器和重力加速度传感器中的至少一种。
6.如权利要求1所述的移动机器人系统，其特征在于，所述移动机器人还包括驱动单元和身体部位执行单元，所述驱动单元分别与所述控制器和身体部位执行单元连接，所述控制器还用于解算所述反馈信息以获得控制指令并发送至所述驱动单元，所述驱动单元用于根据所述控制指令驱动相应的身体部位执行单元做机械运动。
7.如权利要求1所述的移动机器人系统，其特征在于，所述控制器处理所述环境数据包括对所述环境数据进行加密，以及所述处理器处理所述环境信息包括对所述环境信息进行解密。
8.如权利要求1所述的移动机器人系统，其特征在于，所述数据处理中心为工业控制机和/或计算机，用于管理多个机器人。
9.如权利要求1所述的移动机器人系统，其特征在于，所述处理器包括中央处理单元、图形处理单元和向量处理单元中的至少一种，多种处理单元串行或并行处理。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20170811 |