CN108656129A - 一种基于服务机器人的定制出版系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于服务机器人的定制出版系统，它包括服务机器人、云服务器、资讯及维护APP，A4纸固定架、红外测距模块、夹笔器。服务型机器人包括全向移动车底、控制主机、单双目视觉、机械强手臂、腰间小手臂；A4纸固定架包括固纸容器、可升降底板；云服务器转换、存放书写文件；资讯及维护APP上传资料及显示书写笔、纸张所处状态。机械强手臂先书写完最后一页，腰间小手臂双吸盘吸拉该纸成独立单页状态后，由腰间小手臂夹纸器拿走该页，机械强手臂继续书写倒数第二页，如下循环直到书写第一页。当A4纸固定架内A4纸不断减少时，可升降底板则不断上升以确定A4纸固定架内A4纸纸面与书写笔笔尖相对位置保持不变。本发明拓宽了服务机器人应用范围。

Description

一种基于服务机器人的定制出版系统

技术领域

本发明涉及一种基于服务机器人的定制出版系统，更具体说是涉及一种运用服务机器人、红外测距、自动控制技术措施实现的定制出版系统。

背景技术

服务机器人是机器人重要组成。

如图1所示，服务机器人与老人对弈象棋，服务机器人关注从棋盘哪个位置拿取象棋及将象棋放回棋盘哪个位置，也包括机械强手臂从棋盘上拿取象棋及把象棋再放回棋盘上的细节过程。

如图2所示，服务机器人与运动员教练员对打羽毛球。自对方发球或我方发球，双方来来回回击球，直至羽毛球落地，依羽毛球规则判定一方得一分。在这一分球过程中服务机器人机械强手臂必须不间断地动作，这些动作包括低位挑球、平位推球、高位杀球、高位吊球、高位远球、网前搓球等。

如图3所示，服务机器人主要包括控制主机、全向移动车底、电源模块、双目视觉、单目视觉、机械强手臂、腰间小手臂；全向移动车底在平坡面自由移动行走，双目视觉单目视觉跟踪目标识别对象，机械强手臂腰间小手臂互相配合以完成动作行为，服务机器人配置不同末端夹持器及控制主机运行不同的功能模块才实现如服务机器人与老人对弈象棋、服务机器人与运动员教练员对打羽毛球情景应用。

桌面机械手臂夹握书写笔在A4纸上书写一个字、一行字、一页字，在示范演示静态条件下在实验室条件下已经实现。但存在的问题是：需要人工转换文件下载文件，需要人工摆放纸张，需要人工拿取书写完好纸张更换空白新纸张，需人工全面参与配合。

少儿是家庭希望，是社会的未来，有条件家庭购买或租借服务机器人将越来越普遍。

鼓励少儿个性化发展，培养少儿独立思考及创新能力成为社会主流共识，在向少儿购买并阅读通用出版图书教程教材基础上，家长、教师、指导导师、专家各方面向少儿成长，都可以编写编辑编选定制材料。

非电子屏幕下阅读也就是纸质阅读，是少儿远离泛电子化、远离智能手机网络游戏最有效措施。

如何拓展服务机器人应用范围，在家庭里，如果利用机械手臂夹握书写笔在纸上书写一个字、一行字、一页字的初步成果，将机械手臂整合至服务机器人整体之中，如何在白天家中无人深夜进入梦乡后，由服务机器人独立地完整地自动地将定制资料书写为一份纸质图书，是目前迫切需要解决的问题。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明涉及一种基于服务机器人的定制出版系统，更具体说是涉及一种运用服务机器人、红外测距、自动控制技术措施实现的定制出版系统。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种基于服务机器人的定制出版系统,它包括

服务机器人，由机身、全向移动车底、电源模块、双目视觉、单目视觉、机械强手臂、腰间小手臂组成；云服务器，存储书写文件、传至服务机器人控制主机；

资讯及维护APP,运行于智能手机功能模块，上传书写文件至云服务器，显示A4纸张、书写笔所处状态；书写笔，在市销一次性墨水笔基础上卸除笔尖套并在笔杆套上固定塑料圈，多支书写笔摆放在笔架上；夹笔器,为厚度在1cm至2cm之间的椭圆截面空心立方体及四个安装孔，处于夹紧与松驰两状态；

它还包括红外测距模块，双吸盘单元，A4纸固定架及控制主机；

所述红外测距模块位于机械强手臂末端下侧面；

所述A4纸固定架包括固纸容器及可升降底板，所述可升降底板包括升降丝杆、电机驱动器、步进电机；

所述双吸盘单元包括吸盘本体、塑料管路、吸力驱动控制器；

所述吸盘本体位于腰间小手臂夹持器每支夹柄顶端下侧面；

所述控制主机为工业控制计算机，配置WIFI模块、4G模块、多回路串行及USB接口，支持TCP\IP通讯；

所述控制主机固定于服务机器人机身；

所述夹笔器通过三根控制线与控制主机输出回路连接；

所述红外测距模块通过串行数据线与与控制主机连接；

所述电机驱动器通过串行数据线与与控制主机连接；

所述吸力驱动控制器通过串行数据线与与控制主机连接；

所述控制主机配置为执行如下操作：

通过机械强手臂与腰间小手臂互动及配合，安装、卸装书写笔；

书写文件当前页以位图格式下载至机械强手臂；

依据红外测距模块所传数据,控制可升降底板以最小高度上升一次；

控制腰间小手臂拿取A4纸固定架当前页移至桌面。

作为优选，所述安装书写笔的措施是：

(1)腰间小手臂夹持器从桌面笔架拿取书写笔，夹持器处于笔尖与塑料套之间并保持笔尖向下；

(2)控制主机输出低电平让夹笔器松驰后，腰间小手臂夹持器让书写笔笔尖落入夹笔器椭圆截面空心处，腰间小手臂夹持器释放，由书写笔在夹笔器椭圆截面空心自然下降；

(3)控制主机输出高电平让夹笔器夹紧，由此夹紧书写笔。

作为优选，所述控制可升降底板以最小高度上升一次的措施是：步进电机正转带到丝杆上升，步进电机反转带动丝杆下降，最小升降高度可为五分之一丝、三分之一丝、二分之一丝、一个丝，确定步进电机正转转数与最小升降高度对应关系，通过控制步进电机正转转数来控制可升降底板上升。

作为优选，所述控制主机下载书写文件当前页至机械强手臂的措施为：总共N页书写文件按照1、2、3直到N-1、N页码顺序存储，控制主机转换为位图文件存储顺序件保持1、2、3直到N-1、N个，但按照逆顺序一次一次地将位图文件下载至机械强手臂：先下载排序为N的位图文件，再下载排序为N-1的位图文件，如此循环，最后下载排序为1的位图文件。

作为优选，所述腰间小手臂将A4纸固定架当前页移至桌面的措施为:

(1)机械强手臂离开A4纸固定架；

(2)腰间小手臂打开夹持器，让其下侧面双吸盘靠上A4纸固定架当前页；

(3)吸起向外拉，再吸再拉，直到当前页离开A4纸固定架露出页纸；

(4)腰间小手臂夹持器打开夹住所露出页纸，然后收紧；

(5)通过单目视觉确认出现误吸误拉空白页，则抛弃报废该空白页；

(6)当前页书写面朝上叠放至书写完好资料顶端。

作为优选，所述书写纸状态判定措施为：当腰间小手臂记录拿走纸张数量大于490张时，或当控制主机记录上升可升降底板次数大于120次时，判定书写纸用尽。

作为优选，所述书写笔状态判定措施为：控制主机告知当前页完整书写行数，报警设定值为当前页可书写总行数减去完整书写行数，腰间小手臂拿取当前页由单目视觉进行行扫描，当空白行数量大于报警设定值时，判定书写笔损坏。

本发明具有的优点和积极效果是：服务机器人运行于家庭、场馆、学校，应该实现各种各样功能；在白天家庭无人及深夜进入梦乡时，控制主机通过协调机械强手臂腰间小手臂互动，通过新设计的红外测距模块及A4纸固定架部件，独立地完整地书写了一份纸质学习资料，本发明拓展了服务机器人功能范围，提供了少儿不依靠手机屏幕而是选择纸质阅读的新措施。

附图说明

图1为服务机器人与老人对弈示意图

图2为服务机器人与运动员实战示意图

图3为服务机器人组成示意图

图4为定制出版控制系统组成图

图5为A4纸固定架组成示意图

图6a腰间小手臂吸拉A4纸示意图

图6b腰间小手臂拿取A4纸至桌面示意图

图中：100-云服务器、200-控制主机、300-资讯及维护APP、400-A4纸固定架、6-全向移动车底、8-双单目视觉、9-机械强手臂、12-腰间小手臂、21-边框、22-挡板、23-可升降底板、24-升降丝杆、25-插槽、26-A4纸固定架当前页、27-书写完好资料、91-夹笔器、92红外测距模块、121-双吸盘单元。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了更充分描述本发明实施例，专门给本发明涉及的名称概念进行定义与解释。

书写文件当前页:控制主机采取每次下载一页位图至机械强手臂来完成一个N页书写文件的一步步书写，控制主机存放了N个顺序排列的单页位图文件，此时此刻预备下载至机械强手臂的这个位图文件称为书写文件当前页，书写文件当前页归存储文件范围。

A4纸固定架当前页：整包A4纸为500页，整包放入A4纸固定架，机械强手臂在最顶端页书写，完毕后；腰间小手臂拿走最顶页以在新的空白顶页上继续书写，在A4纸固定架内待书写顶页及书写完好顶页称为A4纸固定架当前页，A4纸固定架当前页归真实存在物理范围。

请参阅图1-图6，一种基于服务机器人的定制出版系统，是在如图4所示的定制出版控制系统中实现，该定制出版控制系统由三部分组成。

第一部分是云服务器，存储文件，汇总统计；响应资讯及维护APP，管控服务机器人；

第二部分是服务机器人，包括控制主机及支撑部件；

第三层部分是资讯及维护APP,上传资料并显示纸张、书写笔状态。

当家庭人工在桌面预备好纸张书写笔后，本发明提供了独立地完整地全自动地书写一份资料技术实施方案。以下对本发明技术方案实施例进行一一介绍。

一、配置机械强手臂实现静态书写行为

如图3所示，服务机器人主要包括机身、控制主机、全向移动车底、单双目视觉、机械强手臂、腰间小手臂；全向移动车底、单双目视觉、机械强手臂、腰间小手臂都是相对独立的智能机电模块，都带有自已嵌入控制器，以串行数据接口与控制主机连接。

DOBOT四自由度机械手臂为市销主流桌面机械手臂，按照规则将纸张置于DOBOT手臂末端指定位置，书写内容按照指定位图格式传至DOBOT机械手臂嵌入控制器后，夹握书写笔的DOBOT机械手臂可在纸张上书写指定书写内容，实现静态书写行为。

DOBOT机械手臂书写行为需要人工转换下载文件，需要人工摆放纸张，需要人工定位书写起始方位，需要人工拿取书写完好纸张并更换空白新纸张。总之，静态书写行为是示范演示行为，需人工全面参与配合。

本服务机器人机械强手臂配置DOBOT四自由度机器手臂。

本发明所述服务机器人通过全向移动车底行走于平坡路面，在家庭内行走，在配套电梯残疾道的小区四处行走，通过更换末端夹持器，控制主机运行功能应用可实现各类不同行为行动效果。

书写行为是本服务机器人多功能目标中一个。

二、A4纸固定架及定位服务机器人书写姿势

A4纸固定架摆放在桌面边沿。

依据DOBOT单轴运动坐标系，机械强手臂书写姿态所对应的设置是机械强手臂第一关节底座处于0度，机械强手臂第二关节大手臂处于30度，机械强手臂第三关节小手臂处于30度，机械强手臂末端处于0度。

通过单双目视觉判定桌面及桌面上A4纸固定架方位，控制主机调节全向移动车底移动确保服务机器人机身靠近A4纸固定架。

全向移动车底、机械强手臂、A4纸固定架三个部件中，A4纸固定架在桌面不变，械强手臂书处于书写姿态也保持不变，仅由全向移动车底沿水平轴线顺时针或逆时针旋转。

机械强手臂握笔在A4纸固定架当前页画出与全向移动车底水平轴线平行的直线，遇A4纸固定架边框停顿，该直线在A4纸固定架边框坐标系下进行特征分析，当斜率为正时，全向移动车底则顺针转动；当斜率为负时，全向移动车底则逆针转动；每转动调节一次后可重复机械强手臂握笔画线流程，重复全向移动车底转动流程，直到所画直线斜率为0。此时，全向移动车底水平轴线、A4纸固定架背面边框、所画直线三者保持平行，服务机器人机身及全向移动车底固定于此部位，由机械强手臂完成在A4纸固定架当前页书写的任务。

三、安装书写笔

夹笔器为厚度在1cm至2cm之间的椭圆截面空心立方体，该椭圆截面空心立方体通过四个安装孔与机械强手臂末端固定，夹笔器处夹紧与松驰两状态，夹笔器通过三根控制线与控制主机输出回路连接，分别是公共端、收紧控制线、松开控制线，书写笔是在普通墨水笔基础上卸掉笔尖套并在指定位置套上塑料环，多支书写笔摆放在笔架上。

安装书写笔的技术措施为：

(1)腰间小手臂夹持器从桌面笔架拿取书写笔，夹持器处于笔尖与塑料套之间并保持笔尖向下；

(2)控制主机输出低电平让夹笔器松驰后，腰间小手臂夹持器让书写笔笔尖落入夹笔器椭圆截面空心处，腰间小手臂夹持器释放，由书写笔在夹笔器椭圆截面空心自然下降；

(3)控制主机输出高电平让夹笔器夹紧，由此夹紧书写笔。

四、红外测距模块及定位书写页

如图5所示，A4纸固定架由固纸容器和可升降底板组成。

固纸容器左边框、右边框、后边框为固定框，固纸容器高约7cm；固纸容器底部为可升降底板，可升降底板由底板、升降丝杆、电机驱动器、步进电机组成。

固纸容器左边框右边框设有插槽，正前面为5cm高挡板，挡板沿插槽插入。

当整包A4纸放入A4纸固定架后，A4纸固定架当前页与机械强手臂书写笔间有一个固定距离，

红外测距模块以此距离为设定值。红外测距模块安装在机械强手臂末端下侧面，红外测距模块通过电源线串行数据线与控制主机连接。

可升降底板在四个角由升降丝杆支撑，而升降丝杆由步进电机控制，步进电机正转推动丝杆上升，步进电机反转拉动丝杆下降。升降丝杆主要参数是全程总丝数及最小升降丝数，最小升降丝数可为五分之一丝、三分之一丝、二分之一丝、一个丝，测试并确定步进电机正转转数与最小升降丝数丝数对应关系表，控制主机通过控制步进电机正转转数达到控制可升降底板上升高度效果。

机械强手臂先书写当前页后，腰间小手臂拿取当前页至桌面，机械强手臂继续书写当前页，如下循环；当腰间小手臂拿取A4纸固定架当前页次数增多时，红外测距模块采集数据超出所设设定值，控制主机通过控制步进电机正转一个确定转数后提升可升降底板一次最小高度，确保A4纸固定架内当前页与机械强手臂书写笔相对位置保持不变。

五、书写文件当前页下载规则

云服务器存储文件，下载一次书写任务文件资料至控制主机；云服务器存储文件、资讯及维护APP上传文件，保持正常浏览阅读顺序，总共N页文件其页码从1、2、3直到N-1、N。

控制主机将书写文件按照每页独立转换为位图文件，在同一个文件名之下，保存每一个页位图文件，与原文件一一对应，位图文件包括1、2、3直到N-1、N个每页文件，然而，需要逆顺序一次一次地将位图文件下载至机械强手臂，即先下载排序为N的位图文件，再下载排序为N-1的位图文件，如此循环，最后下载排序为1的位图文件。

书写文件当前页下载至机械强手臂后，由机械强手臂独立地在A4纸固定架当前页自动书写一行一行直至整页。

六、腰间小手臂拿取当前页移至桌面

腰间小手臂拿取A4纸固定架当前页移至桌面的措施为:

如图6a所示先吸拉当前页：

(3)机械强手臂离开A4纸固定架；

(4)腰间小手臂打开夹持器，让其下侧面双吸盘靠上A4纸固定架当前页；

(5)吸起向外拉，再吸再拉，直到当前页离开A4纸固定架露出页纸；

如6b所示夹持器拿住当前页：

(4)腰间小手臂夹持器打开夹住所露出页纸，然后收紧；

(5)通过单目视觉确认出现误吸误拉空白页，则抛弃报废该空白页；

(6)当前页书写面朝上叠放至书写完好资料顶端。

七、书写文件过程中异常状态判定

家庭人工负责把整包A4纸、书写笔及笔架、A4纸固定架摆放桌面边沿合适位置，如技术方案所述，书写文件过程中安装卸载书写笔，拿取书写完好当前页至桌面都由服务机器人独立自动完成的。

书写笔状态及A4纸固定架内向书写纸状态是书写文件过程中典型异常状态，需检测并给出提示。

书写笔损耗后必须更换全新书写笔。

书写笔状态判定措施为：控制主机告知当前页完整书写行数，报警设定值为当前页可书写总行数减去完整书写行数，腰间小手臂拿取当前页由单目视觉进行行扫描，当空白行数量大于报警设定值时，判定书写笔处于损坏状态，需更换全新书写笔。

书写纸状态判定措施为：当腰间小手臂记录拿走纸张数量大于490张，当控制主机记录上升可升降底板次数大于120次，可判定A4纸固定架内向书写纸即将耗尽。

本发明一种基于服务机器人的定制出版系统，通过在机械强手臂末端添加红外测距模块，通过桌面A4纸固定架，独立地完整地实现定制资料的纸质书写，为少儿提供了一份纸质阅读学习资料，在少儿个性化成长并让少儿远离电子屏幕环境方面，有积极作用。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启发下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出许多形式，这些均属于本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于服务机器人的定制出版系统,它包括

服务机器人，由机身、全向移动车底、电源模块、双目视觉、单目视觉、机械强手臂、腰间小手臂组成；

云服务器，存储书写文件、传至服务机器人控制主机；

资讯及维护APP,运行于智能手机功能模块，上传书写文件至云服务器，显示A4纸张、书写笔所处状态；

书写笔，在市销一次性墨水笔基础上卸除笔尖套并在笔杆套上固定塑料圈，多支书写笔摆放在笔架上；

夹笔器,为厚度在1cm至2cm之间的椭圆截面空心立方体及四个安装孔，处于夹紧与松驰两状态；

其特征在于，它还包括红外测距模块，双吸盘单元，A4纸固定架及控制主机；

所述红外测距模块位于机械强手臂末端下侧面；

所述A4纸固定架包括固纸容器及可升降底板，所述可升降底板包括升降丝杆、电机驱动器、步进电机；

所述双吸盘单元包括吸盘本体、塑料管路、吸力驱动控制器；

所述吸盘本体位于腰间小手臂夹持器每支夹柄顶端下侧面；

所述控制主机为工业控制计算机，配置WIFI模块、4G模块、多回路串行及USB接口，支持TCP\IP通讯；

所述控制主机固定于服务机器人机身；

所述夹笔器通过三根控制线与控制主机输出回路连接；

所述红外测距模块通过串行数据线与与控制主机连接；

所述电机驱动器通过串行数据线与与控制主机连接；

所述吸力驱动控制器通过串行数据线与与控制主机连接；

所述控制主机配置为执行如下操作：

通过机械强手臂与腰间小手臂互动及配合，安装、卸装书写笔；

书写文件当前页以位图格式下载至机械强手臂；

依据红外测距模块所传数据,控制可升降底板以最小高度上升一次；

控制腰间小手臂拿取A4纸固定架当前页移至桌面。

2.根据权利要求1所述基于服务机器人的定制出版系统，其特征在于：所述安装书写笔的措施是：

(1)腰间小手臂夹持器从桌面笔架拿取书写笔，夹持器处于笔尖与塑料套之间并保持笔尖向下；

(2)控制主机输出低电平让夹笔器松驰后，腰间小手臂夹持器让书写笔笔尖落入夹笔器椭圆截面空心处，腰间小手臂夹持器释放，由书写笔在夹笔器椭圆截面空心自然下降；

(3)控制主机输出高电平让夹笔器夹紧，由此夹紧书写笔。

3.根据权利要求1所述基于服务机器人的定制出版系统，其特征在于：所述控制可升降底板以最小高度上升一次的措施是：步进电机正转带到丝杆上升，步进电机反转带动丝杆下降，最小升降高度可为五分之一丝、三分之一丝、二分之一丝、一个丝，确定步进电机正转转数与最小升降高度对应关系，通过控制步进电机正转转数来控制可升降底板上升。

4.根据权利要求1所述基于服务机器人的定制出版系统，其特征在于：所述控制主机下载书写文件当前页至机械强手臂的措施为：总共N页书写文件按照1、2、3直到N-1、N页码顺序存储，控制主机转换为位图文件存储顺序件保持1、2、3直到N-1、N个，但按照逆顺序一次一次地将位图文件下载至机械强手臂：先下载排序为N的位图文件，再下载排序为N-1的位图文件，如此循环，最后下载排序为1的位图文件。

5.根据权利要求1所述基于服务机器人的定制出版系统，其特征在于：所述腰间小手臂将A4纸固定架当前页移至桌面的措施为:

(1)机械强手臂离开A4纸固定架；

(2)腰间小手臂打开夹持器，让其下侧面双吸盘靠上A4纸固定架当前页；

(3)吸起向外拉，再吸再拉，直到当前页离开A4纸固定架露出页纸；

(4)腰间小手臂夹持器打开夹住所露出页纸，然后收紧；

(5)通过单目视觉确认出现误吸误拉空白页，则抛弃报废该空白页；

(6)当前页书写面朝上叠放至书写完好资料顶端。

6.根据权利要求1所述基于服务机器人的定制出版系统，其特征在于：所述书写纸状态判定措施为：当腰间小手臂记录拿走纸张数量大于490张时，或当控制主机记录上升可升降底板次数大于120次时，判定书写纸用尽。

7.根据权利要求1基于服务机器人的定制出版系统，其特征在于：所述书写笔状态判定措施为：控制主机告知当前页完整书写行数，报警设定值为当前页可书写总行数减去完整书写行数，腰间小手臂拿取当前页由单目视觉进行行扫描，当空白行数量大于报警设定值时，判定书写笔损坏。