CN108789435B - 多功能语音控制服务机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多功能语音控制服务机器人,包括：运载平台、控制装置、设置在所述运载平台上的取物装置，以及设置在所述运载平台底部的移动装置；其中，所述控制装置包括：接收来自患者的语音指令、并发出响应语音的语音模块，对目标物体进行空间定位、并检测取物装置位置的定位模块，用于路径识别的识别装置，与上位机进行通信、传输环境信息和病人的呼叫请求的通信模块，存储病人的需求和室内环境信息的存储模块，以及用于处理数据信息、并对各模块协调控制的处理模块；所述取物装置包括：设置在所述运载平台上的升降架、一端设置在所述升降架上的机械臂以及与所述机械臂另一端相连接的机械手。

Description

多功能语音控制服务机器人

技术领域

本发明涉及智能服务设备技术领域，具体而言，涉及一种多功能语音控制服务机器人。

背景技术

对于卧床休养的患者来说，经常有取放物体的需要，同时由于患者的体质虚弱，对室内的环境十分的敏感。然而，由于医护人员工作繁忙，难以及时的满足患者的需求。旧式的医疗服务机器人系统机构复杂，灵活度较低，取放范围较小，夹持精度低且功能单一。因而迫切需要一种依靠语音控制的集取放物品、实时监控室内环境等多种功能为一体的机器人以满足患者的日常所需。

中国专利号：106078755A，公开了一种多功能医疗服务机器人，包括控制箱、语音装置、摄像头、机械手模块、机器人前端循迹模块、机器人后端循迹模块、上位机显示器、机器人底盘、车轮。本发明主要用于在医院巡视病房，同时传输病房图像画面至上位机显示器便于医生实时掌握病人情况，并且可以在规定时间自主循迹至指定病房利用机械手模块夹取药瓶递给病人，通过语音装置发出提示音提示病人按时吃药。

上述技术方案，其一语音装置不能与患者进行有效地交互式交流，仅能发出提醒患者吃药的语音；其二机械手模块不能根据物体的实际高度自行调节，仅能根据预先设定的高度进行取物；其三仅能通过摄像头传输病房内的图像信息，不能对病房内环境进行有效地监测。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种多功能语音控制服务机器人，旨在解决现有医疗服务机器人服务功能单一且无法远程遥控的问题。

本发明提出了一种多功能语音控制服务机器人，包括：运载平台、控制装置、设置在所述运载平台上的取物装置，以及设置在所述运载平台底部的移动装置；

其中，所述控制装置包括：接收来自患者的语音指令、并发出响应语音的语音模块，对目标物体进行空间定位、并检测取物装置位置的定位模块，用于路径识别的识别装置，与上位机进行通信、传输环境信息和病人的呼叫请求的通信模块，存储病人的需求和室内环境信息的存储模块，以及用于处理数据信息、并对各模块协调控制的处理模块；

所述取物装置包括：设置在所述运载平台上的升降架、一端设置在所述升降架上的机械臂以及与所述机械臂另一端相连接的机械手；

所述移动装置包括：电机组和驱动电路模块，所述电机组设置在运载平台的下方、并与所述驱动电路模块的电源输出口相连接，所述驱动电路模块设置在控制箱内；

所述升降架包括：设置在所述运载平台上的固定板、底端与所述固定板相连接的导杆、套设在所述导杆上的导套、两端均与所述导套固定的升降梁、设置在所述导杆顶端的固定梁、设置在所述固定梁一端的限位开关、设置在所述固定板上的第一电机支座、设置所述第一电机支座上的第一伺服电机、设置在所述第一伺服电机上的联轴器、设置在所述固定梁上与所述联轴器对应位置处的轴承座、以及下端与所述联轴器相连且上端穿设在所述轴承座内的丝杆，所述丝杆与升降梁由中心处螺纹孔连接；

所述机械臂包括：设置在所述升降梁上的第二电机支座，设置在所述第二电机支座上的第二伺服电机，一端与所述第二伺服电机相连的曲柄，一端通过铰链与所述曲柄另一端相连接的连杆，与所述第二电机支座相连接的导轨，以及套设在所述导轨内部、一端通过法兰轴承与所述连杆另一端相连接、另一端与所述机械手相连的滑杆。

进一步地，上述多功能语音控制服务机器人中，所述语音模块与所述处理模块相连接，所述语音模块包括：语音识别模块和语音发送模块，所述语音识别模块设置在所述运载平台上、用于接收来自患者语音指令，所述语音发送模块设置在所述控制箱内、用于发出响应语音。

进一步地，上述多功能语音控制服务机器人中，所述定位模块与所述处理模块相连接，所述定位模块包括：设置在所述升降架上、用于对目标物体进行空间定位的摄像头、设置在所述机械臂上、用于检测所述升降架位置的第一红外测距传感器以及设置在所述机械手上、用于检测所述机械臂位置的第二红外测距传感器。

进一步地，上述多功能语音控制服务机器人中，所述识别装置与所述处理模块相连接，所述识别装置包括：若干设置于运载平台上的灰度传感器，所述灰度传感器由光敏三级管、高亮二极管、光电耦合器组成。

进一步地，上述多功能语音控制服务机器人中，所述通信模块为WIFI通信模块，所述通信模块设置在所述控制箱内，并与所述处理模块相连接。

进一步地，上述多功能语音控制服务机器人中，所述处理模块包括至少一单片机。

进一步地，上述多功能语音控制服务机器人中，所述机械手包括：与所述滑杆相连的第三电机支座，设置在所述第三电机支座内的第三伺服电机，设置在所述第三电机支座外部并与所述第三伺服电机相连的第一齿轮、与所述第一齿轮相连的第一机械爪、设置在所述第三电机支座外部并与所述第一齿轮连接的第二齿轮、以及与所述第二齿轮连接的第二机械爪。

进一步地，上述多功能语音控制服务机器人中，所述控制装置中还包括：环境监测模块和压力检测模块，所述环境监测模块设置在所述控制箱内，用于检测室内的温度、湿度、二氧化碳浓度；所述压力检测装置设置在所述机械手内侧，用于检测所述机械手承受的压力。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明提供的多功能语音控制服务机器人，有效地克服了现有医疗服务机器人服务功能单一且无法远程遥控的问题，极大地提升了患者在治疗与康复过程中的良好的体验感。

尤其是，本发明的多功能语音控制服务机器人，通过设置集多种功能模块为一体的控制装置与灵活的取物装置，一方面有效地实现了对机器人的良好控制，保证了其各项功能的正常发挥，另一方面极大地减轻了患者家庭成员的与医护人员的负担，有效地确保了患者地即使康复。

进一步的，本发明的多功能语音控制服务机器人，通过设置语音模块，使得患者可以通过语音方式向机器人发出指令，并得到其回应，有效地实现了患者使患者与机器人的交互式交流。

进一步的，本发明的多功能语音控制服务机器人，通过设置定位模块和识别模块，使其能够指令精确地发现所需物品的具体位置，并准确的到达物品跟前，保证了物品定位与路径识别的精准性。

进一步的，本发明的多功能语音控制服务机器人，通过设置取物装置，使其能够根据所取物品的实际高度进行高度调节，已达到取物的目的，大大提高了机器人的灵活性，进而有效地保证了机器人取物的精确性。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明的多功能语音控制服务机器人的结构图；

图2为本发明中取物装置升降架的结构正视图；

图3为本发明中取物装置机械臂与机械手的结构侧视图；

图4为本发明中取物装置机械臂与机械手的结构上视图；

图5为本发明中取物装置机械臂的结构爆炸图；

图6为本发明中驱动电机的控制电路图；

图7为本发明灰度传感器的电路图；

图8为本发明中控制系统的框图；

图9为本发明中取物过程流程图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参阅图1所示，为本发明的多功能语音控制服务机器人的结构图，本实施例中，其包括：运载平台1、控制装置2、设置在所述运载平台1上的取物装置3，以及设置在所述运载平台底部的移动装置4。

具体而言，运载平台1为一板状构件，主要用于设置机器人的各个部件，例如运载平台1上端可以设置控制装置2、取物装置3等，下部可以设置移动装置4。运载平台1的形状可以是任意形状，例如矩形、圆形、菱形等，只要能够满足设置其他部件的功能即可。而且运载平台1的制作材料可以是钢板、塑料板以及木板等任意材料。本实施例中，运载平台1为一矩形钢板，既保证了其便于设置其他部件的功能，由有效地确保了设置其他部件地牢固性。

具体而言，控制装置2包括：用于接收来自患者的语音指令、并发出响应语音的语音模块，对目标物体进行空间定位、并检测取物装置位置的物品定位模块，用于路径识别的路径识别模块，与上位机进行通信、传输环境信息和病人的呼叫请求的通信模块，存储病人的需求和室内环境信息的存储模块，用于监测病房内环境的环境监测模块，用于检测压力大小的压力检测模块，以及用于处理数据信息、并对各模块协调控制的处理模块。其中：

语音模块包括语音识别模块和语音发送模块，所述语音识别模块位于机器人系统的运载平台1上，可以接收来自患者的语音指令，所述语音发送模块位于机器人系统的控制箱21内，用于发出响应语音。

物品定位模块包含摄像头模块221，第一红外测距传感器222，第二红外测距传感器223，所述摄像头模块221位于取物装置3中的丝杆的正上方，用于对目标物体进行空间定位，所述第一红外测距传感器222位于第二电机支座301的正前方，用于检测升降架2位置，所述第二红外测距传感器223位于第三伺服电机332的下方，用于检测机械臂32的位置。同时，所述摄像头模块221、第一红外测距传感器222以及第二红外测距传感器223均与处理模块的输入/输出端口连接。

路径识别模块包含若干个分别设置于运载平台1上灰度传感器，所述灰度传感器由光敏三级管，高亮二极管，光电耦合器组成，并于处理模块的输入/输出端口连接。本实施例中，所述灰度传感器的数量为36个，分别设置在所述运载平台的前、后、左、右四个方向。

通信模块位于机器人系统的控制箱21内，与处理模块的输入/输出端口连接，用于与上位机进行通信，传输环境信息和病人的呼叫请求。本实施例中，通信模块为WIFI通信模块。

环境检测模块位于机器人系统的控制箱21内，与处理模块的输入/输出端口连接，用于检测室内的温度、湿度以及二氧化碳浓度，其包括温度传感器、湿度传感器以及二氧化碳传感器。

信息存储模块位于机器人系统的控制箱21内，与处理模块的输入/输出端口连接，用于存储病人的需求和室内环境信息。

处理模块位于机器人系统的控制箱21内，其输入与输出端口均与各个功能模块相连接，用于处理数据信息，并对各模块协调控制。本实施例中，处理所述处理器至少为一单片机。

压力检测模块设置在机械手33上，与所述的处理模块的输入/输出端口连接。本实施例中，压力检测模块包括压力传感器，其贴在机械手33内表面。

具体而言，取物装置3设置在所述运载平台1上的升降架31、一端设置在所述升降架31上的机械臂32以及与所述机械臂32另一端相连接的机械手33。

参阅图2所示，升降架31包括：设置在所述运载平台1上的固定板311、底端与所述固定板311相连接的导杆312、套设在所述导杆312上的导套313、两端均与所述导套313固定的升降梁314、设置在所述导杆312顶端的固定梁315、设置在所述固定梁315一端的限位开关316、设置在所述固定板311上的第一电机支座317、设置所述第一电机支座317上的第一伺服电机318、设置在所述第一伺服电机318上的联轴器319、设置在所述固定梁315上与所述联轴器319对应位置处的轴承座320、以及下端与所述联轴器319相连且上端穿设在所述轴承座320内的丝杆。

本实施例中，固定板311位于运载平台1中心，导杆312与第一伺服电机318呈直线排列，第一伺服电机318由螺钉连接到第一电机支座317，第一电机支座317再由螺钉连接到固定板311。所述第一伺服电机318通过联轴器319连接到丝杆，轴承座320由螺钉连接到固定梁314上，丝杆与升降梁314由中心处螺纹孔连接。所述导套313，分别由螺钉固定到升降梁314两侧并与导杆312间隙配合。

参阅图3-5所示，机械臂32包括：设置在所述升降梁314上的第二电机支座321，设置在所述第二电机支座321上的第二伺服电机322，一端与所述第二伺服电机322相连的曲柄323，一端通过铰链324与所述曲柄323另一端相连接的连杆325，与所述第二电机支座321相连接的导轨326，以及套设在所述导轨326内部、一端通过法兰轴承327与所述连杆325另一端相连接、另一端与所述机械手33相连的滑杆328。

本实施例中，第二电机支座321由螺钉连接到升降梁314上，第二伺服电机322由螺钉连接到第二电机支座321，导轨326通过螺钉与升降梁314连接，曲柄323一端通过螺钉与第二伺服电机322连接，曲柄323另一端通过铰链324与连杆325铰接，连杆325与法兰轴承327连接，法兰轴承327通过螺钉连接到导轨326上，所述导轨326有矩形槽。

继续参阅图3-5所示，机械手33包括：与所述滑杆328相连的第三电机支座331，设置在所述第三电机支座331内的第三伺服电机332，设置在所述第三电机支座331外部并于所述第三伺服电机332相连的第一齿轮333、与所述第一齿轮333相连的第一机械爪334、设置在所述第三电机支座331外部并于所述第一齿轮333齿轮连接的第二齿轮335、以及与所述第二齿轮335连接的第二机械爪336。

本实施例中，第三伺服电机332由螺钉连接到第三电机支座331，第三伺服电机331通过螺钉与第一齿轮333连接。第一齿轮333与第二齿轮335啮合,第一机械爪334和第二机械爪336通过螺钉分别连接到第一齿轮333和第二齿轮335上。

继续参阅图1所示，移动装置4包括：电机组和驱动电路模块，所述电机组设置在运载平台1的下方、并与所述驱动电路模块的电源输出口相连接，所述驱动电路模块设置在控制箱内。

本实施例中，电机组为纳英特双输出轴直流减速电机组，所述纳英特双输出轴直流减速电机组包括四个直流减速电机，对称分布于运载平台1的下方，并与驱动电路的电流输出端连接。所述驱动电路设置与控制箱内，连接到处理模块的输入/输出端口，所述驱动电路是由4个相同的P沟道功率MOSFET晶体管的构成H桥电路。

具体工作过程：

语音模块接收到患者发出的指令，将语音信息发送给处理模块，处理模块对语音信息进行分析处理。移动装置在路径识别模块的控制下，带动运载平台1到目标区域。摄像头模块定位目标物体，将目标物体的空间坐标信息发送给处理模块，处理模块发送PWM到第一伺服电机，第一伺服电机通过联轴器与丝杆相连，丝杆在轴承座的限制下顺时针转动，丝杆的带动下升降梁和导套在导杆的限制下竖直向上移动。升降梁带动机械臂和机械手再向上运动，当第一红外测距传感器检测到目标物体时，即到达指定坐标。第一伺服电机停止转动。进一步的，第三伺服电机位于滑杆末端，转轴与第一齿轮铰接。第三伺服电机带动第一齿轮顺时针旋转，第一齿轮与第二齿轮啮合,逆向转动带动所述第一机械爪和第二机械爪张开。当机械手张开到最大角度时，第三伺服电机停止转动。进一步的，第二伺服电机接收到处理模块发出的PWM信号，带动曲柄转动，曲柄带动铰链运动，铰链带动连杆移动，连杆带动法兰轴承移动，法兰轴承通过螺钉固定到滑杆上，滑杆在导轨的限制下向外滑动，机械手由螺钉固定在滑杆远端，由滑杆带动向远离升降架的方向移动。进一步的，当第二红外测距传感器检测到目标物体时，到达指定坐标，第二伺服电机停止转动。进一步的，第三伺服电机开始转动,带动第一齿轮逆时针转动，第一齿轮与第二齿轮啮合，逆向转动带第一动械爪和第二机械爪闭合。压力传感器，将信息发送单片机模块，当压力值达到阈值时，将目标物体夹紧，第三伺服电机停止转动。进一步的，第一伺服电机带动丝杆在轴承座的限制下顺时针转动，丝杆带动升降梁向上移动，升降梁带动第导套在导杆限制下移动。限位开关打开时，第一伺服电机停止转动。进一步的，移动模块在路径识别模块的控制下，移动到患者所在位置。进一步的，语音模块，向患者发出问候语音。进一步的，第三伺服电机开始转动，带动第一齿轮顺时针转动，第一齿轮与第二齿轮啮合,逆向转动带动所述第一机械爪和第二机械爪张开。

显然可以得出的是，本发明提供的多功能语音控制服务机器人可通过语音模块接收语音指令，自主移动使用机械手臂抓取目标物体，并将目标物体运送到语音发送者的手中，同时还可以实时检测室内环境，存储保留室内环境信息，并将患者的诉求通过无线通信模块反馈给医生，一方面可以有效地减轻患者家属和医护工作者的负担，另一方面及时地帮助患者改变室内环境，保证患者的有效康复。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种多功能语音控制服务机器人，其特征在于，包括：运载平台(1)、控制装置(2)、设置在所述运载平台上的取物装置(3)，以及设置在所述运载平台(1)底部的移动装置(4)；

其中，所述控制装置(2)包括：接收来自患者的语音指令、并发出响应语音的语音模块，对目标物体进行空间定位、并检测取物装置位置的定位模块，用于路径识别的识别装置，与上位机进行通信、传输环境信息和病人的呼叫请求的通信模块，存储病人的需求和室内环境信息的存储模块，以及用于处理数据信息、并对各模块协调控制的处理模块；

所述取物装置(3)包括：设置在所述运载平台(1)上的升降架(31)、一端设置在所述升降架(31)上的机械臂(32)以及与所述机械臂(32)另一端相连接的机械手(33)；

所述移动装置(4)包括：电机组和驱动电路模块，所述电机组设置在运载平台(1)的下方、并与所述驱动电路模块的电源输出口相连接，所述驱动电路模块设置在控制箱内；

所述升降架(31)包括：设置在所述运载平台(1)上的固定板(311)、底端与所述固定板(311)相连接的导杆(312)、套设在所述导杆(312)上的导套(313)、两端均与所述导套(313)固定的升降梁(314)、设置在所述导杆(312)顶端的固定梁(315)、设置在所述固定梁(315)一端的限位开关(316)、设置在所述固定板(311)上的第一电机支座(317)、设置所述第一电机支座(317)上的第一伺服电机(318)、设置在所述第一伺服电机(318)上的联轴器(319)、设置在所述固定梁(315)上与所述联轴器(319)对应位置处的轴承座(320)、以及下端与所述联轴器(319)相连且上端穿设在所述轴承座(320)内的丝杆，所述丝杆与升降梁（314）由中心处螺纹孔连接；

所述机械臂(32)包括：设置在所述升降梁(314)上的第二电机支座(321)，设置在所述第二电机支座(321)上的第二伺服电机(322)，一端与所述第二伺服电机(322)相连的曲柄(323)，一端通过铰链(324)与所述曲柄(323)另一端相连接的连杆(325)，与所述第二电机支座(321)相连接的导轨(326)，以及套设在所述导轨(326)内部、一端通过法兰轴承(327)与所述连杆(325)另一端相连接、另一端与所述机械手(33)相连的滑杆(328)。

2.根据权利要求1所述的多功能语音控制服务机器人，其特征在于，所述语音模块与所述处理模块相连接，所述语音模块包括：语音识别模块和语音发送模块，所述语音识别模块设置在所述运载平台(1)上、用于接收来自患者语音指令，所述语音发送模块设置在所述控制箱内、用于发出响应语音。

3.根据权利要求1所述的多功能语音控制服务机器人，其特征在于，所述定位模块与所述处理模块相连接，所述定位模块包括：设置在所述升降架(31)上、用于对目标物体进行空间定位的摄像头(221)、设置在所述机械臂(32)上、用于检测所述升降架(31)位置的第一红外测距传感器(222)以及设置在所述机械手(33)上、用于检测所述机械臂(32)位置的第二红外测距传感器(223)。

4.根据权利要求1所述的多功能语音控制服务机器人，其特征在于，所述识别装置与所述处理模块相连接，所述识别装置包括：若干设置于运载平台(1)上的灰度传感器，所述灰度传感器由光敏三级管、高亮二极管、光电耦合器组成。

5.根据权利要求1所述的多功能语音控制服务机器人，其特征在于，所述通信模块为WIFI通信模块，所述通信模块设置在所述控制箱内，并与所述处理模块相连接。

6.根据权利要求1所述的多功能语音控制服务机器人，其特征在于，所述处理模块包括至少一单片机。

7.根据权利要求1-6任一所述的多功能语音控制服务机器人，其特征在于，所述机械手(33)包括：与所述滑杆(328)相连的第三电机支座(331)，设置在所述第三电机支座(331)内的第三伺服电机(332)，设置在所述第三电机支座(331)外部并与所述第三伺服电机(332)相连的第一齿轮(333)、与所述第一齿轮(333)相连的第一机械爪(334)、设置在所述第三电机支座(331)外部并与所述第一齿轮(333)齿轮连接的第二齿轮(335)、以及与所述第二齿轮(335)连接的第二机械爪(336)。

8.根据权利要求7所述的多功能语音控制服务机器人，其特征在于，所述控制装置(2)中还包括：环境监测模块和压力检测模块，所述环境监测模块设置在所述控制箱内，用于检测室内的温度、湿度、二氧化碳浓度；所述压力检测装置设置在所述机械手(33)内侧，用于检测所述机械手(33)承受的压力。

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