CN108818564A - 一种家居机器人控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种家居机器人控制系统及其控制方法，家居机器人携带多种传感器、嵌入式设备以及无线通信设备。通过手机APP发送命令给家居机器人，即可远程控制家庭智能家居设备；同时将家居机器人多种传感器采集到的信息，返回到手机APP端，使主人可随时掌握家庭安全情况。本发明无需对家庭的各个组成部分进行重新设计，即可实现极好的智能家居体验的方案。

Description

一种家居机器人控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及家居机器人领域，尤其涉及一种家居机器人控制系统及其控制方法。

背景技术

智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、 安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统。面临的市场背景为智能家居普及难度较高、实现程度较小。

传统的智能家居思路是综合布线技术与网络通信技术的结合。实现在家庭布置各种静态节点，通过智能无线路由或机顶盒作为家庭终端来控制家庭内其他设备。这种方式若将家庭完全布置好各种节点后，高度智能的系统将被布置完整。然而，由于静态节点需要大量且材质类型不不同的静态节点，导致需要对老式的家庭进行大规模改造，甚至要对家庭的各个组成部分进行重新设计。

基于现状，大部分的家庭如老式家庭为例，无法达到房屋大面积改造的需求，导致无法体验智能家居，因而智能家居无法普及。

发明内容

本发明的目的在于提供一种家居机器人控制系统及其控制方法。

本发明采用的技术方案是：

一种家居机器人控制系统，其包括家居机器人和服务器，家居机器人上搭载有无线通信模块，服务器上搭载有无线通信热点模块，家居机器人与服务器无线通信连接，服务器接入公网，手机客户端通过公网连接服务器或者与家居机器人无线连接，

家居机器人包括家居机器人底座和主控板，家居机器人底座设有至少3个移动轮，移动轮由相应驱动电机驱动运动，驱动电机固定在家居机器人底座上；

主控板嵌设在家居机器人底座上表面，主控板上设有MCU处理器以及与MCU处理器连接的无线通信模块、红外接收模块、红外学习芯片和红外对管，红外学习芯片连接红外接收模块，红外接收模块用于接收待学习的电器遥控器发送的红外信号，红外学习芯片用于对待学习的红外信号进行调解并将解析的红外波形进行存储，红外对管用于向被控电器设备发送家居机器人基于红外波形调制的红外控制信号；

家居机器人底座的上端面设有水平工作台，水平工作台上固设有双自由度云台，至少一台摄像头设在双自由度云台上并随双自由度云台运动；

家居机器人挂载有与MCU处理器连接的清洁装置、人体传感器、烟雾传感器、火焰传感器、红外避障传感器和红外防跌落传感器。

无线通信热点模块包括蓝牙热点、wifi热点、、Zigbee热点。

无线接口模块包括蓝牙接口模块、Zigbee模块和WiFi接口模块。

所述摄像头为两台，两台摄像头分别设于双自由度云台的相对两侧。

进一步的，一种家居机器人控制系统的控制方法，其包括远程视频监控步骤和自动巡航步骤，

远程视频监控具体包括以下步骤：

步骤1.1：通过c/s模拟p2p技术搭建手机客户端、服务器和家居机器人的通信网络，手机客户端为客户远程交互窗口，服务器作为信息转发中心，

步骤1.2：服务器开启热点服务，家居机器人上的摄像头通过热点服务与服务器进行通信，

步骤1.3：摄像头采集数据生成视频流，将视频流上传到服务器，视频流配置该视频流以网页形式调用并为视频流绑定IP地址，

步骤1.4：服务器与手机客户端进行socket通信，

步骤1.5：用户通过手机客户端输入服务器所在IP地址，查找并连接该服务器，

步骤1.6：手机客户端从服务器上面提取视频流或者图片供用户观看，

步骤1.7：用户通过手机客户端调用双自由度云台的运动控制面板并发送控制指令，

步骤1.8：家居机器人基于控制指令在家里移动巡航并实时采集数据生成视频流。用户就可以通过视频或图片掌握家庭信息，实现远程视频全方位监控功能。

家居机器人自动巡航的具体步骤：

步骤2.1：用户通过手机用户端界面设置家居机器人进入自动巡航模式，

步骤2.2：家居机器人接受指示进入自动巡航模式并开始在室内行进，

步骤2.3：家居机器人室内行进时通过SLAM算法结合摄像头，根据位置估计和地图进行自身定位，

步骤2.4：家居机器人在自身定位的基础上建造增量式地图并高效绘制室内地图，

步骤2.5：家居机器人对室内地图进行智能分析并自主规划巡航路线；

步骤2.6：家居机器人实时读取红外避障传感器和红外防跌落传感器的采集障碍数据，

步骤2.7：家居机器人基于障碍数据通过硬件驱动控制家居机器人避开障碍物；避开行进过程中所遇到的障碍物以及“悬崖”如台阶等，防止自身碰撞和跌落；

步骤2.8：家居机器人通过巡逻算法不断调整巡航路线使巡逻范围能够覆盖整个家庭范围，实现家居机器人自动巡航功能。

进一步的，一种家居机器人控制系统的控制方法还包括作为智能家居网关步骤：

步骤3.1：家居机器人通过各通信接口接收待转发数据，待转发数据包括限蓝牙数据、红外数据、Zigbee数据、WIFI数据以及各种家具设备的接口协议；

步骤3.2：家居机器人对收到的待转发数据重新打包并转化为指定的数据包格式，且将其中的各种协议转变为适应目的服务器需求的特定协议，上传到服务器；

步骤3.3：用户通过手机客户端发送指令至服务器，

步骤3.4：服务器寻找与指令对应的接口协议的映射关系，将对应的接口协议经过家庭网络发送至家居机器人；

步骤3.5：家居机器人接收指令并基于指令进行动作，从而达到直接控制智能家居设备的目的。

进一步的，一种家居机器人控制系统的控制方法还包括远程遥控家居机器人步骤：

步骤4.1：家居机器人获取手机的固定IP地址并接入手机的WIFI热点进行socket通信，

步骤4.2：用户通过手机客户端获取并启动家居机器人的监控视频，

步骤4.3：用户通过手机客户端打开家居机器人遥控版面向家居机器人发送指令，选择控制家居机器人移动、清洁、巡航等模式；

步骤4.4：家居机器人接收并解析指令数据，通过主控板控制家居机器人执行相应动作。在控制家居机器人移动中，由舵机控制转向和电动机控制前进后退实现家居机器人的移动。

进一步的，一种家居机器人控制系统的控制方法还包括家居机器人遥控家电步骤，家居机器人遥控家电步骤包括红外学习步骤和红外遥控步骤；

红外学习步骤具体包括以下步骤：

步骤5.1：用户将家居机器人设为红外学习模式；

步骤5.2：家居机器人启动定时器并等待接收电器遥控器的红外信号；

步骤5.3：定时器周期内家居机器人是否接收到通过红外接收模块接收到电器遥控器的红外信号；是则，执行步骤5.4；否则，执行步骤5.2；

步骤5.4：红外学习芯片接收红外信号并调解信号，解析红外波形并传输到MCU处理器储存完成学习；

红外遥控步骤具体包括以下步骤：

步骤5.5：设置家居机器人进入遥控模式，

步骤5.6：MCU处理器基于存储的红外波形进行调制输出红外控制信号；

步骤5.7：红外对管基于红外控制信号生成对应的红外波形至受控电器完成红外遥控动作。

本发明采用以上技术方案，无需对家庭的各个组成部分进行重新设计，即可实现极好的智能家居体验的方案。所述的家居机器人携带多种传感器、嵌入式设备以及无线通信设备。通过手机APP发送命令给家居机器人，即可远程控制家庭智能家居设备；同时将家居机器人多种传感器采集到的信息，返回到手机APP端，使主人可随时掌握家庭安全情况。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；

图1是本发明家居机器人控制系统的总体结构图;

图2是本发明的家居机器人的主控板布局示意图；

图3是本发明的视频监控步骤的原理框图；

图4是本发明的自动巡航的原理框图；

图5是本发明的自动清洁的原理框图；

图6是本发明实现家庭安防功能的原理框图；

图7是本发明的智能网关步骤的原理框图；

图8是本发明的家居机器人远程遥控步骤的原理框图；

图9是本发明的家居机器人遥控家电步骤的红外学习的原理框图。

具体实施方式

如图1-9之一所示，本发明公开了一种家居机器人控制系统，其包括家居机器人和服务器，家居机器人上搭载有无线通信模块，服务器上搭载有无线通信热点模块，家居机器人与服务器无线通信连接，服务器接入公网，手机客户端通过公网连接服务器或者与家居机器人无线连接，

家居机器人包括家居机器人底座和主控板，家居机器人底座设有至少3个移动轮，移动轮由相应驱动电机驱动运动，驱动电机固定在家居机器人底座上；

主控板嵌设在家居机器人底座上表面，主控板上设有MCU处理器以及与MCU处理器连接的无线通信模块、红外接收模块、红外学习芯片和红外对管，红外学习芯片连接红外接收模块，红外接收模块用于接收待学习的电器遥控器发送的红外信号，红外学习芯片用于对待学习的红外信号进行调解并将解析的红外波形进行存储，红外对管用于向被控电器设备发送家居机器人基于红外波形调制的红外控制信号；

家居机器人底座的上端面设有水平工作台，水平工作台上固设有双自由度云台，至少一台摄像头设在双自由度云台上并随双自由度云台运动；

家居机器人挂载有与MCU处理器连接的清洁装置、人体传感器、烟雾传感器、火焰传感器、红外避障传感器和红外防跌落传感器。

以下通过具体的实施例的描述对本发明的控制方法的技术方案作出全面的、详细的描述。需要说明的是，这些具体的说明只是让本领域普通技术人员更加容易、清晰理解本发明，而非对本发明的限定性解释。

本发明使用普通通讯设备实现对家中家居机器人的远程控制，无需布点，搭建一种动态的家庭智能家居生态圈。家中家居机器人通过多种无线网络通信方式等与外界进行通信，手机客户端通过在家居中建立各种形式的通信网络和家居机器人，对所有家庭网络上的设施进行控制，实现家居机器人自动巡航、自动清洁、家庭安防、远程视频监控、远程云台控制、远程家居机器人遥控、家电遥控学习以及家电遥控等功能。

实施例一：

如图3所示，本实施例提出了应用此远程智能家居控制系统实现远程视频监控的技术方案。

本实施例中由服务器和手机客户端共同实现远程视频监控。本实施例通过c/s模拟p2p技术搭建一个网络，建立通信链路，以手机客户端为客户远程交互窗口，与家庭家居机器人建立一对一连接，服务器作为通信的信息转发中心。实现远程视频监控功能流程如下:服务器开启热点服务后，与家居机器人上的摄像头进行通信，采集摄像头数据，生成视频流，将其上传到服务器，此视频流可以以网页的形式进行调用，配置此视频流绑定IP地址。之后服务器与手机客户端进行socket通信，手机客户端只要输入服务器所在IP地址，查找到并确保连接上此服务器，就可以从服务器上面提取视频流或者图片，用户就能在手机端看见监控视频或者图片，并可在手机端打开摄像头云台运动控制面板，控制摄像头云台的前、后、左、右和停止动作。随着终端家居机器人在家里移动巡航，用户就可以通过视频或图片掌握家庭信息，实现远程视频全方位监控功能。

实施例二：

如图4，本实施例提出了应用此远程智能家居控制系统实现家居机器人自动巡航功能的技术方案。

本实施例中由手机客户端，SLAM算法结合红外辅助实现家居机器人自动巡航功能。家居机器人上挂载了许多红外避障传感器和红外防跌落传感器以及嵌入式设备。用户打开手机客户端界面设置家居机器人处于自动巡航模式，家居机器人接受指示进入自动巡航模式。家居机器人在屋内行进时，通过SLAM结合摄像头，根据位置估计和地图进行自身定位，同时在自身定位的基础上建造增量式地图，从而让家居机器人可以高效绘制室内地图，接着进行智能分析，完成自主规划巡航路线。

同时嵌入式设备实时读取红外避障和红外防跌落传感器值，与智能终端的硬件驱动部分进行通信，驱动家居机器人前进，避开行进过程中所遇到的障碍物以及“悬崖”如台阶等，防止自身碰撞和跌落，并且在自动巡航模式下的家居机器人通过巡逻算法不断调整巡航路线，以此使巡逻范围能够覆盖整个家庭范围，从何实现家居机器人自动巡航功能。

实施例三：

如图5所示，本实施例提出了应用此远程智能家居控制系统实现控制家居机器人自动清洁功能的技术方案。

家居机器人上挂载着所需的清洁装置，用户打开手机客户端界面设置家居机器人处于自动清洁模式，家居机器人接受指示进入自动清洁模式。家居机器人开启挂载的清洁装置，使用这些清洁装置在经过的路线上进行地面除尘清洁。

本实施例中涉及其他部分与实施例一或二相类似，在此不做赘述。

实施例四：

如图6所示，本实施例提出了应用此远程智能家居控制系统实现家庭安防功能的技术方案。

本实施例中由嵌入式设备，手机客户端以及服务器端共同实现家庭安防功能。服务器和嵌入式设备同样被挂载在家居机器人上，可随智能终端经行移动控制。家居机器人上集中了人体传感器,烟雾传感器，火焰传感器，可以实时对环境数据进行采集，监测。搭载在移动家居机器人上面的中央控制器轮询火焰传感器，烟雾传感器，人体传感器等搭载传感器的输出状态，若无接收到信号，则延时后重新进行轮询，若有险情发生，服务器将数据通过ser2net以socket形式发送至手机客户端，手机客户端对socket接收到的数据进行检测，判断出事件类型，随后发出警报声音，向用户输出报警提示信息，延迟一段时间后重新检测收到的数据。以此用户就能通过手机端了解到家庭环境情况，实现安防功能。

本实施例中的技术方案特征在于家居机器人全方位智能识别实现家庭安全监测，利用无线传感网络动态实现包括陌生人识别警报、烟雾报警、火焰报警等，无需在家中各处安装感知设备。

同样地，本实施例的有些内容与实施例一和实施例二相类似，在此不作赘述。

实施例五：

如图7所示，本实施例提出了利用此家居机器人实现作为智能家居网关的技术方案。

本实施例中的家居机器人解决了各网络、各家庭智能家居设备之间的状态控制的接入问题，将系统中的各类传感器以及控制器互相联动，构建完整的智能家居互联网。该家居机器人带有各种通信的接口，可以接收包括但不仅限蓝牙数据、红外数据、Zigbee数据、WIFI数据以及各种智能家具设备等的接口协议。家居机器人对收到的这些数据重新打包将其转化为特定的数据包格式，将各种协议转变定义为适应目的服务器需求的特定协议，上传到服务器。用户只需要通过手机APP，即可发送指令，指令会先上传至服务器，寻找与对应接口协议的映射关系，再将对应的接口协议经过家庭网络发送至家居机器人端，从而达到直接控制智能家居设备的目的。

与智能路由器等产品不同，智能网关在智能家居中更注重在安全性。智能路由器是在传统路由器的基础上智能化，与传统路由最大的不同在于智能路由器自身具有网络功能，可以安装应用、控制上网、USB分享等，而智能网关在作为智能家居核心的过程中，加入了包括但不仅限于人工智能、机器学习等技术，通过对网络流量进行拦截分析，从而提高了智能网关的安全性与可靠性，从而提高了其安全性。

综上，家居机器人实现作为智能家居网关的功能。

实施例六：

如图8所示，本实施例六提出了应用此远程智能家居控制系统实现远程遥控家居机器人的技术方案。

本实施中家居机器人与手机客户端通过WIFI进行socket通信，这需要家居机器人获取手机的固定IP地址，连上手机的WIFI热点，由此实现客户端到家居机器人的指令传送。在手机端启动视频，打开遥控版面，选择控制家居机器人移动、清洁、巡航等模式。由家居机器人嵌入式设备接收、解析指令数据，更改电机驱动信号让家居机器人执行相应动作。在控制家居机器人移动中，由舵机控制转向和电动机控制前进后退实现家居机器人的移动。远程控制巡航模式和自动清洁模式详见例二例三。

实施例七：

如图9所示，本实施例七提出了应用此远程智能家居控制系统实现家电遥控学习以及家电遥控功能的技术方案。红外遥控是一种无线、非接触控制技术，具有抗干扰能力强，信息传输可靠，功耗低，成本低，易实现等显著优点，被诸多电子设备特别是家用电器广泛采用，因而在此采用红外遥控学习以及红外遥控家电。

进入红外学习遥控模式等待客户端指令状态——家电遥控学习模式或遥控家电模式。下面分这两种情况进行阐述：

家居机器人装有红外学习芯片，进入学习模式后，等待电器遥控红外信号并启动定时器。若定时时间到仍未获取到红外信号，则重新进入轮询。由红外学习模块接收红外信号、调解信号，解析红外波形并传输到单片机中进行储存，完成学习后，重新进入等待指令状态。

家居机器人进入遥控模式，由红外接收传感器获取电器红外波形数据，回复波形，为防止其它信号的干扰，家居机器人会对波形进行调制，最后通过红外发光二极管发射，实现对电器、设备进行红外遥控。

本发明采用以上技术方案，无需对家庭的各个组成部分进行重新设计，即可实现极好的智能家居体验的方案。所述的家居机器人携带多种传感器、嵌入式设备以及无线通信设备。通过手机APP发送命令给家居机器人，即可远程控制家庭智能家居设备；同时将家居机器人多种传感器采集到的信息，返回到手机APP端，使主人可随时掌握家庭安全情况。

Claims (8)

1.一种家居机器人控制系统，其特征在于：其包括家居机器人和服务器，家居机器人上搭载有无线通信模块，服务器上搭载有无线通信热点模块，家居机器人与服务器无线通信连接，服务器接入公网，手机客户端通过公网连接服务器或者与家居机器人无线连接，

家居机器人包括家居机器人底座和主控板，家居机器人底座设有至少3个移动轮，移动轮由相应驱动电机驱动运动，驱动电机固定在家居机器人底座上；

主控板嵌设在家居机器人底座上表面，主控板上设有MCU处理器以及与MCU处理器连接的无线通信模块、红外接收模块、红外学习芯片和红外对管，红外学习芯片连接红外接收模块，红外接收模块用于接收待学习的电器遥控器发送的红外信号，红外学习芯片用于对待学习的红外信号进行调解并将解析的红外波形进行存储，红外对管用于向被控电器设备发送家居机器人基于红外波形调制的红外控制信号；

家居机器人底座的上端面设有水平工作台，水平工作台上固设有双自由度云台，至少一台摄像头设在双自由度云台上并随双自由度云台运动；

家居机器人挂载有与MCU处理器连接的清洁装置、人体传感器、烟雾传感器、火焰传感器、红外避障传感器和红外防跌落传感器。

2.根据权利要求1所述的一种家居机器人控制系统，其特征在于：所述无线通信热点模块包括蓝牙热点、wifi热点、、Zigbee热点。

3.根据权利要求1所述的一种家居机器人控制系统，其特征在于：所述无线接口模块包括蓝牙接口模块、Zigbee模块和WiFi接口模块。

4.根据权利要求1所述的一种家居机器人控制系统，其特征在于：所述摄像头为两台，两台摄像头分别设于双自由度云台的相对两侧。

5.一种家居机器人控制系统的控制方法，采用了权利要求1-4之一所述的的一种家居机器人控制系统，其特征在于：控制方法包括远程视频监控步骤和自动巡航步骤，

远程视频监控具体包括以下步骤：

步骤1.1：通过c/s模拟p2p技术搭建手机客户端、服务器和家居机器人的通信网络，手机客户端为客户远程交互窗口，服务器作为信息转发中心，

步骤1.2：服务器开启热点服务，家居机器人上的摄像头通过热点服务与服务器进行通信，

步骤1.3：摄像头采集数据生成视频流，将视频流上传到服务器，视频流配置该视频流以网页形式调用并为视频流绑定IP地址，

步骤1.4：服务器与手机客户端进行socket通信，

步骤1.5：用户通过手机客户端输入服务器所在IP地址，查找并连接该服务器，

步骤1.6：手机客户端从服务器上面提取视频流或者图片供用户观看，

步骤1.7：用户通过手机客户端调用双自由度云台的运动控制面板并发送控制指令，

步骤1.8：家居机器人基于控制指令在家里移动巡航并实时采集数据生成视频流；

家居机器人自动巡航的具体步骤：

步骤2.1：用户通过手机用户端界面设置家居机器人进入自动巡航模式，

步骤2.2：家居机器人接受指示进入自动巡航模式并开始在室内行进，

步骤2.3：家居机器人室内行进时通过SLAM算法结合摄像头，根据位置估计和地图进行自身定位，

步骤2.4：家居机器人在自身定位的基础上建造增量式地图并高效绘制室内地图，

步骤2.5：家居机器人对室内地图进行智能分析并自主规划巡航路线；

步骤2.6：家居机器人实时读取红外避障传感器和红外防跌落传感器的采集障碍数据，

步骤2.7：家居机器人基于障碍数据通过硬件驱动控制家居机器人避开障碍物；避开行进过程中所遇到的障碍物以及“悬崖”如台阶等，防止自身碰撞和跌落；

步骤2.8：家居机器人通过巡逻算法不断调整巡航路线使巡逻范围能够覆盖整个家庭范围，实现家居机器人自动巡航功能。

6.根据权利要求5所述的家居机器人控制系统的控制方法，其特征在于：还包括作为智能家居网关步骤：

步骤3.1：家居机器人通过各通信接口接收待转发数据，待转发数据包括限蓝牙数据、红外数据、Zigbee数据、WIFI数据以及各种家具设备的接口协议；

步骤3.2：家居机器人对收到的待转发数据重新打包并转化为指定的数据包格式，且将其中的各种协议转变为适应目的服务器需求的特定协议，上传到服务器；

步骤3.3：用户通过手机客户端发送指令至服务器，

步骤3.4：服务器寻找与指令对应的接口协议的映射关系，将对应的接口协议经过家庭网络发送至家居机器人；

步骤3.5：家居机器人接收指令并基于指令进行动作。

7.根据权利要求5所述的家居机器人控制系统的控制方法，其特征在于：还包括远程遥控家居机器人步骤：

步骤4.1：家居机器人获取手机的固定IP地址并接入手机的WIFI热点进行socket通信，

步骤4.2：用户通过手机客户端获取并启动家居机器人的监控视频，

步骤4.3：用户通过手机客户端打开家居机器人遥控版面向家居机器人发送指令，

选择控制家居机器人移动、清洁、巡航等模式

步骤4.4：家居机器人接收并解析指令数据，通过主控板控制家居机器人执行相应动作。

8.根据权利要求5所述的家居机器人控制系统的控制方法，其特征在于：其还包括家居机器人遥控家电步骤：

步骤5.1：用户将家居机器人设为红外学习模式；

步骤5.2：家居机器人启动定时器并等待接收电器遥控器的红外信号；

步骤5.3：定时器周期内家居机器人是否接收到通过红外接收模块接收到电器遥控器的红外信号；是则，执行步骤5.4；否则，执行步骤5.2；

步骤5.4：红外学习芯片接收红外信号并调解信号，解析红外波形并传输到MCU处理器储存完成学习；

步骤5.5：设置家居机器人进入遥控模式，

步骤5.6：MCU处理器基于存储的红外波形进行调制输出红外控制信号；

步骤5.7：红外对管基于红外控制信号生成对应的红外波形至受控电器完成红外遥控动作。