CN109968366A - 一种多功能家用机器人 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种多功能家用机器人。该多功能家用机器人包括主控器，底盘运动和控制机构，图像处理模块，远程监控模块，声源定位模块，人机交互模块，环境监控模块，导航模块和头部运动和控制机构。该多功能家用机器人搭载多种传感器来实现运动功能、监控以及路径定位功能、人机交互功能以及室内环境检测等多种功能的融合，从而有效地满足现有家庭对机器人功能的需求。进一步地，本发明实施例中提供的多功能家用机器人还搭载儿童学习软件，结合人机交互功能，能够辅导和帮助儿童进行学习教育。

Description

一种多功能家用机器人

技术领域

本发明涉及机器人的技术领域，具体涉及一种具有多功能的家用机器人。

背景技术

目前，随着人们生活水平的提升，家用机器人的研究已经逐渐成为机器人领域的研究热点。目前，家用机器人的研发主要集中于家政服务和一些具有特定功能的服务。家用机器人需要具有处理复杂事物的能力，一般家用机器人具有抓取物件的机械结构，具有特定功能服务的家用机器人一般具有特定的机械结构，如扫地机器人具有扫地部件、监控机器人具有摄像头。

现有的家用机器人由于异常识别能力有限，无法对家庭环境进行全方位的监控，只具有基本的避障功能而缺少自主行走规划的能力。具体如，小优机器人的安防功能侧重无人时的巡逻和监控，以及提供家庭娱乐功能和健康检测功能。如Asimo或Care-O-Bot机器人具有抓取物件的机械结构，主要提供家政服务，能够完成复杂的动作和丰富的功能，但是其结构复杂且只能根据具体的机械结构完成一些特定的任务。现有的家用监控机器人主要包括可移动摄像头和固定摄像头，可以完成简单的人工监控功能或者单纯地实现人脸识别，智能化程度有限，但是无法感知环境中的其他信息，不能对家庭环境进行综合分析，从而进行全方位的监控服务。

因此，针对现有家用机器人的多功能不够融合且不能完全满足现代家庭如家庭安防、儿童教育、家政服务等的家政需求，急需一种可自动规划路径的智能化、具有人机交互能力、集合多种类传感器且集成多种功能的家用机器人。

发明内容

针对现有家用机器人所存在的功能融合度不高且不够智能的问题，本发明实施例提出一种多功能家用机器人。本发明实施例所提供的多功能家用机器人搭载红外图像传感器、超声波传感器、触摸传感器、激光传感器、图像传感器、烟雾传感器和气味传感器等多种传感器，以及显示触摸屏、声音采集模块GSM通信模块，实现多种功能的融合以及具备较强的人机交互功能，从而有效地满足现有家庭对机器人功能的需求。进一步地，本发明实施例所提供的多功能家用机器人还搭载儿童学习软件，结合人机交互功能，能够辅导和帮助儿童进行学习教育。

本发明实施例所提供的多功能家用机器人的具体方案如下：一种多功能家用机器人包括主控器，用于控制所述家用机器人执行不同功能和向所述家用机器人的其他模块发送控制指令；底盘运动和控制机构，与所述主控器连接，用于带动所述家用机器人进行移动；图像处理模块，与所述主控器连接，用于获取环境图像以及处理所获取的图像信息；远程监控模块，与所述主控器连接，用于监控环境且将监控信息发送给远程设备；声源定位模块，与所述主控器连接，用于定位环境中的声源位置；人机交互模块，与所述主控器连接，用于进行人机交互；环境监控模块，与所述主控器连接，用于监控环境中是否出现异常状况；导航模块，与所述主控器连接，用于监测和控制所述家用机器人的移动路径；头部运动和控制机构，与所述主控器连接，用于控制所述头部进行多角度运动。

优选地，所述底盘运动和控制机构包括两个驱动轮和至少一个万向轮。

优选地，所述家用机器人包括红外图像传感器，通过处理所述红外图像传感器所获得的图像信息实现视觉导航功能。

优选地，所述家用机器人包括超声波传感器、触摸传感器、激光传感器、图像传感器、烟雾传感器和气味传感器。

优选地，所述家用机器人包括显示触摸屏和声音采集模块。

优选地，所述家用机器人包括GSM通信模块，通过所述GSM通信模块实现监控信息的远程传输。

优选地，所述主控器包括儿童教育软件，用于提供儿童教育相关的资源和进行学习互动。

优选地，所述家用机器人基于传感器的传感信息实现自主导航和远程监控巡视自主路径规划功能。

优选地，所述家用机器人的远程监控巡视功能的流程步骤包括：建立巡查地图；启动红外图像传感器，用于获取环境实时的红外图像；运行所述家用机器人；家用机器人在运行过程中进行定位，并确认和建立目标点；所述家用机器人在所述目标点上进行环境监测和环境扫描；判断环境中是否出现人员情况，若出现人员情况，则启动人脸识别功能，进而判断所出现的人员是否为陌生人，若为陌生人则跟随所述人员并启动报警；若未出现人员情况，则所述家用机器人继续运动并定位至下一个目标点。

优选地，所述家用机器人基于传感器的传感信息实现环境检测功能，当环境内出现危害气体或异物时，实现远程报警功能。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例中所提供的多功能家用机器人，搭载红外图像传感器、超声波传感器、触摸传感器、激光传感器、图像传感器、烟雾传感器和气味传感器等多种传感器，以及显示触摸屏、声音采集模块GSM通信模块，实现运动功能、监控以及路径定位功能、人机交互功能以及室内环境检测等多种功能的融合，从而有效地满足现有家庭对机器人功能的需求。进一步地，本发明实施例所提供的多功能家用机器人还搭载儿童学习软件，结合人机交互功能，能够辅导和帮助儿童进行学习教育。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的一种多功能家用机器人的模块示意图；

图2为本发明实施例中提供的一种多功能家用机器人的功能示意图；

图3为本发明实施例中提供的一种家用机器人执行监控功能的流程示意图。

附图标记说明：

100、多功能家用机器人 10、底盘运动和控制机构

20、图像处理模块 30、远程监控模块 40、声源定位模块

50、主控器 60、头部运动和控制机构 70、人机交互模块

90、机器人导航模块 80、环境监控模块

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1所示，本发明实施例中提供的一种多功能家用机器人的模块示意图。在该实施例中，多功能家用机器人100包括用于控制多功能家用机器人100执行不同功能和向多功能家用机器人的其他模块发送控制指令主控器50，与主控器50连接且用于带动多功能家用机器人100进行移动的底盘运动和控制机构10，与主控器50连接且用于获取环境图像以及处理所获取的图像信息的图像处理模块20，与主控器10连接且用于监控环境且将监控信息发送给远程设备的远程监控模块30，与主控器10连接且用于定位环境中的声源位置的声源定位模块40，与主控器10连接且用于进行人机交互法人机交互模块70，与主控器10连接且用于监控环境中是否出现异常状况的环境监控模块80，与主控器10连接且用于监测和控制多功能家用机器人100的移动路径的导航模块90，以及与主控器10连接且用于控制头部进行多角度运动的头部运动和控制机构60。

在一具体实施例中，底盘运动和控制机构10包括两个驱动轮和至少一个万向轮。当家用机器人100的体积小且重量轻，底盘运动和控制机构10采用两个驱动轮和一个万向轮即可满足家用机器人100的前、后、左、右的移动需求。当然，根据家用机器人100的具体应用需求或自身结构和重量，底盘运动和控制机构10也可采用其他轮系结构，如2个驱动轮和多个万向轮，或者2个以上的驱动轮和至少一个万向轮等。

家用机器人100包括图像处理模块20、远程监控模块30、声源定位模块40、人机交互模块70、环境监控模块80和导航模块90多个功能模块，每个功能模块的功能实现需要主控器50相应的控制指令，也需要用于获取相应环境信息的传感器或者人机交互输入的信息。在本发明实施例中，同一功能模块可能通过多种传感器来实现，或者同一传感器可以为多个功能模块提供传感信息。

在具体实施例中，多功能家用机器人100还包括红外图像传感器、超声波传感器、触摸传感器、激光传感器、图像传感器、烟雾传感器和气味传感器等多种传感器，以及显示触摸屏、声音采集模块、扬声器模块和GSM通信模块。通过不同传感器和不同的人机交互方式，来实现家用机器人100的多功能融合。

多功能家用机器人100通过红外图像传感器获取环境的红外图像信息，并通过处理红外图像传感器所获得的图像信息实现视觉导航功能。多功能家用机器人100也可通过图像传感器，图像传感器的具体实例如高清摄像头，来获取环境中的图像信息，并通过图像信息来实现视觉导航。多功能机器人100也可通过激光传感器或者超声波传感器来感知环境中障碍信息，并结合控制器50中的避障或路径规划算法，而实现机器人导航。

多功能家用机器人100通过显示触摸屏来实现提供用户指令的直接输入方式，有效地提高人机互动的体验感；通过显示触摸屏，还可以将主控器50中搭载的儿童学习软件等相应资源，显示在显示触摸屏上，提供给儿童阅读或浏览，儿童也可通过显示触摸屏进行问题解答或者实例操作，通过这种互动方式，有效地提升儿童学习兴趣。优选地，显示触摸屏还具有分屏功能，将显示屏上的视频或者图像内容同屏投影至家庭影院上。

家用机器人100也可通过图像传感器来实现监控功能，图像传感器的具体实例如高清摄像头，来获取环境中的图像信息。当图像传感器中出现人员情况时，启动主控器50内置的人脸识别算法，若识别的人员情况为家庭人员，则通过扬声器发出欢迎等语音信息；若识别的人员情况为陌生人，则家用机器人100进行跟随运动并且将该情况通过GSM通信模块传输给远程设备，以提醒相关人员。

家庭机器人100通过烟雾传感器和气味传感器来检测环境中的烟雾和气味信息，从而确认环境中是否存在危险气体或者环境的具体湿度和温度信息，从而保证家庭所处环境的安全性。

家庭机器人100通过声音采集模块来采集环境中所出现的声音，并且通过主控器50内的程序对声音进行辨认和定位，若为异常声音则可发出警报信息或者通过GSM通信模块传输给远程设备。

如图2所示，本发明实施例中提供的一种多功能家用机器人的功能示意图。在该实施例中，多功能家用机器人100可分为4大功能，具体为运动功能、监控功能和路径定位功能、人机交互功能和室内环境检测功能。运动功能具体包括底盘移动功能和头部运动功能。监控功能和路径定位功能具体包括视觉自主导航以及远程监控巡视功能。人机交互功能具体包括儿童学习中的互动、通过分屏实现的同屏视频播放功能以及只能语音交互声源定位功能。室内环境检测功能具体包括危害其他报警功能和室内温度、湿度等环境信息采集和显示功能。图2中所列各种功能的实现，在上文介绍功能模块及相应的传感器过程中已经进行了阐述，此处不再赘述。

如图3所示，本发明实施例中提供的一种家用机器人执行监控功能的流程示意图。在该实施例中，家用机器人执行一个目标点上的监控功能包括十个步骤，具体为：

步骤S1：在机器人启动后，建立巡查地图。

步骤S2：启动红外图像传感器，用于获取环境实时的红外图像。

步骤S3：运行多功能家用机器人100。

步骤S4：多功能家用机器人100在运行过程中进行定位，并确认和建立目标点.

步骤S5：多功能家用机器人100在目标点上进行环境监测和环境扫描。

步骤S6：判断环境中是否出现人员情况，若出现人员情况，则进入步骤S7，否则进入步骤S10。

步骤S7：启动人脸识别功能。

步骤S8：通过人脸识别后，在数据库中比对已存储的家庭成员或熟悉人员的人脸信息，进而判断所出现的人员是否为陌生人，若为陌生人则进入步骤S9，否则进入步骤S10。

步骤S9：跟随所述人员并启动报警。

步骤S10：多功能家用机器人100继续运动并定位至下一个目标点，则此处目标点的监控任务已完成。下一目标点的监控任务继续从上述流程中的步骤S5开始。

本发明实施例中所提供的多功能家用机器人，搭载红外图像传感器、超声波传感器、触摸传感器、激光传感器、图像传感器、烟雾传感器和气味传感器等多种传感器，以及显示触摸屏、声音采集模块GSM通信模块，实现运动功能、监控以及路径定位功能、人机交互功能以及室内环境检测等多种功能的融合，从而有效地满足现有家庭对机器人功能的需求。进一步地，本发明实施例中提供的多功能家用机器人还搭载儿童学习软件，结合人机交互功能，能够辅导和帮助儿童进行学习教育。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种多功能家用机器人，其特征在于，所述家用机器人包括：

主控器，用于控制所述家用机器人执行不同功能和向所述家用机器人的其他模块发送控制指令；

底盘运动和控制机构，与所述主控器连接，用于带动所述家用机器人进行移动；

图像处理模块，与所述主控器连接，用于获取环境图像以及处理所获取的图像信息；

远程监控模块，与所述主控器连接，用于监控环境且将监控信息发送给远程设备；

声源定位模块，与所述主控器连接，用于定位环境中的声源位置；

人机交互模块，与所述主控器连接，用于进行人机交互；

环境监控模块，与所述主控器连接，用于监控环境中是否出现异常状况；

导航模块，与所述主控器连接，用于监测和控制所述家用机器人的移动路径；

头部运动和控制机构，与所述主控器连接，用于控制所述头部进行多角度运动。

2.根据权利要求1所述的一种多功能家用机器人，其特征在于，所述底盘运动和控制机构包括两个驱动轮和至少一个万向轮。

3.根据权利要求1所述的一种多功能家用机器人，其特征在于，所述家用机器人包括红外图像传感器，通过处理所述红外图像传感器所获得的图像信息实现视觉导航功能。

4.根据权利要求1所述的一种多功能家用机器人，其特征在于，所述家用机器人包括超声波传感器、触摸传感器、激光传感器、图像传感器、烟雾传感器和气味传感器。

5.根据权利要求1所述的一种多功能家用机器人，其特征在于，所述家用机器人包括显示触摸屏和声音采集模块。

6.根据权利要求1所述的一种多功能家用机器人，其特征在于，所述家用机器人包括GSM通信模块，通过所述GSM通信模块实现监控信息的远程传输。

7.根据权利要求1所述的一种多功能家用机器人，其特征在于，所述主控器包括儿童教育软件，用于提供儿童教育相关的资源和进行学习互动。

8.根据权利要求3至7中所述的任意一种多功能家用机器人，其特征在于，所述家用机器人基于传感器的传感信息实现自主导航和远程监控巡视自主路径规划功能。

9.根据权利要求8中所述的任意一种多功能家用机器人，其特征在于，所述家用机器人的远程监控巡视功能的流程步骤包括：

建立巡查地图；

启动红外图像传感器，用于获取环境实时的红外图像；

运行所述家用机器人；

家用机器人在运行过程中进行定位，并确认和建立目标点；

所述家用机器人在所述目标点上进行环境监测和环境扫描；

判断环境中是否出现人员情况，若出现人员情况，则启动人脸识别功能，进而判断所出现的人员是否为陌生人，若为陌生人则跟随所述人员并启动报警；若未出现人员情况，则所述家用机器人继续运动并定位至下一个目标点。

10.根据权利要求3至7中所述的任意一种多功能家用机器人，其特征在于，所述家用机器人基于传感器的传感信息实现环境检测功能，当环境内出现危害气体或异物时，实现远程报警功能。