CN110442173A - 一种植物宠物多功能智能机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种植物宠物多功能智能机器人，包括：中央控制系统、环境监测系统、机器人运动系统、语音交互系统和电源管理系统；环境监测系统、机器人运动系统、语音交互系统和电源管理系统分别和中央控制系统相连。本发明不仅可实现根据植物需求浇水，还可以实现自动追光、与用户进行对话等功能，使植物更加人性化。

Description

一种植物宠物多功能智能机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其是一种植物宠物多功能智能机器人。
背景技术
随着人们对生活质量的要求的提高，现代家居总少不了植物的点缀，在家里、办公区域养植物现在也越来越普遍，但有时候会因为工作繁忙而忘记照顾植物使得植物缺水或缺少光照导致死亡，造成很多困扰。
现在市面上的智能花盆局限性很大，只能按照设定的时间自动浇水，并不能监控植物是否需要水分，有的只是提示用户植物需要浇水，实际操作还是需要用户自己动手。电源插座类的智能花盆在植物自动浇水时很可能有触电的危险且因为电源线的长度限制不宜移动，而电池类智能花盆电池的储电量有限，需要经常更换电池或给电池充电。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种植物宠物多功能智能机器人，能够根据植物需求浇水，还可以实现自动追光、与用户进行对话等功能，使植物更加人性化。
为解决上述技术问题，本发明提供一种植物宠物多功能智能机器人，包括：中央控制系统、环境监测系统、机器人运动系统、语音交互系统和电源管理系统；环境监测系统、机器人运动系统、语音交互系统和电源管理系统分别和中央控制系统相连。
优选的，中央控制系统包括2个Arduino uno，分为主控制器和副控制器。
优选的，环境监测系统包括光照强度传感器、温度传感器、空气湿度传感器、土壤湿度传感器、气压传感器、LCD显示屏、浇水装置和补光装置；各个传感器实时监测机器人周围环境的物理信息，并将这些物理信息转换为电信号传输给主控制器计算处理，通过LCD显示屏显示出光照强度、温度、湿度和气压的实时数据信息，主控制器控制浇水装置和补光装置是否工作。
优选的，浇水装置包括圆柱形储水器、微型水泵、塑胶水管和继电器；圆柱形储水器位于植物盆栽的边上，微型水泵的出水口与塑胶水管相连接后安放在圆柱形储水器中，塑胶水管的另一端与盆栽固定，微型水泵的电源线与继电器的被控制端相连，继电器的控制端与主控制器相连。通过土壤湿度传感器的检测并分析植物适宜生长的湿度范围值，当土壤湿度低于该湿度值时，主控制器输出高电平信号触发继电器吸合，微型水泵通电浇水；当土壤湿度高于该湿度值时，主控制器输出低电平信号触发继电器分离，微型水泵停止浇水。
优选的，补光装置包括植物补光灯和可随意弯折的弹簧钢条，植物补光灯和弹簧钢条相连；植物补光灯的电源和控制线与主控制器相连，当光照强度过低时，主控制器向植物补光灯输出高电平信号，植物补光灯开始工作；当光照强度过高时，主控制器向植物补光灯输出低电平信号，植物补光灯停止工作。
优选的，机器人运动系统包括机器人底盘、4个直流减速电机、与电机相配套的橡胶轮、电机驱动控制器、智能追光模块、智能避障模块和wifi无线通讯模块；
机器人底盘上对称安装4个直流减速电机和与电机相配套的橡胶轮，将机器人同一侧的直流减速电机作为一组，将直流减速电机的正负极电源线连接在一起，分别连接在电机驱动控制器上；电机驱动控制器与副控制器相连，通过副控制器输出信号给电机驱动控制器，实现电机的转速和转向，控制机器人的运动方向；
电机驱动控制器的逻辑电源端和驱动电源端分别与降压稳压模块相连接，提供给逻辑电源端5V的电压，为电机驱动控制器本身供电；提供给驱动电源端9V的驱动电压，为直流减速电机供电；
智能追光模块包括4个光敏电阻传感器，分别安装在机器人的四个角，将四个不同方位的光照信息传送给副控制器，通过副控制器的数据分析和处理对比，获取机器人四个角的传感器数值信息，对四个数值信息进行大小对比，判断机器人所处方位中哪个方向的光照强度值最大，判断机器人周围光源的位置所在，通过机器人运动系统从而驱动机器人朝着光源方向运动；
智能避障模块包括超声波避障模块和180°舵机，将超声波避障模块安装在180°舵机上，并且将超声波避障模块和180°舵机与副控制器相连接，通过180°舵机的旋转实现超声波对机器人前方、左方和右方障碍物距离的检测，将信号传送给副控制器，副控制器将三个方向的距离信息进行对比判断；首先检测机器人前方障碍物距离，若前方障碍物距离大于30cm，则继续前进；若前方30cm内出现障碍物，则机器人停止，舵机旋转检测左方距离，若左方30cm内没有障碍物，则机器人后退20cm，向左旋转30度继续前进，若左方30cm有障碍物，舵机旋转检测右方障碍物，若右方30cm内没有障碍物，则向右旋转30度，继续前进；根据以上等相关算法分析出最优的机器人运动状态，实现机器人在追光过程中的精准避障；
wifi无线通讯模块与副控制器相连并发送wifi信号，通过手机连接机器人所发射的wifi信号，通过手机APP实现机器人的任意运动。
优选的，语音交互系统包括语音识别模块、语音播报模块和扬声器；语音识别模块和语音播报模块与副控制器连接，由副控制器对其提供5V的电源；扬声器与语音播报模块和语音识别模块相连，当植物缺水或缺少光照时，语音播报模块播报当前机器人及其植物的相关信息；语音识别模块与副控制器相连，人们通过语音指令控制机器人相关功能的实施与操作。
优选的，电源管理系统包括4节18650锂电池组、硅太阳能电池板和4个降压稳压模块；4节18650锂电池组相串联，分别与a、b、c、d四个降压稳压模块连接；a模块与中央控制系统连接，将电压稳定在7v，为主控制器和副控制器供电；b模块与继电器、微型水泵、舵机、电机驱动控制器连接，将电压稳定在5v，为继电器、微型水泵、舵机、电机驱动控制器的逻辑电压接口供电；c模块与电机控制器将电压稳定在9v，为电机驱动控制器的驱动电压接口供电；d模块与硅太阳能电池板连接，硅太阳能电池板固定在机器人的顶端，用于将外界的太阳能收集，并通过d模块将电压稳定在5v，为单节18650电池进行充电。
本发明的有益效果为：本发明不仅可实现根据植物需求浇水，还可以实现自动追光、与用户进行对话等功能，使植物更加人性化。
附图说明
图1为本发明的模块示意图。
图2为本发明的整体结构示意图。
图3为本发明的环境监测系统结构示意图。
图4为本发明的智能追光模块结构示意图。
图5为本发明机器人运动系统的直流电机驱动器逻辑表。
其中，1、补光装置；2、植物盆栽；3、圆柱形储水器；4、智能避障模块；5、电源管理系统；6、机器人底盘；7、wifi无线通讯模块；8、电机驱动控制器；9、副控制器；10、语音交互系统；11、智能追光模块；12、环境监测系统；13、主控制器；14、硅太阳能电池板；15、微型水泵。
具体实施方式
如图1和图2所示，一种植物宠物多功能智能机器人，包括：中央控制系统、环境监测系统、机器人运动系统、语音交互系统和电源管理系统；环境监测系统、机器人运动系统、语音交互系统和电源管理系统分别和中央控制系统相连。
中央控制系统包括2个Arduino uno，分为主控制器和副控制器。
如图3所示，环境监测系统包括光照强度传感器、温度传感器、空气湿度传感器、土壤湿度传感器、气压传感器LCD显示屏、浇水装置和补光装置，各个传感器实时监测机器人周围环境的物理信息，并将这些物理信息转换为电信号传输给主控制器计算处理，通过LCD显示屏显示出光照强度、温度、湿度和气压的实时数据信息，主控制器控制浇水装置和补光装置是否工作。
浇水装置包括圆柱形储水器、微型水泵、塑胶水管和继电器；圆柱形储水器位于植物盆栽的边上，微型水泵的出水口与塑胶水管相连接后安放在圆柱形储水器中，塑胶水管的另一端与盆栽固定，微型水泵的电源线与继电器的被控制端相连，继电器的控制端与主控制器相连。通过土壤湿度传感器的检测并分析植物适宜生长的湿度范围值，当土壤湿度低于该湿度值时，主控制器输出高电平信号触发继电器吸合，微型水泵通电浇水；当土壤湿度高于该湿度值时，主控制器输出低电平信号触发继电器分离，微型水泵停止浇水。
补光装置包括植物补光灯和可随意弯折的弹簧钢条，植物补光灯和弹簧钢条相连；植物补光灯的电源和控制线与主控制器相连，当光照强度过低时，主控制器向植物补光灯输出高电平信号，植物补光灯开始工作；当光照强度过高时，主控制器向植物补光灯输出低电平信号，植物补光灯停止工作。
机器人运动系统包括机器人底盘、4个直流减速电机、与电机相配套的橡胶轮、电机驱动控制器、智能追光模块、智能避障模块和wifi无线通讯模块；
机器人底盘上对称安装4个直流减速电机和与电机相配套的橡胶轮，将机器人同一侧的直流减速电机作为一组，将直流减速电机的正负极电源线连接在一起，分别连接在电机驱动控制器上；电机驱动控制器与副控制器相连，通过副控制器输出信号给电机驱动控制器，实现电机的转速和转向，控制机器人的运动方向，如图5所示，为副控制器通过输出不同的高低电平信号组合来控制电机驱动控制器进行相应的工作。
电机驱动控制器的逻辑电源端和驱动电源端分别与降压稳压模块相连接，提供给逻辑电源端5V的电压，为电机驱动控制器本身供电；提供给驱动电源端9V的驱动电压，为直流减速电机供电；
如图4所示，智能追光模块包括4个光敏电阻传感器，分别安装在机器人的四个角，将四个不同方位的光照信息传送给副控制器，通过副控制器的数据分析和处理对比，获取机器人四个角的传感器数值信息，对四个数值信息进行大小对比，判断机器人所处方位中哪个方向的光照强度值最大，判断机器人周围光源的位置所在，通过机器人运动系统从而驱动机器人朝着光源方向运动。
智能避障模块包括超声波避障模块和180°舵机，将超声波避障模块安装在180°舵机上，并且将超声波避障模块和180°舵机与副控制器相连接，通过180°舵机的旋转实现超声波对机器人前方、左方和右方障碍物距离的检测，将信号传送给副控制器，副控制器将三个方向的距离信息进行对比判断。首先检测机器人前方障碍物距离，若前方障碍物距离大于30cm，则继续前进；若前方30cm内出现障碍物，则机器人停止，舵机旋转检测左方距离，若左方30cm内没有障碍物，则机器人后退20cm，向左旋转30度继续前进，若左方30cm有障碍物，舵机旋转检测右方障碍物，若右方30cm内没有障碍物，则向右旋转30度，继续前进。根据以上等相关算法分析出最优的机器人运动状态，实现机器人在追光过程中的精准避障；
wifi无线通讯模块与副控制器相连并发送wifi信号，通过手机连接机器人所发射的wifi信号，通过手机APP实现机器人的任意运动。
语音交互系统包括语音识别模块、语音播报模块和扬声器；语音识别模块和语音播报模块与副控制器连接，由副控制器对其提供5V的电源；扬声器与语音播报模块和语音识别模块相连，当植物缺水或缺少光照时，语音播报模块播报当前机器人及其植物的相关信息；语音识别模块与副控制器相连，人们通过语音指令控制机器人相关功能的实施与操作。
电源管理系统包括4节18650锂电池组、硅太阳能电池板和4个降压稳压模块；4节18650锂电池组相串联，分别与a、b、c、d四个降压稳压模块连接；a模块与中央控制系统连接，将电压稳定在7v，为主控制器和副控制器供电；b模块与继电器、微型水泵、舵机、电机驱动控制器连接，将电压稳定在5v，为继电器、微型水泵、舵机、电机驱动控制器的逻辑电压接口供电；c模块与电机控制器将电压稳定在9v，为电机驱动控制器的驱动电压接口供电；d模块与硅太阳能电池板连接，硅太阳能电池板固定在机器人的顶端，用于将外界的太阳能收集，并通过d模块将电压稳定在5v，为单节18650电池进行充电。其中本发明不仅可实现根据植物需求浇水，还可以实现自动追光、与用户进行对话等功能，使植物更加人性化。

Claims (8)

1.一种植物宠物多功能智能机器人，其特征在于，包括：中央控制系统、环境监测系统、机器人运动系统、语音交互系统和电源管理系统；环境监测系统、机器人运动系统、语音交互系统和电源管理系统分别和中央控制系统相连。
2.如权利要求1所述的植物宠物多功能智能机器人，其特征在于，中央控制系统包括2个Arduino uno，分为主控制器和副控制器。
3.如权利要求1所述的植物宠物多功能智能机器人，其特征在于，环境监测系统包括光照强度传感器、温度传感器、空气湿度传感器、土壤湿度传感器、气压传感器、LCD显示屏、浇水装置和补光装置；各个传感器实时监测机器人周围环境的物理信息，并将这些物理信息转换为电信号传输给主控制器计算处理，通过LCD显示屏显示出光照强度、温度、湿度和气压的实时数据信息，主控制器控制浇水装置和补光装置是否工作。
4.如权利要求3所述的植物宠物多功能智能机器人，其特征在于，浇水装置包括圆柱形储水器、微型水泵、塑胶水管和继电器；圆柱形储水器位于植物盆栽的边上，微型水泵的出水口与塑胶水管相连接后安放在圆柱形储水器中，塑胶水管的另一端与盆栽固定，微型水泵的电源线与继电器的被控制端相连，继电器的控制端与主控制器相连；通过土壤湿度传感器的检测并分析植物适宜生长的湿度范围值，当土壤湿度低于该湿度值时，主控制器输出高电平信号触发继电器吸合，微型水泵通电浇水；当土壤湿度高于该湿度值时，主控制器输出低电平信号触发继电器分离，微型水泵停止浇水。
5.如权利要求3所述的植物宠物多功能智能机器人，其特征在于，补光装置包括植物补光灯和可随意弯折的弹簧钢条，植物补光灯和弹簧钢条相连；植物补光灯的电源和控制线与主控制器相连，当光照强度过低时，主控制器向植物补光灯输出高电平信号，植物补光灯开始工作；当光照强度过高时，主控制器向植物补光灯输出低电平信号，植物补光灯停止工作。
6.如权利要求1所述的植物宠物多功能智能机器人，其特征在于，机器人运动系统包括机器人底盘、4个直流减速电机、与电机相配套的橡胶轮、电机驱动控制器、智能追光模块、智能避障模块和wifi无线通讯模块；
机器人底盘上对称安装4个直流减速电机和与电机相配套的橡胶轮，将机器人同一侧的直流减速电机作为一组，将直流减速电机的正负极电源线连接在一起，分别连接在电机驱动控制器上；电机驱动控制器与副控制器相连，通过副控制器输出信号给电机驱动控制器，实现电机的转速和转向，控制机器人的运动方向；
电机驱动控制器的逻辑电源端和驱动电源端分别与降压稳压模块相连接，提供给逻辑电源端5V的电压，为电机驱动控制器本身供电；提供给驱动电源端9V的驱动电压，为直流减速电机供电；
智能追光模块包括4个光敏电阻传感器，分别安装在机器人的四个角，将四个不同方位的光照信息传送给副控制器，通过副控制器的数据分析和处理对比，获取机器人四个角的传感器数值信息，对四个数值信息进行大小对比，判断机器人所处方位中哪个方向的光照强度值最大，判断机器人周围光源的位置所在，通过机器人运动系统从而驱动机器人朝着光源方向运动；
智能避障模块包括超声波避障模块和180°舵机，将超声波避障模块安装在180°舵机上，并且将超声波避障模块和180°舵机与副控制器相连接，通过180°舵机的旋转实现超声波对机器人前方、左方和右方障碍物距离的检测，将信号传送给副控制器，副控制器将三个方向的距离信息进行对比判断；首先检测机器人前方障碍物距离，若前方障碍物距离大于30cm，则继续前进；若前方30cm内出现障碍物，则机器人停止，舵机旋转检测左方距离，若左方30cm内没有障碍物，则机器人后退20cm，向左旋转30度继续前进，若左方30cm有障碍物，舵机旋转检测右方障碍物，若右方30cm内没有障碍物，则向右旋转30度，继续前进；根据以上等相关算法分析出最优的机器人运动状态，实现机器人在追光过程中的精准避障；
wifi无线通讯模块与副控制器相连并发送wifi信号，通过手机连接机器人所发射的wifi信号，通过手机APP实现机器人的任意运动。
7.如权利要求1所述的植物宠物多功能智能机器人，其特征在于，语音交互系统包括语音识别模块、语音播报模块和扬声器；语音识别模块和语音播报模块与副控制器连接，由副控制器对其提供5V的电源；扬声器与语音播报模块和语音识别模块相连，当植物缺水或缺少光照时，语音播报模块播报当前机器人及其植物的相关信息；语音识别模块与副控制器相连，人们通过语音指令控制机器人相关功能的实施与操作。
8.如权利要求1所述的植物宠物多功能智能机器人，其特征在于，电源管理系统包括4节18650锂电池组、硅太阳能电池板和4个降压稳压模块；4节18650锂电池组相串联，分别与a、b、c、d四个降压稳压模块连接；a模块与中央控制系统连接，将电压稳定在7v，为主控制器和副控制器供电；b模块与继电器、微型水泵、舵机、电机驱动控制器连接，将电压稳定在5v，为继电器、微型水泵、舵机、电机驱动控制器的逻辑电压接口供电；c模块与电机控制器将电压稳定在9v，为电机驱动控制器的驱动电压接口供电；d模块与硅太阳能电池板连接，硅太阳能电池板固定在机器人的顶端，用于将外界的太阳能收集，并通过d模块将电压稳定在5v，为单节18650电池进行充电。
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