CN111251299B - 一种基于Hadoop的清洁型云机器人系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于Hadoop的清洁型云机器人系统，包括依次连接进行信息交互的机器人、通信模块和Hadoop云服务端；通信模块负责机器人与Hadoop云服务端之间的信息传输；机器人负责执行清洁任务以及采集所处环境的图像信息、环境中的实物距离信息、机器人所在的位置信息，并将信息通过通信模块发送给Hadoop云服务端；Hadoop云服务端用来实现实时信息的采集和传输以及确定小车与周围事物的实际距离，然后为机器人规划最优路线；并将最优线路信息通过通信模块发送给机器人。本发明采用了Hadoop为云服务架构，可以根据机器人个数对树莓派集群增加数量进行扩张，由于树莓派开发板价格低廉，所以能够降低成本。

Description

一种基于Hadoop的清洁型云机器人系统
技术领域
本发明涉及机器人控制系统领域，更具体地，涉及一种基于Hadoop的清洁型云机器人系统。
背景技术
随着AI和云服务技术的发展，智慧城市受到越来越多人的关注，而在其中清洁型机器人也是关键组成部分。清洁型机器人具有清洁力度大、节省人力等优点。因此，清洁型机器人已经慢慢走入普通家庭中。但是传统清洁型机器人避障能力较弱，线路规划固定，无法完成在复杂环境下的清扫任务；高端清洁型机器人虽有自主规划线路功能，但成本高昂，不适用于在智慧城市中大量使用。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的清洁型机器人成本高的缺陷，提供一种基于Hadoop的清洁型云机器人系统。
所述系统包括依次连接进行信息交互的机器人、通信模块和Hadoop云服务端；
通信模块负责机器人与Hadoop云服务端之间的信息传输；
机器人负责执行清洁任务以及采集所处环境的图像信息、环境中的实物距离信息、机器人所在的位置信息，并将信息通过通信模块发送给Hadoop云服务端；
Hadoop云服务端用来实现实时图像信息、音频信息、位置信息的采集和传输以及确定小车与周围事物的实际距离，然后为机器人规划最优路线；并将最优线路信息通过通信模块发送给机器人。
优选地，通信模块包括：与机器人无线连接的千兆路由器；与千兆路由器、Hadoop云服务端连接的24口千兆交换机。
优选地，所述的机器人包括：无线模块、主控制器、电机驱动模块、传感器系统；
无线模块用于与千兆路由器进行无线连接，实现数据的传输；
主控制器，分别与无线模块、传感器模块、电机驱动模块相连接；
电机驱动模块带动机器人运动；
传感器系统包括：单目摄像头、超声波传感器、GPS芯片，分别用于采集所处环境的图像信息、环境中的实物距离信息、机器人所在的位置信息；并将采集到的信息传输给主控制器；主控制器再将信息通过通信模块传输给Hadoop云服务端。
优选地，所述的Hadoop云服务端包括：主服务器，若干个树莓派集群；
主服务器和若干个树莓派集群分别与24口千兆交换机；
主服务器将机器人传输来的数据和计算任务分配给各个树莓派集群；对各个树莓派集群进行管理，根据树莓派集群反馈的计算结果对机器人发出控制信号；
树莓派集群将主服务器分配来的数据以数据块的形式进行存储和计算。
优选地，主服务器是一台个人电脑主机，安装ubuntu14.0操作系统，上面装有Hadoop中的主节点。
优选地，树莓派集群是由x个树莓派2B型开发板组成，其中x为小于等于8的正整数。
优选地，主服务器，树莓派集群还包括8口交换机，
x个树莓派2B型开发板通过8口交换机实现与24口千兆交换机的连接。
优选地，树莓派2B型开发板的操作系统为Raspbian OS，处理器为ARM Cortex-A7，具有GPIO、UART、I2C、SPI通信方式外接口，安装有Hadoop中的datanode，具有mapreduce框架；
其中，单个datanode安装在单块树莓派2B型开发板上。
优选地，树莓派集群中的datanode是受Hadoop中的主节点管理的从节点。
本发明基于Hadoop的清洁型云机器人系统，Hadoop云服务端通过以太网网连接到本地无线网，再通过无线网络连接机器人。由于Hadoop程序具有较强的数据存储能力和计算处理能力，并且方便扩展，将Hadoop云服务端作为机器人的主控制中心，承担机器人的绝大部分数据存储和运算处理任务，不仅能够接入多台机器人并保证远程控制信息稳定交流，而且使得机器人更加轻量化，降低了成本。
本发明所述系统通过以普通个人电脑主机为主服务器，作为主节点，以树莓派2B型开发板为集群，作为datanode，能够针对要服务的机器人的数量进行对树莓派2B型开发板的添加，因此具有高扩展性。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明采用了Hadoop为云服务架构，可以根据机器人个数对树莓派集群增加数量进行扩张，由于树莓派开发板价格低廉，所以能够降低成本。机器人不需要在本地数据存储和计算，节省了空间，也降低了成本。并且如果机器人存在两台及两台以上，Hadoop云服务端可以合理给各个机器人规划工作路线，避免交叉重合，提高了工作效率，降低了成本。
附图说明
图1为基于Hadoop的清洁型云机器人系统的结构示意图。
图2为Hadoop云服务端结构示意图。
图3为单个树莓派集群结构示意图。
图4为机器人结构示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1：
本发明提供一种基于Hadoop的清洁型云机器人系统，所述系统包括：机器人，Hadoop云服务端，通信模块。
机器人负责收集机器人的图像信息、位置信息、运动信息并根据Hadoop云服务端的控制命令进行清洁任务。Hadoop云服务端接受来自机器人的图像信息、位置信息、距离信息，进行储存和计算，将计算得到的结果作为控制命令发送给机器人。通信模块用于实现Hadoop云服务端和机器人的信息交互。
图1是基于Hadoop的清洁型云机器人系统的实现过程。机器人通过由路由器和交换机组成的通信模块上传数据到Hadoop云服务端，Hadoop云服务端对收到的数据进行储存和计算，把计算结果作为控制命令通过通信模块发送给机器人，机器人根据收到的控制命令执行清洁任务。
图2是Hadoop云服务端的结构图，主服务器中namenode作为主节点，将来自机器人的数据分配给树莓派集群中的datanode上，树莓派集群中的datanode是受主节点管理的从节点。单个datanode安装在单块树莓派2B型开发板上，将接收到的的数据分块，划分为三个数据块，对数据块使用机器人算法进行计算，将计算结果反馈给主服务器。
图3是单个树莓派集群的结构图，单个树莓派集群由8口交换机和x块(x≤8)树莓派2B型开发板组成，8口交换机进行数据交换和分流，每块树莓派2B开发板装有datanode，负责将主服务器分配的数据以数据库形式进行存储和计算，将计算结果发给主服务器，存储的数据则作为机器人运动信息，以供主服务器的二次调用。
图4是机器人的结构图，包括：无线模块，主控制器，电机驱动模块，传感器模块。传感器模块采集机器人的各项信息：图像信息、环境中的实物距离信息、机器人所在的位置信息。主控制器接收到传感器模块的信息后，通过无线模块连接通信模块中的路由器，将信息发送给Hadoop云服务端。Hadoop云服务端经过上述处理后，通过通信模块发送控制信号，机器人的主控制器通过无线模块接收到控制信号后调用电机驱动模块，完成清洁任务。
综上所述，本实施例公开了基于Hadoop的清洁型云机器人系统，Hadoop云服务端通过以太网连接到本地无线网，再通过无线网连接机器人。Hadoop云服务端，分主服务器和树莓派集群，采用分布式并行计算，满足多个任务并发进行的需求。主服务器是一台个人电脑主机，安装ubuntu14.0操作系统，上面装有Hadoop中的主节点。可以将机器人传输来的数据和计算任务分配给各个树莓派集群，对各个树莓派集群进行管理，根据树莓派集群反馈的计算结果对机器人发出控制信号。树莓派集群中的datanode是受主节点管理的从节点。单个datanode安装在单块树莓派2B型开发板上，将接收到的的数据分块，划分为三个数据块，对数据块使用机器人算法进行计算，将计算结果反馈给主服务器。主服务器根据树莓派集群计算的结果通过通信模块发出控制命令，操控机器人进行清洁任务。机器人的主控制器在WiFi覆盖环境通过无线模块接收到控制信号后，调用电机驱动模块，操控机器人本体运动，完成清洁任务。
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于Hadoop的清洁型云机器人系统，其特征在于，所述系统包括依次连接进行信息交互的机器人、通信模块和Hadoop云服务端；
通信模块负责机器人与Hadoop云服务端之间的信息传输；
机器人负责执行清洁任务以及采集所处环境的图像信息、环境中的实物距离信息、机器人所在的位置信息，并将信息通过通信模块发送给Hadoop云服务端；
Hadoop云服务端用来实现实时图像信息、音频信息、位置信息的采集和传输以及确定小车与周围事物的实际距离，然后为机器人规划最优路线；并将最优线路信息通过通信模块发送给机器人；
所述的Hadoop云服务端包括：主服务器，若干个树莓派集群；
主服务器和若干个树莓派集群分别与24口千兆交换机；
主服务器将机器人传输来的数据和计算任务分配给各个树莓派集群；对各个树莓派集群进行管理，根据树莓派集群反馈的计算结果对机器人发出控制信号；
树莓派集群将主服务器分配来的数据以数据块的形式进行存储和计算。
2.根据权利要求1所述的基于Hadoop的清洁型云机器人系统，其特征在于，通信模块包括：与机器人无线连接的千兆路由器；与千兆路由器、Hadoop云服务端连接的24口千兆交换机。
3.根据权利要求2所述的基于Hadoop的清洁型云机器人系统，其特征在于，所述的机器人包括：无线模块、主控制器、电机驱动模块、传感器系统；
无线模块用于与千兆路由器进行无线连接，实现数据的传输；
主控制器，分别与无线模块、传感器模块、电机驱动模块相连接；
电机驱动模块带动机器人运动；
传感器系统包括：单目摄像头、超声波传感器、GPS芯片，分别用于采集所处环境的图像信息、环境中的实物距离信息、机器人所在的位置信息；并将采集到的信息传输给主控制器；主控制器再将信息通过通信模块传输给Hadoop云服务端。
4.根据权利要求3所述的基于Hadoop的清洁型云机器人系统，其特征在于，主服务器是一台个人电脑主机，安装ubuntu14.0操作系统，上面装有Hadoop中的主节点。
5.根据权利要求4所述的基于Hadoop的清洁型云机器人系统，其特征在于，树莓派集群是由x个树莓派2B型开发板组成，其中x为小于等于8的正整数。
6.根据权利要求5所述的基于Hadoop的清洁型云机器人系统，其特征在于，主服务器，树莓派集群还包括8口交换机，
x个树莓派2B型开发板通过8口交换机实现与24口千兆交换机的连接。
7.根据权利要求6所述的基于Hadoop的清洁型云机器人系统，其特征在于，树莓派2B型开发板的操作系统为Raspbian OS，处理器为ARM Cortex-A7，具有GPIO、UART、I2C、SPI通信方式外接口，安装有Hadoop中的datanode，具有mapreduce框架；
其中，单个datanode安装在单块树莓派2B型开发板上。
8.根据权利要求7所述的基于Hadoop的清洁型云机器人系统，其特征在于，树莓派集群中的datanode是受Hadoop中的主节点管理的从节点。
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