CN111267122A - 一种智能饮水机器人 - Google Patents

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Abstract

一种改进型的智能饮水机器人，该装置带有语音控制系统，激光测距系统，温湿度测量系统和远程通信功能；走行机构为主副两级履带式的拖动机构，每侧由电机单独驱动；语音控制系统包括麦克风、扬声器和语音控制模块；激光测距系统包括四个激光测距传感器；机械臂由一个可伸缩的水平臂连接一个可伸缩的垂直臂以及垂直臂头部的抓手；温湿度测量系统可以测量冷热水的水温及室内的温湿度；饮水机还带有一个显示屏。本发明的有益效果是：饮水机的运动方式平稳灵活；遵循人的声音指令、配合激光测距及摄像头进行移动，可以自动进行计量倒水，水量不够时，还会提醒人们更换储水桶，操作非常便利，可以通过手机APP监测饮水机的环境。

Description

一种智能饮水机器人
技术领域
本发明涉及一种饮水机器人，特别是涉及一种改进型的智能饮水机器人。
背景技术
目前，智能家居的出现极大地方便了人们的生活。特别是日常居家使用的饮水机器人，更是给家里的老人、小孩和生活不能自理的病人带来了方便。中国专利CN107127765A公开了一种“智能饮水机器人”，将饮水机安装在一个可以行走的机器人上，机器人察觉到人们喝水的意愿后，可以自动取杯倒水并提醒人们喝水。但该饮水机器人存在有下列不足之处：(一)该饮水机器人的走行机构采用的是轮式驱动，虽然前轮为可以自由转向的万向轮，但因没有主动转向功能，因此，机器人易因为障碍阻挡和盲目行进而不易到达目的地；(二)该饮水机器人没有语音控制系统，接受人们的指令只能靠摄像头的摄像和自身携带的唇读分析系统，因此，接受指令不太准确，反应迟钝；(三)该饮水机器人倒水时，没有计量控制系统，因此，经常发生倒水量控制不准的现象；(四)该饮水机器人没有远程监控系统，不利于对机器人本身和所处环境的远程监控。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进型的智能饮水机器人，使其可以达到快速响应倒水指令，迅速到达喝水人的身边，提供适量饮用水，易于对所处环境进行监控的目的。
为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案来实现：
一种改进型的智能饮水机器人，由车架，走行机构，供水机构，微处理器控制电路，摄像头，机械臂等部分组成，所述的车架是一个长方形的盒式框架，车架的内部装有走行机构的蓄电池，车架两侧的车身部位装有走行机构，车架上盖的后半部还装有一个槽形架，在车架的上盖及槽形架上安装着供水机构，温湿度测量系统、语音控制系统、激光测距系统、摄像头和一个机械臂；在槽形架的内部则装有微处理器控制电路和远程控制系统的无线通信模块。该装置中还带有语音控制系统，激光测距系统，温湿度测量系统和远程控制系统；所述的语音控制系统、激光测距系统、温湿度测量系统和远程控制系统都与微处理器控制电路电性接连。
所述的走行机构是一个带有主副两级履带的拖动机构，每侧的主履带机构由主履带、主动轮、滚轮和从动轮组成，主动轮、滚轮和从动轮的轮轴均安装在车架两侧的车身上，从动轮还作为副履带机构的主动轮，副履带机构由副履带、从动轮和支撑轮组成，主履带由直流电机进行拖动，直流电机固定在车架上盖的两侧中部，直流电机的输出轴上装有一个滚筒，滚筒的外侧带有条形齿，条形齿可以和履带上的条形沟槽进行啮合，每个直流电机可由微处理器控制电路单独进行驱动。
所述的供水机构包括一个安装在槽形架上的中间储水箱和装在中间储水箱内的水泵及流量计，还有一个装在车架上盖前部的电磁阀，水泵、流量计和电磁阀都与微处理器控制电路电性连接；语音控制系统包括安装在槽形架上的中间储水箱后部的麦克风、扬声器和语音控制模块，用于接收语音指令及发出语音提示，麦克风和扬声器与语音控制模块电性连接，语音控制模块与微处理器控制电路电性连接；所述的激光测距系统包括四个激光测距传感器，用于测量饮水机器人与周围物体的距离，1#激光测距传感器安装在车架上盖的前部，2#激光测距传感器安装在车架上盖前部的左侧，3#激光测距传感器安装在车架上盖前部的右侧，4#激光测距传感器安装在车架上盖后部的中间，四个激光测距传感器均与微处理器控制电路电性连接；摄像头安装在中间储水箱的上部前端，摄像头也与微处理器控制电路电性连接；所述的机械臂包括一个可伸缩的水平臂和一个可伸缩的垂直臂以及一个张开角度可调的抓手，机械臂的抓手安装在垂直臂的头部并夹持着饮水机器人的储水桶。
所述的温湿度测量系统包括两个测量水温的温度传感器、一个测量室温的温度传感器和一个测量室内湿度的湿度传感器，两个测量水温的温度传感器装在供水机构中，分别用来测量饮水机的冷水和热水的温度，室内温度传感器和湿度传感器则安装在中间储水箱的上盖内侧，三个温度传感器和一个湿度传感器都与微处理器控制电路电性连接。
所述的中间储水箱的中部带有一个隔层，将储水箱分成两个部分，一部分作为冷水仓，另一部分作为热水仓；冷水仓中装有一个制冷管和一个前述的温度传感器，热水仓中装有一个制热管和一个前述的温度传感器，制冷管、制热管均与微处理器控制电路电性连接。
所述的可伸缩的水平臂和可伸缩的垂直臂的结构是一样的，都由一个电动推杆并联联接着一个可伸缩的加强杆组成，水平臂的根部固定在槽形架上的一个支架上，垂直臂的根部固定在水平臂的头部，而抓手由三块链接在一起的、内侧带有沟槽的链板组成，中间的一块为弧形链板并被固定在垂直臂的头部，两边的两块链板各由一个小电动推杆通过支架连接到垂直臂的头部。
所述的微处理器控制电路中含有单片机电路、走行电机驱动电路、机械臂电动推杆驱动电路、制冷制热继电器控制电路和电源电路，还带有一个显示控制电路及其显示屏，走行电机驱动电路、机械臂电动推杆驱动电路、制冷制热继电器控制电路及其显示控制电路均与单片机电路和电源电路电性连接，而显示屏和各电路的操控按钮则安装在槽形架的一个侧面上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.由于本发明的智能饮水机器人采用了两条独立驱动的履带式走行机构，特别是还带有副履带走行机构，因此，该智能饮水机器人的运动方式非常灵活，不仅可以直行，而且还可以主动转弯，甚至可以原地转圈，还可越过障碍物，可以轻松到达目的地。
2.由于本发明的智能饮水机器人采用了语音控制系统和激光测距系统，配合摄像头的使用，该智能饮水机器人可以听懂人们的呼唤声，也可以遵循人的声音指令，在激光测距传感器和摄像头的配合下，自动行驶到人的身边，为人进行倒水服务。
3.由于本发明的智能饮水机器人采用了供水计量系统，因此，可以设定每次倒水的水量量值，而饮水机器人在每次倒水时，都会自动进行计量倒水，不会少倒或多倒；而在储水桶的水量达到警戒线时，还会提醒人们更换新的储水桶。
4.由于本发明的智能饮水机器人的微处理器控制电路还配有显示屏，因此，关于饮水机的各种操作设置可以一目了然，使操作非常便利和易于实现。
5.由于本发明的智能饮水机器人采用了远程控制系统，使人们可以实现远程对饮水机器人的控制，还可以通过饮水机器人上安装的摄像头，对饮水机器人所处的环境进行查看，实现对饮水机器人所处的环境进行监测。
附图说明
图1是改进型的智能饮水机器人的整体结构示意图。
图2是改进型的智能饮水机器人的走行机构组成示意图。
图3是改进型的智能饮水机器人的走行机构具体结构示意图。
图4是改进型的智能饮水机器人的供水机构的示意图。
图5是微处理器控制电路的安装位置示意图。
图6是语音控制系统和激光测距系统的组成示意图。
图7是机械臂的组成示意图。
图8是机械臂的具体结构示意图。
图9是微处理器控制电路的组成结构示意框图。
图10是走行机构直流电机驱动电路原理图。
图11是机械臂的电动推杆的驱动电路原理图。
图12是水泵和电磁阀的驱动电路原理图。
图13是电源电路中的降压电路原理图。
图14是微处理器的单片机电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的智能饮水机器人的具体结构作进一步的详细说明。
如图1至图14所示，是本发明的改进型智能饮水机器人的结构示意图。该装置由车架1，走行机构2，供水机构3，微处理器控制电路4，摄像头4-2，机械臂5等部分组成，且装置中还带有语音控制系统4-3，激光测距系统4-4，温湿度测量系统4-1和无线通信模块4-7；所述的语音控制系统4-3、激光测距系统4-4、温湿度测量系统4-1和无线通信模块4-7都与微处理器控制电路4电性接连。
所述的车架1是一个扁盒式封闭框架，车架1的内部装有走行机构的蓄电池，车架1两侧的车身部位则装有走行机构2，车架1上盖的后半部还装有一个槽形架1-1，在车架1的上盖及槽形架1-1上安装着供水机构3，温湿度测量系统4-1、语音控制系统4-3、激光测距系统4-4、摄像头4-2和一个机械臂5；在槽形架1-1的内部则装有微处理器控制电路4和无线通信模块4-7。
所述的走行机构2是一个带有主副两级履带的拖动机构，每侧的主履带拖动机构2-1由主履带2-1-1、主动轮2-1-2、滚轮2-1-3和从动轮2-1-4组成，主动轮2-1-2、滚轮2-1-3和从动轮2-1-4的轮轴均安装在车架1两侧的车身上，从动轮2-1-4还作为副履带拖动机构2-2的主动轮，副履带拖动机构2-2由副履带2-2-1、从动轮2-1-4和支撑轮2-2-2组成，主履带2-1-1由直流电机2-3进行拖动，直流电机2-3固定在车架1上盖的两侧中部，直流电机2-3的输出轴上装有一个滚筒2-4，滚筒2-4的外侧带有条形齿，条形齿可以和主履带2-1-1上的条形沟槽进行啮合，每个直流电机2-3可由微处理器控制电路4单独进行驱动。
所述的供水机构3包括一个安装在槽形架1-1上的中间储水箱3-2和装在储水箱内的流量计3-3及水泵3-4，还有一个装在车架1上盖前部的电磁阀3-1，流量计3-3、水泵3-4和电磁阀3-1都与微处理器控制电路4电性连接；语音控制系统4-3包括安装在槽形架1-1上的中间储水箱3-2后部的麦克风4-3-1、扬声器4-3-2和语音控制模块4-3-3，用于接收语音指令及发出语音提示，麦克风4-3-1和扬声器4-3-2与语音控制模块4-3-3电性连接，语音控制模块4-3-3与微处理器控制电路4电性连接；所述的激光测距系统4-4包括四个激光测距传感器，用于测量饮水机器人与周围物体的距离，1#激光测距传感器4-4-1安装在车架1上盖的前部，2#激光测距传感器4-4-2安装在车架1上盖前部的左侧，3#激光测距传感器4-4-3安装在车架1上盖前部的右侧，4#激光测距传感器4-4-4安装在车架1上盖后部的中间，四个激光测距传感器4-4-1、4-4-2、4-4-3、4-4-4均与微处理器控制电路4电性连接；摄像头4-2安装在中间储水箱3-2的上部前端，摄像头4-2也与微处理器控制电路4电性连接；所述的机械臂5包括一个可伸缩的水平臂5-2和一个可伸缩的垂直臂5-1以及一个张开角度可调的抓手5-3，机械臂5的抓手5-3夹持着饮水机器人的储水桶3-5。
所述的温湿度测量系统4-1包括一个测量室温的温度传感器4-1-1和一个测量室内湿度的湿度传感器4-1-2，温度传感器4-1-1和湿度传感器4-1-2安装在中间储水箱3-2的上盖内侧，两个测量水温的温度传感器4-1-3和4-1-4装在供水机构中。
所述的中间储水箱3-2的中部带有一个隔层，将该储水箱分成两个部分，一部分作为冷水仓，另一部分作为热水仓；冷水仓中装有一个制冷管和温度传感器4-1-3，热水仓中装有一个制热管和温度传感器4-1-4，制冷管、制热管和温度传感器4-1-3和4-1-4均与微处理器控制电路4电性连接。
所述的可伸缩的水平臂5-2和可伸缩的垂直臂5-1的结构是一样的，都由一个电动推杆5-1-1并联联接着一个可伸缩的加强杆5-1-2组成，水平臂5-2的根部固定在槽形架1-1上的一个支架上，垂直臂5-1的根部固定在水平臂5-2的头部，而抓手5-3固定在垂直臂5-1的头部，抓手5-3由三块链接在一起的、内侧带有沟槽的链板组成，中间的一块弧形链板5-3-1固定在垂直臂5-1的头部，两边的两块链板5-3-2各由一个小电动推杆5-4通过支架连接到垂直臂5-1的头部。
所述的微处理器控制电路4中含有一块走行电机驱动电路4-5、供水机构控制电路4-6、无线通信模块4-7、单片机电路4-8、人工交互电路4-9、机械臂驱动电路4-10、制冷制热继电器控制电路4-11、时钟电路4-12和电源电路4-13，人工交互电路4-9还带有一块显示屏4-14，走行电机驱动电路4-5、供水机构控制电路4-6、无线通信模块4-7、人工交互电路4-9、机械臂驱动电路4-10、制冷制热继电器控制电路4-11、时钟电路4-12及其显示屏4-14均与单片机电路4-8和电源电路4-13电性连接，显示屏4-14和各电路的操控按钮则安装在槽形架1-1的一个侧面上。
所述的微处理器为stme32单片机。
所述的电源电路中含有采用LM2937CT-3.3和LM2937CT-5v为核心的降压芯片及外部电路组成的降压电路。
所述的语音模块包括M6语音识别模块，语音合成，mp3播报。
所述的远程控制系统包括物联网模块，型号为E840-TTL-4G02。
所述的温湿度传感器型号选择为MAX44009+BME280。
所述的直流电机驱动模块型号选择为TB6612FNG。
所述的激光测距模块型号选择为VL53L1X。
本发明的改进型智能饮水机器人的工作过程是这样的：饮水机器人在工作之前要将饮用水准备好。按下饮水机的总电源开关，操控机械臂5的操控按钮，将机械臂5的水平臂5-1、垂直臂5-2和抓手5-3调整到合适的状态，将储水桶3-5夹持住，并将储水桶3-5与中间储水箱3-2的连接管接好，饮水机即进入待机状态。我们通过语言控制系统4-3将饮水机命名为“小水滴”，当有人想饮水时，就喊一声“小水滴”！饮水机就会开启摄像头4-2，转动搜寻饮水人的位置，同时，启动走行机构2和激光测距系统4-4向饮水人所在位置出发，途中如遇有障碍物，则可利用单台走行驱动电机的“进”、“退”、“停止”功能，操纵饮水机进行转弯而绕行过去。到达饮水人所在位置时，饮水人将杯子放在饮水机的电磁阀3-1的出水管口处，激光测距系统4-4的1#激光测距传感器4-4-1感受到杯子时，饮水机就启动水泵3-4及流量计3-3，给杯子倒入适量的饮用水。在这个过程中，饮水人还可以提出对水温的要求，例如“20度的水”“45度的水”等等，饮水机就会启动制冷或制热的功能，将水降温或加热到规定的温度，然后再倒入饮水人的杯子。饮水机还可以根据温/湿度传感器4-1-1和4-1-2测得的室内温湿度，根据事先编制的程序，判断出人们的缺水状态，发出“主人，该喝水啦！”的语言提示，提醒人们主动饮水。当饮水机的储水量下降到警戒线时，饮水机还可以发出提醒人们更换储水桶的语言提示。人们还可以通过饮水机的无线通信模块4-7的物联网通信功能，利用手机APP软件程序查看饮水机的状态，并通过开启饮水机的摄像头4-2，查看和掌握饮水机所处的室内环境。

Claims (7)

1.一种智能饮水机器人，由车架，走行机构，供水机构，微处理器控制电路，摄像头，机械臂等部分组成，所述的车架是一个长方形的盒式框架，车架的内部装有走行机构的蓄电池，车架两侧的车身部位装有走行机构，车架上盖的后半部还装有一个槽形架，在车架的上盖及槽形架上安装着供水机构，温湿度测量系统、语音控制系统、激光测距系统、摄像头和一个机械臂；在槽形架的内部则装有微处理器控制电路和远程控制系统的无线通信模块；所述的语音控制系统、激光测距系统、温湿度测量系统和远程控制系统都与微处理器控制电路电性接连。
2.根据权利要求1所述的一种智能饮水机器人，其特征在于，所述的走行机构是一个带有主副两级履带的拖动机构，每侧的主履带机构由主履带、主动轮、滚轮和从动轮组成，主动轮、滚轮和从动轮的轮轴均安装在车架两侧的车身上，从动轮还作为副履带机构的主动轮，副履带机构由副履带、从动轮和支撑轮组成，主履带由直流电机进行拖动，直流电机固定在车架上盖的两侧中部，直流电机的输出轴上装有一个滚筒，滚筒的外侧带有条形齿，条形齿可以和履带上的条形沟槽进行啮合，每个直流电机可由微处理器控制电路单独进行驱动。
3.根据权利要求1所述的一种智能饮水机器人，其特征在于，所述的供水机构包括一个安装在槽形架上的中间储水箱和装在中间储水箱内的水泵及流量计，还有一个装在车架上盖前部的电磁阀，水泵、流量计和电磁阀都与微处理器控制电路电性连接；语音控制系统包括安装在槽形架上的中间储水箱后部的麦克风、扬声器和语音控制模块，用于接收语音指令及发出语音提示，麦克风和扬声器与语音控制模块电性连接，语音控制模块与微处理器控制电路电性连接；所述的激光测距系统包括四个激光测距传感器，用于测量饮水机器人与周围物体的距离，1#激光测距传感器安装在车架上盖的前部，2#激光测距传感器安装在车架上盖前部的左侧，3#激光测距传感器安装在车架上盖前部的右侧，4#激光测距传感器安装在车架上盖后部的中间，四个激光测距传感器均与微处理器控制电路电性连接；摄像头安装在中间储水箱的上部前端，摄像头也与微处理器控制电路电性连接；所述的机械臂包括一个可伸缩的水平臂和一个可伸缩的垂直臂以及一个张开角度可调的抓手，机械臂的抓手安装在垂直臂的头部并夹持着饮水机器人的储水桶。
4.根据权利要求1所述的一种智能饮水机器人，其特征在于，所述的温湿度测量系统包括两个测量水温的温度传感器、一个测量室温的温度传感器和一个测量室内湿度的湿度传感器，两个测量水温的温度传感器装在供水机构中，分别用来测量饮水机的冷水和热水的温度，室内温度传感器和湿度传感器则安装在中间储水箱的上盖内侧，三个温度传感器和一个湿度传感器都与微处理器控制电路电性连接。
5.根据权利要求3所述的一种改进型的智能饮水机器人，其特征在于，所述的中间储水箱的中部带有一个隔层，将储水箱分成两个部分，一部分作为冷水仓，另一部分作为热水仓；冷水仓中装有一个制冷管和一个前述的温度传感器，热水仓中装有一个制热管和一个前述的温度传感器，制冷管、制热管均与微处理器控制电路电性连接。
6.根据权利要求3所述的一种改进型的智能饮水机器人，其特征在于，所述的可伸缩的水平臂和可伸缩的垂直臂的结构是一样的，都由一个电动推杆并联联接着一个可伸缩的加强杆组成，水平臂的根部固定在槽形架上的一个支架上，垂直臂的根部固定在水平臂的头部，而抓手由三块链接在一起的、内侧带有沟槽的链板组成，中间的一块为弧形链板并被固定在垂直臂的头部，两边的两块链板各由一个小电动推杆通过支架连接到垂直臂的头部。
7.根据权利要求1所述的一种改进型的智能饮水机器人，其特征在于，所述的微处理器控制电路中含有单片机电路、走行电机驱动电路、机械臂电动推杆驱动电路、制冷制热继电器控制电路和电源电路，还带有一个显示控制电路及其显示屏，走行电机驱动电路、机械臂电动推杆驱动电路、制冷制热继电器控制电路及其显示控制电路均与单片机电路和电源电路电性连接，而显示屏和各电路的操控按钮则安装在槽形架的一个侧面上。
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