CN111496818A

CN111496818A - 一种带有稳定系统的机上服务机器人

Info

Publication number: CN111496818A
Application number: CN202010498156.2A
Authority: CN
Inventors: 易龙
Original assignee: Chongqing Yupusheng Technology Development Co ltd
Current assignee: Chongqing Yupusheng Technology Development Co ltd
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2020-06-04
Publication date: 2020-08-07
Also published as: CN111070222A

Abstract

本发明提出了一种带有稳定系统的机上服务机器人，包括主控计算机、交互系统、执行系统；所述交互系统：采集用户的需求信息，发送至所述主控计算机，所述主控计算机：接收所述需求信息，通过所述需求信息识别用户需求，根据所述用户需求输出执行指令，以及与通过所述交互系统与用户进行信息交互；所述执行系统包括：寻迹控制模块，伺服控制模块，平衡稳定模块。本发明适用于飞机上空间小、环境复杂，人员密度大，劳动重复率高、服务压力大的场景，可以替代部分空乘人员重复率高的工作，而且也可以解决在严重颠簸环境中空乘人员无法提供服务的问题，并可极大的节约时间和劳动力成本，提高机上服务水平。

Description

一种带有稳定系统的机上服务机器人

技术领域

本发明涉及智能化飞机服务领域，特别涉及一种带有稳定系统的机上服务机器人。

背景技术

随着经济的飞速发展，中长途出行需求迅速增长，特别是公务、探亲访友、旅游出行需求迅速增长，公众对航空出行的便捷和舒适度要求逐渐提高，迫使机上提升服务质量，以满足人们的出行要求。机上空间小、环境复杂、人员密度大、劳动重复率高，航空出行的服务压力对机上服务提出了更高的要求。

控制技术、计算机技术、生物技术等在发展过程中的不断突破和创新，人工智能、人脸识别、语音交互、大数据等先进技术的不断成熟，为服务机器人的多功能和智能化提供了良好的发展条件。可以预见，随着市场需求和机器人技术的不断发展，机上服务机器人的应用将在不久的未来得到普及。然而针对飞机客舱内工作范围小、人员密度大、飞机在运行过程中不稳定等因素，导致机上服务机器人在工作时的稳定性、到位准确性上的要求极高。中国专利201821288674.6提出了一种自平衡服务机器人，其利用实体轨道实现机器人的行进轨迹控制，然而该专利中的方法，机器人无法与用户进行交互，仅仅作为一个运输工具辅助传递食物而已，并且轨道实现轨迹控制，轨道占用本来就不大的飞机过道空间，造成用户体验变差。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种带有稳定系统的机上服务机器人，解决了现有的飞机服务机器人只能单纯作为运输工具而无法与用户进行信息交互以及占用飞机空间致使用户体验变差的问题，同时满足飞机服务机器人的工作稳定性高与到位准确性高的需求。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种带有稳定系统的机上服务机器人，包括主控计算机、交互系统、执行系统；

所述交互系统：采集用户的需求信息，发送至所述主控计算机，

所述主控计算机：接收所述需求信息，通过所述需求信息识别用户需求，根据所述用户需求输出执行指令，以及通过所述交互系统与用户进行信息交互；

所述执行系统包括：

寻迹控制模块：接收所述执行指令，获取机器人运动的指定路径，

伺服控制模块：接收所述执行指令，驱动所述机器人握持物品以及沿所述指定路径运动，以完成所述用户需求，

平衡稳定模块：接收所述执行指令，保持所述机器人沿所述指定路径运动时的自身平衡稳定以及所述机器人握持物品的平衡稳定。

进一步地，所述交互系统包括：

图像处理单元：采集用户的图像信息，形成用户的需求信息发送至所述主控计算机，语音处理单元：采集用户的语音信息，形成用户的需求信息发送至所述主控计算机。

进一步地，所述交互系统还包括：

语音合成单元：接收所述主控计算机指令，与用户进行语音信息交互。

进一步地，所述交互系统还包括：

机上交互模块：将飞机系统数据传至所述主控计算机，所述主控计算机通过所述语音合成单元与用户进行语音信息交互。

进一步地，所述执行系统还包括：

转向传感模块：采集机器人的运动状态，将所述运动状态传至所述主控计算机，所述主控计算机根据所述运动状态驱动所述伺服控制模块调整所述机器人面对用户的角度，以完成所述用户需求。

进一步地，还包括：

系统监控管理模块：监控所述图像处理单元、所述语音处理单元、所述语音合成单元、所述机上交互模块、所述伺服控制模块、所述平衡稳定模块、所述转向传感模块和所述寻迹控制模块的运行状况，并将所述运行情况传输至所述主控计算机。

进一步地，还包括：

电源模块：将电源分配给所述图像处理单元、所述语音处理单元、所述语音合成单元、所述机上交互模块、所述主控计算机、所述伺服控制模块、所述平衡稳定模块、所述寻迹控制模块、所述转向传感模块和所述系统监控管理模块。

进一步地，所述电源模块包括：

电池：将电源分配给所述图像处理单元、所述语音处理单元、所述语音合成单元、所述主控计算机、所述伺服控制模块、所述平衡稳定模块、所述寻迹控制模块、所述转向传感模块、所述机上交互模块和所述系统监控管理模块，

充电系统：对所述电池进行充电，

电源管理系统：根据所述机器人不同工作状态，控制所述电池的电源分配。

进一步地，所述主控计算机通过总线与所述伺服控制模块、所述平衡稳定模块、所述寻迹控制模块、所述转向传感模块、所述机上交互模块、所述电源模块和所述系统监控管理模块连接。

进一步地，所述机上交互模块通过无线局域网接入技术接收所述飞机系统数据。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

①、交互系统配合主控计算机可以与用户进行信息交互，实现人机交互功能；

②、寻迹控制模块获取机器人运动的指定路径，在伺服控制模块的配合下驱动机器人沿指定路径运动，具备高到位准确性，且并不会利用其它多余设施占据飞机空间；

③、平衡稳定模块可以实现机器人在飞机飞行过程中(包括起飞及降落过程)保持机器人运动时自身的平衡稳定以及所持物品的平衡稳定。

综上，本发明适用于飞机上空间小、环境复杂，人员密度大，劳动重复率高、服务压力大的场景，可以替代部分空乘人员重复率高的工作，而且也可以解决在严重颠簸环境中空乘人员无法提供服务的问题，并可极大的节约时间和劳动力成本，提高机上服务水平。

附图说明

图1为本申请实施例的系统框图。

图2为本申请实施例平衡稳定模块的框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

如图1-2所示，一种带有稳定系统的机上服务机器人，包括主控计算机、交互系统、执行系统、系统监控管理模块、电源模块。具体地，执行系统包括平衡稳定模块、寻迹控制模块、伺服控制模块和转向传感模块，所述交互系统包括机上交互模块。所述主控计算机通过总线与所述伺服控制模块、所述平衡稳定模块、所述寻迹控制模块、所述转向传感模块、所述机上交互模块、所述电源模块和所述系统监控管理模块连接。本实施例中，主控计算机通过总线连接设置在机器人身上的数字信号处理器，数字信号处理器连接其他各模块。机器人的手臂、头部、腰部还安装有动作电机。

在一个实施例里，所述交互系统用于采集用户的需求信息，并将需求信息发送至所述主控计算机。

具体地，所述交互系统包括：

图像处理单元：采集用户的图像信息，形成用户的需求信息发送至所述主控计算机，语音处理单元：采集用户的语音信息，形成用户的需求信息发送至所述主控计算机，

语音合成单元：接收所述主控计算机指令，与用户进行语音信息交互。具体地，语音处理单元可通过与用户进行语音信息交互获取用户的需求信息，将语音信息转换成相对应的文本信息，利用特征提取、声学模型、语言模型以及字典与解码算法，进行语义识别，理解旅客的需求，并于用户进行下一步的交互。

机上交互模块：将飞机系统数据传至所述主控计算机，所述主控计算机通过所述语音合成单元与用户进行语音信息交互。所述机上交互模块通过无线局域网接入技术接收所述飞机系统数据。所述飞机系统数据包括但不限于飞机客舱信息、旅客服务按钮信息、洗手间使用信息、客舱广播信息中的一种或多种。而飞机系统数据通过语音合成单元告知与用户。

所述主控计算机：接收所述需求信息，通过所述需求信息识别用户需求，根据所述用户需求输出执行指令，以及与通过所述交互系统与用户进行信息交互。

所述执行系统包括：

寻迹控制模块：接收所述执行指令，获取机器人运动的指定路径。

伺服控制模块：接收所述执行指令，驱动所述机器人沿所述指定路径运动以及握持物品，以完成所述用户需求。本实施例中，伺服控制模块包括设置在机器人身上的交流伺服马达、驱动电路、故障检测保护电路、软起动电路、位置比较控制器、速度比较控制器、限制电路、电流控制器和功率放大器，由数字信号处理器接收主控计算机的执行指令，然后通过三相正弦PWM波来驱动服务机器人上的交流伺服马达和动作电机，整个驱动过程是AC-DC-AC的过程，实现高精度的传动定位，通过控制交流伺服马达的位置、速度和力矩,在一个实施例里，数字信号处理器接收到主控计算机的移动指令，位置比较控制器、速度比较控制器发出脉冲(脉冲数决定电机旋转的圈数，脉冲频率决定电机旋转的转速，电流决定力矩)来驱动交流伺服马达、动作电机以完成机器人的各种动作。也即中央处理器发出相应的控制信号，经伺服控制模块发送给交流伺服马达和动作电机，同时由于机械结构本身的误差，实际移动的距离、位置或力矩并不会跟设定值一致，这个时候就需要通过比较控制器等定位工具，把这个实际动作反馈给数字信号处理器，从而判断实际的动作情况。而限制电路保护电机，电流控制器和功率放大器用于改变力矩的大小。本实施例中选用智能功率模块作为驱动电路。所述故障检测保护电路分别连接数字信号处理器、智能功率模块，进行过压、过电流、过热、欠压等故障检测，以保护驱动电路。软起动电路用于减少交流伺服马达启动时的冲击。

平衡稳定模块：接收所述执行指令，保持所述机器人沿所述指定路径运动时的自身平衡稳定以及所述机器人握持物品的平衡稳定。具体地，参见图2，本实施例中利用角动量守恒的理论，采用三轴固态陀螺仪及三轴固态加速度传感器来判断机器人的姿势状态，通过主控计算机计算出平衡指令，驱动马达(伺服控制模块)来达到平衡的效果。在一个实施例里，加速度传感器可以测量地球引力作用或物体运动所产生的加速度，当发生倾斜时，加速度会发生变化，通过计算出变化的倾角，计算机计算出平衡指令，来达到平衡的效果。但在实际运行过程中，机上运行环境会有很多的干扰信号叠加在测量信号上，使得输出无法准确反映真正的情况，所以需要陀螺仪进行互补，加速度传感器在静态的情况下使用，陀螺仪在动态的情况下使用，将两种信号进行融合，获得准确的姿态信息。驱动马达当系统检测到重心前倾，可精确驱动马达向前运动，以保持平衡，同样地，当重心后倾，驱动马达向后运动。

转向传感模块：采集机器人的运动状态，将所述运动状态传至所述主控计算机，所述主控计算机根据所述运动状态驱动所述伺服控制模块调整所述机器人面对用户的角度，以完成所述用户需求。本实施例中转向传感模块包括转向角传感器、扭矩传感器、减速器，转向角传感器、扭矩传感器、减速器采集机器人的转动角度等参数，将信号传至机器人的手臂、头部、腰部的动作电机，趋势动作电机运动让机器人能正对旅客。

考虑到飞机在万米高空中外界环境的影响，为了提高机上服务机器人在客舱内工作的稳定性和工作效率，采用CMOS传感器来实现巡迹的功能，也即寻迹控制模块实际包括设在机器人身上的CMOS传感器、激光接收管以及沿飞机客舱设置在舱壁上的若干激光发射管，当主控计算机将用户需求转化为执行，并将执行指令发送至激光发射管、激光接收管以及CMOS传感器，飞机客舱设置在舱壁上的若干激光发射管地面上就会形成一个光斑，不同的激光发射管依次点亮，就会形成移动的光斑信号形成指定路径，CMOS传感器感受到光斑后，激光接收管识别光斑信号，伺服控制模块同时接收主控计算机发送的执行指令驱动所述机器人沿所述指定路径运动实现寻迹功能，实现服务机器人机上快速移动。

具体地，所述电源模块包括：

电池：将电源分配给所述图像处理单元、所述语音处理单元、所述语音合成单元、所述主控计算机、所述伺服控制模块、所述平衡稳定模块、所述寻迹控制模块、所述转向传感模、所述机上交互模块和所述系统监控管理模块，

充电系统：对所述电池进行充电，充电系统可按照恒流和恒压两种工况进行相应组合的工作步骤，具备电池的过压过流保护，还可以定义每组电池的电压、电流等参数值，主要由充电机、采集单元、充电保护单元等硬件组成。该技术为现有技术此处不再赘述。

电源管理系统：根据所述机器人不同工作状态，控制所述电池的电源分配。电源管理系统有4种工作模式：正常模式、充电模式、空闲模式、睡眠模式，4种模式可以相互切换，在机器人不同的工作状态下，对各模块设备提供组合不同的供电状态。

正常模式：机器人在正常工作状态下，将正常的工作电压及电流分配给各个模块，使各个模块达到最佳的供电状态。

充电模式：根据电池的充电状态，实时掌握电池的电压、电流、温度等状态信息，由此来判定当前的充电状态和功率。

空闲模式：只保留语音处理单元及主控计算机的正常供电，随时准备唤醒，并切换到正常工作状态。

睡眠模式：在机器人不需要提供服务的时间，例如过站，关闭不需要的模块，以免电池大量放电，保持最佳续航时间。

为了全程监控系统稳定运行，设置了系统监控管理模块，其监控所述图像处理单元、所述语音处理单元、所述语音合成单元、所述机上交互模块、所述伺服控制模块、所述平衡稳定模块、所述转向传感模块、所述电源模块和所述寻迹控制模块的运行状况，并将所述运行情况传输至所述主控计算机。

所述主控计算机通过总线与所述伺服控制模块、所述平衡稳定模块、所述寻迹控制模块、所述转向传感模块、所述机上交互模块、所述电源模块和所述系统监控管理模块连接。

本发明中的机上服务机器人可以通过传感器感知自身状态信息及外部信息，对此信息进行存储、处理等操作，保证其在颠簸的环境中，在没有人干预情况下自主保持稳定的同时使服务所持的物品也可保持稳定的送到客人手中。

本发明适用于飞机上空间小、环境复杂，人员密度大，劳动重复率高、服务压力大的场景，可以替代部分空乘人员重复率高的工作，极大的节省时间和劳动力成本，提高机上服务水平。而且也可以解决在严重颠簸环境中空乘人员无法提供服务的问题，并可极大的节约时间和劳动力成本，提高机上服务水平。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种带有稳定系统的机上服务机器人，其特征在于：包括主控计算机、交互系统、执行系统；

所述执行系统包括：

2.如权利要求1所述的一种带有稳定系统的机上服务机器人，其特征在于：所述交互系统包括：

3.如权利要求2所述的一种带有稳定系统的机上服务机器人，其特征在于：所述交互系统还包括：

4.如权利要求3所述的一种带有稳定系统的机上服务机器人，其特征在于：所述交互系统还包括：

5.如权利要求4所述的一种带有稳定系统的机上服务机器人，其特征在于：所述执行系统还包括：

6.如权利要求5所述的一种带有稳定系统的机上服务机器人，其特征在于：还包括：

7.如权利要求6所述的一种带有稳定系统的机上服务机器人，其特征在于：还包括：

8.如权利要求7所述的一种带有稳定系统的机上服务机器人，其特征在于：所述电源模块包括：

充电系统：对所述电池进行充电，

9.如权利要求7所述的一种带有稳定系统的机上服务机器人，其特征在于：所述主控计算机通过总线与所述伺服控制模块、所述平衡稳定模块、所述寻迹控制模块、所述转向传感模块、所述机上交互模块、所述电源模块和所述系统监控管理模块连接。

10.如权利要求4所述的一种带有稳定系统的机上服务机器人，其特征在于：所述机上交互模块通过无线局域网接入技术接收所述飞机系统数据。