CN111522347A - 一种远程信息交互机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明属于一种远程信息交互机器人,电动伸缩杆设置在机器人主体上部,行走机构设置在机器人主体底部,交互夹持平台设置在电动伸缩杆上端;交互夹持平台包括旋转支架、夹持装置和摄像头;机器人主体内的控制电路板包括下位主控制器和与其连接的电动伸缩杆控制电路、摄像头控制电路、夹持平台控制电路、传感信息采集电路、电机驱动电路、电源管理电路,下位主控制器通过RS232接口与上位工控机连接,上位工控机与网络通信电路连接,网络通信电路通过互联网与网络服务器、远端控制终端连接。本发明可以提高远程交互的便捷性,机器人可以跟随交流对象随处移动,而不是仅仅在固定的地方,极大地改善现有交流方面的限制性。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域,尤其涉及一种远程信息交互机器人。
背景技术
机器人(Robot)是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥,又可以运行预先编排的程序,也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作,例如生产业、建筑业,或是危险的工作。
中国的机器人专家从应用环境出发,将机器人分为两大类,即工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人,包括:服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。在特种机器人中,有些分支发展很快,有独立成体系的趋势,如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。国际上的机器人学者,从应用环境出发将机器人也分为两类:制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人,这和中国的分类是一致的。
虽然现在已经有较多工作、生活场合使用机器人来服务于人们,如应用于家庭、办公、展览会和大型工厂,但是这些机器人的操作仅限于现场操作,如果人们在远端或者出外不在机器人旁边时,由于无人在一旁操控,机器人的运作就将暂时停滞,灵活性差,用户体验差,大大降低了机器人的使用效果。其次,现有的机器人结构设计复杂,灵活性差,稳定性和安全性差,自动化程度低,机器人不能根据外界环境情况自动进行结构调节,实现行走、伸缩、方向控制等动作的灵活控制,而是需要操作人员对其每个动作进行操作才执行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种远程信息交互机器人,以解决现有技术的不足。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:
一种远程信息交互机器人,包括交互夹持平台、电动伸缩杆、机器人主体、行走机构,所述电动伸缩杆设置在机器人主体上部,所述行走机构设置在机器人主体底部,所述交互夹持平台设置在电动伸缩杆上端;所述交互夹持平台包括旋转支架、夹持装置和摄像头,所述旋转支架上安装夹持装置,所述安装夹持装置顶部安装摄像头;所述电动伸缩杆包括上杆、下杆,所述上杆、下杆伸缩式连接,所述上杆、下杆之间设置机器人工作开关;所述机器人主体内设置控制电路板,所述控制电路板包括下位主控制器和与下位主控制器连接的电动伸缩杆控制电路、摄像头控制电路、夹持平台控制电路、传感信息采集电路、电机驱动电路、电源管理电路,所述下位主控制器通过RS232接口与上位工控机连接,所述上位工控机与网络通信电路连接,所述网络通信电路通过互联网与网络服务器、远端控制终端连接。
进一步地,所述行走机构为设置在机器人主体底部的三个全向轮,所述三个全向轮沿着机器人主体底部相互之间呈120°分布。
进一步地,所述交互夹持平台的旋转支架上安装有舵机,舵机输入端与夹持平台控制电路电连接,所述舵机输出端连接下位主控制器。
进一步地,所述夹持装置为用于固定手机或者平板电脑的承载板,所述承载板为磁铁。
进一步地,所述上杆、下杆整体为电动推杆结构。
进一步地,所述夹持平台控制电路为舵机控制芯片LG9110。
进一步地,所述传感信息采集电路为基于HC-SR04超声波测距模块的超声波传感器电路,所述超声波传感器电路包括超声波发送电路、超声波接收电路;所述超声波发送电路包括超声波发送探头S2,所述超声波发送探头S2输入端一端接地,S2另一端通过电阻R3连接NPN三极管Q1的集电极,所述NPN三极管Q1的集电极通过电阻R2连接电源VCC,所述电源VCC与NPN三极管Q1的基极之间连接电阻R1,所述NPN三极管Q1的基极连接下位主控制器的一个I/O引脚,所述NPN三极管Q1的发射极接地;所述超声波接收电路包括超声波接收探头S1,所述超声波接收探头S1输出端一端接地,S1另一端连接二级级联的芯片CD4011。
进一步地,所述电机驱动电路为基于L298N电机驱动芯片的电机驱动电路,所述L298N电机驱动芯片的OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之间各接一个小型电机,L298N电机驱动芯片IN1、IN2、IN3、IN3脚接入下位主控制器控制信号控制电机正反转,下位主控制器输出的PWM信号直接与ENA、ENB相连控制使能端。
进一步地,所述下位主控制器为单片机或者ARM处理器。
进一步地,所述网络通信电路为无线网卡或者有线网卡。
本发明的有益效果是:
1、本发明的远程信息交互机器人能够通过交流者远程遥控操作,不仅可实现遥控移动控制、实时双向信息交互和远程视频会议,还能实现远程巡视监控及远程展览参观。可广泛应用于家庭,办公,展览会和大型工厂。使交流者具有身临其境的临场交流体验感,改善现有交互方式的体验感。可以提高远程交互的便捷性,机器人可以跟随交流对象随处移动,而不是仅仅在固定的地方,极大地改善现有交流方面的限制性。
2、本发明的机器人结构设计简洁,只有交互夹持平台、电动伸缩杆、机器人主体、行走机构几个重要的大框架结构,但是功能多样。上位工控机控制系统根据连接于机器人上的摄像头系统采集的信息调节电动伸缩杆的高度以及交互夹持平台的俯仰,形成闭环控制的自动化系统,根据外界环境情况自动进行伸缩和方向的控制,灵活性好,自动化程度高。同时,机器人行走机构为三个全向轮,机器人行走稳定灵活;采用基于超声波传感器的避障系统,避免行走过程发生碰撞,安全性好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中,类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中,各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明的正视整体结构示意图。
图2为本发明的侧视整体结构示意图。
图3为本发明的行走机构结构示意图。
图4为本发明的交互夹持平台结构示意图。
图5为本发明的机器人控制系统结构框图。
图6为本发明的夹持平台控制电路的舵机控制芯片原理图。
图7为本发明的全向轮的电机驱动电路原理图。
图8为本发明的超声波避障发射电路原理图。
图9为本发明的超声波避障接收电路原理图。
图中:
1-交互夹持平台;2-电动伸缩杆;3-机器人主体;4-行走机构;11-旋转支架;12-夹持装置;13-摄像头;21-上杆;22-机器人工作开关;23-下杆。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,因此只作为示例,而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1-9所示,一种远程信息交互机器人,包括交互夹持平台1、电动伸缩杆2、机器人主体3、行走机构4,电动伸缩杆2设置在机器人主体3上部,行走机构4设置在机器人主体3底部,交互夹持平台1设置在电动伸缩杆2上端;交互夹持平台1包括旋转支架11、夹持装置12和摄像头13,旋转支架11上安装夹持装置12,安装夹持装置12顶部安装摄像头13;电动伸缩杆2包括上杆21、下杆23,上杆21、下杆23伸缩式连接,上杆21、下杆23之间设置机器人工作开关22;机器人主体3内设置控制电路板,控制电路板包括下位主控制器和与下位主控制器连接的电动伸缩杆控制电路、摄像头控制电路、夹持平台控制电路、传感信息采集电路、电机驱动电路、电源管理电路,下位主控制器通过RS232接口与上位工控机连接,上位工控机与网络通信电路连接,网络通信电路通过互联网与网络服务器、远端控制终端连接。
本实施例中,行走机构4为设置在机器人主体3底部的三个全向轮,三个全向轮沿着机器人主体3底部相互之间呈120°分布。本实施例的机器人主体3形状优选圆柱形。
本实施例中,交互夹持平台1的旋转支架11上安装有舵机,舵机输入端与夹持平台控制电路电连接,舵机输出端连接下位主控制器。
本实施例中,夹持装置12为用于固定手机或者平板电脑的承载板,承载板为磁铁。
本实施例中,上杆21、下杆23整体为电动推杆结构。
本实施例中,夹持平台控制电路为舵机控制芯片LG9110。
本实施例中,传感信息采集电路为基于HC-SR04超声波测距模块的超声波传感器电路。
本实施例中,电机驱动电路为基于L298N电机的电机驱动电路。
本实施例中,下位主控制器为单片机或者ARM处理器。
本实施例中,网络通信电路为无线网卡或者有线网卡。
见图1、2,分别为远程信息交互机器人总体图和侧视图。包括交互夹持平台1,电动伸缩杆2,机器人机身3,行走机构4。
见图4,交互夹持平台1的旋转支架11上安装有舵机,舵机与夹持平台控制电路电连接,交互夹持平台1的旋转支架11通过夹持平台控制电路控制,本实施例为舵机控制芯片LG9110,舵机通过芯片LG9110驱动控制正反转,芯片LG9110通过下位控制器控制角度驱动量,进而控制舵机角度(即旋转支架11与上杆21的夹角角度)。
交互夹持平台1的夹持装置12为磁铁,根据使用者需求,用来固定手机或平板,构成信息交互平台,实现视频语音交互,可以先在手机或者平板上安装铁质的安装套,然后整体再吸附在磁性的夹持装置12上。摄像头13为调节电动伸缩杆2的高度以及交互夹持平台1的俯仰提供参考视频信号。
电动伸缩杆2与机器人主体3连接,由下杆23和上杆21组成,中间为该机器人的总开关。下杆23和上杆21之间可以伸缩以调节机器人整体的高度,上杆21、下杆23整体为市面上常见的电动推杆结构,电动推杆是一种新型的电动执行机构,电动推杆主要由电机、推杆和控制装置等机构组成的一种新型直线执行机构,电机经齿轮减速后,带动一对丝杆螺母,把电机的旋转运动变成直线运动,利用电动机正反转完成推杆动作。可以实现远距离控制、集中控制。电动推杆在一定范围行程内作往返运动,一般电动推杆标准行程在,100、150、200、250、300、350、400mm,特殊行程也可根据不同应用条件要求设计定做。
见图3,为远程信息交互机器人的行走机构,三个电机分别驱动三个全向轮,三个全向轮沿着底盘呈120°分布。可以实现前进、后退、左移、右移和旋转运动。
见图5,为远程信息交互机器人控制系统电路框图。采用上位工控机和下位主控制器的方式,通过RS232进行通信。下位主控制器控制电动伸缩杆控制电路、摄像头控制电路、夹持平台控制电路、传感信息采集电路、电机驱动电路、电源管理电路,完成小车的运动控制。如图6所示,为夹持平台控制电路的舵机控制芯片LG9110原理图,舵机用H桥芯片LG9110来驱动,舵机的角度通过下位主控制器的内部A/D转换来反馈实时角度,上位工控机通过RS232串口与下位主控制器进行通信,将所设定的角度控制数据送到下位主控制器,下位主控制器根据角度控制数据产生设定PWM信号,经由LG9110驱动,控制舵机的正反转达到控制角度的目的。
图7为全向轮的电机驱动电路原理图,本设计的L298N电机驱动芯片的OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之间各接一个小型电机,IN1、IN2、IN3、IN3脚接入下位主控制器控制信号控制电机正反转,下位主控制器输出的PWM信号直接与ENA、ENB相连控制使能端,从而控制全向轮电机直行、倒退等操作。
图8和图9分别为超声波测距电路原理图,超声波传感器电路包括超声波发送电路、超声波接收电路;超声波发送电路包括超声波发送探头S2,超声波发送探头S2输入端一端接地,S2另一端通过电阻R3连接NPN三极管Q1的集电极,NPN三极管Q1的集电极通过电阻R2连接电源VCC,电源VCC与NPN三极管Q1的基极之间连接电阻R1,NPN三极管Q1的基极连接下位主控制器的一个I/O引脚,NPN三极管Q1的发射极接地;超声波接收电路包括超声波接收探头S1,超声波接收探头S1输出端一端接地,S1另一端连接二级级联的芯片CD4011。
超声波触发信号由下位主控制器的一个I/O引脚发出,I/O引脚后接一级放大,将放大后的信号经由超声波的发送探头S2发送出去,其原理图如图8。接着就是对发送出去的信号通过接收探头S1进行接收和处理,来得到下位主控制器能够识别的TTL电平信号,将超声波探头接收的回波信号经过CD4011后,可以实现对信号的放大与整形,具体电路如图9。
同时,下位主控制器将采集到的传感信息和运动信息传输给上位工控机。上位工控机控制系统根据下位主控制器传输的信息,负责给下位主控制器下达运动控制信息。上位工控机控制系统可通过连接网络通信电路连接到互联网,交流者可以通过安装有APP的远端智能设备(手机、平板电脑)遥控操作机器人。另外,上位工控机控制系统根据连接于机器人上的摄像头系统采集的信息调节电动伸缩杆2的高度以及交互夹持平台1的俯仰。
综上,本发明的远程信息交互机器人能够通过交流者远程遥控操作,不仅可实现遥控移动控制、实时双向信息交互和远程视频会议,还能实现远程巡视监控及远程展览参观,可广泛应用于家庭、办公、展览会和大型工厂。使交流者具有身临其境的临场交流体验感,改善现有交互方式的体验感。该发明可以提高远程交互的便捷性,机器人可以跟随交流对象随处移动,而不是仅仅在固定的地方,极大地改善现有交流方面的限制性。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围,其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (10)
1.一种远程信息交互机器人,其特征在于:包括交互夹持平台(1)、电动伸缩杆(2)、机器人主体(3)、行走机构(4),所述电动伸缩杆(2)设置在机器人主体(3)上部,所述行走机构(4)设置在机器人主体(3)底部,所述交互夹持平台(1)设置在电动伸缩杆(2)上端;所述交互夹持平台(1)包括旋转支架(11)、夹持装置(12)和摄像头(13),所述旋转支架(11)上安装夹持装置(12),所述安装夹持装置(12)顶部安装摄像头(13);所述电动伸缩杆(2)包括上杆(21)、下杆(23),所述上杆(21)、下杆(23)伸缩式连接,所述上杆(21)、下杆(23)之间设置机器人工作开关(22);所述机器人主体(3)内设置控制电路板,所述控制电路板包括下位主控制器和与下位主控制器连接的电动伸缩杆控制电路、摄像头控制电路、夹持平台控制电路、传感信息采集电路、电机驱动电路、电源管理电路,所述下位主控制器通过RS232接口与上位工控机连接,所述上位工控机与网络通信电路连接,所述网络通信电路通过互联网与网络服务器、远端控制终端连接。
2.根据权利要求1所述的一种远程信息交互机器人,其特征在于:所述行走机构(4)为设置在机器人主体(3)底部的三个全向轮,所述三个全向轮沿着机器人主体(3)底部相互之间呈120°分布。
3.根据权利要求1所述的一种远程信息交互机器人,其特征在于:所述交互夹持平台(1)的旋转支架(11)上安装有舵机,舵机输入端与夹持平台控制电路电连接,所述舵机输出端连接下位主控制器。
4.根据权利要求1所述的一种远程信息交互机器人,其特征在于:所述夹持装置(12)为用于固定手机或者平板电脑的承载板,所述承载板为磁铁。
5.根据权利要求1所述的一种远程信息交互机器人,其特征在于:所述上杆(21)、下杆(23)整体为电动推杆结构。
6.根据权利要求1所述的一种远程信息交互机器人,其特征在于:所述夹持平台控制电路为舵机控制芯片LG9110。
7.根据权利要求1所述的一种远程信息交互机器人,其特征在于:所述传感信息采集电路为基于HC-SR04超声波测距模块的超声波传感器电路,所述超声波传感器电路包括超声波发送电路、超声波接收电路;所述超声波发送电路包括超声波发送探头S2,所述超声波发送探头S2输入端一端接地,S2另一端通过电阻R3连接NPN三极管Q1的集电极,所述NPN三极管Q1的集电极通过电阻R2连接电源VCC,所述电源VCC与NPN三极管Q1的基极之间连接电阻R1,所述NPN三极管Q1的基极连接下位主控制器的一个I/O引脚,所述NPN三极管Q1的发射极接地;所述超声波接收电路包括超声波接收探头S1,所述超声波接收探头S1输出端一端接地,S1另一端连接二级级联的芯片CD4011。
8.根据权利要求1所述的一种远程信息交互机器人,其特征在于:所述电机驱动电路为基于L298N电机驱动芯片的电机驱动电路,所述L298N电机驱动芯片的OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之间各接一个小型电机,L298N电机驱动芯片IN1、IN2、IN3、IN3脚接入下位主控制器控制信号控制电机正反转,下位主控制器输出的PWM信号直接与ENA、ENB相连控制使能端。
9.根据权利要求1所述的一种远程信息交互机器人,其特征在于:所述下位主控制器为单片机或者ARM处理器。
10.根据权利要求1所述的一种远程信息交互机器人,其特征在于:所述网络通信电路为无线网卡或者有线网卡。
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