CN111844039A - 一种基于机器人控制的智慧空间系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于机器人控制的智慧空间系统，包括对智慧空间现场各物联网设备的自身状态或环境信息进行采集的多个现场布置的传感器，用以对现场数据采集层与机器人交互层提供通信服务的数据传输层，用以通过机器人控制智慧空间中的物联网设备，并控制机器人与用户进行信息交互，实现物联网设备的查询操作的机器人交互层以及用以远程监测机器人和各物联网设备的监控层；本发明利用与机器人进行对接的方式控制相应的物联网设备以及对接相应的物联网设备。与现有技术相比，本发明具有高效、智能、便捷，节约人力成本和时间成本等优点。

Description

一种基于机器人控制的智慧空间系统

技术领域

本发明涉及智能机器人技术领域，尤其是涉及一种基于机器人控制的智慧空间系统。

背景技术

物联网技术实现了客观世界中的物物相连，它是继计算机、互联网之后，世界信息技术的又一次革命，是21世纪人类社会以信息技术应用为核心的又一次技术延展。物联网与传统产业的全面融合，其本质就是“物物相连的互联网”。这句话有两层含义：第一，互联网依然是物联网的核心与基础，物联网利用互联网进行扩展和延伸。第二，物联网终端传感器可以嵌入到到任何物联网监控设备上，这些物联网设备利用相关技术接入互联网可以进行智能化信息交换与通讯。

随着科技的日益进步和人们对生活质量要求的提高，智慧空间的概念逐渐走入了各个公共设施系统，更走近了我们的生活，智能化的生活空间系统因智能云计算、互联操作便利的优势逐渐受到广泛的关注。智慧空间管理系统、智慧空间业务系统、智慧空间物联系统等逐渐得到了广泛应用。传统的智慧空间系统在物联网的控制上具有以下不足：第一，设置的传感器只能与物联网公共数据平台进行设备传输，虽然是对设备的统一管理，但复用率不高，连接不同的设备需要更新相应的设备名称和添加新设备模块，每一次都需要重新开发，人力成本和时间成本都相对较高。而不同的管理员添加不同的设备后，对于更新后的设备难以及时获取统一信息或将信息及时正确地通知至其他模块或个人。此外，随着人员的变动或者相应的管理员的改变，新管理员熟悉或控制智慧空间的物联网设备需要较长时间，对智慧空间中各个设备的管理和各个设备的控制的操作更加繁琐，且经常因为误操作而设置错误，导致后续出现信息关联错误等问题，操作和控制十分不便。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于机器人控制的智慧空间系统，该系统可实现通过一个机器人设备同时高效、智能、便捷监控所在智慧空间中的物联网设备，节约了人力成本和时间成本。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于机器人控制的智慧空间系统，包括由下至上依次设置的：

现场数据采集层：用以对智慧空间现场各物联网设备的自身状态或环境信息进行采集；

数据传输层：用以对现场数据采集层与机器人交互层提供通信服务；

机器人交互层：用以通过机器人控制智慧空间中的物联网设备，并控制机器人与用户进行信息交互，实现物联网设备的查询操作；

监控层：用以远程监测机器人和各物联网设备，获取机器人所在智慧空间当前区域的状态。

进一步地，所述现场数据采集层包括多个用以对不同物联网设备的自身状态或环境信息进行采集的传感器以及与各传感器分别连接的边缘网关，各传感器通过其控制设备的控制将采集的数据发送至边缘网关，边缘网关将传感器采集的信息处理后发送至机器人，各传感器与机器人之间开放相同协议。所述现场数据采集层还包括用以检测是否有用户进入智慧空间的红外传感器，所述红外传感器通过其控制设备的控制将采集的数据发送至边缘网关，边缘网关将红外传感器采集的信息处理后发送至机器人。

进一步地，边缘网关将传感器采集的信息处理后，通过GPRS数据网络发送至机器人后台，所述机器人后台对整体数据进行数据融合及处理，判断是否存在警告、超标或其他异常变化，若有，则将当前数据记录至数据库，并进行数据的整合，随后以协议的形式与机器人交互层的机器人进行通信，机器人实时开启服务接收，获取传感器采集的信息。

进一步地，所述机器人设有自身的语音模块，所述机器人交互层设有与所述语音模块连接的语料库，所述语音模块收集用户语音并对声音方向进行判断，进而识别相应文本，所述机器人根据获取的传感器数据生成对应的对话脚本，所述语料库录入机器人获取的传感器数据后进行实时数据更新，并设置机器人的报警逻辑和语音答复逻辑。

进一步地，当机器人通过语音模块及语料库识别出物联网设备信息查询的语音指令时，对应信息的传感器将获取的数据实时通过协议的方式传递给机器人，机器人根据传感器数据生成相应的对话脚本后，通过语音模块进行信息答复；若机器人获取到物联网设备语音控制指令时，机器人根据语音模块及语料库获取语音控制指令中的关键字，根据关键字生成相应的机器人对话脚本，随后发送http请求至物联网设备服务器以进行相应的物联网设备控制。

进一步地，所述报警逻辑包括报警阈值、报警方式和报警语音。

进一步地，各传感器通过wifi802.11协议与边缘网关进行适配通讯。

进一步地，所述机器人还设有移动模块和图像采集模块，所述移动模块用于机器人在智慧空间范围内的移动，所述图像采集模块用于获取实时场地图像、视频数据，所述移动模块和所述图像采集模块由监控层进行远程控制。

进一步地，所述机器人除语音模块外，还可设置或同时设置触屏模块、光控报警模块，如LED灯变化模式等其他模式进行实时报警和信息查询。通过语音控制，触屏控制和远程控制等几种不同的模式进行物联网设备查询及控制操作，用户也可通过不同的模式来与机器人进行交互，进而直接通过机器人来控制智慧空间中的设备，方便快捷。本发明机器人和传感器之间开放相同的协议，如mqtt协议、CoAP协议，MQTT协议等，通过协议上信息传输，便于机器人对物联网设备进行控制和交互。本发明机器人还通过websock协议用于机器人自身设备状态实时显示的通讯。

本发明基于机器人控制的智慧空间系统的工作原理主要包括下列步骤：

S1、将物联网及相应的物联网设备部署到智慧空间中，并进行相应的与机器人对接活动；

S2、对机器人和物联网进行协议对接；

S3、机器人通过监控层的远程控制在智慧空间进行移动，当用户进入智慧空间后，相应的红外传感器检测出人员的进入，通过边缘网关将信息传输至机器人，当用户与机器人发生相应的交互对话后，机器人通过查询进行相应对话，同时，机器人通过语音模块进行语音的收集及声音方向的判断，通过语音识别出相应文本，并将其与语料库的文本进行匹配，从而获取相应答案，随后机器人进行用户应答；

S4、当边缘网关获取的传感器数据上传至机器人后，语料库进行实时数据变更，机器人根据传感器数据生成相应的对话脚本后，若获取到用户语音的控制命令，机器人对语音的控制命令进行处理，识别出对应的对话脚本后，机器人发送http请求至相应的物联网设备服务器，以对该物联网设备进行相应的指令控制。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

一、本发明摒弃了传统物联网公共数据平台，利用与机器人进行对接的方式控制相应的物联网设备以及对接相应的物联网设备，且机器人和传感器之间开放相同的协议，通过协议上信息传输，便于机器人对物联网设备进行控制和交互，通过监控层直接实施对机器人进行远程监控，实现了一个机器人设备即可同时监控所有的智慧空间中的物联网设备的高效、智能、便捷的解决方案，节约了人力成本和时间成本；

二、现场数据采集层的边缘网关将传感器采集的信息处理后，通过GPRS数据网络传至机器人后台上，机器人后台对整体数据进行数据融合及处理后对异常情况等信息以协议的形式与机器人交互层的机器人进行通信，机器人同时运行多个进程，这样就可以同时监控多个传感器，使数据运输层具有复用和分用的功能，该层的协议为网络之中的各个设备提供可靠的报文传送服务，这样机器人就可以很快速的进行相关数据的收集，从而可以快速的进行报警、智能控制、相关硬件状态介绍等工作。

三、边缘网关将传感器采集的信息进行边缘网关端的判定完成处理，即只对变化的数据进行传输，大大增加了通讯效率，减少了数据处理量。

附图说明

图1为传统智慧空间系统的分布结构示意图；

图2为实施例中基于机器人控制的智慧空间系统的结构示意图；

图3为实施例中基于机器人控制的智慧空间系统的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，本发明涉及一种基于机器人控制的智慧空间系统，该系统包括现场数据采集层，数据传输层，机器人交互层和监控层。现场数据采集层、数据传输层、机器人交互层和监控层从下至上依次设置。

最下层的现场数据采集层，用于进行物联网设备的信息采集。该现场数据采集层设置多个不同功能的传感器，用于对不同物联网设备的自身状态或环境信息进行采集，如温湿度传感器、气体浓度检测传感器、振动传感器、霍尔开关传感器等。且在智慧空间中还设有红外传感器，用于检测是否有用户进入智慧空间中。各传感器设有各自的控制设备，传感器设备和控制设备汇总到网关节点上，各传感器通过其控制设备的控制将采集的数据发送至边缘网关。各传感器通过自身与网关进行适配通讯，主要采用wifi通讯的方式，基于wifi的802.11协议，选择wifi连接的主要原因是它的可移动性、范围广、组建方便的特点，方便网关进行各个传感器节点的接入。传感器节点采集的数据信息汇集到边缘网关，边缘网关对获取的数据进行简单的判断，用边缘计算设置阈值的方式判断是否要报警，比如温度、二氧化碳浓度、pm2.5浓度等数值有没有超标。如果智慧空间的状态出问题，需要报警，边缘网关可以快速通知同一网络状态下的机器人，机器人可以通过声音，图像，机器人led灯的变红等方式让用户很快知道出现了问题，同时，机器人可以发出指令进行各个设备的快速调节，从而可以很快的将智慧空间调节到正常的水平。

第二层数据传输层是整个网络体系结构中的关键层次之一，主要是对机器人交互层和传感器之间的通信提供服务，边缘网关将传感器采集的信息进行边缘网关端的判定完成处理，这样只对变化的数据进行传输，大大的增加了通讯效率和减少了数据处理量，将处理后的数据可以再通过GPRS数据网络同时传至机器人后台，通过机器人后台对整体数据进行数据融合及处理，如果有警告和超标或者是有异常变化，就可以马上给后台平台记录到数据库，进行数据的整合，最后以协议的形式，如tcp/ip协议，与机器人的行为层进行通信，机器人就可以实时的开启服务接收，来接收传感器的信息。由于机器人同时运行多个进程，因此数据运输层具有复用和分用的功能，该层的协议为网络之中的各个设备提供可靠的报文传送服务。

第三层是机器人交互层，机器人交互层与监控层进行远程互联。机器人交互层设有机器人以与其连接的服务器设备(机器人后台)，机器人设有自身的语音模块、移动模块和图像采集模块。移动模块用于机器人在智慧空间范围内的移动，图像采集模块用于获取实时场地图像、视频数据。移动模块、图像采集模块由监控层进行远程控制。语音模块包括方向性麦克风和扬声器。

当用户进入智慧空间后，相应的红外传感器会检测出人员的进入，通过网关将信息传递至机器人，机器人触发欢迎语音，且机器人还可以通过方向性麦克风进行语音的收集和声音方向的判断，通过语音识别出相应文本，与之前语料库的文本进行匹配，从而得到相应答案，随后机器人就可以回答用户，这样就可以更加方便的进行更友好的交谈。

服务器设备设有机器人的语料库，对于机器人的语料库，采用python编程的方式自动将数值存入neo4j的数据库，数值包括各传感器检测的温度、二氧化碳浓度、pm2.5浓度等，通过脚本编写形成询问类的对话，对于机器人识别处查询类的语音指令时，各传感器对应的检测数据实时通过协议的方式传递给机器人。例如当有用户问，现在室内温度是多少的时候，传感器实时接收的温度数据就会录入rivescript脚本中，变成文本录入语料库，形成实时更新的机器人语料库，并设置机器人的报警逻辑，包括设置报警阈值、报警方式、报警语音等信息；此外，当各个值超标时，机器人进行语音报警，从而让监测人员知道。当现场用户想询问相关温度或者pm值等信息时，通过语音向机器人提出查询请求，机器人的语音模块也会识别出这些关键字，并利用关键字通过模糊匹配的方式，生成相应的答案，从而再用语音模块发出，让智慧空间的用户知道智慧空间各个传感器的实时信息。除语音模块外，机器人还可设置或同时设置触屏模块、光控报警模块，如LED灯变化模式等其他模式进行实时报警和信息查询。本发明机器人通过语音控制，触屏控制和远程控制等几种不同的模式进行物联网设备查询及控制操作，用户也可以通过不同的模式来与机器人进行交互，这样就可以直接通过机器人来控制智慧空间中的设备，方便快捷。本发明机器人和传感器之间开放相同的协议，如mqtt协议、CoAP协议，MQTT协议等，通过协议上信息传输，便于机器人对物联网设备进行控制和交互。本发明机器人还通过websock协议用于机器人自身设备状态实时显示的通讯。

监控层用于远程监控机器人及各物联网设备，监控层包括本地监控主机，本地监控主机与机器人无线互联。通过远程监控即可知道当前区域内的状态，从而可以达到一个人管理不同的智慧空间的目的，节约人力成本也节约了时间成本。

本发明系统实际操作流程如图2所示，具体包括如下步骤：

步骤1、将物联网及相应的物联网设备部署到智慧空间中，并进行相应的与机器人对接的活动，从而能进行相应的机器人控制物联网的行为。

步骤2、对机器人和物联网进行协议对接，可以保证机器人能实时的接收到物联网的数据并生成相应的语料库，从而可以用语音指令来控制机器人。

步骤3、机器人通过监控层的远程控制在智慧空间进行移动，当用户进入智慧空间后与机器人就会进行相应的欢迎语来欢迎用户，当用户被机器人吸引，发生相应的交互对话，这样机器人就可以通过查询进行相应对话。当用户进入智慧空间后，相应的红外传感器会检测出人员的进入，通过网关将信息传给机器人，机器人触发欢迎语音，从而欢迎用户到了，机器人还可以通过方向性麦克风进行语音的收集和声音方向的判断，通过语音识别出相应文本，与之前语料库的文本进行匹配，从而得到相应答案，然后机器人就可以回答用户了，这样就可以更加方便的进行更友好的交谈。

步骤4、语料库主要是用物联网传感器的数据生成的，当网关数据上传至机器人交互层以后，实时的数据会改变机器人语料库的信息，每个传感器节点对应着一种信息的收集，比如，房间湿度和房间温度就是以温湿度传感器的数据采集并实时更新到rivescript数据库中，当然还有固定的对话，比如一些开关量节点，比如空调和新风，当上述设备接入到网关后，就可以通过开关量生成相应的机器人rivescript对话脚本，当机器人识别到“关空调”这个指令后，就可以通过机器人发送http请求告诉服务器来关闭空调节点，从而实现功能。对话分两方面，一种是查询当前数值，例如：天气、房间温度或房间湿度等，另一种是对物联网的控制，例如：打开新风，打开空调等，当机器人接到命令后对识别的语音进行处理，最终直接控制相应的传感器来进行调节和查询。从而完成这一次交互。

本发明利用边缘网关技术，自然语言处理，远程控制及机器人自身的系统控制等方法实现对智慧空间系统的智能、统一管理，所采用的通讯协议包括http协议，websock协议用于机器人上设备状态实时显示的通讯，以及边缘网关的mqtt协议进行与机器人实时的数据传输，帮助机器人收集数据。同时，通过物联网的业务规则引擎来制定相应的规则，通过数据传输来进行各种命令的控制，最终完整的实现机器人控制智慧空间系统的这一功能，大大节约了人力成本和时间成本，且能够避免人为控制因素造成的误操作。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于机器人控制的智慧空间系统，其特征在于，包括由下至上依次设置的：

现场数据采集层：用以对智慧空间现场各物联网设备的自身状态或环境信息进行采集；

数据传输层：用以对现场数据采集层与机器人交互层提供通信服务；

机器人交互层：用以通过机器人控制智慧空间中的物联网设备，并控制机器人与用户进行信息交互，实现物联网设备的查询操作；

监控层：用以远程监测机器人和各物联网设备，获取机器人所在智慧空间当前区域的状态。

2.根据权利要求1所述的基于机器人控制的智慧空间系统，其特征在于，所述现场数据采集层包括多个用以对不同物联网设备的自身状态或环境信息进行采集的传感器以及与各传感器分别连接的边缘网关，各传感器通过其控制设备的控制将采集的数据发送至边缘网关，边缘网关将传感器采集的信息处理后发送至机器人，各传感器与机器人之间开放相同协议。

3.根据权利要求2所述的基于机器人控制的智慧空间系统，其特征在于，边缘网关将传感器采集的信息处理后，通过GPRS数据网络发送至机器人后台，所述机器人后台对整体数据进行数据融合及处理，判断是否存在警告、超标或其他异常变化，若有，则将当前数据记录至数据库，并进行数据的整合，随后以协议的形式与机器人交互层的机器人进行通信，机器人实时开启服务接收，获取传感器采集的信息。

4.根据权利要求2所述的基于机器人控制的智慧空间系统，其特征在于，所述机器人设有自身的语音模块，所述机器人交互层设有与所述语音模块连接的语料库，所述语音模块收集用户语音并对声音方向进行判断，进而识别相应文本，所述机器人根据获取的传感器数据生成对应的对话脚本，所述语料库录入机器人获取的传感器数据后进行实时数据更新，并设置机器人的报警逻辑和语音答复逻辑。

5.根据权利要求4所述的基于机器人控制的智慧空间系统，其特征在于，当机器人通过语音模块及语料库识别出物联网设备信息查询的语音指令时，对应信息的传感器将获取的数据实时通过协议的方式传递给机器人，机器人根据传感器数据生成相应的对话脚本后，通过语音模块进行信息答复；若机器人获取到物联网设备语音控制指令时，机器人根据语音模块及语料库获取语音控制指令中的关键字，根据关键字生成相应的机器人对话脚本，随后发送http请求至物联网设备服务器以进行相应的物联网设备控制。

6.根据权利要求4所述的基于机器人控制的智慧空间系统，其特征在于，所述报警逻辑包括报警阈值、报警方式和报警语音。

7.根据权利要求2所述的基于机器人控制的智慧空间系统，其特征在于，各传感器通过wifi802.11协议与边缘网关进行适配通讯。

8.根据权利要求2所述的基于机器人控制的智慧空间系统，其特征在于，所述现场数据采集层还包括用以检测是否有用户进入智慧空间的红外传感器，所述红外传感器通过其控制设备的控制将采集的数据发送至边缘网关，边缘网关将红外传感器采集的信息处理后发送至机器人。

9.根据权利要求4所述的基于机器人控制的智慧空间系统，其特征在于，所述机器人还设有移动模块和图像采集模块，所述移动模块用于机器人在智慧空间范围内的移动，所述图像采集模块用于获取实时场地图像、视频数据，所述移动模块和所述图像采集模块由监控层进行远程控制。

10.根据权利要求1-9任一项所述的基于机器人控制的智慧空间系统，其特征在于，该系统的工作原理为：

1)将物联网及相应的物联网设备部署到智慧空间中，并进行相应的与机器人对接活动；

2)对机器人和物联网进行协议对接；

3)机器人通过监控层的远程控制在智慧空间进行移动，当用户进入智慧空间后，相应的红外传感器检测出人员的进入，通过边缘网关将信息传输至机器人，当用户与机器人发生相应的交互对话后，机器人通过查询进行相应对话，同时，机器人通过语音模块进行语音的收集及声音方向的判断，通过语音识别出相应文本，并将其与语料库的文本进行匹配，从而获取相应答案，随后机器人进行用户应答；

4)当边缘网关获取的传感器数据上传至机器人后，语料库进行实时数据变更，机器人根据传感器数据生成相应的对话脚本后，若获取到用户语音的控制命令，机器人对语音的控制命令进行处理，识别出对应的对话脚本后，机器人发送http请求至相应的物联网设备服务器，以对该物联网设备进行相应的指令控制。

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