CN203527474U - 一种助老服务机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种助老服务机器人，属于机器人应用领域。该助老服务机器人包括电机驱动电路、电源稳压电路、单片机电路、数码管显示电路、红外避障电路、巡线电路、红外测温传感器电路、机械手，以单片机为控制核心，用直流电机驱动移动底盘实现前进、后退和转弯等基本运动，机器人安装有机械手，可以抓取，形状、大小不一的物品，同时机器人的机械手可以上下调节，适应不同位置的物品。助老服务机器人的各模块能正常、协调工作，为老年人提供简单的取水、取物等帮助，有利于减轻老年人的生活压力，方便老年人的生活。

Description

一种助老服务机器人

技术领域

本实用新型涉及一种助老服务机器人，属于机器人服务领域。

背景技术

随着人们生活水平的提高，健康保健意识的增强，寿命得到了很大的提高，老年人也日益增多。目前，我国60岁以上老年人已达1.32亿人，大约占全国总人口的10％左右，并且以年均3.32%的惊人速度增长。但老年人的自理能力较差，而子女平时工作繁忙，常常无暇顾及老人。提高老年人的生活质量，保障和照顾老年人的生活已经成为了我国亟待解决的社会问题。

日常生活中，老年人经常需要端水、取物，有时候也会面临一些比较重的或者位置比较高的物品。老年人的身体不便，面对这些事情总有些力不从心，而子女们在外上班，常常不能及时的照顾到老年人。开发助老服务机器人产品，为老年人生活，护理、医疗等方面提供服务，对于提高老年人的生活质量，保证我国社会的稳定发展具有积极重要的作用。我国在服务机器人领域的研发起步比较晚。在国家的大力支持下，各高等院校和研发部门不断开发出新的助老服务机器人产品。目前已经生产出了一批中低档产品，面向市场，取得了显著的成效。但从高端技术产品的来看，我国还处在早期阶段，产品技术不成熟，市场占有率低，与美国、日本等发达国家相比还有一定的差距。

实用新型内容

为了帮助解决老年人自理能力较差，而子女平时工作繁忙、常常无暇顾及老人的问题。本实用新型提供了一种助老服务机器人，是一种以单片机为控制核心的简易助老服务机器人。

所述助老服务机器人，包括电机驱动电路、电源稳压电路、单片机电路、四位数码管显示电路、红外避障电路、巡线电路、红外测温传感器电路、机械手，红外避障电路、巡线电路、红外测温传感器电路分别将采集信息传递给单片机，单片机分别控制电机驱动电路、数码管显示电路、机械手。

所述单片机电路P00、P01、P02、P03分别与电机驱动电路的控制极相接，单片机电路P04、P05、P06、P07、P10、P11、P12分别与数码管显示电路相接，单片机电路P13、P14分别红外避障电路相接，单片机电路P04、P05、P06、P07、P10、P11、P12分别与数码管显示电路相接，单片机电路P20、P21、P22、P23、P24分别与巡线电路相接，单片机电路P15、P16、P17分别与红外测温传感器电路相接。

所述电机驱动电路由电阻R1、R2、二极管D1-D8、发光二极管LED1-LED4、驱动芯片L298N、电机M1、M2组成；其中，二极管D1、D2、D3、D4阴极相接并同接VCC，D1阳极与U1的OUT1相接，D2阳极与U1的OUT2相接，D3阳极与U1的OUT3相接，D4阳极与U1的OUT4相接，二极管D5-D8阳极相接并同接地，D5阴极与U1的OUT1相接，D6阴极与U1的OUT2相接，D7阴极与U1的OUT3相接，D8阴极与U1的OUT4相接；UI的N1引脚与单片机P00引脚相接，UI的IN2引脚与单片机P01引脚相接，UI的IN3引脚与单片机P02引脚相接，UI的IN4引脚与单片机P03引脚相接；LED1的阳极接电阻R1一端，阴极与U1的OUT1相接，电阻R1另一端与U1的OUT2相接，LED2的阳极接LED1的阴极，LED2的阴极接LED1的阳极，电机M1一端接LED1的阴极，另一端与U1的OUT1相接，LED3的阳极接电阻R2一端，阴极与U1的OUT3相接，电阻R2另一端与U1的OUT4相接，LED4的阳极接LED3的阴极，LED4的阴极接LED3的阳极，电机M2一端接LED3的阴极，另一端与U1的OUT4相接；U1的ENA、ENB、SENSA、SENSB、GND同接地。

所述电源稳压电路由电池、自锁开关SW1、电容C1-C2、发光二极管LED5、稳压芯片U2组成；其中，电源经自锁开关SW1连接C1与7805的输入端，电容C1一端接U2的1脚，另一端接U2的2脚，电容C2一端接U2的2脚，另一端接U2的3脚，发光二极管LED5的阳极接U2的3脚，阴极接地。

所述四位数码管显示电路由电阻R3-R14、电容C3、四位一体数码管U3、三极管Q1-Q4、74HC4094芯片U4组成；电阻R3一端接数码管U3的1脚，另一端接74HC4094芯片U4的4脚，电阻R4一端接数码管U3的2脚，另一端接74HC4094芯片U4的5脚，电阻R5一端接数码管U3的3脚，另一端接74HC4094芯片U4的6脚，电阻R6一端接数码管U3的4脚，另一端接74HC4094芯片U4的7脚，电阻R7一端接数码管U3的5脚，另一端接74HC4094芯片U4的14脚，电阻R8一端接数码管U3的6脚，另一端接74HC4094芯片U4的13脚，电阻R9一端接数码管U3的7脚，另一端接74HC4094芯片U4的12脚，电阻R10一端接数码管U3的8脚，另一端接74HC4094芯片U4的11脚，三极管Q1的发射极接地，集电极接数码管U3的9脚，基极接电阻R14的一端，电阻R14的另一端接单片机U12的P04引脚，三极管Q2的发射极接地，集电极接数码管U3的10脚，基极接电阻R13的一端，电阻R13的另一端接单片机U12的P05引脚，三极管Q3的发射极接地，集电极接数码管U3的11脚，基极接电阻R12的一端，电阻R12的另一端接单片机U12的P06引脚，三极管Q4的发射极接地，集电极接数码管U3的12脚，基极接电阻R11的一端，电阻R11的另一端接单片机U12的P07引脚，74HC4094芯片U4的15,16引脚同接电源VCC，电容C3一端接地，另一端接VCC，74HC4094芯片的1引脚接单片机U12的P10引脚，74HC4094芯片的2引脚接单片机U12的P11引脚，74HC4094芯片的3引脚接单片机U12的P12引脚，74HC4094芯片的8引脚接地。

所述红外避障电路由电容C4-C6、电阻R15-R22、晶振Y2、74HC14、发光二极管LED6、二极管D9、三极管Q5、红外接收管Q6组成；电容C4一端接地，另一端接晶振Y2一端，电容C5一端接地，另一端接晶振Y2另一端，晶振Y2一端接电容C4，另一端接电容C5，74HC14的1脚接电容C4,2脚接74HC14的3脚，电阻R15一端接电容C4，另一端接74HC14的3脚，电阻R16一端接电容C5，另一端接74HC14的3脚，电阻R19一端接74HC14的4脚，另一端接74HC14的5脚，D9阳极接74HC14的5脚，阴极与单片机U12的P13脚相接，电阻R21的1端接74HC14的6脚，电阻R21的2端接电阻R21，电阻R21的3端接Q5的基极，LED6阳极接电阻R17、R18同接电源VCC，LED6阴极电阻R20，电阻R20另一端接Q5集电极，Q5发射极接地；红外接收管Q6的1脚接电阻R17同接电容C6的阳极，红外接收管Q6的2脚接电容C6的阴极同接地，红外接收管Q6的3脚接电阻R18并与单片机U12的P14脚相接。

所述巡线电路由电阻R23～R37、电容C7-C11发光二极管LED7～LED11、红外发射接收管U5～U9、集成运算放大器U10和U11组成；U10的3，5，10与U11的3，5相接并接基准电压；R23一端与U5的发光二极管相接，另一端接地；R24、C7一端分别与U5的光敏三极管的发射极相接，另一端接地，U5的光敏三极管的发射极接到U10A的2端；R25一端与+5V电源相接，另一端与发光二极管LED7阳极相接，并接到U10A的1端；R26一端与U6的发光二极管相接，另一端接地；R27、C8一端分别与U6的光敏三极管的发射极相接，另一端接地，U6的光敏三极管的发射极接到U10B的6端；R28一端与+5V电源相接，另一端与发光二极管LED8阳极相接，并接到U10B的7端；R29一端与U7的发光二极管相接，另一端接地；R30、C9一端分别与U7的光敏三极管的发射极相接，另一端接地，U7的光敏三极管的发射极接到U10C的8端；R31一端与+5V电源相接，另一端与发光二极管LED9阳极相接，并接到U10C的8端；R32一端与U8的发光二极管相接，另一端接地；R33、C10一端分别与U8的光敏三极管的发射极相接，另一端接地，U8的光敏三极管的发射极接到U11A的2端；R34一端与+5V电源相接，另一端与发光二极管LED10阳极相接，并接到U11A的1端；R35一端与U9的发光二极管相接，另一端接地；R36、C11一端分别与U9的光敏三极管的发射极相接，另一端接地，U9的光敏三极管的发射极接到U11B的6端；R37一端与+5V电源相接，另一端与发光二极管LED11阳极相接，并接到U11B的7端；单片机U12的P20～P24分别链接到U10A的1端、U10B的7端、U10C的8端、U11A的1端、U11B的7端。

所述单片机电路由单片机U12、晶振Y1、电容C12-C14、电阻R38、排阻JP1组成；其中，电解电容C12负极和电阻R38的一端接单片机U12的9脚连接，电解电容C12的正极接电源VCC，电阻R38的另一端接地，电容C13的一端和晶振Y1的一端接单片机U12的18脚，电容C14的一端和晶振Y1的另一端接单片机U12的19脚，电容C13、C14的另一端接地，单片机U12的32-40脚接排阻JP1，20脚接地，31脚、40脚接VCC。

所述红外测温传感器电路由红外测温检测器TN9组成；其中电源引脚VCC接电源，DATA引脚接单片机的P1.5引脚，CLK引脚接单片机P1.6引脚，GND引脚接地，A引脚接单片机P1.7引脚。

本实用新型提供的助老服务机器人，以移动底盘为载体，配有机械手、传感器等装置，根据老年人的需要，完成自动取物、取水动作，同时为了更好的服务老年人，机械手可以上下调节高度，适合不同位置的物品。在取水过程中，为了避免水温过冷、过热，给老年人饮用带来不便，加入水温检测装置，取水的同时将水温显示出来，进一步方便老年人适时的饮用。本文设计的助老服务机器人的各模块能正常、协调工作，为老年人提供简单的取水、取物等帮助，有利于减轻老年人的生活压力，方便老年人的生活。

附图说明

图1为本实用新型的示意框图。

图2为本实用新型的侧视图（1：限位开关 2：支架 3：红外测温传感器 4：机械手5：舵机 6：牵引皮带 7：控制器 8：红外避障传感器 9：舵机 10：单片机 11：数码管12：移动底座13：巡线电路14：电机车轮）。

图3为本实用新型的电机驱动电路图。

图4为本实用新型的电源稳压电路图。

图5为本实用新型的数码管显示电路图。

图6为本实用新型的红外避障电路图。

图7为本实用新型的巡线电路图。

图8为本实用新型的单片机电路图。

图9为本实用新型的红外测温传感器电路图。

图10为本实用新型的程序流程图。

具体实施方式

助老服务机器人是以单片机为控制核心，用四个直流电机驱动移动底盘实现前进、后退和转弯运动。机器人移动底盘下方装有巡线装置，助老服务机器人能按照固定路线前进。根据老年人的需要，沿规定的路线，完成自动取水动作，然后再按原路返回，将水送回，完成自动取水的服务。同时为了避免水温过冷、过热，给老年人饮用带来不便。因此加入红外温度传感器，取水的同时将水温显示出来，进一步方便老年人适时的饮用。为了避免机器人碰到物体，在机器人上安装了红外避障传感器，实现避障功能。机器人安装有机械手，可以抓取，形状、大小不一的物品。机器人的机械手可以上下调节，适应不同位置的物品。

图3为本实用新型的电机驱动电路图，单片机的四个引脚分别与电机驱动的控制端口相连，通过远程的控制端，可以选择机器人的行进速度，使之产生不同占空比的PWM波，分为快、慢两档，以便适应不同场合。当输入信号端IN1接高电平输入端IN2接低电平，电机M1正转,信号端IN1接低电平，IN2接高电平，电机M1反转。当输入信号端IN3接高电平输入端IN4接低电平，电机M2正转,信号端IN3接低电平，IN4接高电平，电机M2反转。LED1和LED2作为电机M1正反转的指示，LED3和LED4作为电机M2正反转的指示。

图4为本实用新型的电源稳压电路图，电源使用7.4V5000mAh的大容量锂电池，在直接供给电机驱动的同时，并联使用7805进行稳压，使输出5V电源提供给单片机和无线通讯装置工作。7805的输入端使用10uF电容C1进行电源滤波，输出端使用电容C2来消除输出纹波，保证元器件的正常工作不受电源干扰。

图5为本实用新型的四位数码管显示电路图，采用动态显示方式。静态显示驱动程序简单，且CPU占用率低，但每个LED数码管需要一个锁存器来锁存每一个显示位的笔段代码，硬件开销大，故采用动态显示方式。由于本单片机的引脚有限，故采用74HC4094芯片驱动LED做显示部分，74HC4094是带输出锁存和三态控制的串入/并出高速转换器，使用简单、功耗低、驱动能力强。

图6为本实用新型的红外避障电路图，图中晶振Y2搭配电阻、电容产生一个的38KHZ的调制信号，经过施密特触发器缓冲传输到驱动电路的缓冲端，由单片机U12的输出端P13，来控制红外发光管发射，并由电位器控制驱动信号的大小即改变感应距离大小。红外接收管的1脚接电源、2脚接地、3脚信号脚通过上拉电阻接电源，并将信号好传输给单片机U12的端口P14。

图7为本实用新型的巡线电路图，电路根据红外线被不同颜色的吸收差别原理设计。当红外发射管和接收管处在黑线位置时，发出的红外光大部分被黑色吸收，也就是无反射光时，其比较器的正向输入端电压低于反向输入端的电压，并输出低电平，LED点亮。当红外发射管和接收管处不处在黑色位置时，发出的红外光大部分被反射，被接收管接收，其比较器的正向输入端电压高于反向输入端的电压，并输出高电平，LED不亮。该电路有5路红发发射与接收管，中间一路主要是保证机器人能沿着路线前进，次外2路主要是当机器人偏离路线是能实现纠正，从而保证回到路线上，最外2路主要是保证机器人能按照路线实现在路口转向。

图8为本实用新型的单片机电路图，单片机选用宏晶科技生产高速、低功耗、超强抗干扰的STC89C516RD+一款单片机为本实例的核心，与其他各电路相连，实现整个系统的控制。

图9为本实用新型的红外测温传感器电路，红外测温传感器采用TN9是一种高灵敏度，高精度的集成红外探测器，共5个引脚，其中电源引脚VCC，VCC为3V到5V之间的电压，DATA为数据接收引脚，没有数据接收时DATA为高电平，CLK为2KHz Clock输出引脚，GND为接地引脚，A为测温启动信号引脚，低电平有效。

图10为本实用新型的程序流程图。

助老服务机器人能够顺利帮助老年人完成取物、接水的服务，机器人巡线，完成助老服务机器人的自主行走，保证机器人不会偏离预定路线行走；机器人避障，机器人避障是为了避免机器人在前进过程中发生碰撞、摩擦，根据巡线部件所反馈给单片机的信号，对电机进行驱动，决定电机的启停、正反转，从而改变机器人的转向和速度；机器人端持设备是用机械手，来实现物品，水杯的拿取和摆放；为了将机器人端持的水杯中的温度显示出来，加入红外温度传感器，将水温模拟信号转化为数字信号传输给单片机，并通过数码管将水温显示出来。

虽然本实用新型已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本实用新型，任何熟悉此技术的人，在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本实用新型的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (9)

1.一种助老服务机器人，其特征在于，包括电机驱动电路、电源稳压电路、单片机电路、四位数码管显示电路、红外避障电路、巡线电路、红外测温传感器电路、机械手，红外避障电路、巡线电路、红外测温传感器电路分别将采集信息传递给单片机，单片机分别控制电机驱动电路、数码管显示电路、机械手。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，单片机电路P00、P01、P02、P03分别与电机驱动电路的控制极相接，单片机电路P04、P05、P06、P07、P10、P11、P12分别与数码管显示电路相接，单片机电路P13、P14分别红外避障电路相接，单片机电路P04、P05、P06、P07、P10、P11、P12分别与数码管显示电路相接，单片机电路P20、P21、P22、P23、P24分别与巡线电路相接，单片机电路P15、P16、P17分别与红外测温传感器电路相接。

3.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述电机驱动电路由电阻R1、R2、二极管D1-D8、发光二极管LED1-LED4、驱动芯片L298N、电机M1、M2组成；其中，二极管D1、D2、D3、D4阴极相接并同接VCC，D1阳极与U1的OUT1相接，D2阳极与U1的OUT2相接，D3阳极与U1的OUT3相接，D4阳极与U1的OUT4相接，二极管D5-D8阳极相接并同接地，D5阴极与U1的OUT1相接，D6阴极与U1的OUT2相接，D7阴极与U1的OUT3相接，D8阴极与U1的OUT4相接；UI的N1引脚与单片机P00引脚相接，UI的IN2引脚与单片机P01引脚相接，UI的IN3引脚与单片机P02引脚相接，UI的IN4引脚与单片机P03引脚相接；LED1的阳极接电阻R1一端，阴极与U1的OUT1相接，电阻R1另一端与U1的OUT2相接，LED2的阳极接LED1的阴极，LED2的阴极接LED1的阳极，电机M1一端接LED1的阴极，另一端与U1的OUT1相接，LED3的阳极接电阻R2一端，阴极与U1的OUT3相接，电阻R2另一端与U1的OUT4相接，LED4的阳极接LED3的阴极，LED4的阴极接LED3的阳极，电机M2一端接LED3的阴极，另一端与U1的OUT4相接；U1的ENA、ENB、SENSA、SENSB、GND同接地。

4.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述电源稳压电路由电池、自锁开关SW1、电容C1-C2、发光二极管LED5、稳压芯片U2组成；其中，电源经自锁开关SW1连接C1与7805的输入端，电容C1一端接U2的1脚，另一端接U2的2脚，电容C2一端接U2的2脚，另一端接U2的3脚，发光二极管LED5的阳极接U2的3脚，阴极接地。

5.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述四位数码管显示电路由电阻R3-R14、电容C3、四位一体数码管U3、三极管Q1-Q4、74HC4094芯片U4组成；电阻R3一端接数码管U3的1脚，另一端接74HC4094芯片U4的4脚，电阻R4一端接数码管U3的2脚，另一端接74HC4094芯片U4的5脚，电阻R5一端接数码管U3的3脚，另一端接74HC4094芯片U4的6脚，电阻R6一端接数码管U3的4脚，另一端接74HC4094芯片U4的7脚，电阻R7一端接数码管U3的5脚，另一端接74HC4094芯片U4的14脚，电阻R8一端接数码管U3的6脚，另一端接74HC4094芯片U4的13脚，电阻R9一端接数码管U3的7脚，另一端接74HC4094芯片U4的12脚，电阻R10一端接数码管U3的8脚，另一端接74HC4094芯片U4的11脚，三极管Q1的发射极接地，集电极接数码管U3的9脚，基极接电阻R14的一端，电阻R14的另一端接单片机U12的P04引脚，三极管Q2的发射极接地，集电极接数码管U3的10脚，基极接电阻R13的一端，电阻R13的另一端接单片机U12的P05引脚，三极管Q3的发射极接地，集电极接数码管U3的11脚，基极接电阻R12的一端，电阻R12的另一端接单片机U12的P06引脚，三极管Q4的发射极接地，集电极接数码管U3的12脚，基极接电阻R11的一端，电阻R11的另一端接单片机U12的P07引脚，74HC4094芯片U4的15,16引脚同接电源VCC，电容C3一端接地，另一端接VCC，74HC4094芯片的1引脚接单片机U12的P10引脚，74HC4094芯片的2引脚接单片机U12的P11引脚，74HC4094芯片的3引脚接单片机U12的P12引脚，74HC4094芯片的8引脚接地。

6.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述红外避障电路由电容C4-C6、电阻R15-R22、晶振Y2、74HC14、发光二极管LED6、二极管D9、三极管Q5、红外接收管Q6组成；电容C4一端接地，另一端接晶振Y2一端，电容C5一端接地，另一端接晶振Y2另一端，晶振Y2一端接电容C4，另一端接电容C5，74HC14的1脚接电容C4,2脚接74HC14的3脚，电阻R15一端接电容C4，另一端接74HC14的3脚，电阻R16一端接电容C5，另一端接74HC14的3脚，电阻R19一端接74HC14的4脚，另一端接74HC14的5脚，D9阳极接74HC14的5脚，阴极与单片机U12的P13脚相接，电阻R21的1端接74HC14的6脚，电阻R21的2端接电阻R21，电阻R21的3端接Q5的基极，LED6阳极接电阻R17、R18同接电源VCC，LED6阴极电阻R20，电阻R20另一端接Q5集电极，Q5发射极接地；红外接收管Q6的1脚接电阻R17同接电容C6的阳极，红外接收管Q6的2脚接电容C6的阴极同接地，红外接收管Q6的3脚接电阻R18并与单片机U12的P14脚相接。

7.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述巡线电路由电阻R23～R37、电容C7-C11发光二极管LED7～LED11、红外发射接收管U5～U9、集成运算放大器U10和U11组成；U10的3，5，10与U11的3，5相接并接基准电压；R23一端与U5的发光二极管相接，另一端接地；R24、C7一端分别与U5的光敏三极管的发射极相接，另一端接地，U5的光敏三极管的发射极接到U10A的2端；R25一端与+5V电源相接，另一端与发光二极管LED7阳极相接，并接到U10A的1端；R26一端与U6的发光二极管相接，另一端接地；R27、C8一端分别与U6的光敏三极管的发射极相接，另一端接地，U6的光敏三极管的发射极接到U10B的6端；R28一端与+5V电源相接，另一端与发光二极管LED8阳极相接，并接到U10B的7端；R29一端与U7的发光二极管相接，另一端接地；R30、C9一端分别与U7的光敏三极管的发射极相接，另一端接地，U7的光敏三极管的发射极接到U10C的8端；R31一端与+5V电源相接，另一端与发光二极管LED9阳极相接，并接到U10C的8端；R32一端与U8的发光二极管相接，另一端接地；R33、C10一端分别与U8的光敏三极管的发射极相接，另一端接地，U8的光敏三极管的发射极接到U11A的2端；R34一端与+5V电源相接，另一端与发光二极管LED10阳极相接，并接到U11A的1端；R35一端与U9的发光二极管相接，另一端接地；R36、C11一端分别与U9的光敏三极管的发射极相接，另一端接地，U9的光敏三极管的发射极接到U11B的6端；R37一端与+5V电源相接，另一端与发光二极管LED11阳极相接，并接到U11B的7端；单片机U12的P20～P24分别链接到U10A的1端、U10B的7端、U10C的8端、U11A的1端、U11B的7端。

8.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述单片机电路由单片机U12、晶振Y1、电容C12-C14、电阻R38、排阻JP1组成；其中，电解电容C12负极和电阻R38的一端接单片机U12的9脚连接，电解电容C12的正极接电源VCC，电阻R38的另一端接地，电容C13的一端和晶振Y1的一端接单片机U12的18脚，电容C14的一端和晶振Y1的另一端接单片机U12的19脚，电容C13、C14的另一端接地，单片机U12的32-40脚接排阻JP1，20脚接地，31脚、40脚接VCC。

9.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述红外测温传感器电路由红外测温检测器TN9组成；其中电源引脚VCC接电源，DATA引脚接单片机的P1.5引脚，CLK引脚接单片机P1.6引脚，GND引脚接地，A引脚接单片机P1.7引脚。

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