CN206113958U - 一种具有预警功能的机器人行走监控装置 - Google Patents
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Abstract
一种具有预警功能的机器人行走监控装置，它包括若干个栅格单元、现有已部署的WiFi热点AP、WiFi位置指纹数据库、机器人所处的待定位点TP、WiFi位置指纹采集模块、机器人行走监控服务器；机器人行走监控服务器采用WiFi位置指纹匹配方法得到待定位点TP所属的栅格单元，并依据基于机器人的行走路线和行走速度计算出应到达的栅格单元，进行判断是否满足“机器人是否在规定时间到达规定栅格单元”规则进行预警。本实用新型的技术效果是：具有成本低廉、使用方便、不仅能同时监控多个机器人的行走并进行预警，完善了机器人自主控制与自动监控的协调性，而且提高了该机器人的安全性、实用性和工作效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种机器人行走监控装置，尤其是一种具有预警功能的机器人行走监控装置。
背景技术
机器人作为自动执行工作的机器装置，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，协助或取代人类工作的工作。
以机器人技术发展现况来说，尽管机器人要达到双脚平衡站立与行走的难度还很高，但是随着科学技术的发展，人工智能越来越发达，机器人的行走能力越接近人类。以被谷歌收购的波士顿动力(Boston Dynamics)公司最新研发的机器人Atlas为例，它不仅能够直立行走，还具备应变能力，不但行走快速、跌倒也能迅速爬起，还能单脚站立长达 20 秒，展现惊人的平衡能力。
据悉，Atlas机器人由电力驱动，通过液压组件控制行动，体内和腿上安装了可以使其保持平衡的传感器，并在头部安装了光学雷达和双目视觉传感器，可以帮助机器人躲避障碍、判断地貌、进行导航。Atlas机器人能够行走、取物，并且能够在户外穿越严酷地形，使用手脚攀爬。Atlas机器人在接受训练时还是“受尽了折磨”：被推倒、被打掉货物、雪地滑倒等。在人工智能的帮助下，Atlas还是能够第一时间作出反应：爬起来、捡起来，动作反应能力胜于正开始认识世界的婴孩。
随着机器人的能力越接近人类的能力，其将拥有相对的自主权工作。当成群的这些机器人迈开脚步，开始渗透到人类的日常生活中时，人类就不得不对可能发生的安全问题作出规范。科幻作家艾萨克·阿西莫夫在其1950年出版的短篇科幻小说《我与机器人》中描绘的“机器人三大法则”是：一、机器人不得伤害人类，或坐视人类受到伤害而袖手旁观；二、除非违背第一法则，机器人必须服从人类的命令；三、在不违背第一法则及第二法则的情况下，机器人必须保护自己。然而，大多数机器人专家对这些法则是否足以确保机器人可安全地履行其职责表示怀疑。
目前实现机器人行走监控主要有以下三种方案：第一类是依靠机器人行走自主控制技术，兼有工作人员现场监控，缺点是当遇到恶劣的工作环境时，工作人员健康将受到影响且现场监控工作效率低下；第二类是通过作业现场的计算机对机器人进行视频控制，缺点是距离受到限制或费用昂贵；第三类是远程实时监控系统，缺点是工作人员时刻监视而不便实施其他操作。
截止到该专利申请提交日（2016年10月19日），在中国知识产权局网站的专利检索及分析系统，按照关键字（“机器人行走”and （“监控”or“预警”）检索到1条记录，即2012年04月18日在中国知识产权局由西北农林科技大学同时申报，申请公布号CN102650885A的《一种具有远程预警功能的机器人行走监控系统》中国发明专利和授权公告号CN202615237U的《一种具有远程预警功能的机器人行走监控系统》中国实用新型专利。该专利作用在自主行走的机器人上，通过室外子系统采用视频监控和在室内子系统采用蓝牙连接相结合的方式，融合多路红外测距传感器技术，实时获得机器人与理论期望的轨迹路线的横向偏差距离，准确地判断出机器人自主行走系统出现故障的时刻，通过机器视觉与多传感器融合技术在预警状态与监控状态的互相弥补性，增加了故障报警的范围和监控的范围，减少了危险情况的发生，提高了监控过程中机器人的安全性。然而，该专利结构过于复杂，采用机器视觉与多传感器多种技术，仅能计算出实际运行中机器人相对于理论期望的轨迹路线的横向偏移距离。
发明内容
本实用新型的目的在于针对已有技术存在的不足，提供一种具有预警功能的机器人行走监控装置。为达到上述目的，本实用新型的构思如下。
一、利用现有已部署的机器人行走区域各个位置的WiFi热点(Acess Poing) AP，且每一个WiFi热点AP都有一个全球唯一的MAC地址，并且一般而言WiFi热点AP在一段时间内是不会移动的。机器人在开启WiFi位置指纹采集模块的情况下，扫描并收集周围的AP信号，无论是否加密，是否已连接热点，甚至信号强度不足以显示在无线信号列表中，都可以获取到AP广播出来的MAC地址和相应的信号强度(Received Signal StrengthIndication)RSSI值。
二、将整个机器人行走区域栅格化成机器人单位时间行走距离的栅格单元，在每个栅格单元测量来自各个AP的信号强度RSSI值，即采集所有可接收的AP信号强度RSSI值，并将栅格单元的各个AP信号强度三元组信息（栅格单元的物理空间位置、WiFi热点AP的MAC地址、WiFi热点AP的RSSI值）存入WiFi位置指纹数据库中。由于栅格单元的物理位置是已知的，因此WiFi位置指纹数据库在物理空间和信号空间上是相互关联的。
三、机器人在待定位点(Test Point)TP，通过WiFi位置指纹采集模块，采用同样的方法测量来自各个AP的信号强度RSSI值，即采集所有可接收的AP信号强度RSSI值，然后将TP的各个AP的信号强度四元组信息（测量时间、机器人WiFi位置指纹采集模块的MAC地址、WiFi热点AP的MAC地址，WiFi热点AP的RSSI值）加密上传到机器人行走监控服务器中，由机器人行走监控服务器根据WiFi位置指纹匹配方法将接收到的待定位点TP的WiFi位置指纹信息和WiFi位置指纹数据库存储的位置指纹信息进行匹配，得到待定位点TP的栅格单元，依据基于机器人的行走路线和行走速度计算出应到达的栅格单元，进行判断是否满足“机器人是否在规定时间到达规定栅格单元”规则进行预警。
本实用新型具有成本低廉、使用方便、不仅能同时监控多个机器人的行走并进行预警，完善了机器人自主控制与自动监控的协调性，而且提高了该机器人的安全性、实用性和工作效率。
根据上述的实用新型构思，本实用新型的技术方案是这样实现的：它包括若干个栅格单元、现有已部署的WiFi热点AP、WiFi位置指纹数据库、机器人所处的待定位点TP、WiFi位置指纹采集模块、机器人行走监控服务器。
所述的若干个栅格单元，是将整个机器人行走区域栅格化成机器人单位时间行走距离的栅格单元。
所述的现有已部署的WiFi热点AP，分布在整个机器人行走区域的各个位置。
所述的WiFi位置指纹数据库，存储着每个栅格单元的WiFi位置指纹信息；其中，在每个栅格单元上测量来自各个AP的信号强度RSSI值，采集所有可接收的AP信号强度RSSI值，形成每个栅格单元的WiFi位置指纹信息，即栅格单元的各个AP信号强度三元组信息（栅格单元的物理空间位置、WiFi热点AP的MAC地址、WiFi热点AP的RSSI值）。
所述的机器人所处的待定位点TP，机器人所携带着WiFi位置指纹采集模块。
所述的WiFi位置指纹采集模块通过无线数据链路连接机器人行走监控服务器，上传加密的待定位点TP的WiFi位置指纹信息；其中，在机器人所处的待定位点TP，WiFi位置指纹采集模块定时测量来自各个WiFi热点AP的RSSI值，形成待定位点TP的WiFi位置指纹信息，即各个AP的信号强度四元组信息（测量时间、机器人WiFi位置指纹采集模块的MAC地址、WiFi热点AP的MAC地址、WiFi热点AP的RSSI值）。
所述的机器人行走监控服务器连接WiFi位置指纹数据库，获取存储的位置指纹信息，解密机器人WiFi位置指纹采集模块发送的待定位点TP的WiFi位置指纹信息，采用WiFi位置指纹匹配方法得到待定位点TP所属的栅格单元，并依据基于机器人的行走路线和行走速度计算出应到达的栅格单元，进行判断是否满足“机器人是否在规定时间到达规定栅格单元”规则进行预警；其中，机器人行走监控服务器根据WiFi位置指纹匹配方法，将待定位点TP的WiFi位置指纹信息提取（WiFi热点AP的MAC地址、WIFI热点AP的RSSI值）和WiFi位置指纹数据库存储的位置指纹信息（栅格单元的物理空间位置、WiFi热点AP的MAC地址、WiFi热点AP的RSSI值）进行匹配，计算得到待定位点TP所属的栅格单元。
上述的机器人行走监控服务器，所述的WiFi位置指纹匹配方法，根据待定位点TP的WiFi位置指纹信息计算出待定位点TP所属的栅格单元步骤如下。
步骤1.1，在待定位点TP的WiFi位置指纹中挑选出较大RSSI值的WiFi热点AP。
步骤1.2，筛选出上述WiFi热点AP所在栅格单元的WiFi位置指纹，构造成候选WiFi位置指纹数据集。
步骤1.3，逐一计算候选WiFi位置指纹数据集的WiFi位置指纹与待定位点TP的WiFi位置指纹的明考斯基距离。
步骤1.4，选择与待定位点TP的位置指纹最小明考斯基距离的栅格单元所属的栅格单元，作为待定位点TP所属的栅格单元。
本实用新型与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点。
一、整个监控预警过程成本低廉、无需在整个机器人行走区域设置额外的硬件设施。本实用新型仅仅利用现有已部署在整个机器人行走区域各个位置的WiFi热点AP，借助机器人WiFi位置指纹采集模块，获取到AP广播出来的MAC地址和相应的RSSI值完成监控预警。
二、整个监控预警的准确性强。本实用新型针对仅几十厘米一墙之隔或一层之差的物理空间位置，利用WiFi的信号穿墙性能差的特性、反映在AP的信号强度四元组信息的RSSI值变化巨大，定位精度可精确到教学楼不同楼层的不同教室的不同区域、办公楼不同楼层的不同办公室的不同区域，远远超过卫星导航定位技术和蜂窝无线定位技术。
附图说明
通过以下对本实用新型一种具有预警功能的机器人行走监控装置的实例结合其附图的描述，可以进一步理解本实用新型的目的、具体结构特征和优点。
图1是本实用新型一种具有预警功能的机器人行走监控装置的结构示意图。
图2是本实用新型一种具有预警功能的机器人行走监控装置的WiFi位置指纹匹配方法的具体工作流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本实用新型一种具有预警功能的机器人行走监控装置的技术内容，特举以下实例详细说明。
如图1所示，本实用新型是这样来实现的，它包括若干个栅格单元/101、现有已部署的WiFi热点AP/102、WiFi位置指纹数据库/103、机器人所处的待定位点TP/104、WiFi位置指纹采集模块/105、机器人行走监控服务器/106。
所述的若干个栅格单元/101，是将整个机器人行走区域栅格化成机器人单位时间行走距离的栅格单元/101。
以图1所示的二维栅格单元为例，其被分解成A~G行，1~5列，即分解成A1~G5共计35个栅格单元。以三维教学楼为例，首先，整个三维教学楼可以分解成不同的楼层；然后，每个楼层作为二维区域再栅格化成机器人单位时间行走距离的栅格单元。
所述的现有已部署的WiFi热点AP/102，分布在整个机器人行走区域的各个位置。
所述的WiFi位置指纹数据库/103，存储着每个栅格单元/101的WiFi位置指纹信息；其中，在每个栅格单元/101上测量来自各个AP/102的信号强度RSSI值，采集所有可接收的AP/102信号强度RSSI值，形成每个栅格单元/101的WiFi位置指纹信息，即栅格单元/101的各个AP/102信号强度三元组信息（栅格单元的物理空间位置、WiFi热点AP/102的MAC地址、WiFi热点AP/102的RSSI值）。
所述的机器人所处的待定位点TP/104，机器人所携带着WiFi位置指纹采集模块/105。
所述的WiFi位置指纹采集模块/105通过无线数据链路连接机器人行走监控服务器/106，上传加密的待定位点TP/104的WiFi位置指纹信息；其中，在机器人所处的待定位点TP/104，WiFi位置指纹采集模块/105定时测量来自各个WiFi热点AP/102的RSSI值，形成待定位点TP/104的WiFi位置指纹信息，即各个AP/102的信号强度四元组信息（测量时间、机器人WiFi位置指纹采集模块/105的MAC地址、WiFi热点AP/102的MAC地址、WiFi热点AP/102的RSSI值）。
所述的机器人行走监控服务器/106连接WiFi位置指纹数据库/103，获取存储的位置指纹信息，解密机器人WiFi位置指纹采集模块/105发送的待定位点TP/104的WiFi位置指纹信息，采用WiFi位置指纹匹配方法得到待定位点TP/104所属的栅格单元/101，并依据基于机器人的行走路线和行走速度计算出应到达的栅格单元/101，进行判断是否满足“机器人是否在规定时间到达规定栅格单元”规则进行预警；其中，机器人行走监控服务器/106根据WiFi位置指纹匹配方法，将待定位点TP/104的WiFi位置指纹信息提取（WiFi热点AP/102的MAC地址、WIFI热点AP/102的RSSI值）和WiFi位置指纹数据库/103存储的位置指纹信息（栅格单元/101的物理空间位置、WiFi热点AP/102的MAC地址、WiFi热点AP/102的RSSI值）进行匹配，计算得到待定位点TP/104所属的栅格单元/101。
上述的机器人行走监控服务器，所述的WiFi位置指纹匹配方法，本实施例根据待定位点TP的WiFi位置指纹信息计算出待定位点TP所属的栅格单元的具体工作流程如图2所示，步骤如下。
步骤201，在待定位点TP的WiFi位置指纹中挑选出较大RSSI值的WiFi热点AP。
步骤202，筛选出上述WiFi热点AP所在栅格单元的WiFi位置指纹，构造成候选WiFi位置指纹数据集。
步骤203，逐一计算候选WiFi位置指纹数据集的WiFi位置指纹与待定位点TP的WiFi位置指纹的明考斯基距离。
步骤204，选择与待定位点TP的位置指纹最小明考斯基距离的栅格单元所属的栅格单元，作为待定位点TP所属的栅格单元。
Claims (1)
1.一种具有预警功能的机器人行走监控装置，它包括若干个栅格单元、现有已部署的WiFi热点AP、WiFi位置指纹数据库、机器人所处的待定位点TP、WiFi位置指纹采集模块、机器人行走监控服务器；其特征是：所述的若干个栅格单元，是将整个机器人行走区域栅格化成机器人单位时间行走距离的栅格单元；所述的现有已部署的WiFi热点AP，分布在整个机器人行走区域的各个位置；所述的WiFi位置指纹数据库，存储着每个栅格单元的WiFi位置指纹信息；所述的机器人所处的待定位点TP，机器人所携带着WiFi位置指纹采集模块；所述的WiFi位置指纹采集模块通过无线数据链路连接机器人行走监控服务器，上传加密的待定位点TP的WiFi位置指纹信息；所述的机器人行走监控服务器连接WiFi位置指纹数据库，获取存储的位置指纹信息，解密机器人WiFi位置指纹采集模块发送的待定位点TP的WiFi位置指纹信息，采用WiFi位置指纹匹配方法得到待定位点TP所属的栅格单元，并依据基于机器人的行走路线和行走速度计算出应到达的栅格单元，进行判断是否满足“机器人是否在规定时间到达规定栅格单元”规则进行预警。
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