CN207966145U - 一种看家看人的家用智能看管机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机械领域，具体涉及机器人。一种看家看人的家用智能看管机器人，包括一智能机器人，智能机器人上安有身份验证装置、建图定位装置、图像传感器、麦克风、音响、无线信号收发装置，身份验证装置、建图定位装置、图像传感器、麦克风、音响、无线信号收发装置均连接一处理器，处理器连接一存储模块；智能机器人安有一底盘。本实用新型通过优化原有用于家庭看护的智能机器人的结构，通过建图定位装置与图像传感器的配合使其可达到看人功能，并可利用音响发出声音威慑进入室内的陌生人。

Description

一种看家看人的家用智能看管机器人

技术领域

本实用新型涉及机械领域，具体地，涉及机器人。

背景技术

目前家用服务机器人包括教育机器人、扫地机器人、聊天机器人、娱乐机器人、陪伴机器人、看护机器人等。当前家庭服务机器人存在安全性不足、可靠性不够、实用新型性不强、交互能力弱的缺点，导致机器人作为家庭看护、监管和保护设备的核心任务没有发挥出来，对现有问题的干预程度低，对潜在问题的预防能力差，对突发问题的处理结果错误率高。同时因为交互方式上的缺陷导致其缺乏主动协助能力，主要依赖于人的需求和操控执行相关任务，本质上还是机械服务的过程，智能程度低。

例如，看家护院不及时、不安全，现有家用服务机器人的看家方式采用根据监控区域内是否突然出现人，来触发警报功能。该种方法只是在入室事件发生后启动了警戒和记录的功能，而并非在入室事件发生前就觉察出异常和危险，触发警报，及时预防。因此，现有的看家方法并没有干预并降低外来侵害对家庭造成的损失与伤害。同时，现有家用服务机器人的看家方法，即使发现监控区域内出现人，也无法区分此人是熟人还是陌生人，徒增误报率，制造不必要的麻烦。

对儿童以及老人的看护也不全面，儿童是看护事故和伤害事故的高发年龄段。由于表达能力差、胆子小、是非分辨能力弱、对危险的认知能力不足等，在监护人疏于看护时发生的坠楼、烧伤、溺亡等伤害事故时有发生。与此同时，由于保姆行业的入行门槛低、管理混乱、人员流动性大、人心难预测等诸多问题，导致保姆虐童事件不断发生。由此看来，儿童在由监护人看护、或由保姆看护的时候，都存在安全隐患问题。仅使用机器人陪伴儿童、跟随儿童、或者看护儿童，还远远不能降低他们受到伤害的风险。中国已经进入老龄化时代，并且随着医疗技术的进步和老年服务的完善与发展，老年人的寿命和数量都将持续增加。年迈的老年人不但需要高频的看护和照顾，即使尚为健康的老人，也必须预防高发、突发的老年急重病。年迈的老人面对保姆的长期虐待不敢反抗、声张；而健康的老人面对突发老年急重病时的麻痹或昏厥，失去向外界求助、呼救的机会。

机器人在不执行任务时的重大应用空间被忽视，实用新型性差，现有家用服务机器人具备清洁、陪伴、看护、视听、游戏等娱乐功能，而不执行任务时绝大多数被闲置，这是对机器人平台的空间及资源的一种浪费。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供 一种看家看人的家用智能看管机器人，以解决上述至少一个技术问题。

为了达到上述目的，本实用新型采用下述技术方案：一种看家看人的家用智能看管机器人，包括一智能机器人，所述智能机器人包括一机器人躯体，其特征在于，所述机器人躯体上安有一用于人员身份识别以及机器人控制权获得的身份验证装置、一用于室内环境建图与机器人自身定位的建图定位装置、一用于语音接收的麦克风、一用于语音播放的音响、一用于信息交互的无线信号收发装置，所述身份验证装置、所述建图定位装置、所述麦克风、所述音响、所述无线信号收发装置均连接一处理器，所述处理器连接一存储模块；

所述机器人躯体上还安有一电动云台，所述电动云台上安有一用于监测人员体温的体温枪、一用于目标识别的图像传感器，所述图像传感器、所述体温枪、所述电动云台均连接所述处理器；

所述机器人躯体的下部安有一用于驱动智能机器人运动的底盘，所述处理器控制连接所述底盘。

本实用新型通过优化原有用于家庭看护的智能机器人的结构，通过建图定位装置与图像传感器的配合使其可达到看人功能，并可利用音响发出声音，模拟犬类叫声、人类交谈声，威慑进入室内的陌生人；同时在机器人躯体上设置一电动云台，利用电动云台带动体温枪，即红外测温仪，使体温枪的探头对准人员的额头，仅几秒钟就可得到测量数据，非常适合老人、婴幼儿等自身行动不便的人使用，便于实时查看自身状况，也便于将异常状况通过无线信号收发装置将发生的事件发送到监护人处。图像传感器和体温枪安装在电动云台上，具有稳定图像传感器和体温枪指向的作用，并获得稳定的图像和体温数据；电动云台可以在水平和竖直方向上自由转动，控制图像传感器和体温枪跟随着人脸的移动，瞄准人的面部进行监测，获得相应数据。

所述底盘采用一轮式驱动底盘，所述轮式驱动底盘包括一横截面呈圆形的板状体、三个车轮，所述板状体的外侧部设有三个缺口，三个所述缺口呈环状等间距设置在所述板状体上，三个所述车轮分别设置在三个所述缺口内，三个所述车轮分别通过三个电机驱动，所述处理器控制连接三个所述电机。便于全方向的移动，通过处理器控制不同电机运转，达到较佳的移动效果。

所述身份验证装置包括一指纹识别器，所述指纹识别器安装在所述机器人躯体上，所述指纹识别器连接所述处理器。利用语音、人脸、三维图像，进行人员检测和识别，完成身份验证。如果想要干预机器人的任务设置，还需加以验证指纹信息，确保机器人控制权的安全性。

所述建图定位装置包括一激光雷达、一里程计、一编码器、一惯性导航传感器，激光雷达、里程计、编码器、惯性导航传感器均连接处理器。里程计采用视觉里程计。视觉里程计是由单目相机和惯性导航传感器组成。惯性导航器件由陀螺仪与加速度计组成。以实现室内建图以及机器人自身定位。

所述处理器连接一键盘、一鼠标、一显示器。便于机器人在不执行看管任务时，可以实现家用计算机的功能。智能机器人上安有一摄像头，摄像头设置在所述机器人躯体的上部。便于追踪人员时通过摄像头寻找人员位置。

本实用新型中用户首先通过身份验证装置，将家庭成员身份特征录入机器人存储模块内的本地数据库，让机器人识别家人和陌生人，具备了看家识人的功能；其次，用户通过无线信号收发装置与机器人交流、远程控制机器人、接收机器人的警戒信号，具备了智能交互功能；再次，机器人可以识别和跟踪指定被看护对象，当被看护对象离开建图定位装置所建立的安全区域，或者通过麦克风与图像传感器检测到责骂、踢打等肢体动作时，机器人自动发送警告信息给其他家庭成员。对于独居用户，智能机器人会检测室内、室外的异响，利用底盘自动前往可疑区域进行查看，并根据查看结果，利用音响模拟高仿真发声，并向指定监护人发送警戒信号。起到了“看家狗”的作用。此外，机器人以非接触的方式，利用图像传感器拍摄用户脸部、身体等部位，监测被看护人员的心跳、体温和人体姿态信息，并综合被看护人的作息时间统计数据，判断被看护人是否处于行动受限、健康异常，且需要紧急救助的状态下。并自动向指定监护人发送警戒信号。本实用新型的设计为此过程提供了物理基础。

附图说明

图1为本实用新型的部分结构示意图；

图2为本实用新型的部分结构电路框图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步地说明。

如图1和图2所示，一种看家看人的家用智能看管机器人，包括一智能机器人，智能机器人包括一机器人躯体1，机器人躯体上安有一用于人员身份识别以及机器人控制权获得的身份验证装置7、一用于室内环境建图与机器人自身定位的建图定位装置8、一用于语音接收的麦克风9、一用于语音播放的音响10、一用于信息交互的无线信号收发装置11，身份验证装置、建图定位装置、麦克风、音响、无线信号收发装置均连接一处理器6，处理器连接一存储模块；机器人躯体上还安有一电动云台3，电动云台上安有一用于监测人员体温的体温枪5、一用于目标识别的图像传感器4，图像传感器、体温枪、电动云台均连接处理器；机器人躯体的下部安有一用于驱动智能机器人运动的底盘2，处理器控制连接底盘。本实用新型通过优化原有用于家庭看护的智能机器人的结构，通过建图定位装置与图像传感器的配合使其可达到看人功能，并可利用音响发出声音，模拟犬类叫声、人类交谈声，威慑进入室内的陌生人；同时在机器人躯体上设置一电动云台，利用电动云台带动体温枪，即红外测温仪，使体温枪的探头对准人员的额头，仅几秒钟就可得到测量数据，非常适合老人、婴幼儿等自身行动不便的人使用，便于实时查看自身状况，也便于将异常状况通过无线信号收发装置将发生的事件发送到监护人处。图像传感器和体温枪安装在电动云台上，具有稳定图像传感器和体温枪指向的作用，并获得稳定的图像和体温数据；电动云台可以在水平和竖直方向上自由转动，控制图像传感器和体温枪跟随着人脸的移动，瞄准人的面部进行监测，获得相应数据。首先，用户通过身份验证装置，将家庭成员身份特征录入机器人存储模块内的本地数据库，让机器人识别家人和陌生人，具备了看家识人的功能；其次，用户通过无线信号收发装置与机器人交流、远程控制机器人、接收机器人的警戒信号，具备了智能交互功能；再次，机器人可以识别和跟踪指定被看护对象，当被看护对象离开建图定位装置所建立的安全区域，或者通过麦克风与图像传感器检测到责骂、踢打等肢体动作时，机器人自动发送警告信息给其他家庭成员。对于独居用户，智能机器人会检测室内、室外的异响，利用底盘自动前往可疑区域进行查看，并根据查看结果，利用音响模拟高仿真发声，并向指定监护人发送警戒信号。起到了“看家狗”的作用。此外，机器人以非接触的方式，利用图像传感器拍摄用户脸部、身体等部位，监测被看护人员的心跳、体温和人体姿态信息，并综合被看护人的作息时间统计数据，判断被看护人是否处于行动受限、健康异常，且需要紧急救助的状态下。并自动向指定监护人发送警戒信号。所有的检测数据保存在无线连接的本地硬盘，用户也可以选择将数据保存在私有云服务器，数据安全和保密性好。机器人系统的硬件模块化设计，使得系统的升级和维护方便，用户可以通过更换和增加功能模块，实现系统升级。本实用新型的设计为此过程提供了物理基础。

身份验证装置包括一指纹识别器，指纹识别器安装在机器人躯体上，指纹识别器连接处理器。配合麦克风、图像传感器，利用语音、人脸、三维图像，进行人员检测和识别，完成身份验证。如果想要干预机器人的任务设置，还需加以验证指纹信息，确保机器人控制权的安全性。

建图定位装置包括一激光雷达、一里程计、一编码器、一惯性导航传感器，激光雷达、里程计、编码器、惯性导航传感器均连接处理器。里程计采用视觉里程计。视觉里程计是由单目相机和惯性导航传感器组成。惯性导航器件由陀螺仪与加速度计组成。以实现室内建图以及机器人自身定位。建图定位装置包括一用于指定人员或目标的识别与跟踪的相机，相机采用可见光相机或红外相机中的一种。以实现指定人员的定位及利用处理器控制底盘移动跟踪指定人员。

智能机器人连接一键盘、一鼠标、一显示器。便于机器人在不执行看管任务时，可以实现家用计算机的功能。底盘采用一轮式驱动底盘，轮式驱动底盘包括一横截面呈圆形的板状体、三个车轮，板状体的外侧部设有三个缺口，三个缺口呈环状等间距设置在板状体上，三个车轮分别设置在三个缺口内，三个车轮分别通过三个电机驱动，处理器控制连接三个电机。便于全方向的移动，通过处理器控制不同电机运转，达到较佳的移动效果。身份验证装置、建图定位装置、图像传感器、麦克风、音响、无线信号收发装置、电动云台、处理器、底盘内的电机均连接一设置在智能机器人上的电池模块。电池模块包括两块蓄电池。便于循环使用。

利用安装在智能机器人上的相机、麦克风、指纹识别器完成家庭成员的信息采集，将采集到的信息存入智能机器人的存储模块内；智能机器人在工作时，采集到的人脸图像、语音、身高信息送入机器人处理器，并将处理结果与存储在机器人存储模块中的已有家庭成员信息做比对，综合判断出检测到的人员的身份。智能机器人第一次到家，利用高灵敏的若干个麦克风组成的阵列采集人员语音，经过机器人处理器的处理，提取出人员的声音特征，记录在智能机器人的存储模块中；利用图像传感器采集人脸图像和身高信息，经过的智能机器人处理器的处理，提取出人员的面 部特征和身高特征，记录在智能机器人的存储模块中；利用指纹传感器录入家庭成员的指纹信息，记录在智能机器人的存储模块中。智能机器人在正常工作时，如果想要更改智能机器人的任务状态，还需加以验证指纹信息，以确定授权管理员的身份。

智能机器人使用激光雷达、相机、视觉里程计，在室内运动的同时，进行室内建图，同步确定自己在地图上的位置。激光雷达以10hz以上的频率，进行360度旋转，同时发射激光光束。激光光束打到障碍物或者周边物体上后，返回的激光光束被激光雷达接收到。激光雷达根据激光光束返回的时间和强度，可输出周围障碍物或者物体的距离和角度信息。基于激光雷达的测量数据，利用同步建图和定位算法，即SLAM，基于激光雷达数据建立家居环境的二维数字地图，同时获得智能机器人在地图上的实时位置。视觉里程计是由单目相机和惯性导航传感器组成，利用视觉SLAM技术，获得周围环境的3D地图，以及智能机器人自身定位信息。编码器用于测量智能机器人的前进速度和移动距离，可选择霍尔式的，以及光电式的。通过记录单位时间的编码器脉冲信号数，可以推算出智能机器人前进速度、移动距离和转动角度。利用多传感器融合技术及数字滤波技术，编码器信息用于改善激光雷达和视觉里程计的建图和定位精度。在数字地图基础上，通过手动增加地图标注，完成语义地图的构建，使得智能机器人对地图的理解，接近人类的描述方式。例如，经过身份验证为家人的用户，可以在数字地图上标注客厅、卧室、门口、厨房、阳台、窗户、洗手间等地图标签。智能机器人将建立的数字地图和语义地图存储在智能机器人存储模块中。

智能机器人上安有一摄像头，利用摄像头获取一段时间内的人脸面部视频，智能机器人处理器从视频中提取出脸部皮肤颜色变化信号，利用独立成分分析方法，即ICA进行分析，得到含有测量噪声的脉搏信号。进一步基于完全总体经验模态分解方法，即CEEMD将其分解，提取出脉搏信号以后用频谱分析计算得到心率。这种方法的检测精度与脉搏血氧仪测量结果一致，可以非接触的方式准确的测出人体心率。利用红外非接触式体温枪，实现对人体温度的远距离测量。智能机器人将体温枪的探头对准人员的额头，仅有几秒钟就可得到测量数据，非常适合老人、婴幼儿等使用。智能机器人利用麦克风和相机，检测和记录被看护人员的作息规律。 智能机器人利用图像传感器的三维图像信息，基于人体形态识别算法，判断出被看护人的姿态信息。在姿态监测的判断基础上，综合心跳监测数据、体温监测数据、作息规律监测数据，判断被看护对象是否处于行动受限，需要紧急救助的状态下，从而触发警戒功能，通过微信和电话通知指定监护人。

智能机器人的处理器在不执行看管任务的情况下，可开启主机模式，外接鼠标、键盘、显示器，实现家用电脑的功能。智能机器人处理器绑定有微信账号，可通过智能机器人自带的麦克风、音响和摄像头，实现视频、语音通话功能。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (5)

1.一种看家看人的家用智能看管机器人，包括一智能机器人，所述智能机器人包括一机器人躯体，其特征在于，所述机器人躯体上安有一用于人员身份识别以及机器人控制权获得的身份验证装置、一用于室内环境建图与机器人自身定位的建图定位装置、一用于语音接收的麦克风、一用于语音播放的音响、一用于信息交互的无线信号收发装置，所述身份验证装置、所述建图定位装置、所述麦克风、所述音响、所述无线信号收发装置均连接一处理器，所述处理器连接一存储模块；

所述机器人躯体上还安有一电动云台，所述电动云台上安有一用于监测人员体温的体温枪、一用于目标识别的图像传感器，所述图像传感器、所述体温枪、所述电动云台均连接所述处理器；

所述机器人躯体的下部安有一用于驱动智能机器人运动的底盘，所述处理器控制连接所述底盘。

2.如权利要求1所述的一种看家看人的家用智能看管机器人，其特征在于，所述底盘采用一轮式驱动底盘，所述轮式驱动底盘包括一横截面呈圆形的板状体、三个车轮，所述板状体的外侧部设有三个缺口，三个所述缺口呈环状等间距设置在所述板状体上，三个所述车轮分别设置在三个所述缺口内，三个所述车轮分别通过三个电机驱动，所述处理器控制连接三个所述电机。

3.如权利要求1所述的一种看家看人的家用智能看管机器人，其特征在于，所述身份验证装置包括一指纹识别器，所述指纹识别器安装在所述机器人躯体上，所述指纹识别器连接所述处理器。

4.如权利要求1所述的一种看家看人的家用智能看管机器人，其特征在于，所述建图定位装置包括一激光雷达、一里程计、一编码器、一惯性导航传感器，所述激光雷达、所述里程计、所述编码器、所述惯性导航传感器均连接所述处理器。

5.如权利要求1所述的一种看家看人的家用智能看管机器人，其特征在于，所述处理器连接一键盘、一鼠标、一显示器。