CN210819528U - 一种基于ros系统的物联网智能家居机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于ROS系统的物联网智能家居机器人,包括驱动轮胎、万向轮及车体，所述车体包括：第一层底盘、第二层底盘及第三层底盘，所述驱动轮胎安装于所述第三层底盘一端的两侧，所述万向轮位于所述第三底盘另一端下方，所述第三层底盘上安装有驱动装置，所述第二层底盘通过支撑架安装在所述第三层底盘上，所述第二层底盘上安装有超声波测距设备，所述第一层底盘通过支撑架安装在所述第二层地盘上，所述第一层底盘上安装有传感装置，所述驱动装置通过串口与所述ROS系统进行数据交互。实时监测家庭居住信息和自主家居能源进行控制,实现节能化、智能化管理。

Description

一种基于ROS系统的物联网智能家居机器人

技术领域

本实用新型涉及家居机器人领域，尤其涉及一种基于ROS系统的物联网智能家居机器人。

背景技术

随着物联网、云计算等技术的快速发展，信息智能家电逐渐步入家庭生活，智能家居的发展需求得到了进一步提高。传统的智能家居主要是基于静态处理家庭信息，缺乏实时性和准确性，也无法对屋内环境进行监测及调整，更无法对家庭成员的健康状态进行实时监管。针对上述应用需求，本实用新型提出了一种基于ROS系统的物联网智能家居机器人。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于ROS系统的物联网智能家居机器人，集激光雷达、摄像头、卡片式电脑、温湿度传感器、红外避障模块、红外体温传感器等于一体，ROS系统通过采集回来的数据对机器人进行控制，实现动态监测家庭居住环境及家庭成员健康状态监控，同时提高了实时性与准确性。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于ROS系统的物联网智能家居机器人，包括驱动轮胎、万向轮及车体，所述车体包括：第一层底盘、第二层底盘及第三层底盘，所述驱动轮胎安装于所述第三层底盘一端的两侧，所述万向轮位于所述第三层底盘另一端下方，所述第三层底盘上安装有驱动装置，所述第二层底盘通过支撑架安装在所述第三层底盘上，所述第二层底盘上安装有超声波测距设备，所述第一层底盘通过支撑架安装在所述第二层地盘上，所述第一层底盘上安装有传感装置，所述驱动装置通过串口与所述ROS系统进行数据交互。

本实用新型的有益效果是：三层设计可以减少机器人的占用面积，万向轮更是使整个机器人的转动更加灵活无死角，不同的装置安装在不同高度的底盘上不仅在数据采集上更加方便还使得真个机器人看起来更加美观。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述驱动装置包括：第一驱动电路、第二驱动电路、第一电机、第二电机、底盘控制电路及电池，所述第一电机与所述第一驱动电路相连，所述第二电机与所述第二驱动电路相连，所述电池与所述底盘控制电路、所述第一电机、所述第二电机、所述第一驱动电路及所述第二驱动电路相连；所述驱动轮胎通过轴承与所述第一电机及第二电机相连，所述底盘控制电路与所述第一驱动电路、所述第二驱动电路、所述第一电机、所述第二电机相连接。

采用上述进一步方案的有益效果是所有驱动装置通过底盘控制电路来进行控制不仅可以提高实时性还可以减少不必要的设备。

进一步，还包括：摄像头及电脑，所述电脑安装在所述第二层底盘上，所述超声波测距设备位于所述第二层底盘与所述第一层底盘之间，所述摄像头位于所述超声波测距设备及所述第一层底盘之间，所述摄像头通过CSI接口与所述电脑相连。

采用上述进一步方案的有益效果是实时监测家庭居住信息和对家居能源进行控制。在家庭环境中通过智能机器人的巡视和检查家庭内部智能家电设备的工作情况，使用各种无线传感器来采集家庭环境信息，通过ROS系统处理所采集的居住信息并主动对其他智能设备进行状态优化，实现节能化、智能化管理。

进一步，所述传感装置包括：室内光照空气温湿度传感器及红外体温传感器，所述室内光照空气温湿度传感器位于所述第一层底盘上，所述红外体温传感器位于所述第一层底盘及所述摄像头之间，所述温湿度传感器及所述红外体温传感器通过第一及第二USB接口与所述电脑相连。

采用上述进一步方案的有益效果是支持家庭远程医疗：根据传感设备的灵敏性和可靠性，在机身上安装相关医疗传感设备如红外体温传感器，从而对家中老人和小孩定时监测，将采集的信息及时发送到远程医疗机构，实现实时的医疗监护。

进一步，还包括：激光雷达装置，所述激光雷达装置位于所述第一层底盘上，所述激光雷达装置通过第三USB接口与所述电脑相连。

采用上述进一步方案的有益效果是主动查询、发送家居环境信息并实现告警功能。将家电智能设备和家庭周围发生的紧急情况通过各种网络把信息(视频)传送给用户，支持用户在异地通过操作终端把命令传输给智能机器人，机器人接收命令并执行相关操作，监控家居环境。

进一步，还包括：红外避障装置，所述红外避障模块位于所述第三层底盘下方，所述红外避障装置与所述底盘控制电路相连。

采用上述进一步方案的有益效果是快速准确的检测出前方的路障并及时反馈给ROS系统，避免机器人撞到屋内设备或家庭成员。

进一步，所述电脑为树莓派卡片电脑。

采用上述进一步方案的有益效果是树莓派电脑体积小但视频、音频等功能兼具，采用最小的设备实现各种功能减少机器人的体积及重量。

进一步，所述底盘控制电路采用的芯片型号为：STM32F103RCT6, 所述第一电机及所述第二电机采用的芯片型号为：TB5512FNG。

采用上述进一步方案的有益效果是该芯片的共用性强，提升了整个产品家族的应用灵活性，使开发人员可以在多个设计中重复使用同一个软件，且功耗低。

附图说明

图1是本实用新型实施例基于ROS系统的物联网智能家居机器人的正面示意图；

图2是本实用新型实施例基于ROS系统的物联网智能家居机器人的侧面示意图；

图3是实施例中各个设备之间连接示意图；

图4是实施例中底盘接口接线示意图；

图5是实施例中ROS系统与各个传感模块接线示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、第一层底盘，2、第二层底盘，3、第三层底盘，4、支撑杆， 5、驱动轮胎，6、万向轮，7、底盘控制电路，8、电池，9、电脑， 10、电机驱动电路，11、超声波测距装置，12、摄像头，13、红外体温传感器，14、红外避障装置，15、室内光照空气温湿度传感器，16、激光雷达装置，17、第一电机，18、第二电机，1001、第一驱动电路， 1002、第二驱动电路。

具体实施方式

以下对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1，2所示，该机器人包括驱动轮胎5、万向轮6及车体，车体包括：第一层底盘1、第二层底盘2及第三层底盘3，第一层底盘1通过支撑杆4安装在第二层底盘2上，第二层底盘2通过支撑杆 4安装在第三层底盘3上，第一层底盘1上安装有激光雷达装置16、红外体温传感器13及室内光照温湿度传感器，室内光照空气温湿度传感器15及红外体温传感器13位于第三层底盘的一侧，激光雷达装置16位于第三层底盘的另一侧，第二层底盘2上安装有电脑9，摄像头12及超声波测距装置11，摄像头12及超声波测距装置11位于第二层底盘2的一侧，第三层地盘上安装有电池8、底盘控制电路7、第一驱动电机、第二驱动电机，第三层底盘3下方安装有红外避障装置14、万向轮6、第一电机17及第二电机18，红外避障装置14位于第三层底盘的一侧，驱动轮胎5通过轴承与第一电机17及第二电机18相连，万向轮6位于第三层底盘的另一侧的中间位置。

所述机器人，底盘控制电路7主要包括主控模块及姿态传感器模块，所述主控模块采用的是STM32F103RCT6芯片，所述姿态感知模块采用的是MPU6050芯片，第一驱动电路1001及第二驱动电路1002所采用的是TB5512FNG芯片，底盘驱动电路通过PWM脉冲对第一驱动电路1001与第二驱动电路1002进行控制，第一驱动电路1001通过电压驱动第一电机17，第二驱动电路1002通过电压驱动第二电机18，底盘控制电路7通过电脑9传输过来的数据及信号对与之连接的第一驱动电路1001、第二驱动电路1002、第一电机17、第二电机18进行控制，底盘控制电路7通过编码器接口与第一电机17及第二电机 18相连，同时，电池8给底盘控制电路7、第一电机17、第二电机 18、第一驱动电路1001、第二驱动电路1002以及万向轮6进行供电。所述电脑9通过USB接口与红外体温传感器13、室内光照温湿度传感器、激光雷达装置16连接，并通过传感器及激光雷达装置16将采集到的数据通过ROS系统进行分析管理，同时将处理好的数据或信号传输给底盘控制电路7。

如图4所示，STM32F103RCT6作为主控芯片，使用该芯片的编码器接口TIM3与编码器接口TIM4分别于第一电机17及第二电机18的码盘连接。超声波测距装置11采用HC-SR04芯片，第一驱动电路1001 及第二驱动电路1002采用12V供电，与STM32F103RCT6的GPIO口连接。MPU6050通过IIC接口与主控芯片STM32F103RCT6连接。该种基于ROS系统的物联网智能家居机器人的底盘是通过串口与上层ROS系统进行通信的。通过ROS系统下发命令给STM32F103RCT6， STM32F103RCT6通过解析命令来控制电机驱动模块使底盘的运动，然后STM32F103RCT6读取MPU6050姿态数据回传给ROS系统。在机器人行走当中利用红外避障装置14与超声波测距装置11不断采集信息来检测前方是否有障碍。

如图5所示，电脑9通过USB1与激光雷达装置16相连、通过 USB2与室内光照空气温湿度传感器15相连、通过USB3与红外体温传感器13相连，通过CSI接口与摄像头12相连。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于ROS系统的物联网智能家居机器人，包括驱动轮胎、万向轮及车体，其特征在于，所述车体包括：第一层底盘、第二层底盘及第三层底盘，所述驱动轮胎安装于所述第三层底盘一端的两侧，所述万向轮位于所述第三层底盘另一端下方，所述第三层底盘上安装有驱动装置，所述第二层底盘通过支撑架安装在所述第三层底盘上，所述第二层底盘上安装有超声波测距设备，所述第一层底盘通过支撑架安装在所述第二层地盘上，所述第一层底盘上安装有传感装置，所述驱动装置通过串口与所述ROS系统进行数据交互。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述驱动装置包括：第一驱动电路、第二驱动电路、第一电机、第二电机、底盘控制电路及电池，所述第一电机与所述第一驱动电路相连，所述第二电机与所述第二驱动电路相连，所述电池与所述底盘控制电路、所述第一电机、所述第二电机、所述第一驱动电路及所述第二驱动电路相连；所述驱动轮胎通过轴承与所述第一电机及第二电机相连，所述底盘控制电路与所述第一驱动电路、所述第二驱动电路、所述第一电机、所述第二电机相连接。

3.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，还包括：摄像头及电脑，所述电脑安装在所述第二层底盘上，所述超声波测距设备位于所述第二层底盘与所述第一层底盘之间，所述摄像头位于所述超声波测距设备及所述第一层底盘之间，所述摄像头通过CSI接口与所述电脑相连。

4.根据权利要求3所述的机器人，其特征在于，所述传感装置包括：室内光照空气温湿度传感器及红外体温传感器，所述室内光照空气温湿度传感器位于所述第一层底盘上，所述红外体温传感器位于所述第一层底盘及所述摄像头之间，所述温湿度传感器及所述红外体温传感器通过第一及第二USB接口与所述电脑相连。

5.根据权利要求3所述的机器人，其特征在于，还包括：激光雷达装置，所述激光雷达装置位于所述第一层底盘上，所述激光雷达装置通过第三USB接口与所述电脑相连。

6.根据权利要求2所述的机器人，其特征在于，还包括：红外避障装置，所述红外避障模块位于所述第三层底盘下方，所述红外避障装置与所述底盘控制电路相连。

7.根据权利要求3所述的机器人，其特征在于，所述电脑为树莓派卡片电脑。

8.根据权利要求2所述的机器人，其特征在于，所述底盘控制电路采用的芯片型号为：STM32F103RCT6,所述第一电机及所述第二电机采用的芯片型号为：TB5512FNG。

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