CN213028109U - 一种基于智能终端的家庭机器人服务控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于机器人应用领域，特别涉及一种基于智能终端的家庭机器人服务控制系统统；所述系统包括机器人端和第一智能终端；所述机器人端包括机器人本体以及载有第二智能终端的上位机系统和载有底层控制板的下位机系统；所述上位机系统和所述下位机系统之间通过通讯串口通信；所述第一智能终端与所述第二智能终端通过无线网络进行通信；所述底层控制板按照从第一智能终端的通讯串口接收到的信息控制所述机器人本体运动；本实用新型采用模块化设计，打破了传统机器人一体化设计模式，利用智能终端强大的运算能力替代了运算力弱、自主性低的传统工控机，与底层控制板共同控制机器人本体的运作；实现其高度的智能化目标，服务于大众家庭。

Description

一种基于智能终端的家庭机器人服务控制系统

技术领域

本实用新型属于机器人应用领域，特别涉及一种基于智能终端的家庭机器人服务控制系统。

背景技术

近年来，随着机器人技术的不断发展，机器人已经在人类社会的工业生产领域当中扮演着举足轻重的角色，机器人的发展应用不仅节省了人力大大提高了工作效率，同时也给人们的生活带来了极大的便利。其中与人们生活息息相关的主要是服务机器人，特别是家庭服务机器人，随着生活节奏的不断加快，家庭用户对安全感的需求正在逐渐增加，对于家庭监控、安防、以及便捷的生活的要求日趋成熟：服务机器人的研究具有良好的现实意义。

随着网络时代的到来，智能移动终端发展迅猛，比如智能手机，已经成为人们生活中必不可少的一部分，智能手机具有普及率高，几乎人手一台，性能强大，功能广，已形成完整的生态体系，开发难度低，内置丰富的传感器，高性能信号接收发送器，更新迭代速度快，升级潜力大，人脸识别，语音识别在智能手机上已应用落地，遍地开花，如刷脸解锁，翻译等已十分成熟，已成为智能技术运用的成熟智能载体等种种优势，广泛地应用于各种应用场景中。

例如中国专利CN203191819U提供了一种家庭服务机器人，该专利主要涉及一种可以时刻监控家里状况，还可以作自动清洁的无线遥控机器人。该家庭服务机器人包括无线探测车和智能手机，无线探测车由MCU通过集成电路连接有驱动器、无线摄像头、机械手、超声波传感器和锂电池，智能手机通过Wifi无线模块与无线探测车通讯连接。该专利结构简单、成本低、自动化程度高、控制距离远。然而，该专利使用的是MCU搭建的工控机，运算能力较弱，且对于机器人只能做简单且固有功能的控制，自主性低，遥控效果不佳，拓展性和可升级性低，适用场景少，实用性低。

还比如中国专利CN106182023A提供了一种具有入侵预警功能的家用服务机器人，该专利包括具有轮式行走机构的家用服务机器人本体以及与所述家用服务机器人本体通信连接的移动终端；所述家用服务机器人本体包括可360度旋转进行视频采集的视频采集模块、无线传输模块、控制器：所述视频采集模块、无线传输模块分别与所述控制器相连接；所述控制器连接图像识别处理装置，用于对所述视频采集模块采集的实时图像进行处理，并判断在预设的监控区域内发现有入侵目标出现时，将包含有入侵目标的图像向移动终端传送并发出预警信息进行提示。该专利可实现远程通过家用服务机器人进行室内监控。然而，作为家用服务机器人，该专利仅具有入侵监控功能，适用场景少，无法满足家庭用户的其他需求，其虽具有轮式行走机构，但却未设计相应的地图建模与运动路径规划，故实际监视范围较为局限，实用性不足，应用价值不高。

目前基于智能终端控制的家庭服务机器人大多未能发挥出智能终端强大的功能，而仅仅作为交互界面，且面临服务机器人功能简单，实用差等缺点。

实用新型内容

基于现有技术存在的问题，本实用新型将智能手机与家庭服务机器人相结合，设计一种以“安防”、“监控”、“智能家居”为三大主题特点的小型智能机器人，摒弃机器人复杂浮华的功能，着眼于其实用价值。且本实用新型将以智能终端作为其信息处理的主要平台，配合功能丰富的传感器，借助云端的强大计算能力，实现其高度的智能化目标，服务于大众家庭。

本实用新型的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于智能终端的家庭机器人服务控制系统，其具有体积小、高度智能化、适应度高、成本低、及时性且易更新的优点。

本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：

在本实用新型的第一方面，本实用新型提供了一种基于手机平台的智能型家庭服务机器人系统，所述系统主要包括机器人端和第一智能终端两大主体。

进一步的，在机器人端包括了机器人外观硬件设备、工控机、电机及其驱动配件、各类传感器以及相应的控制连接电路等设计。

更进一步的，所述机器人本体上安装有传感器集群，在所述机器人本体的底部安装有双轮差动结构，在所述机器人本体的顶部安装有第二智能终端；在所述机器人本体的内部安装有底层控制板和供能模块；所述双轮差动结构通过电机驱动接口与所述底层控制板连接；所述供能模块通过电源接口与所述底层控制板连接；所述传感器集群通过第一通讯串口与所述底层控制板连接；所述底层控制板通过第二通讯串口与所述第二智能终端连接。

进一步的，所述机器人本体的顶部安装有可调的托板；将所述第一智能终端固定在所述托板上，并通过固定架固定。

进一步的，所述传感器集群包括火警传感器、烟雾传感器、红外传感器、温度传感器、湿度传感器、空气质量传感器中任意一种或多种。

进一步的，在机器人端，本实用新型采用第二智能终端代替传统工控机，借助智能手机强大的运算存储能力以及良好的交互性，实现人机交互，无线通信，图像处理以及各种智能识别、智能控制算法。

更进一步的，所述第二智能终端搭载有WIFI通信模块、5G/4G/WIFI无线通信模块、定位模块、摄像头传感器、语音识别模块、图像处理模块中任意一种多种。

进一步的，所述第一智能终端集成有多种人机交互模式，包括语音交互、触摸屏交互和动作交互。

在本实用新型的第二方面，本实用新型还提供了一种更为优选的基于智能终端的家庭机器人服务控制系统；所述系统还包括服务器，所述服务器通过无线网络分别与第一智能终端和第二智能终端通信；所述服务器对第二智能终端采集到的实时视频进行云计算处理并存储，并向所述第一智能终端和所述第二智能终端返回处理结果。

进一步的，所述服务器中嵌有基于视觉的人脸检测识别模块和行为检测识别模块。

机器人端中以第二智能终端为核心构成上位机系统，以各硬件元件组成的底层控制器为核心构成下位机系统。上位机与下位机之间通过串口进行通信。在云端/服务器端中，借助网络，接收机器人端的手机摄像头采集的视频数据，并借助云端对视频进行人脸识别、行为检测以及视频存储等，接着通过h265视频编码协议将原始视频数据流进一步压缩，再将对机器人控制指令融合在视频流帧数据的特定位置中，通过UDP协议等通讯方式，将h265视频流传输至手机端。

进一步的，所述第一智能终端即为用户端，所述用户端一般可以采用智能手机，该智能手机集成5G/4G/WIFI无线通讯模块，设计良好的用户交互界面，使主人可以通过远程的手机设备实时查看家内情况，并控制机器人。

更进一步的，所述第一智能终端还集成有多种人机交互模式，包括语音交互、触摸屏交互和动作交互。

本实用新型是一种基于智能终端的家庭机器人服务控制系统。采用模块化设计，打破了传统机器人一体化的固有模式，不再单独设计开发处理器和传感器模块，而是利用智能手机所拥有的种种优势，以及云计算的强大计算能力，将智能终端和机器人本体整合起来形成高性能，多功能的机器人端。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1.基于智能终端操作系统上的开发已十分成熟，开发成本低，移动平台结构简单，实用性高；可以直接采用现有操作系统中已开发完成的功能模块，包括定位模块、摄像头传感器、语音识别模块、图像处理模块等。

2.智能终端的处理器性能已十分强劲，功能全面，已融入日常生活的方方面面，市面上主流的移动智能终端的操作系统只有Android和iOS两种，这些操作系统所采用的功能模块都有现成的技术。

3.各类处理器包括语音识别模块、图像处理模块等和大部分传感器都集成在智能终端上，成本大大降低，价格低廉。

4.采用模块化设计，打破了传统机器人一体化设计模式，采用“大脑”与移动平台分离的设计模式，智能终端更新迭代的速度快，升级潜力大，使用寿命长。

5.全程联网，可传递数据给云端进行云计算处理，利用云端的强大计算能力，赋以机器人高度智能化的能力，增强机器人的性能。

附图说明

图1是本实用新型中基于智能终端的家庭机器人服务控制系统的总体结构框图；

图2是本实用新型中机器人端的整体结构设计图；

图3是本实用新型中服务控制系统的模块框架结构图。

图4是本实用新型中一种优选实施例的基于智能终端的家庭机器人服务控制系统的总体结构框图；

图中：1、托板；2、固定夹；3、传感器集群；4、双轮差动机构；11、第一通讯串口；12、电机驱动接口；13、第二通讯串口；14、电源接口；15、控制信号收发模块；16、供能模块；17、CPU。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1展现了一种基于智能终端的家庭机器人服务控制系统，如图1所示，所述系统中包括机器人端和第一智能终端；所述机器人端包括机器人本体以及载有第二智能终端的上位机系统和载有底层控制板的下位机系统；所述上位机系统和所述下位机系统之间通过通讯串口通信；所述第一智能终端与所述第二智能终端通过无线网络进行通信；所述底层控制板按照从第一智能终端的通讯串口接收到的信息控制所述机器人本体运动。

需要说明的是，本实用新型实施例的智能终端可以为各种类型的终端，终端例如可以是平板电脑、个人数字助理(英文：Personal Digital Assistant，缩写：PDA)、移动互联网设备(英文：Mobile Internet Device，缩写：MID)、智能手机等可进行摄像采集以及数据处理的设备，本实用新型对此不作任何限制，当然为了方便描述，本实用新型实施例均以智能手机来实现。

其中，所述机器人端可以采用如图2所示的设计，在所述机器人本体(图2中给出了柱形结构的机器人作为机器人本体的展示，但是可以理解的是，本实用新型所采用的机器人本体不限于图中的结构)上安装有传感器集群3，在所述机器人本体的底部安装有双轮差动结构4，在所述机器人本体的顶部安装有第二智能终端；在所述机器人本体的内部5安装有底层控制板和供能模块16；所述双轮差动结构4通过电机驱动接口12与所述底层控制板连接；所述供能模块16通过电源接口14与所述底层控制板连接；所述传感器集群3通过第一通讯串口11与所述底层控制板连接；所述底层控制板通过第二通讯串口13与所述第二智能终端连接。

在一个优选实施例中，所述机器人本体的顶部安装有可调的托板1；将所述第一智能终端固定在所述托板1上，并通过固定架2固定。

在一个优选实施例中，所述底层控制板上还安装有控制信号收发模块15，所述控制信号收发模块15用于收发其他智能家居中的控制信号，用于控制其他智能家居的运作，举个例子，机器人端可以自动监控其他智能家居的运作情况，可以向智能空调发送关闭信号等。

在一个实施例中，所述底层控制板安装有CPU17作为底层数据的控制和处理终端，例如所述传感器集群包括火警传感器、烟雾传感器、红外传感器、温度传感器、湿度传感器、空气质量传感器中任意一种或多种；这些传感器将通过第一通讯串口11连接到CPU上，CPU将对这些数据进行一个初步的控制处理。

在一个实施例中，如图3所示，所述第二智能终端搭载有WIFI通信模块、5G/4G/WIFI无线通信模块、定位模块、语音识别模块、图像处理模块等，当然为了丰富本实用新型服务控制功能，还可以搭载摄像头等模块；除了上述模块以外，本实用新型的接口与功能驱动上设置有多个接口电路，每个接口电路可以调用不同功能的驱动，例如调用定位模块，则可以使得机器人端实现定位功能；机器人端的下位机系统由底层控制板可以包括电机驱动电路、充电管理电路、人机交互按钮以及传感器信号处理器等结构；可以实现充电管理，超声阵列、烟雾、红外等传感器信息处理，以及电机驱动等等功能。

在一个实施例中，所述第一智能终端集成有多种人机交互模式，包括语音交互、触摸屏交互和动作交互。

在一个优选实施例中，还可以在第二智能终端上外接有云台摄像机，所述云台摄像机既可以实现摄像功能又可以实现录音功能。

在一个优选实施例中的，还可以在第二智能终端上通过无线连接的方式连接有无线鼠标和无线键盘等外接控制设备。

当然上述模块只是本实用新型实施例给出的一部分特征，本领域技术人员还可以根据实际情况增删一些现有技术已经存在的模块；本实用新型不对此做具体的限定。

在上述实施例的基础上，考虑到智能终端对于视频流的数据处理能力有限，本实用新型还提出了一种更为优选的基于智能终端的家庭机器人服务控制系统，如图4所示，所述系统还包括服务器端，所述服务器端通过无线网络分别与第一智能终端和第二智能终端通信；所述服务器端对第二智能终端采集到的实时视频进行云计算处理并存储，并向所述第一智能终端和所述第二智能终端返回处理结果。

在一个优选实施例中，所述服务器中嵌有基于视觉的人脸检测识别模块和行为检测识别模块。

在本实施例中，本实用新型中的服务器端主要是借助云端强大的功能，首先借助云端的云储存功能，储存机器人端的摄像头获得的实时视频数据，以便第一智能终端获取储存的视频数据，云储存的容量庞大，可以很好地满足用户的日常需求。

接着借助云端服务器及云计算控制利用现成的基于视觉的人脸识别、行为检测等算法模块，实现对进入家中的人进行识别，实现防盗防入侵功能。同时在服务器端实现相应的传输协议比如视频编码协议h265，实时传输RTSP协议，实现视频数据、控制指令的快速与稳定传输。

作为本实施例的一个改进，本实用新型还可以同时搭建WIFI通讯服务器，作为第一智能终端与机器人端通讯的中间站，实现第一智能终端与机器人端的连接、控制指令的传输以及人机交互等。

在本实施例中，第一智能终端是采用智能手机作为载体实现的，通过智能手机实现远程监控及控制家庭服务机器人即本实用新型的机器人端。首先在第一智能终端，可以通过第一智能终端自带的显示屏展现出人机交互页面，接着通过无线网络与服务器端建立连接，进而与机器人端建立连接，第一智能终端主要实现控制指令的发送以及预存监控视频的获取，完成机器人运动控制、智能家居控制、实时视频监控以及异常行为报警等功能；这些功能的实现可以依靠上述实施例中各个功能模块的调用，本实施例不再一一列举。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“外”、“前部”、“中央”、“两端”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。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋转”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种基于智能终端的家庭机器人服务控制系统，所述系统包括机器人端和第一智能终端；其特征在于，

所述机器人端包括机器人本体以及载有第二智能终端的上位机系统和载有底层控制板的下位机系统；所述上位机系统和所述下位机系统之间通过通讯串口通信；所述第一智能终端与所述第二智能终端通过无线网络进行通信；所述底层控制板按照从第一智能终端的通讯串口接收到的信息控制所述机器人本体运动。

2.根据权利要求1所述的一种基于智能终端的家庭机器人服务控制系统，其特征在于，所述机器人本体上安装有传感器集群，在所述机器人本体的底部安装有双轮差动结构，在所述机器人本体的顶部安装有第二智能终端；在所述机器人本体的内部安装有底层控制板和供能模块；所述双轮差动结构通过电机驱动接口与所述底层控制板连接；所述供能模块通过电源接口与所述底层控制板连接；所述传感器集群通过第一通讯串口与所述底层控制板连接；所述底层控制板通过第二通讯串口与所述第二智能终端连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于智能终端的家庭机器人服务控制系统，其特征在于，所述机器人本体的顶部安装有可调的托板；将所述第一智能终端固定在所述托板上，并通过固定架固定。

4.根据权利要求2所述的一种基于智能终端的家庭机器人服务控制系统，其特征在于，所述传感器集群包括火警传感器、烟雾传感器、红外传感器、温度传感器、湿度传感器、空气质量传感器中任意一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种基于智能终端的家庭机器人服务控制系统，其特征在于，所述第二智能终端搭载有WIFI通信模块、5G/4G/WIFI无线通信模块、定位模块、摄像头传感器、语音识别模块、图像处理模块中任意一种多种。

6.根据权利要求1所述的一种基于智能终端的家庭机器人服务控制系统，其特征在于，所述第一智能终端集成有多种人机交互模式，包括语音交互、触摸屏交互和动作交互。

7.根据权利要求1所述的一种基于智能终端的家庭机器人服务控制系统，其特征在于，所述系统还包括服务器端，所述服务器端通过无线网络分别与第一智能终端和第二智能终端通信；所述服务器端对第二智能终端采集到的实时视频进行云计算处理并存储，并向所述第一智能终端和所述第二智能终端返回处理结果。

8.根据权利要求7所述的一种基于智能终端的家庭机器人服务控制系统，其特征在于，所述服务器中嵌有基于视觉的人脸检测识别模块和行为检测识别模块。

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