CN219213162U - 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，包括支架、以及设置在支架上的环境参数采集模块、语音模块、行走模块、拾取模块、导航模块、工控机、供电电池和单片机控制模块；所述支架包括底板、顶板和安装板，底板位于下层，其底面上安装有行走模块，顶面上安装有工控机和供电电池；底板与安装板之间数根支柱连接支撑，安装板的顶面上安装有环境参数采集模块、语音模块、拾取模块和单片机控制模块；安装板通过数根支柱与顶板支撑连接；顶板的顶面安装有导航模块和收纳盒；工控机与单片机控制模块、语音模块和导航模块连接；本实用新型不仅能够帮助老人完成相应需求，而且能够监测老人是否摔倒，在检测到老人摔倒后发出警报。

Description

一种助老服务机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，具体涉及一种助老服务机器人。

背景技术

随着社会老龄化趋势的不断增大，助老服务机器人需求量逐步增加。而物联网技术的高速发展，使得家居环境变得更加智能化，智能机器人的诞生使得控制载体变得更加丰富，实现了机器人与物联网智能家居互联互通，并且在复杂的居家环境中，要求机器人不仅要有合理的机械结构，还要能够自主完成避障导航，作为助老服务机器人，关注点应不仅要放在方便老人生活，还应该时刻关注老人的安全。老年人体内的钙流失会比较快，很多老年人会有骨质疏松的症状，在摔倒以后很容易诱发骨骼部位出现骨折的现象，摔倒以后如果没有得到及时的救治，就会造成严重的后果。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种助老服务机器人，该机器人不仅能够帮助老人完成相应需求，而且能够监测老人是否摔倒，在检测到老人摔倒后发出警报。

为实现上述目的，本实用新型具有如下技术方案：

一种助老服务机器人，包括支架、以及设置在支架上的环境参数采集模块、语音模块、行走模块、拾取模块、导航模块、工控机、供电电池和单片机控制模块；所述支架包括底板、顶板和安装板，底板位于下层，其底面上安装有行走模块，顶面上安装有工控机和供电电池；底板与安装板之间数根支柱连接支撑，安装板的顶面上安装有环境参数采集模块、语音模块、拾取模块和单片机控制模块；安装板通过数根支柱与顶板支撑连接；顶板的顶面安装有导航模块和收纳盒；工控机与单片机控制模块、语音模块和导航模块连接；

所述拾取模块包括L形机械臂、调节臂和机械爪，L形机械臂包括竖臂和横臂，竖臂的一端铰接安装在安装板的前端，另一端竖与横臂铰接，调节臂与竖臂的长度相等，且并行与竖臂铰接在横臂的上，调节臂另一端铰接有连接臂，连接臂连接有第一舵机；调节臂、连接臂和竖臂构成四边形，舵机工作可使正四边形便形成平行四边形，进而使机械臂横臂升高或降低，所述横臂的末端安装有第二舵机，第二舵机的输出轴与机械爪连接，第二舵机工作使机械爪可上下左右转动，所述机械爪包括2个C形手指和第三舵机，C形手指一端设有齿轮结构，两个C形手指相互啮合，其中一个齿轮与第三舵机连接，通过第三舵机工作使两个手指远离或靠近，进而实现拾取功能；

所述导航模块包括激光雷达和深度相机，激光雷达安装在环形麦克风阵列的上方，深度相机安装在顶板的顶面，且深度相机的拍摄方向朝向机械爪，且深度相机的拍摄高度高于单目相机的拍摄高度。

进一步地，所述行走模块包括3个万向轮机构实现，万向轮机构包括行走轮和直流电机，直流电机的驱动轴与行走轮连接，单片机控制模块通过电机驱动板与直流电机连接。

进一步地，所述机械爪的顶部安装有单目相机，单目相机与工控机连接。

进一步地，所述环境参数采集模块包括温度湿度传感器模块和CO₂气体传感器模块，温度湿度传感器模块和CO₂气体传感器模块与单片机控制模块连接。

进一步地，所述顶板的顶面还安装有收纳盒。

进一步第，所述工控机链接有网线网卡模块。

本实用新型具有如下有益效果：

(1)实现老人通过语音对机器人进行召唤，询问室内温度、湿度、空气质量情况，控制家电开关，监护人也可通过机器人接收到老人室内的环境信息和老人是否摔倒的信息；

(2)通所述单目相机对落地物品进行识别，控制机械臂抓取落于地面的物品，使老人避免做弯腰拾取这一不便动作；

(3)实现对老人的安全检测，当所述深度相机识别到老人跌倒后，机器人将发送信息的到远程控制终端提示老人跌倒，并发出警报。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的连接关系示意图。

图3为本实用新型拾取模块结构示意图。

图中标记：100、支架；101、底板；102、安装板；103、顶板；200、工控机；300、拾取模块；301、竖臂；302、横臂；303、调节臂；304、连接臂；305、第一舵机；306、第二舵机；307、手指；308、第三舵机；309、单目相机；400、语音模块；500、单片机控制模块；600、环境参数采集模块；700、自主导航模块；701、激光雷达；702、深度相机；800、收纳盒；900、行走模块。

具体实施方式

如图1～图2所示，本实施例提供一种助老服务机器人包括支架100、以及设置在支架100上的环境参数采集模块600、语音模块400、行走模块900、拾取模块300、导航模块、工控机200、供电电池和单片机控制模块500。

所述支架100采用三层结构实现，其包括底板101、顶板103和安装板102，底板101位于下层，其底面上安装有行走模块900，顶面上安装有工控机200和供电电池；底板101与安装板102之间数根支柱连接支撑，安装板102的顶面上安装有环境参数采集模块600、语音模块400、拾取模块300和单片机控制模块500；安装板102通过数根支柱与顶板103支撑连接；顶板103的顶面安装有导航模块和收纳盒800。

所述行走模块900包括3个万向轮机构实现，万向轮机构包括行走轮和直流电机，直流电机的驱动轴与行走轮连接，直流电机正反转带动行走轮前进或后退。

所述工控机200作为上位控制系统，具体采用Jetson TX1工控机200，工控机200固定安装在底板101上，供电电池作为机器人的供电系统，通过便于拆卸的组件将其安装在底板101，如魔术贴等，可便于更换电池。

如图3所示，所述拾取模块300包括L形机械臂、调节臂303和机械爪，L形机械臂包括竖臂301和横臂302，竖臂301的一端铰接安装在安装板102的前端，另一端与横臂302铰接，调节臂303与竖臂301的长度相等且并行与竖臂301铰接在横臂302的上，调节臂303另一端铰接有连接臂304，连接臂304连接有第一舵机305；调节臂303、连接臂304和竖臂301构成四边形，舵机工作可使四边形便形成平行四边形，进而使机械臂横臂302升高或降低，从而使机械爪抬高或降低；所述横臂302的末端安装有第二舵机306，第二舵机306的输出轴与机械爪连接，第二舵机306工作使机械爪可上下左右转动，类似手腕的功能。所述机械爪包括2个C形手指307和第三舵机308，C形手指307一端设有齿轮结构，两个C形手指307相互啮合，其中一个齿轮与第三舵机308连接，通过第三舵机308工作使两个手指307远离或靠近，进而实现拾取功能。

所述机械爪的顶部安装有单目相机309，单目相机309采集方向与机械爪的抓取方向一致，通过单目相机309获取抓取前方目标物的图像信息，并将获取的图像信息发送给工控机200。

所述语音模块400用于拾取使用者的声音并获取声音方向，具体采用环形麦克风阵列，环形麦克风阵列位于安装板102的中部，可从安装板102中心的往四周沿六个方向获取声音信号，并将采集的声音信号发送给工控机200。

所述环境参数采集模块600包括温度湿度传感器模块和CO2气体传感器模块，温度传感器模块用于采集环境中的温度和湿度，CO2气体传感器模块用于采集环境中的CO2气体浓度，并将采集的温度、湿度和CO2气体浓度发送给单片机控制模块500，并可通过语音模块400播放出来；温度湿度传感器模块和CO2气体传感器模块位于语音模块400的一侧。

所述单片机控制模块500作为下位控制系统，与工控机200连接；单片机控制模块500采用STM32F407单片机，其连接有舵机驱动板和电机驱动板，舵机驱动板与第一舵机305、第二舵机306和第三舵机308连接，电机驱动板与3个直流电机连接；为了便于安装以及适应性走线，将单片机控制模块500和电机驱动板设置在一块PCB板上，并位于语音模块400的后侧，舵机驱动板单独设置一块PCB板，并位于语言模块远离环境环境参数采集模块600的一侧。

所述导航模块包括激光雷达701和深度相机702，激光雷达701安装在环形麦克风阵列的上方，深度相机702安装在顶板103的顶面，且深度相机702的拍摄方向朝向机械爪，且深度相机702的拍摄高度高于单目相机309的拍摄高度，即拾取模块300不会影响深度相机702的正常工作；激光雷达701、深度相机702均与工控机200连接，将采集的距离信号和图像信号发送给工控机200，通过激光雷达701与深度相机702进行实时扫描构建全局三维地图，判断障碍物所在位置。

所述顶板103的顶面还安装有收纳盒800，收纳盒800采用亚力克板制备而成，用于放置一些常用的常小物件。

工控机200控制单片机控制模块500发送PWM波和高低电平给电机驱动板，进而驱动直流电机正转或反转，实现助老服务机器人的前进、后退、向左平移前进、向右平移前进等移动。

环形麦克风阵列可以从六个方向拾取声音传输给工控机200，工控机200计算声源位置信息，进行声音信号转换，将位置信息和指令信息传输给单片机控制模块500，根据指令信息以及位置信息控制行走模块900移动。

所述工控机200连接有无线网卡模块，通过无线网卡模块接入局域网内的智能家电，实现语音对智能家电的控制，也可以通过相关APP对机器人进行远程控制，查看室内环境信息，观察老人情况。

单目相机309对接受指令信息，对落地的物品进行轮廓别定位，并将图像处理结果传输给单片机控制模块500，舵机驱动模块控制舵机的运动，使拾取模块300实现的拾取物品操作。深度相机702识别老人的骨架，将图片信息传输到工控机200，进行图片处理，当判断老人发生危险后，发送信息的到设定好的手机提示老人跌倒，并通过环形麦克风模块发出警报。

激光雷达701和深度相机702向工控机200发送采集的信息，工控机200进行SLAM自主建图；在助老服务机器人运动的过程中，工控机200接收语音模块400发送的语音信息并进行声源定位，之后向单片机控制模块500发送指令，控制机器人移动，实现自主导航。

所述环境参数采集模块600实时监测环境信息并通过单片机控制模块500向工控机200发送环境信息；工控机200实时将环境信息通过无线网卡模块发送至远程控制终端，当环境因素数值超过一个限定值时远程控制终端收到警报；当语音模块400采集到环境播报等声音信息时向工控机200发送信号，工控机200向语音模块400发送指令，语音模块400播报环境信息；当语音模块400采集到移动指令时，向工控机200发送声源信息，工控机200进行声源定位向自主导航模块700发送指令，实现机器人语音控制移动；当语音模块400采集到控制家用电器指令时，向工控机200发送信号，工控机200通过无线网卡模块向发送指令，实现机器人与家用电器互联。

所述深度相机702采集图像信息向工控机200发送，工控机200向语音模块400发送指令并通过无线网卡模块及时向远程控制终端发送老人摔倒情况信和现场的图像信息。

以上所述仅是本实用新型优选的实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何基于本实用新型所提供的技术方案和实用新型构思进行的改造和替换都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种助老服务机器人，其特征在于：包括支架、以及设置在支架上的环境参数采集模块、语音模块、行走模块、拾取模块、导航模块、工控机、供电电池和单片机控制模块；所述支架包括底板、顶板和安装板，底板位于下层，其底面上安装有行走模块，顶面上安装有工控机和供电电池；底板与安装板之间数根支柱连接支撑，安装板的顶面上安装有环境参数采集模块、语音模块、拾取模块和单片机控制模块；安装板通过数根支柱与顶板支撑连接；顶板的顶面安装有导航模块和收纳盒；工控机与单片机控制模块、语音模块和导航模块连接；

所述拾取模块包括L形机械臂、调节臂和机械爪，L形机械臂包括竖臂和横臂，竖臂的一端铰接安装在安装板的前端，另一端竖与横臂铰接，调节臂与竖臂的长度相等，且并行与竖臂铰接在横臂的上，调节臂另一端铰接有连接臂，连接臂连接有第一舵机；调节臂、连接臂和竖臂构成四边形，舵机工作可使正四边形便形成平行四边形，进而使机械臂横臂升高或降低，所述横臂的末端安装有第二舵机，第二舵机的输出轴与机械爪连接，第二舵机工作使机械爪可上下左右转动，所述机械爪包括2个C形手指和第三舵机，C形手指一端设有齿轮结构，两个C形手指相互啮合，其中一个齿轮与第三舵机连接，通过第三舵机工作使两个手指远离或靠近，进而实现拾取功能；

所述导航模块包括激光雷达和深度相机，激光雷达安装在环形麦克风阵列的上方，深度相机安装在顶板的顶面，且深度相机的拍摄方向朝向机械爪，且深度相机的拍摄高度高于单目相机的拍摄高度。

2.根据权利要求1所述的一种助老服务机器人，其特征在于：所述行走模块包括3个万向轮机构实现，万向轮机构包括行走轮和直流电机，直流电机的驱动轴与行走轮连接，单片机控制模块通过电机驱动板与直流电机连接。

3.根据权利要求1所述的一种助老服务机器人，其特征在于：所述机械爪的顶部安装有单目相机，单目相机与工控机连接。

4.根据权利要求1所述的一种助老服务机器人，其特征在于：所述环境参数采集模块包括温度湿度传感器模块和CO₂气体传感器模块，温度湿度传感器模块和CO₂气体传感器模块与单片机控制模块连接。

5.根据权利要求1所述的一种助老服务机器人，其特征在于：所述顶板的顶面还安装有收纳盒。

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