RU207437U1

RU207437U1 - MOBILE COMMUNICATION ROBOT

Info

Publication number: RU207437U1
Application number: RU2021117161U
Authority: RU
Inventors: Василий Валерьевич Малашкин
Original assignee: Василий Валерьевич Малашкин
Priority date: 2021-06-11
Filing date: 2021-06-11
Publication date: 2021-10-28

Abstract

Полезная модель относится к робототехнике, а именно к манипуляторам с программным управлением, предназначена для автоматизации решения определенных повседневных задач без участия человека в системе умного дома и может найти широкое применение как в быту, так и в офисной деятельности, осуществляя голосовое взаимодействие с человеком, перемещение в пространстве, мониторинг и контроль за окружающей средой и за работой устройств внутри помещения, будучи управляемым посредством голосовых команд. Полезная модель направлена на расширение арсенала технических средств, позволяющее повысить эффективность работы мобильного коммуникационного робота. 5 ил.The utility model relates to robotics, namely to programmed manipulators, is designed to automate the solution of certain everyday tasks without human participation in the smart home system and can be widely used both in everyday life and in office activities, carrying out voice interaction with a person, moving in space, monitoring and control of the environment and the operation of devices indoors, being controlled by means of voice commands. The utility model is aimed at expanding the arsenal of technical means, which makes it possible to increase the efficiency of the mobile communication robot. 5 ill.

Description

Заявляемое техническое решение мобильного коммуникационного робота относится к робототехнике, а именно к манипуляторам с программным управлением, предназначено для автоматизации решения определенных повседневных задач без участия человека в системе умного дома и может найти широкое применение как в быту, так и в офисной деятельности, осуществляя голосовое взаимодействие с человеком, перемещение в пространстве, мониторинг и контроль за окружающей средой и за работой устройств внутри помещения, будучи управляемым посредством голосовых команд.The claimed technical solution of a mobile communication robot relates to robotics, namely to manipulators with program control, is intended to automate the solution of certain everyday tasks without human participation in the smart home system and can be widely used both in everyday life and in office activities, carrying out voice interaction with a person, movement in space, monitoring and control of the environment and the operation of devices indoors, being controlled by means of voice commands.

Робот является автоматическим устройством, предназначенным для осуществления различного рода операций, действующим по заранее заложенной программе. Робот может как иметь связь с оператором, получая от него команды в ручном управлении, так и действовать автономно, в соответствии с заложенной программой в автоматическом управлении. Хотя внешний вид роботов может быть самым разным по форме, однако в некоторых случаях предпочтительно придавать роботу элементы анатомии различных живых существ, особенно распространены роботы-андроиды в виде фигуры человека, выполненные с той или иной степенью достоверности.A robot is an automatic device designed to carry out various kinds of operations, acting according to a predetermined program. The robot can either communicate with the operator, receiving commands from him in manual control, or act autonomously, in accordance with the programmed automatic control. Although the appearance of robots can be very different in shape, however, in some cases it is preferable to give the robot elements of the anatomy of various living beings, especially robots-androids in the form of a human figure, made with varying degrees of reliability, are especially common.

Портативность, оригинальность конструкции, современные возможности управления, зачастую привлекательный внешний вид - позволили роботам завоевать широкую популярность, что привело к появлению ряда производителей, создающих как бытовых роботов, так и применяемых на производстве.Portability, originality of design, modern control capabilities, often attractive appearance - allowed robots to gain wide popularity, which led to the emergence of a number of manufacturers that create both household robots and those used in production.

Заявляемое техническое решение характеризуется следующими особенностями: возможностью осуществлять голосовую коммуникацию с человеком и выполнять его голосовые команды; возможностью перемещаться на местности с построением, запоминанием, исправлением карты местности и возможностью избегания препятствий, а также с построением маршрутов движения по голосовым командам человека; осуществлением мониторинга окружающей среды, аудио- и видеосьемки, измерения показателей (температура, влажность, давление, освещенность, задымленность, загазованность) с помощью встроенных датчиков; информированием человека о состоянии окружающей среды и ее контролем; управлением элементами умного дома на основе заранее созданных сценариев.The claimed technical solution is characterized by the following features: the ability to carry out voice communication with a person and perform his voice commands; the ability to navigate the terrain with the construction, memorization, correction of the terrain map and the ability to avoid obstacles, as well as with the construction of routes for the voice commands of a person; environmental monitoring, audio and video recording, measurement of indicators (temperature, humidity, pressure, illumination, smoke, gas content) using built-in sensors; informing a person about the state of the environment and its control; control of smart home elements based on pre-created scenarios.

Известен аналог, мобильный робот по патенту РФ на полезную модель №178222 от 15.03.2017г., опубликованному 28.03.2018г., который выполнен с возможностью перемещения по горизонтальной поверхности в заданном участке цеха в отсутствие динамически перемещающихся объектов, содержащий платформу, электродвигатели, источник питания и бортовой компьютер для управления перемещением мобильного робота, в память которого заложена геометрическая карта-план участков цеха, содержащая номера, длину и ширину участков, доступных для робота, геометрические параметры основного оборудования и мест загрузки и выгрузки материальных потоков и координаты проходов между участками цеха, причем робот содержит ультразвуковой локатор расстояния, состоящий из ультразвукового датчика для слежения за пространством впереди и сервопривода, четыре световых инфракрасных датчика для предотвращения выхода робота за пределы участка цеха и цифровой гироскоп для точного определения положения в системе координат пространства цеха.There is a known analog, a mobile robot under the RF patent for a useful model No. 178222 dated 03/15/2017, published on 03/28/2018, which is designed to move along a horizontal surface in a given section of the workshop in the absence of dynamically moving objects, containing a platform, electric motors, a power source and an on-board computer for controlling the movement of a mobile robot, in the memory of which there is a geometric map-plan of the workshop sections, containing the numbers, the length and width of the sections accessible to the robot, the geometric parameters of the main equipment and places of loading and unloading of material flows and the coordinates of the passages between the sections of the workshop, moreover, the robot contains an ultrasonic distance locator, consisting of an ultrasonic sensor for tracking the space in front and a servo drive, four light infrared sensors to prevent the robot from leaving the workshop area and a digital gyroscope for accurately determining the position in the workshop space coordinate system a.

Общими признаками аналога мобильного робота по патенту РФ на полезную модель №178222 являются наличие платформы, на которую устанавливается два задних приводных колеса, управляемых электромоторами, и переднее колесо, свободно вращающееся вокруг своей оси, бортового компьютера, блока памяти, определителя расстояния, датчиков слежения за пространством, гироскопа.Common features of an analogue of a mobile robot under the RF patent for a useful model No. 178222 are the presence of a platform on which two rear drive wheels are installed, controlled by electric motors, and a front wheel freely rotating around its axis, an on-board computer, a memory unit, a distance detector, tracking sensors. space, gyroscope.

Отличия данного аналога по патенту РФ №178222 и заявляемого технического решения обусловлены особенностями конструкции, в том числе заявляемое решение включает несколько микроконтроллеров, инерциальный измерительный модуль содержащий гироскоп, акселерометр, магнитометр, датчики температуры, давления, влажности, детекторы газа, дыма, в также ультразвуковые и лазерные датчики расстояния, лидар, датчик движения. Электропитание заявляемого робота осуществляется от литий-ионной аккумуляторной батареи с возможностью зарядки, присутствует видеокамера, подключение к сети Интернет, голосовое управление.The differences between this analogue under the patent of the Russian Federation No. 178222 and the proposed technical solution are due to the design features, including the proposed solution includes several microcontrollers, an inertial measuring module containing a gyroscope, an accelerometer, a magnetometer, temperature, pressure, humidity sensors, gas and smoke detectors, as well as ultrasonic and laser distance sensors, lidar, motion sensor. The inventive robot is powered by a rechargeable lithium-ion battery, there is a video camera, Internet connection, voice control.

Однако мобильный робот-аналог ориентирован на работу в цехе промышленного предприятия, с чем связаны недостатки данного аналога мобильного робота по патенту РФ на полезную модель №178222, а именно отсутствие возможности его работы в свободном, заранее не подготовленном и не размеченном пространстве, у робота-аналога нет взаимодействия с человеком, не предусмотрена самостоятельная зарядка аккумуляторной батареи и низкая способность локализации в пространстве.However, the mobile robot analogue is oriented towards work in the workshop of an industrial enterprise, which is the reason for the disadvantages of this analogue of the mobile robot under the RF patent for utility model No. there is no analogue of interaction with a person, there is no independent charging of the battery and a low ability to localize in space.

Известен аналог, многопроцессорный мобильный интернет-робот андроид по патенту РФ на полезную модель №183006 от 13.12.2017г., опубликованному 07.10.2018г., который содержит резьбовую штангу, выполняющую роль «позвоночника», на который нанизаны и закреплены гайками модули-платформы робота, на модули-платформы установлены электронные модули сенсорных, управляющих и исполнительных устройств и механизмов робота, модули-платформы автономны, имеют, по крайней мере, один микропроцессор, модуль связи и источник электропитания, модули-платформы организованы в подсеть Интернет и обмениваются информацией между собой и сетью Интернет по радио или световым каналам пакетной передачи данных, модули-платформы закрыты нанизанными на резьбовую штангу колпаками-корпусами и фиксированы гайками.There is an analogue, a multiprocessor mobile Internet robot android under the RF patent for a useful model No. 183006 dated 12/13/2017, published on 10/07/2018, which contains a threaded bar that plays the role of a "spine" on which the robot platform modules are strung and fastened with nuts , electronic modules of sensor, control and executive devices and robot mechanisms are installed on platform modules, platform modules are autonomous, have at least one microprocessor, communication module and power supply, platform modules are organized in the Internet subnet and exchange information with each other and the Internet via radio or light channels of packet data transmission, the platform modules are closed with caps-cases strung on a threaded rod and fixed with nuts.

Общими признаками аналога мобильного робота по патенту РФ на полезную модель №183006 являются: наличие модульного принципа построения из электронных блоков, нескольких микроконтроллеров, а также закрытый корпус робота-аналога, наличие связи между различными электронными модулями и возможность обмена данными, организация модулей в подсеть Интернет.The general features of an analogue of a mobile robot under the RF patent for a useful model No. 183006 are: the presence of a modular principle of construction from electronic blocks, several microcontrollers, as well as a closed body of an analog robot, the presence of communication between various electronic modules and the ability to exchange data, the organization of modules in the Internet subnet ...

Отличия данного аналога и заявляемого технического решения обусловлены особенностями конструкции, в том числе тем, что заявляемое решение не содержит резьбовую штангу, на которую нанизаны модули платформы, при этом заявляемое решение содержит единственный источник питания аккумуляторную батарею, а не индивидуально на каждый модуль, а обмен между электронными блоками происходит посредством проводной связи. The differences between this analogue and the claimed technical solution are due to the design features, including the fact that the claimed solution does not contain a threaded rod on which the platform modules are strung, while the claimed solution contains a single power source, a battery, and not individually for each module, but exchange between electronic units occurs through a wired connection.

Недостатками данного мобильного робота по патенту РФ на полезную модель №183006 являются то, что основное назначение данного мобильного робота - это обучение конструированию, моделированию и программированию. Данный аналог удобен для постоянной смены различных электронных модулей при обучении и конструировании, но не пригоден как решение для постоянной работы робота.The disadvantages of this mobile robot under the RF patent for utility model No. 183006 are that the main purpose of this mobile robot is teaching design, modeling and programming. This analogue is convenient for constantly changing various electronic modules during training and design, but is not suitable as a solution for the constant operation of a robot.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является сборный мобильный робот (прототип) по патенту РФ на полезную модель №174140 от 24.06.2016г., опубликованному 04.10.2017г., который содержит платформу, два колеса, два колесных вала со смонтированными на них колесами, установленные на платформе две колесные вилки, два электродвигателя, выходные валы которых кинематически связаны с лежащими на одной прямой валами первого и второго колес, источник питания, бортовую вычислительную сеть, выполненную с возможностью сбора и обработки данных с одометрических датчиков первого и второго колес и формирования, и передачи управляющих сигналов на электродвигатели первого и второго колес, причем в сборный мобильный робот-прототип дополнительно введены сборный реконфигурируемый корпус, содержащий формообразующие части и соединительные элементы с технологическими отверстиями, при этом выступы соединительных элементов, вставленные в симметрично расположенные по периметру платформы и формообразующих частей пазы, закреплены соединительными механизмами, третье и четвертое шар-колесо, расположенные по разные стороны от оси первого и второго колеса и прикрепленные к платформе, установленный на корпусе блок исполнительных механизмов, бортовая вычислительная сеть включает блок перепрограммируемого управления, блок датчиков расстояния, блок датчиков оптического потока, блок датчиков позиционирования и навигации, коммуникационный блок. Его платформа имеет одинаковую форму с формообразующими частями, технологические отверстия являются предусмотренными отверстиями для крепления соединительными механизмами блока перепрограммируемого управления, блока датчиков расстояния, блока датчиков оптического потока, блока датчиков позиционирования и навигации, коммуникационного блока и блока исполнительных механизмов, реконфигурируемый корпус, содержащий две формообразующие части, выполнен двухъярусным, а блок исполнительных механизмов выполнен в виде манипулятора, захватного устройства или педипуляторов.The closest in technical essence to the proposed utility model is a prefabricated mobile robot (prototype) under the RF patent for utility model No. 174140 dated June 24, 2016, published on October 4, 2017, which contains a platform, two wheels, two wheel shafts mounted on them. wheels, two wheel forks mounted on the platform, two electric motors, the output shafts of which are kinematically connected to the straight shafts of the first and second wheels lying on the same straight line, a power source, an on-board computer network capable of collecting and processing data from odometric sensors of the first and second wheels, and the formation and transmission of control signals to the electric motors of the first and second wheels, moreover, a prefabricated reconfigurable body is additionally introduced into the assembled mobile robot prototype, containing shaping parts and connecting elements with technological holes, while the protrusions of the connecting elements inserted into symmetrically located along the perimeter of the pl atforms and shaping parts of the grooves, fixed by connecting mechanisms, the third and fourth ball-wheel located on opposite sides of the axis of the first and second wheels and attached to the platform, a block of actuators mounted on the body, the on-board computer network includes a reprogrammed control unit, a block of distance sensors , optical flow sensor unit, positioning and navigation sensor unit, communication unit. Its platform has the same shape with the shaping parts, the technological holes are provided for fastening by the connecting mechanisms of the reprogrammable control unit, the distance sensor unit, the optical flow sensor unit, the positioning and navigation sensor unit, the communication unit and the actuator unit, the reconfigurable body containing two shaping part, is made two-tier, and the block of actuators is made in the form of a manipulator, gripper or pedipulators.

Общими признаками мобильного робота по патенту РФ на полезную модель №174140 с заявляемым техническим решением являются: наличие двух колес и двух электромоторов, источника питания, бортовой сети с датчиками, причем корпус является сборным. Присутствуют общие блоки управления, блок датчиков расстояний, блок датчиков позиционирования и навигации, коммуникационный блок.The general features of a mobile robot under the RF patent for a useful model No. 174140 with the claimed technical solution are: the presence of two wheels and two electric motors, a power source, an on-board network with sensors, and the body is prefabricated. There are common control units, a distance sensor unit, a positioning and navigation sensor unit, a communication unit.

Отличия прототипа от заявляемого технического решения обусловлены особенностями конструкции, в том числе заявляемое решение не содержит блоков оптического потока, блока исполнительных механизмов в виде манипулятора или педипулятора, нет реконфигурируемого сборного корпуса, при котором платформа имеет одинаковые формы с формообразующими частями. The differences between the prototype and the proposed technical solution are due to the design features, including the proposed solution does not contain optical flow blocks, a block of actuators in the form of a manipulator or pedipulator, there is no reconfigurable prefabricated body, in which the platform has the same shape with the forming parts.

Недостатками данного мобильного робота по патенту РФ на полезную модель №174140 является то, что в роботе отсутствует возможность голосового или ручного управления, отсутствует связь с сетью интернет, отсутствует система зарядки и тем самым значительно снижена его автономность, функциональность и управляемость. К сожалению, в описании прототипа отсутствует конкретизация в описании функциональных характеристик блоков управления, блоков датчиков расстояний, блоков навигации и коммуникационного блока и поэтому невозможно дать оценку возможностям и техническим характеристикам данного робота.The disadvantages of this mobile robot under the RF patent for utility model No. 174140 are that the robot lacks the ability to voice or manually control, there is no connection to the Internet, there is no charging system, and thus its autonomy, functionality and controllability are significantly reduced. Unfortunately, in the description of the prototype, there is no concretization in the description of the functional characteristics of control units, distance sensor units, navigation units and a communication unit, and therefore it is impossible to assess the capabilities and technical characteristics of this robot.

Данные недостатки преодолены в заявляемом техническом решении тем, что заявляемое техническое решение дополнительно содержит возможность голосового управления и коммуникации с человеком, видеокамеру с сервоприводом, лидар, блок связи с сетью интернет и внешними устройствами управления, блок микрофонов, возможность звукового воспроизведения, блок мониторинга окружающей среды.These disadvantages are overcome in the claimed technical solution by the fact that the claimed technical solution additionally contains the possibility of voice control and communication with a person, a video camera with a servo drive, a lidar, a communication unit with the Internet and external control devices, a microphone unit, the possibility of sound playback, an environmental monitoring unit ...

При исследовании уровня развития техники не выявлены решения, тождественные заявляемому решению. В заявляемом решении применены особенности конструкции, с целью расширения арсенала технических средств содержащей: моторы для движения; компьютер, несколько микроконтроллеров; блок памяти; датчики температуры, давления, влажности, детектор газа, дыма, ультразвуковые датчики расстояния, лазерные датчики расстояния, инерциальные измерительные модули; датчик движения, присутствия биологического объекта (человека или животного); лидар; беспроводные интерфейсы Wi-Fi, Блютуз, 3G, 4G, 5G; видеокамеру и привод для поворота на 90 градусов; 3D видеокамеру с измерением глубины изображения, микрофоны; динамики; аккумуляторную батарею с возможностью самостоятельной зарядки через контакты в нижних упорах; устройство с виртуальным ассистентом (типа Алиса, Маруся, Алекса).When researching the level of technology development, no solutions have been identified that are identical to the claimed solution. In the claimed solution, design features are used, in order to expand the arsenal of technical means containing: motors for movement; computer, several microcontrollers; memory block; temperature, pressure, humidity sensors, gas and smoke detectors, ultrasonic distance sensors, laser distance sensors, inertial measuring modules; motion sensor, presence of a biological object (human or animal); lidar; wireless interfaces Wi-Fi, Bluetooth, 3G, 4G, 5G; a video camera and a drive for turning by 90 degrees; 3D video camera with image depth measurement, microphones; speakers; rechargeable battery with the possibility of self-charging through the contacts in the lower stops; a device with a virtual assistant (such as Alice, Maroussia, Alex).

Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является расширение арсенала технических средств при создании мобильных роботов, а также отмеченное в уровне техники недостаточное удобство эксплуатации роботов известных конструкций. Заявляемая полезная модель разработана для того, чтобы решить вышеуказанную проблему и повысить эффективность работы робота, увеличить удобство и бесперебойность работы. Удобство размещения всех элементов мобильного коммуникационного робота в единой комплектации обеспечивает удобство его эксплуатации. The technical problem to be solved by the claimed utility model is the expansion of the arsenal of technical means for the creation of mobile robots, as well as the lack of ease of use of robots of known designs noted in the prior art. The claimed utility model is developed in order to solve the above problem and increase the efficiency of the robot, increase the convenience and uninterrupted operation. Convenient placement of all elements of a mobile communication robot in a single set ensures the convenience of its operation.

Цель разработки заявляемого технического решения - расширение функциональных возможностей применения робота, в частности, удобства коммуникации с человеком и возможности применения в условиях подключения «умного дома».The purpose of the development of the proposed technical solution is to expand the functionality of using the robot, in particular, the convenience of communication with a person and the possibility of using it in conditions of connecting a "smart home".

Техническая задача настоящей полезной модели заключается в создании умного мобильного коммуникационного робота такой конструкции, которая бы расширяла сферу его использования, была более удобна в эксплуатации, экономична с точки зрения потерь энергии, а также удобна в использовании.The technical task of the present utility model is to create an intelligent mobile communication robot of such a design that would expand the scope of its use, be more convenient in operation, economical in terms of energy losses, and also convenient to use.

Техническим результатом заявленной полезной модели является, прежде всего, реализация совокупности технических элементов конструкции, позволяющих расширить арсенал технических средств, что ведет к повышению эффективности работы мобильного коммуникационного робота.The technical result of the claimed utility model is, first of all, the implementation of a set of technical structural elements that allow expanding the arsenal of technical means, which leads to an increase in the efficiency of the mobile communication robot.

Технический результат достигается тем, что заявляемый мобильный коммуникационный робот содержит виртуальный ассистент с голосовым управлением и коммуникации с человеком, видеокамеру с сервоприводом, лидар, блок связи с сетью интернет и внешними устройствами управления, блок микрофонов, возможность звукового воспроизведения, блок мониторинга окружающей среды. Тем самым эффективно повышается стабильность работы оборудования по сравнению с работой известных подобных роботов.The technical result is achieved by the fact that the claimed mobile communication robot contains a virtual assistant with voice control and communication with a person, a video camera with a servo drive, a lidar, a communication unit with the Internet and external control devices, a microphone unit, the ability to play sound, an environmental monitoring unit. This effectively increases the stability of the equipment in comparison with the operation of known similar robots.

Сущность полезной модели выражается в совокупности существенных признаков, достаточной для реализации его назначения.The essence of a utility model is expressed in a set of essential features sufficient to implement its purpose.

Сущность заявляемого технического решения состоит в том, что мобильный коммуникационный робот включает закрытый сборный корпус с платформой и установленными внутри сборного корпуса на платформе двумя задними приводными колесами, управляемыми электромоторами, и передним колесом, свободно вращающимся вокруг своей оси, бортовым компьютером, бортовой сетью с датчиками и блоком питания, блоком памяти, блоком датчиков расстояний, блоком датчиков позиционирования и навигации, коммуникационным блоком, датчиками слежения за пространством и гироскопом, причем сборный корпус накрыт сверху куполообразной крышкой, в которой выполнены прорези для свободного распространения звука и для обеспечения съемки, а по бокам к сборному корпусу закреплены ручки для его подъема и переноски, при этом платформа служит базовым элементом для закрепления в общую сборочную конструкцию всех компонентов робота, два задних приводных колеса, управляемых электромоторами с драйвером управления, выполнены ведущими, а переднее колесо выполнено ведомым, самоустанавливающимся с возможностью вращения на 360°, при этом электродвигатели постоянного тока и ведомое колесо закреплены под платформой, на которой размещены и закреплены ярусами посредством пластин крепления блок измерений и исполнения, включающий микроконтроллер управления, датчик времени, упомянутый гироскоп, магнитометр, акселерометр, датчики температур, давления, влажности, датчик движения и коммуникационный блок, включающий микроконтроллер управления, модули беспроводной связи, модуль проводной связи, модуль связи сотовой сети и модуль измерения и контроля питания, блок питания, содержащий аккумуляторную батарею, модуль понижения-повышения и модуль стабилизации и фильтрации входного питания и выполненный с узлом зарядки аккумуляторной батареи от внешнего зарядного устройства, упомянутый бортовой компьютер, предназначенный для построения автономной навигационной системы и управления всеми блоками робота через бортовую вычислительную сеть, вентилятор охлаждения, предназначенный для охлаждения драйверов моторов и бортового компьютера, динамик, микрофоны, ультразвуковой датчик расстояния, лазерный датчик расстояния, оптический сканер кругового обзора пространства - лидар, видеокамера с мотором и блок с виртуальным ассистентом, при этом все компоненты соединены между собой отдельными проводами.The essence of the proposed technical solution lies in the fact that the mobile communication robot includes a closed prefabricated body with a platform and two rear drive wheels, controlled by electric motors, installed inside the prefabricated body on the platform, and a front wheel freely rotating around its axis, an on-board computer, an on-board network with sensors and a power supply unit, a memory unit, a distance sensor unit, a positioning and navigation sensor unit, a communication unit, space tracking sensors and a gyroscope, and the prefabricated body is covered on top with a dome-shaped cover, in which slots are made for free propagation of sound and to ensure shooting, and along handles for lifting and carrying it are fixed on the sides to the assembled body, while the platform serves as a base element for fixing all the robot's components into the general assembly structure, two rear drive wheels controlled by electric motors with a control driver are made leading, and the front its wheel is made driven, self-aligning with the possibility of rotation through 360 °, while the DC motors and the driven wheel are fixed under the platform, on which the measurement and execution unit is located and fixed in tiers by means of fastening plates, including a microcontroller, a time sensor, the mentioned gyroscope, a magnetometer , accelerometer, temperature, pressure, humidity sensors, motion sensor and communication unit, including microcontroller, wireless communication modules, wired communication module, cellular network communication module and power measurement and control module, power supply unit containing a rechargeable battery, buck-boost module and a module for stabilizing and filtering the input power and made with a battery charging unit from an external charger, said on-board computer designed to build an autonomous navigation system and control all robot units through an on-board computer network, ventilator a cooling device designed to cool the drivers of motors and an on-board computer, speaker, microphones, an ultrasonic distance sensor, a laser distance sensor, an optical scanner for a circular view of space - a lidar, a video camera with a motor and a unit with a virtual assistant, while all components are connected to each other by separate wires ...

Сущность мобильного коммуникационного робота поясняется чертежами фиг.1-4 и схемой фиг.5.The essence of the mobile communication robot is illustrated by the drawings of Figs. 1-4 and the diagram of Fig. 5.

На фиг.1 изображен внешний вид мобильного коммуникационного робота слева-снизу. Figure 1 shows the appearance of a mobile communication robot from the left-bottom.

На фиг. 2. изображен внешний вид мобильного коммуникационного робота справа-сверху.FIG. 2. shows the appearance of a mobile communication robot from the right-top.

На фиг. 3. изображен вид мобильного коммуникационного робота без сборного корпуса слева.FIG. 3 shows a view of a mobile communication robot without a prefabricated body on the left.

На фиг. 4. изображен вид мобильного коммуникационного робота без сборного корпуса справа.FIG. 4 shows a view of a mobile communication robot without a prefabricated body on the right.

На фиг. 5. изображена функциональная схема локальной вычислительной сети мобильного робота с подключенными к ней элементами, где применены следующие обозначения:FIG. 5. shows a functional diagram of a local computer network of a mobile robot with elements connected to it, where the following designations are applied:

Канал связи с глобальной сетью Интернет

Communication channel with the global Internet network

Шина питания

Power bus

Информационная шина

Data bus

Заявляемое техническое решение проиллюстрировано с помощью фиг.1-5, где:The claimed technical solution is illustrated using FIGS. 1-5, where:

1 - платформа; 1 - platform;

2 - кнопка включения/выключения робота;2 - robot on / off button;

3 - ручки;3 - handles;

4 - ультразвуковой датчик расстояния;4 - ultrasonic distance sensor;

5 - виртуальный ассистент;5 - virtual assistant;

6 - лазерный датчик расстояния;6 - laser distance sensor;

7 - ведомое колесо;7 - driven wheel;

8 - левое ведущее колесо;8 - left driving wheel;

9 - правое ведущее колесо;9 - right driving wheel;

10 - электромотор правого ведущего колеса;10 - electric motor of the right driving wheel;

11 - электромотор левого ведущего колеса;11 - left drive wheel electric motor;

12 - коммуникационный блок;12 - communication block;

13 - бортовой компьютер управления;13 - on-board control computer;

14 - драйвер управления моторами;14 - motor control driver;

15 - вентилятор охлаждения;15 - cooling fan;

16 - микрофон;16 - microphone;

17 - динамик;17 - speaker;

18 - оптический сканер кругового обзора пространства лидар;18 - optical scanner of a circular view of the lidar space;

19 - видеокамера;19 - video camera;

20 - мотор видеокамеры;20 - video camera motor;

21 - источник питания аккумуляторная батарея;21 - power source storage battery;

22 - блок питания;22 - power supply unit;

23 - блок измерений и исполнения;23 - block of measurements and execution;

24 - разъем для зарядки аккумуляторной батареи;24 - connector for charging the storage battery;

25 - стойки крепления пластин между собой;25 - racks for fastening the plates to each other;

26 - пластины крепления;26 - mounting plates;

27 - цилиндрический сборный корпус;27 - cylindrical prefabricated body;

28 - куполообразная крышка.28 - domed cover.

Мобильный коммуникационный робот содержит платформу 1, которая служит базовым элементом для закрепления в общую сборочную конструкцию всех его компонентов. Платформа 1 установлена на трех колесах 7, 8, 9 для перемещения по опорной поверхности, два из которых 8 и 9 выполнены ведущими и оснащены каждый отдельным электромотором, соответственно 11 и 10, при этом одно колесо 7 выполнено ведомым, самоустанавливающимся с возможностью вращения на 360°. Электродвигатели постоянного тока и ведомое колесо закреплены под платформой. На платформе размещены и закреплены в несколько ярусов на пластинах крепления 26 следующие элементы. Блок измерений и исполнения 23, представляет собой прямоугольную плату с расположенными на ней необходимыми для работы блока электронными компонентами и разъемами. Этот блок включает в свой состав микроконтроллер управления, датчик времени, гироскоп, магнитометр, акселерометр, датчики температур, давления, влажности, а также датчик движения. Коммуникационный блок 12 представляет собой прямоугольную плату с расположенными на ней необходимыми для работы блока электронными компонентами и разъемами. Этот блок включает в свой состав микроконтроллер управления, модули беспроводной связи (Wi-Fi, Bluetooth), модуль проводной связи локальной вычислительной сети (LAN), модуль связи сотовой сети по стандартам 3G, 4G, 5G, а также модуль измерения и контроля питания.The mobile communication robot contains a platform 1, which serves as a base element for fixing all its components into a common assembly structure. The platform 1 is installed on three wheels 7, 8, 9 for moving along the supporting surface, two of which 8 and 9 are made leading and equipped with each individual electric motor, 11 and 10, respectively, while one wheel 7 is made driven, self-aligning with the possibility of 360 rotation °. DC motors and driven wheel are fixed under the platform. The following elements are placed on the platform and fixed in several tiers on fastening plates 26. Measurement and execution unit 23 is a rectangular board with electronic components and connectors necessary for the unit operation. This unit includes a microcontroller, a time sensor, a gyroscope, a magnetometer, an accelerometer, temperature, pressure, humidity sensors, and a motion sensor. The communication block 12 is a rectangular board with electronic components and connectors necessary for the operation of the block located on it. This unit includes a control microcontroller, wireless communication modules (Wi-Fi, Bluetooth), a wired local area network (LAN) module, a cellular network communication module using 3G, 4G, 5G standards, and a power metering and control module.

Блок питания 22 с аккумуляторной батареей 21, предназначен для обеспечения автономного питания, как электродвигателей, так и всех компонентов робота и содержит модуль понижения-повышения и модуль стабилизации и фильтрации входного питания. Данный блок 22 выполнен с узлом зарядки аккумуляторной батареи от внешнего зарядного устройства через разъем 24 для зарядки аккумуляторной батареи 21 или бесконтактным способом через систему беспроводной зарядки аккумуляторных батарей.Power supply unit 22 with battery 21 is designed to provide autonomous power supply for both electric motors and all robot components and contains a step-down-increase module and a stabilization and filtering module for input power. This unit 22 is made with a unit for charging the storage battery from an external charger through the connector 24 for charging the storage battery 21 or contactlessly through the wireless charging system.

Бортовой компьютер управления 13 предназначен для построения автономной навигационной системы и для управления всеми блоками робота через бортовую вычислительную сеть.The on-board control computer 13 is designed to build an autonomous navigation system and to control all robot units via the on-board computer network.

Драйвер управления моторами 14 служит для управления вращением колес 8 и 9 и поворотом видеокамеры19.The motor control driver 14 is used to control the rotation of wheels 8 and 9 and the rotation of the video camera 19.

Вентилятор охлаждения 15 предназначен для охлаждения драйверов моторов 14 и основного бортового компьютера управления 13.Cooling fan 15 is designed to cool the motor drivers 14 and the main on-board control computer 13.

Динамик 17 предназначен для воспроизведения звуковых сигналов, а несколько микрофонов 16 предназначены для определения направления источника звука.Speaker 17 is designed to reproduce sound signals, and several microphones 16 are designed to determine the direction of the sound source.

Ультразвуковой датчик расстояния 4 предназначен для определения препятствий, а лазерный датчик расстояния 6 - для определения уровня опорной поверхности, при этом оптический сканер кругового обзора пространства - лидар 18 предназначен для кругового сканирования пространства для построения навигационной карты.The ultrasonic distance sensor 4 is designed to detect obstacles, and the laser distance sensor 6 is designed to determine the level of the reference surface, while the optical scanner of the circular view of space - lidar 18 is designed for circular scanning of the space to build a navigation map.

Видеокамера 19 для фото и видеосъёмки с мотором 20 для поворота, чтобы видеокамера могла охватить большой угол по вертикали.Camcorder 19 for photo and video filming with motor 20 for rotation, so that the camcorder can cover a large vertical angle.

Блок, содержащий виртуального ассистента 5, для общения с человеком и передачи голосовых команд роботу.A block containing a virtual assistant 5 for communicating with a person and transmitting voice commands to the robot.

Все компоненты соединены между собой отдельными проводами или шлейфами, на рисунках не показаны.All components are interconnected by separate wires or loops, not shown in the figures.

Сверху вся конструкция накрывается куполообразной крышкой 28, в которой сделаны прорези для свободного распространения звука от виртуального ассистента 5 и для обеспечения сьемки поворотной видеокамерой 19.From above, the entire structure is covered with a dome-shaped cover 28, in which slots are made for the free propagation of sound from the virtual assistant 5 and to provide filming with a PTZ video camera 19.

По бокам к сборному корпусу крепятся ручки 3 для подъема и переноски робота.On the sides, handles 3 are attached to the assembled body for lifting and carrying the robot.

Мобильный коммуникационный робот работает следующим образом: The mobile communication robot works as follows:

После включения робота через кнопку включения/выключения питания 2, напряжение от источника питания аккумуляторной батареи 21 через блок питания 22 подается на блок виртуального ассистента 5, на блок основного компьютера 13, на блок управления и связи 12, на блок измерений и исполнения 23, лидар 18, блок питания 22. After turning on the robot through the power on / off button 2, the voltage from the battery power supply 21 through the power supply unit 22 is supplied to the virtual assistant unit 5, to the main computer unit 13, to the control and communication unit 12, to the measurement and execution unit 23, lidar 18, power supply 22.

Дальше от соответствующих блоков напряжение подается на ультразвуковой датчик 4, лазерный датчик расстояния 6, микрофон 16, видеокамера 19, мотор для вращения видеокамеры 20. Further from the corresponding units, the voltage is applied to the ultrasonic sensor 4, the laser distance sensor 6, the microphone 16, the video camera 19, the motor for rotating the video camera 20.

Одновременно запускается вентилятор 15 для охлаждения основного компьютера 13 и драйверов моторов 14.At the same time, fan 15 is started to cool the main computer 13 and the motor drivers 14.

После загрузки основной компьютер 15 устанавливают связь между собой и блоками измерений и исполнения 23, блоком управления и связи 12 по шине, и в дальнейшем происходит постоянный обмен данными между ними по коммуникационной шине.After booting, the main computer 15 establishes communication with each other and the measurement and execution units 23, the control and communication unit 12 via the bus, and then there is a constant exchange of data between them via the communication bus.

Также после подачи напряжения происходит установления связи с сетью интернет через подключение к доступной сети Wi-Fi основного компьютера 13 и блока виртуального ассистента 5. После подключения к сети робот находится в постоянном ожидании управляющих команд от пользователя переданных через виртуального ассистента 5.Also, after the voltage is applied, a connection with the Internet is established through a connection to the available Wi-Fi network of the main computer 13 and the virtual assistant unit 5. After connecting to the network, the robot is constantly waiting for control commands from the user transmitted through the virtual assistant 5.

После запуска блок измерений и исполнения 23 начинает считывать показатели с датчиков температуры, влажности, давления, состояния окружающей среды, данные с акселерометра, гироскопа, магнитометра, а также с ультразвукового 4 и лазерного датчиков 6 и передавать эти данные в основной компьютер 13.After starting, the measurement and execution unit 23 begins to read indicators from the sensors of temperature, humidity, pressure, environmental conditions, data from the accelerometer, gyroscope, magnetometer, as well as from ultrasonic 4 and laser sensors 6 and transmit these data to the main computer 13.

Считанные и обработанные показания с датчиков периодически передаются основным компьютером 13 на облачный сервер через сеть интернет, где в дальнейшем доступны в любой момент для пользователя через приложение либо через личный кабинет на веб сайте. The read and processed readings from the sensors are periodically transmitted by the main computer 13 to the cloud server via the Internet, where they are subsequently available at any time for the user through the application or through a personal account on the website.

Основной компьютер 13 постоянно производит получение и обработку данных с лидара 18 и блока измерений и исполнения 23 для определения расстояние до окружающих объектов и оценивает окружающее пространство. По результатам обработки данных составляется виртуальная карта помещения. Эти данные позволяют мобильному роботу целенаправленно двигаться по заданному маршруту. The main computer 13 constantly receives and processes data from the lidar 18 and the measurement and execution unit 23 to determine the distance to surrounding objects and estimates the surrounding space. Based on the results of data processing, a virtual map of the room is drawn up. This data allows the mobile robot to move purposefully along a given route.

Основным компьютером 13 определяется скорость вращения каждого из ведущих колес 8 и 9, необходимая для отработки определенного маршрута. Для этого в зависимости от целей управляющего алгоритма на моторы 10, 11 подается через драйвер для моторов 14 напряжение, обеспечивающее величину скорости вращения каждого из ведущих колес 8 и 9, необходимой для отработки определенного маршрута. The main computer 13 determines the speed of rotation of each of the driving wheels 8 and 9 required to work out a certain route. For this, depending on the goals of the control algorithm, the motors 10, 11 are supplied through the driver for the motors 14 with a voltage that provides the speed of rotation of each of the driving wheels 8 and 9 required to work out a certain route.

Во время движения робот анализируют данные, получаемые с лидара 18, ультразвукового 4 и лазерных датчиков 6 и с помощью алгоритмов оценивает ситуацию. Робот может произвольно перемещаться по помещению, выполняя команды пользователя, избегая препятствий и ориентироваться по построенной им же карте, определяя свое положение на ней. При нахождении препятствия, мешающего роботу продолжить движение, робот меняет маршрут для избегания препятствия. While moving, the robot analyzes the data received from the lidar 18, ultrasonic 4 and laser sensors 6 and, using algorithms, evaluates the situation. The robot can freely move around the room, following the user's commands, avoiding obstacles and navigating along the map it has built, determining its position on it. When an obstacle is found that prevents the robot from continuing to move, the robot changes its route to avoid the obstacle.

Благодаря микрофонам 16 робот осуществляет звуковую оценку окружающей среды и может определять направление источника речи пользователя, в этом случае он осуществляет самостоятельный поворот в сторону направления источника звука. Thanks to the microphones 16, the robot carries out a sound assessment of the environment and can determine the direction of the source of the user's speech, in this case it makes an independent turn towards the direction of the sound source.

При необходимости через динамик 17 основной компьютер может воспроизводить музыкальные или речевые сообщения и сигналы.If necessary, through the speaker 17, the main computer can reproduce musical or voice messages and signals.

Для управления роботом пользователь может давать ему голосовые команды через виртуального ассистента 5. To control the robot, the user can give him voice commands through the virtual assistant 5.

Видеокамера 19 направлена по направлению движения мобильного робота. С помощью мотора для вращения камеры 20 основной компьютер 13 через блок измерений и исполнения 23 и может изменять угол наклона видеокамеры 19. The video camera 19 is directed in the direction of movement of the mobile robot. With the help of a motor for rotating the camera 20, the main computer 13 through the measurement and execution unit 23 and can change the angle of inclination of the video camera 19.

Робот производит по желанию пользователя видеосъемку и передает этот видеопоток на сервер через подключение основного компьютера к сети интернет через доступный Wi-Fi, откуда пользователь может его просматривать со своего смартфона или компьютера, подключенного к сети Интернет. The robot makes, at the user's request, video filming and transmits this video stream to the server through the connection of the main computer to the Internet via available Wi-Fi, from where the user can view it from his smartphone or computer connected to the Internet.

Зарядка робота осуществляется с помощью внешнего зарядного устройства, которое вручную подключается к разъёму 24. Зарядка происходит от бытовой сети 220 вольт. Переноска робота к месту зарядки или для перемещения происходит за ручки 3.The robot is charged using an external charger, which is manually connected to connector 24. Charging takes place from a 220 volt household network. The robot is transported to the charging point or for moving by the handles 3.

По сравнению с известными конструкциями роботов, заявляемая конструкция обладает универсальностью. Область применения заявляемой конструкции значительно шире, чем у известных аналогов. Compared with the known designs of robots, the claimed design is versatile. The scope of the claimed design is much wider than that of the known analogs.

Возможность многократного воспроизведения заявляемой конструкции мобильного коммуникационного робота проистекает из способа ее промышленной комплектации, что позволяет воспроизводить заявляемого мобильного коммуникационного робота в промышленных масштабах. The possibility of multiple reproduction of the claimed design of a mobile communication robot arises from the method of its industrial configuration, which makes it possible to reproduce the claimed mobile communication robot on an industrial scale.

Подобное сочетание универсальности, достижения возможности многократного воспроизведения с относительной простотой изготовления в прототипе не достигнуто. Such a combination of versatility, the achievement of the possibility of repeated reproduction with relative ease of manufacture in the prototype has not been achieved.

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение соответствует критериям «новизна» и «промышленная применимость»Based on the foregoing, it can be concluded that the claimed technical solution meets the criteria of "novelty" and "industrial applicability"

Claims

Mobile communication robot, including a closed prefabricated body with a platform and two rear drive wheels installed inside the prefabricated body on the platform, controlled by electric motors, and a front wheel freely rotating around its axis, an on-board computer, an on-board network with sensors and a power supply, a memory unit, a block distance sensors, a positioning and navigation sensor unit, a communication unit, space tracking sensors and a gyroscope, characterized in that the prefabricated body is covered from above with a dome-shaped cover, in which slots are made for free propagation of sound and to ensure filming, and on the sides are fixed to the prefabricated body handles for lifting and carrying it, while the platform serves as a base element for fixing all robot components into the general assembly structure, two rear drive wheels controlled by electric motors with a control driver are made leading, and the front wheel is driven, self-aligning 360 ° rotatable, while the DC motors and the driven wheel are fixed under the platform, on which the measurement and execution unit is placed and fixed in tiers by means of mounting plates, including a microcontroller, a time sensor, the mentioned gyroscope, a magnetometer, an accelerometer, temperature sensors , pressure, humidity, motion sensor and communication unit, including a microcontroller, wireless communication modules, wired communication module, cellular network communication module and a power measurement and control module, a power supply containing a battery power supply, a step-down-boost module and a stabilization module and filtration of the input power and the said on-board computer made with a battery charging unit from an external charger, designed to build an autonomous navigation system and control all robot units through an on-board computer network, a cooling fan is designed for cooling the drivers of motors and the on-board computer, a speaker, microphones, an ultrasonic distance sensor, a laser distance sensor, an optical scanner of a circular view of space - a lidar, a video camera with a motor and a unit with a virtual assistant, while all components are connected to each other by separate wires.