CN103640019A - 一种多功能服务机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多功能服务机器人。它包括外壳、底层主控制器、电机以及行走轮，电机带动行走轮转动以供机器人移动，该底层主控制器包括，一内置Linux***的控制器，其连接有通信端口；一电机驱动单元，其控制电机的转动；一供电单元，其可给控制器和电机驱动单元提供工作电压；该机器人配有一平板电脑，平板电脑的前端界面展示有各种可供用户选择的功能操作。用户通过选择平板电脑触摸屏上展示的功能操作，实现对机器人的控制等，前端界面展示的各种功能操作例如包括对机器人进行控制的控制功能操作、音乐功能操作、教学功能操作、产品介绍、可提供相关机器人的信息等服务***监测功能操作，各项功能操作非常简单方便、更人性化设计。

Description

一种多功能服务机器人

技术领域

本发明涉及一种多功能服务机器人。

背景技术

机器人是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如家庭教育、服务业、生产业、建筑业，或是危险的工作。随着经济和科技的发展，人们对机械自能化的需求加大，例如在酒店、饭店、餐厅、食堂等服务场所，越来越注重自能化服务，但是现有的服务机器人存在功能单一、自能化程度低、操作复杂不便、缺少语音提示、没有引路功能、不能多台机器人协调操作、提供的服务缺少人性化、软件数据更新复杂麻烦等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简单方便、更人性化设计的多功能服务机器人。

上述目的是通过如下技术方案来实现的：

一种多功能服务机器人，包括外壳、底层主控制器、电机以及行走轮，底层主控制器和电机安装在外壳内，行走轮安装在外壳的底部并与电机联接，电机带动行走轮转动以供机器人移动，其特征在于：该底层主控制器包括，一内置Linux***的控制器，其连接有可与外部设备进行信息交换的通信端口；一电机驱动单元，其根据控制器发出的驱动信号控制电机的转动；一供电单元，其可给控制器和电机驱动单元提供工作电压；该机器人配有一可与通信端口建立通信连接的平板电脑以使该控制器受控于平板电脑，平板电脑的前端界面展示有各种可供用户选择的功能操作。

以上技术方案可通过以下措施作进一步改进：

上述通信端口包括USB to TTL UART端口、I2C接口、bluetooth接口以及6Pin的GPIO端口，平板电脑与bluetooth接口建立蓝牙连接。

上述外壳包括一躯体以及安装在躯体上部的头部，行走轮安装在躯体的底部，于躯体的上部、头部的前方设有一操作平台，操作平台上设有一可供平板电脑放置的容置凹槽。

上述躯体和头部上均安装有用于指示机器人状态和/或作为美观用的灯带，躯体内安装有用于播放语音和音乐的音箱，躯体的前部安装有用于指示机器人故障信息的指示灯，灯带、音箱和指示灯均与控制器连接。

上述外壳上安装有用于检测机器人周围的障碍物情况以防止机器人碰撞障碍物的避障传感器，该避障传感器与控制器连接，控制器接收该避障传感器反馈的信息；外壳上安装有用于检测机器人周围环境声音信号的声音传感器，该声音传感器与控制器连接，控制器接收该声音传感器反馈的信息；躯体的前部安装有用于检测机器人前方障碍物到机器人的距离的测距传感器，该测距传感器与控制器连接，控制器接收该测距传感器反馈的信息。

上述头部上安装有作为图像识别的输入设备或者作为一般拍照、录像使用的主摄像头，该主摄像头与控制器连接。

上述躯体的前部安装有作为图像识别的输入设备或者作为一般拍照、录像使用的副摄像头，该副摄像头与控制器连接。

控制器通过I2C接口或者bluetooth接口连接有可供第三方软件控制或分享数据的API接口。

平板电脑还连接服务器和总机，服务器在平板电脑与总机之间建立远程通信以供总机对机器人实现远程控制或者总机与机器人之间进行视频传输。

平板电脑还连接智能手机，智能手机与平板电脑在局域网内进行通信以供智能手机对机器人实现控制或者智能手机与机器人之间进行视频传输。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

（1）该多功能服务机器人，包括外壳、底层主控制器、电机以及行走轮，底层主控制器和电机安装在外壳内，行走轮安装在外壳的底部并与电机联接，电机带动行走轮转动以供机器人移动，该机器人配有一可与通信端口建立通信连接的平板电脑以使该控制器受控于平板电脑，平板电脑的前端界面展示有各种可供用户选择的功能操作，其结构简单，用户通过选择平板电脑触摸屏上展示的功能操作，实现对机器人的控制等，前端界面展示的各种功能操作例如包括对机器人进行控制的控制功能操作、可进行媒体播放、音乐播放等音乐功能操作、可与小学生进行互动教学或者看图识字等教学功能操作、产品介绍、可提供相关机器人的信息等服务***监测功能操作，各项功能操作非常简单方便、更人性化设计；

（2）上述通信端口包括USB to TTL UART端口、I2C接口、bluetooth接口以及6Pin的GPIO端口，平板电脑与bluetooth接口建立蓝牙连接，通过这些端口实现与外部设备建立通信实现控制，多个通信端口可扩展与外部设备建立通信的兼容性，平板电脑与机器人的底层主控制器通过蓝牙连接通信实现无线信息交换，能够有效地简化平板电脑与底层主控制器之间的通信；

（3）上述外壳包括一躯体以及安装在躯体上部的头部，行走轮安装在躯体的底部，于躯体的上部、头部的前方设有一操作平台，操作平台上设有一可供平板电脑放置的容置凹槽，外壳结构简单，仿似人性设计，设有操作平台且于该操作平台上设置容置凹槽便于平板电脑的放置、便于用户操作，更人性化设计；

（4）上述躯体和头部上均安装有用于指示机器人状态和/或作为美观用的灯带，躯体内安装有用于播放语音和音乐的音箱，躯体的前部安装有用于指示机器人故障信息的指示灯，灯带、音箱和指示灯均与控制器连接，灯带的闪烁可吸引用户且便于人机交流，音箱可提供语音提示，更人性化设计；

（5）上述外壳上安装有用于检测机器人周围的障碍物情况以防止机器人碰撞障碍物的避障传感器，该避障传感器与控制器连接，控制器接收该避障传感器反馈的信息；外壳上安装有用于检测机器人周围环境声音信号的声音传感器，该声音传感器与控制器连接，控制器接收该声音传感器反馈的信息；躯体的前部安装有用于检测机器人前方障碍物到机器人的距离的测距传感器，该测距传感器与控制器连接，控制器接收该测距传感器反馈的信息，多个传感器配合工作，控制器用于协调各个传感器与电机协调工作，达到控制的目的，且能够实现引路功能；

（6）上述头部上安装有作为图像识别的输入设备或者作为一般拍照、录像使用的主摄像头，该主摄像头与控制器连接；上述躯体的前部安装有作为图像识别的输入设备或者作为一般拍照、录像使用的副摄像头，该副摄像头与控制器连接；主摄像头和副摄像头可作为图像识别的输入设备，可增加机器人的控制功能，扩大适用范围，更人性化设计；

（7）控制器通过I2C接口或者bluetooth接口连接有可供第三方软件控制或分享数据的API接口，API接口为应用程序编程接口，提供机器人底层与软件控制分离操作,使机器脱离软件层仍能安全工作；第三方公司使用机器人并定制软件，可以根据硬件提供的API，设计软件时可以有更多复杂功能；现在可以由机器人的一些软件，分享数据至社交软件或者第三方硬件，如打印图片等功能；

（8）平板电脑还连接服务器和总机，服务器在平板电脑与总机之间建立远程通信以供总机对机器人实现远程控制或者总机与机器人之间进行视频传输，服务器进行转发等功能，该应用可以在任何场景进行远程呼叫机器人，并进行监测，主摄像头和副摄像头可以通过WIFI将图像信息发送至服务器，再由服务器发送至总机而进行监控；

（9）平板电脑还连接智能手机，智能手机与平板电脑在局域网内进行通信以供智能手机对机器人实现控制或者智能手机与机器人之间进行视频传输，可以通过智能手机与平板电脑在局域网内进行通信,通过智能手机的语音识别后发送数据至平板电脑，平板电脑解析数据后控制机器人，使机器人功能等到扩展，便于用户使用。

附图说明

图1为本发明的立体示意图；

图2为本发明的各部件安装位置示意图；

图3为本发明的另一角度立体示意图；

图4为本发明的再一角度立体示意图；

图5为本发明隐藏部分躯体的立体示意图；

图6为本发明控制原理示意图；

图7为本发明平板电脑工作流程图；

图8为本发明平板电脑的前端界面示意图；

图9为本发明平板电脑的演示程序示意图；

图10为本发明智能手机端的演示程序示意图。

附图标记：1底层主控制器、2电机、3行走轮、4平板电脑、51躯体、52头部、53操作平台、54容置凹槽、10控制器、101通信端口、20电机驱动单元、30供电单元、40灯带、50音箱、60指示灯、70避障传感器、80声音传感器、90测距传感器、100主摄像头、200副摄像头、300API接口、400服务器、500总机、600智能手机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1和图6所示，一种多功能服务机器人，包括外壳、底层主控制器1、电机2以及行走轮3，底层主控制器1和电机2安装在外壳内，行走轮3安装在外壳的底部并与电机2联接，电机2带动行走轮3转动以供机器人移动，

该底层主控制器1包括，一内置Linux***的控制器10，其连接有可与外部设备进行信息交换的通信端口101；一电机驱动单元20，其根据控制器10发出的驱动信号控制电机2的转动；一供电单元30，其可给控制器10和电机驱动单元30提供工作电压；

该机器人配有一可与通信端口101建立通信连接的平板电脑4以使该控制器10受控于平板电脑4，平板电脑4的前端界面展示有各种可供用户选择的功能操作。

通信端口101包括USB to TTL UART端口、I2C接口、bluetooth接口以及6Pin的GPIO端口，平板电脑4与bluetooth接口建立蓝牙连接。

外壳包括一躯体51以及安装在躯体51上部的头部52，行走轮3安装在躯体51的底部，于躯体51的上部、头部52的前方设有一操作平台53，操作平台53上设有一可供平板电脑4放置的容置凹槽54。躯体51的背部设有可开启的后盖511。

躯体51和头部52上均安装有用于指示机器人状态和/或作为美观用的灯带40，躯体51内安装有用于播放语音和音乐的音箱50，躯体51的前部安装有用于指示机器人故障信息的指示灯60，灯带40、音箱50和指示灯60均与控制器10连接，供电单元30也可给灯带40、音箱50和指示灯60提供工作电压。

外壳上安装有用于检测机器人周围的障碍物情况以防止机器人碰撞障碍物的避障传感器70，该避障传感器70与控制器10连接，控制器10接收该避障传感器70反馈的信息；

外壳上安装有用于检测机器人周围环境声音信号的声音传感器80，该声音传感器80与控制器10连接，控制器10接收该声音传感器80反馈的信息；

躯体51的前部安装有用于检测机器人前方障碍物到机器人的距离的测距传感器90，该测距传感器90与控制器10连接，控制器10接收该测距传感器90反馈的信息。供电单元30也可给避障传感器70、声音传感器80和测距传感器90供工作电压。

头部52上安装有作为图像识别的输入设备或者作为一般拍照、录像使用的主摄像头100，该主摄像头100与控制器10连接。头部52设有透光罩，主摄像头100位于透光罩内。

躯体51的前部安装有作为图像识别的输入设备或者作为一般拍照、录像使用的副摄像头200，该副摄像头200与控制器连接。

控制器10通过I2C接口或者bluetooth接口连接有可供第三方软件控制或分享数据的API接口300。API接口300可以是蓝牙无线连接或I2C协议连接。

平板电脑4还连接服务器400和总机500，服务器400在平板电脑4与总机500之间建立远程通信以供总机500对机器人实现远程控制或者总机500与机器人之间进行视频传输等。

平板电脑4还连接智能手机600，智能手机600与平板电脑4在局域网内进行通信以供智能手机600对机器人实现控制或者智能手机500与机器人之间进行视频传输等。

电机2为伺服电机，躯体51的底部设有两个行走轮2，每个行走轮2均配有一伺服电机。

如图7至图10所示，提供一个本多功能服务机器人的工作流程方案，Android是现今占据市场份额最大的***之一，其开源模式受到各个厂商的支持和使用，现服务机器人是基于Android平板开发的应用程序,在强大的硬件和网络支持下，可协同完成更多的功能。

例如其中一个控制功能,可以通过智能手机与平板电脑在局域网内进行通信,通过智能手机的语音识别后发送数据至平板电脑，平板电脑解析数据后控制机器人。如果需要远程控制，只需要增加一台服务器进行转发等功能。该应用可以在任何场景进行远程呼叫机器人，并进行监测。

平板电脑通过蓝牙与底层主控制器连接，根据协议与底层控制器通信，并提供软件接口或协议，让软件中的各部分可以进行底层通信。其工作流程图,如图7、8、9所示：

1.启动后台服务管理本地连接和蓝牙连接，准备蓝牙连接机器人和网络监听客户端连接。

2.在启动后台服务时，同时启动平板电脑的前端界面，展示各种功能操作。如图8所示，例如包括对机器人进行控制的控制功能操作、可进行媒体播放、音乐播放等音乐功能操作、可与小学生进行互动教学或者看图识字等教学功能操作、产品介绍、可提供相关机器人的信息等服务***监测功能操作等等。

如图10所示，智能手机端程序可以在局域网内连接并通信，可进行语音识别控制功能。

可根据不同领域进行更丰富的功能定制，如语音通信，视频通信，还有一些其他功能如下：

(1).远程升级管理服务

针对不同客户,或实际情况,根据订做的软件,进行远程升级和管理软件,同时可以多个机器人协同操作。利用后台服务器，可扩充更多强大的服务。

通常程序会根据用户使用的反馈进行一些功能的修改、增加或删除，此时，对用不熟悉机器人软件应用的客户，只需要提供修改的方案反馈至机器人服务公司，即可在一定周期内完成软件的更新和维护，并交付客户进行远程服务升级，而不需要客户修改或寄回公司进行修改。

(2).核心硬件分层设计，利用本机器人的API接口可以给第三方软件控制或分享数据。

提供机器人底层与软件控制分离操作,使机器脱离软件层仍能安全工作。第三方公司使用机器人并定制软件，可以根据硬件提供的API，设计软件时可以有更多复杂功能。

现在可以由机器人的一些软件，分享数据至社交软件或者第三方硬件，如打印图片等功能。

(3).提供无线网络热点，以及机器人平台信息传输。

利用硬件的热点功能，可提供其他用户进行便利上网，在网络较差时可体供临时网络功能，并且可以通过局域网更快的给联机的用户发布消息。以及通过局域网联机获取机器人动态信息，并进行操作。或远程交流，视频聊天。

在公共地方提供免费热点用于上网，并可在装有软件或者WEB浏览器上获取机器人提供的数据信息，如可供给用户读取机器人传感器的信息、共享资料等，对于维护人员则可无线操作，不需要单独回收维护，并可以对机器人进行监视，防止突发事件，及时更新机器人信息。

(4).多个机器人协调操作，实时监控.

通过远程监控多台机器人的当前传感器信息和图像数据，动态创建场景数据，可与固定安装的摄像头替代或者补充，达到安保等功能。

当操作场景比较大的时候，可以通过远程获取多台机器人的信息进行更新，根据软件实时获取画面，可构造虚拟3D场景。多个机器人协调操作，通过控制中心能够及时按照实际情况进行调度分配。

(5).非特定语音识别，音频播放等

通过识别语音命令进行简单交流操作，适用于不同人群的使用，用户通过语音命令来控制或者获取数据，音频播放功能是根据用户命令等反馈数据结果，或可发出警告声音或进行广播通知。同时也可成为流动音响，分布不同位置，达到某种声效。例：

在现实场景中，如展览会，往往需要一些维护和安装方便的机器和工具，如在布置新场景时，旧的场景需要拆卸、更换、维护等，对于一部分的机器如可编程的机器人，则可以直接远程操作节约时间。除了硬件损坏问题，皆可通过远程调试和升级机器人的软件，不需要派遣专业人员维护，带给用户方便和减少维护费用。并且可根据用户的需求，重新拟定新计划，升级和更新机器人的软件。

Claims (10)

1.一种多功能服务机器人，包括外壳、底层主控制器（1）、电机（2）以及行走轮（3），底层主控制器（1）和电机（2）安装在外壳内，行走轮（3）安装在外壳的底部并与电机（2）联接，电机（2）带动行走轮（3）转动以供机器人移动，其特征在于：

该底层主控制器（1）包括，一内置Linux***的控制器（10），其连接有可与外部设备进行信息交换的通信端口（101）；一电机驱动单元（20），其根据控制器（10）发出的驱动信号控制电机（2）的转动；一供电单元（30），其可给控制器（10）和电机驱动单元（30）提供工作电压；

该机器人配有一可与通信端口（101）建立通信连接的平板电脑（4）以使该控制器（10）受控于平板电脑（4），平板电脑（4）的前端界面展示有各种可供用户选择的功能操作。

2.根据权利要求1所述的一种多功能服务机器人，其特征在于：通信端口（101）包括USB to TTL UART端口、I2C接口、bluetooth接口以及6Pin的GPIO端口，平板电脑（4）与bluetooth接口建立蓝牙连接。

3.根据权利要求1所述的一种多功能服务机器人，其特征在于：外壳包括一躯体（51）以及安装在躯体（51）上部的头部（52），行走轮（3）安装在躯体（51）的底部，于躯体（51）的上部、头部（52）的前方设有一操作平台（53），操作平台（53）上设有一可供平板电脑（4）放置的容置凹槽（54）。

4.根据权利要求3所述的一种多功能服务机器人，其特征在于：躯体（51）和头部（52）上均安装有用于指示机器人状态和/或作为美观用的灯带（40），躯体（51）内安装有用于播放语音和音乐的音箱（50），躯体（51）的前部安装有用于指示机器人故障信息的指示灯（60），灯带（40）、音箱（50）和指示灯（60）均与控制器（10）连接。

5.根据权利要求3所述的一种多功能服务机器人，其特征在于：

外壳上安装有用于检测机器人周围的障碍物情况以防止机器人碰撞障碍物的避障传感器（70），该避障传感器（70）与控制器（10）连接，控制器（10）接收该避障传感器（70）反馈的信息；

外壳上安装有用于检测机器人周围环境声音信号的声音传感器（80），该声音传感器（80）与控制器（10）连接，控制器（10）接收该声音传感器（80）反馈的信息；

躯体（51）的前部安装有用于检测机器人前方障碍物到机器人的距离的测距传感器（90），该测距传感器（90）与控制器（10）连接，控制器（10）接收该测距传感器（90）反馈的信息。

6.根据权利要求3所述的一种多功能服务机器人，其特征在于：头部（52）上安装有作为图像识别的输入设备或者作为一般拍照、录像使用的主摄像头（100），该主摄像头（100）与控制器（10）连接。

7.根据权利要求3所述的一种多功能服务机器人，其特征在于：躯体（51）的前部安装有作为图像识别的输入设备或者作为一般拍照、录像使用的副摄像头（200），该副摄像头（200）与控制器连接。

8.根据权利要求2所述的一种多功能服务机器人，其特征在于：控制器（10）通过I2C接口或者bluetooth接口连接有可供第三方软件控制或分享数据的API接口（300）。

9.根据权利要求1至8所述的一种多功能服务机器人，其特征在于：平板电脑（4）还连接服务器（400）和总机（500），服务器（400）在平板电脑（4）与总机（500）之间建立远程通信以供总机（500）对机器人实现远程控制或者总机（500）与机器人之间进行视频传输。

10.根据权利要求1至8所述的一种多功能服务机器人，其特征在于：平板电脑（4）还连接智能手机（600），智能手机（600）与平板电脑（4）在局域网内进行通信以供智能手机（600）对机器人实现控制或者智能手机（600）与机器人之间进行视频传输。

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