发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此,本发明的目的在于提出一种基于远程控制的智能家居服务机器人***。
为了实现上述目的,本发明的实施例提供一种基于远程控制智能家居服务机器人***,包括:机器人主体、网络摄像头、WiFi转串口模块、主控模块、超声测距模块、红外测距模块、九自由度运动模块和执行装置,其中,
所述网络摄像头安装于所述机器人主体的顶部,用于对所述机器人主体前方的环境信息进行拍摄,并将所述环境信息的视频流和音频流发送至外部的终端设备,所述终端设备对所述视频流和音频流进行分析并生成第一指令;
所述WiFi转串口模块连接至所述终端设备和所述主控模块,用于将所述第一指令转换为串口指令,并发送至所述主控模块;
所述超声测距模块安装于所述机器人主体的前侧面上部且连接至所述红外测距模块,用于检测所述机器人主体的多个方向上的障碍物和所述机器人主体的距离,生成超声测距信息;
所述红外测距模块安装于所述机器人主体的前侧面下部且连接至所述九自由度运动模块,用于检测所述机器人主体前方的障碍物与所述机器人主体的距离,生成红外测距信息;
所述九自由度运动模块连接至所述主控模块,用于检测所述机器人主体正前方所处的角度,生成角度信息,其中,所述九自由度运动模块包括电源端、微处理器、九自由度传感器、数码管、ADC模数转换***,用于检测机器人主体正前方所处的角度;
所述主控模块用于对接收到的所述第一指令以及所述超声测距信息、红外测距信息和角度信息进行综合分析处理以生成第二指令,将所述第二指令发送至所述执行装置,其中,所述主控模块包括:微处理器、EEPROM、定时器、中断***、串口、AD/DA***、I/O端口、电源端、滤波电路、驱动芯片,对接收到的指令和超声测距模块、红外测距模块、九自由度运动模块检测到的数据信息进行综合分析处理,发送第二指令给执行装置,从而控制执行装置完成一项或者多项工作;
此外,还包括:ARM嵌入式模块,所述ARM嵌入式模块安装于所述机器人主体的表面上,且在所述ARM嵌入式模块上安装有触摸屏,用于接收来自所述网络摄像头的视频流和音频流,并通过所述触摸屏提供网络搜索和影音播放功能;
ZigBee模块,所述ZigBee模块连接至所述主控模块和所述终端设备,用于根据所述终端设备发送的指令,通过ZigBee协议向嵌入ZigBee节点的家电设备和安防模块发送检测指令,获取所述家电设备和安防模块的状态信息,并将所述状态信息发送至所述主控模块,所述主控模块通过对所述状态信息进行分析并结合所述超声测距信息、红外测距信息和角度信息,控制所述执行装置执行对应的控制动作以控制所述家电设备和安防模块的状态;
所述执行装置根据所述第二指令执行相应的动作以进行自动避障和家电设备的控制,所述执行装置包括:运动机构和驱动模块,其中,
所述运动机构包括:第一直流伺服电机、第二直流伺服电机和导向轮,其中,所述第一直流伺服电机上安装有编码器和第一驱动轮,并且安装于所述机器人主体的底盘左侧的空槽处;所述第二直流伺服电机上安装有编码器和第二驱动轮,并且安装于所述机器人主体的底盘右侧的空槽处;所述导向轮安装于所述机器人主体的底盘前端;
所述驱动模块分别与所述第一直流伺服电机和第二直流伺服电机相连,且通过转接板与所述主控模块相连,其中,所述驱动模块包括:微处理器、EEPROM、定时器、中断***、串口、AD***、I/O端口、电源端、滤波电路、驱动芯片;
其中,所述终端设备为PC终端或移动终端,
基于远程控制的智能家居服务机器人***的工作流程如下:
步骤S11,环境信息采集;
由PC终端或者移动终端通过路由向主控模块发出数据采集指令,即第一指令,WiFi转串口模块将第一指令解析成串口指令传送给主控模块,主控模块通过WiFi转串口模块发出指令给超声测距模块、红外测距模块、九自由度运动模块和智能家居中的ZigBee节点开始采集数据;
步骤S12,环境信息传输;
超声测距模块、红外测距模块、九自由度运动模块将数据传送给主控模块,WiFi转串口模块将这些数据和智能家居中的ZigBee节点采集的数据以及网络摄像头的视频流一起通过路由返回给ARM嵌入式模块和PC终端或者移动终端;
步骤S13,控制指令处理;
主控模块对PC终端或者移动终端发出的指令结合环境信息进行分析处理并发送控制指令给运动机构、语音模块和机械手,从而使得智能家居服务机器人***执行相应的动作;
步骤S14,执行控制指令;
运动机构、语音模块和机械手接收到主控模块的执行指令后,进行安防检测、递送物体、家电控制和环境信息传输,将指令执行后的状态信息传送给PC终端或者移动终端。
在本发明的再一个实施例中,所述执行装置还包括:机械手,所述机械手连接至主控模块,包括:底座、手臂、手爪、第三和第四直流伺服电机,其中,所述手臂安装于所述底座上,所述第三直流伺服电机安装于所述手臂以驱动所述手臂上下运动,所述第四直流伺服电机安装于所述手爪上以驱动所述手爪开合运动,所述第三和第四直流伺服电机通过转接板连接至所述主控模块。
在本发明的一个实施例中,所述主控模块通过集成电路总线IIC协议与所述超声测距模块、所述红外测距模块和所述九自由度运动模块进行通信。
在本发明的另一个实施例中,所述超声测距模块检测所述机器人主体的前方、左前方和右前方的障碍物和所述机器人主体的距离。
在本发明的再一个实施例中,还包括:语音模块,所述语音模块与所述终端设备和主控模块相连,用于与所述终端设备的使用者进行语音交互,且根据所述主控模块的指令发出报警信息。
在本发明的另一个实施例中,所述终端设备为手机、平板电脑或个人计算机PC。
根据本发明实施例的基于远程控制的智能家居服务机器人***,克服传统的智能家居基于静态处理家庭信息,缺乏实时性、可移动性的不足,提供了一种高智能化,集物联网技术、视频监控技术、机器人技术于一体,具有高实时性和移动性机器人。本发明基于视频监控、无线传感器、超声波定位、移动智能机器人遥控功能及自动巡检功能,并可对室内家电设备等进行调节和控制,为家庭提供便捷的家电控制、自动避障和安全防盗等功能。此外,本发明的基于远程控制的智能家居服务机器人***可以接入外网,与外部网络进行通信,从而实现基于网络的多项丰富功能,例如:在线搜索、上网娱乐等,现多功能家庭服务。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
图1是根据本发明实施例的基于远程控制的智能家居服务机器人***的工作原理示意图。从图1中可以看出,本发明的基于远程控制的智能家居服务机器人***100可以与终端设备200、云端服务器300和家庭网关400进行通信。
具体来说,本发明的基于远程控制的智能家居服务机器人***100可以将采集到的环境信息发送给终端设备200和云端服务器300。终端设备200可以通过对上述环境信息进行分析后生成相应的控制指令,然后将控制指令发送给智能家居服务机器人***100。云端服务器300可以对来自智能家居服务机器人***100的环境信息和来自终端设备200的指令进行存储。智能家居服务机器人***100根据终端设备200的控制指令和采集到的环境信息完成相应的控制动作。此外,智能家居服务机器人***100可以通过家庭网关400对接入网络的家电设备500和安防模块600的状态进行检测,从而实时掌握家中设备的状态。其中,家电设备500例如为照明设备、空调设备等。
如图2所示,本发明实施例的基于远程控制的智能家居服务机器人***100,包括:机器人主体1、网络摄像头2、WiFi转串口模块3、主控模块4、超声测距模块5、红外测距模块6、九自由度运动模块7和执行装置8。
具体地,网络摄像头2安装于机器人主体1的顶部,用于对机器人主体1前方的环境信息进行拍摄,并将该环境信息的视频流和音频流发送至外部的终端设备200。终端设备200对视频流和音频流进行分析并生成第一指令,例如数据采集指令,用于采集机器人主体1的前方的障碍物的距离信息和角度信息等。在本发明的一个示例中,终端设备200为手机、平板电脑或个人计算机PC。
首先,网络摄像头2和主控模块4均内置有移动终端应用程序、PC终端驱动程序和应用程序,驱动程序和应用程序支持WinXP、Win7和Win8。PC终端应用程序设计工具为VS2010。并且,主控模块4同时包括移动终端应用程序支持安卓2.3、安卓4.0、安卓4.1和安卓4.2。其中,移动终端应用程序设计工具可以采用eclipse。
由于网络摄像头2包括移动终端应用程序以及PC终端应用程序,从而能够通过WiFi连接至路由,将采集到的环境信息的视频流和音频流信息传送给移动终端或者PC终端,从而移动终端或者PC终端可以得到机器人前方测距信息、避障信息和角度信息等以便控制智能服务机器人***100的运动。通过移动终端或者PC终端上的应用程序给主控模块4发送第一指令,以由主控模块4实现对执行装置8的控制,调整服务机器人运动状态。
图3是根据本发明实施例的基于远程控制的智能家居服务机器人***的PC终端控制界面示意图。
如图3所示,用户可以通过操作该PC终端控制界面,设置智能服务机器人***100的前进速度、后退速度、左转速度和右转速度等,上述设置结果均以第一指令的形式发送给智能服务机器人***100执行。此外,用户还可以通过操作该PC终端控制界面实时监控智能服务机器人***100监测的传感器的相关信息,例如左、中间、右超声波值,前方红外值等,以及向智能服务机器人***100发送指令,控制其执行取药等。
图4是根据本发明实施例的基于远程控制的智能家居服务机器人***的移动终端控制界面示意图。
如图4所示,用户可以通过操作该移动终端控制界面,设置智能家居服务机器人***100前进、向左、向右或后退、执行对不同种类的药品进行取药等功能,上述设置结果均以第一指令的形式发送给智能服务机器人***100执行。
WiFi转串口模块3连接至终端设备200和主控模块4,用于将来自终端设备200的第一指令转换为串口指令,并发送至主控模块4。即,WiFi转串口模块3解析PC电脑或者移动终端中应用程序发送的第一指令并转换为串口指令传送给主控模块4。
由PC终端或者移动终端通过路由向主控模块4发出数据采集指令,第一指令。WiFi转串口模块3将第一指令解析成串口指令传送给主控模块4。主控模块4通过WiFi转串口模块3发出指令,发送给超声测距模块5、红外测距模块6、九自由度运动模块7开始采集数据。
超声测距模块5安装于机器人主体1的前侧面上部且连接至红外测距模块6,用于检测机器人主体1的多个方向上的障碍物和机器人主体1之间的距离,生成超声测距信息。例如,超声测距模块可以检测机器人主体1的前方、左前方和右前方的障碍物和机器人主体1的距离。其中,超声测距模块5包括电源端、微处理器、超声测距传感器、数码管、ADC模数转换***等。参考图6,超声测距模块5与主控模块4通过IIC(Inter-Integrated Circuit,集成电路总线)协议进行通信。
红外测距模块6安装于机器人主体1的前侧面下部,并且连接至九自由度运动模块7,用于检测机器人主体1前方的障碍物与机器人主体1的距离,生成红外测距信息。参考图6,红外测距模块6与主控模块4通过IIC协议进行通信。红外测距模块6通过接口板连接至传感器控制板,传感器控制板进一步通过接口板接入至主控板,即主控模块4。
九自由度运动模块7连接至主控模块4,用于检测机器人主体1的正前方所处的角度,生成角度信息。参考图6,九自由度运动模块7与主控模块4通过IIC协议进行通信。需要说明的是,图6中的主控板即为主控模块4。
九自由度运动模块7通过接口板接入至主控板。其中,九自由度运动模块7包括电源端、微处理器、九自由度传感器、数码管、ADC模数转换***等,用于检测机器人主体1正前方所处的角度。
在本发明的一个示例中,超声测距模块5和九自由度运动模块7的微处理器均为AtmelMega8微处理器。
主控模块4用于对接收到的第一指令以及超声测距信息、红外测距信息和角度信息进行综合分析处理以生成第二指令,将第二指令发送至执行装置8。执行装置8根据第二指令执行相应的动作以进行自动避障和家电设备的控制。其中,主控模块4包括:微处理器、EEPROM、定时器、中断***、串口、AD/DA***、I/O端口、电源端、滤波电路、驱动芯片、10P口等构成,对接收到的指令和超声测距模块5、述红外测距模块6、九自由度运动模块7检测到的数据信息进行综合分析处理,发送第二指令给执行装置8,从而控制执行装置8完成一项或者多项工作:例如:安防检测,搬送物品,家庭娱乐,家电控制,病况监测,儿童教育,安全检查、自主运动、巡线运动、语音提醒、WiFi通讯、GPS定位、网络视频、门禁管理、智能安防、节能管理、慢病管理等。在本发明的一个示例中,主控模块4的微处理器为AtmelMega128微处理器。
执行装置8包括运动机构和驱动模块。其中,运动机构包括:第一直流伺服电机、第二直流伺服电机和导向轮。第一直流伺服电机上安装有编码器和第一驱动轮,并且安装于机器人主体1的底盘左侧的空槽处。第二直流伺服电机上安装有编码器和第二驱动轮,并且安装于机器人主体1的底盘右侧的空槽处。导向轮安装于机器人主体1的底盘前端。驱动模块分别与第一直流伺服电机和第二直流伺服电机相连,且通过转接板与主控模块4相连,用于驱动运动机构的行动。其中,驱动模块包括:微处理器、EEPROM、定时器、中断***、串口、AD***、I/O端口、电源端、滤波电路、驱动芯片、5P口等构成。例如,运动机构和驱动模块可以在主控模块4的控制下,实现自主运动和巡线运动等。
在本发明的一个实施例中,执行装置8进一步包括:机械手,其中机械手连接至主控模块4。
机械手包括底座、手臂、手爪、第三和第四直流伺服电机。其中,手臂安装于底座上,第三直流伺服电机安装于手臂以驱动所述手臂上下运动,第四直流伺服电机安装于手爪上以驱动所述手爪开合运动,第三和第四直流伺服电机通过转接板连接至主控模块4。例如,机械手可以在主控模块4的控制线实现搬送物品,将物品从A处搬至B处等。
下面以为老人测量体温的指令为例,对本发明的基于远程控制的智能家居服务机器人***的工作进行说明。
首先,从图3和图4中可以看出,用户通过PC终端或移动终端发出的第一指令,通常为广义指令,即指令内容通常为用户希望最终达成的目标,例如为老人开始测量体温。完成这个指令,需要机器人将温度计运送给老人。
用户首先通过PC终端或移动终端发出上述第一指令,第一指令的内容是为老人测量体温。WiFi转串口模块3将该第一指令转换为串口指令,并发送给主控模块4。主控模块4接收到该串口指令后,获知用户的要求是为老人测量体温,通过分析可知需要控制执行装置8运动至老人处,并将温度计递给老人。基于此,主控模块4根据上述串口指令,并结合超声测距信息、红外测距信息和角度信息,判断出老人的位置以及前方障碍物的位置,控制执行装置的运动机构首先移动至温度计的存放位置,由机械手取出温度计。然后再移动至老人的位置,将温度计递给老人。其中,温度计由于为常用搬运物品,所以温度计的存放位置可以预先通过程序存储在主控模块4中,主控模块4可以直接根据记录移动到温度计的存放位置,取出温度计。
如图5所示,在本发明的一个实施例中,本发明的基于远程控制的智能家居服务机器人***还包括:ARM嵌入式模块9,其中ARM嵌入式模块9安装于机器人主体1的表面上,并且在ARM嵌入式模块9上安装有触摸屏。其中,触摸屏的尺寸可以为7寸。
网络摄像头2进一步可以将环境信息的视频流和音频流传送给ARM嵌入式模块9。ARM嵌入式模块9接收来自网络摄像头2的视频流和音频流,并通过触摸屏提供网络搜索和影音播放功能。
在本发明的一个实施例中,ARM嵌入式模块9包括微处理器、存储器、USB无线网卡相连接安装在服务机器人顶端,接收网络摄像头2通过路由发送的视频流和音频流信息,同时也可以进行上网搜索、游戏娱乐、播放电影、播放音乐等功能。其中,ARM嵌入式模块9的微处理器可以采用型号为Cotex-A8的处理器。
在本发明的又一个实施例中,本发明的基于远程控制的智能家居服务机器人***还包括:ZigBee模块10通过串口连接至主控模块4,用于根据终端设备200发送的指令,通过ZigBee协议向嵌入ZigBee节点的家电设备和安防模块发送检测指令,获取家电设备和安防模块的状态信息,并将上述状态信息发送至主控模块4。
具体地,由PC终端或者移动终端通过路由向主控模块4发出数据采集指令,WiFi转串口模块3将指令解析成串口指令传送给主控模块4。主控模块4通过WiFi转串口模块3发出指令,发送给智能家居中的ZigBee节点开始采集数据。即终端设备200中应用程序发送的指令可以使ZigBee模块10控制嵌入ZigBee节点的家用电器,检测家用电器和安防模块的状态信息。例如,安防模块可以包括火焰检测传感器、可燃气体检测传感器和ADC模数转换***等。
主控模块4通过对家用电器和安防模块的状态信息进行分析并结合超声测距信息、红外测距信息和角度信息,控制执行装置8执行对应的控制动作,从而控制家用电器和安防模块的状态。家电控制、安防检测功能由ZigBee模块10进行ZigBee组网构成,其中搬送物品、病况监测、儿童教育、安全检查功能分别由用C#开发的PC终端应用程序或者由eclipse开发的移动终端应用程序完成。
进一步,本发明的基于远程控制的智能家居服务机器人***还包括:语音模块11,其中语音模块11与终端设备200和主控模块4相连。其中,语音模块11可以包括电源端、喇叭、微处理器和放大电路等,用于与终端设备200的使用者进行语音交换,以及根据主控模块4的指令发出报警信息。
进一步,主控模块4还用于在执行装置8完成动作后,将执行后状态信息发送给终端设备200,以便于用户及时掌握智能家居服务机器人***的工作情况。
此外,本发明实施例的智能家居服务机器人***100采用镍氢电池驱动,镍氢电池与主控模块4和ARM嵌入式模块9相连。在机器人主体1的后侧下部设置有发射型光电模块。
图7是根据本发明实施例的基于远程控制的智能家居服务机器人***的工作流程图。
步骤S11,环境信息采集。
由PC终端或者移动终端通过路由向主控模块4发出数据采集指令,即第一指令。WiFi转串口模块3将第一指令解析成串口指令传送给主控模块4。主控模块4通过WiFi转串口模块3发出指令给超声测距模块5、红外测距模块5、九自由度运动模块7和智能家居中的ZigBee节点开始采集数据。
步骤S12,环境信息传输。
超声测距模块5、红外测距模块6、九自由度运动模块7将数据传送给主控模块4,WiFi转串口模块3将这些数据和智能家居中的ZigBee节点采集的数据以及网络摄像头2的视频流一起通过路由返回给ARM嵌入式模块9和PC终端或者移动终端。
步骤S13,控制指令处理。
主控模块4对PC终端或者移动终端发出的指令结合环境信息进行分析处理并发送控制指令给运动机构、语音模块和机械手,从而使得智能家居服务机器人***100执行相应的动作。
步骤S14,执行控制指令。
运动机构、语音模块和机械手接收到主控模块4的执行指令后,进行安防检测、递送物体、家电控制和环境信息传输等,将指令执行后的状态信息传送给PC终端或者移动终端。
根据本发明实施例的基于远程控制的智能家居服务机器人***,克服传统的智能家居基于静态处理家庭信息,缺乏实时性、可移动性的不足,提供了一种高智能化,集物联网技术、视频监控技术、机器人技术于一体,具有高实时性和移动性机器人。本发明基于视频监控、无线传感器、超声波定位、移动智能机器人遥控功能及自动巡检功能,并可对室内家电设备等进行调节和控制,为家庭提供便捷的家电控制、自动避障和安全防盗等功能。此外,本发明的基于远程控制的智能家居服务机器人***可以接入外网,与外部网络进行通信,从而实现基于网络的多项丰富功能,例如:在线搜索、上网娱乐等,现多功能家庭服务。
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、材料或者特点包括于本发明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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。