智能家政服務機器人的製作方法
2023-10-27 04:09:27
專利名稱：智能家政服務機器人的製作方法
技術領域：
本發明涉及服務機器人領域，特別涉及針對1 3歲兒童的一種智能家政服務機 器人。
背景技術：
1 3歲的兒童，對周圍世界的好奇心極強、愛動手、精力充沛，但操作和思考能力 卻並不成熟，需要家長付出大量精力照看。而隨著社會事業和經濟建設的發展，人們生活節 奏加快，年輕家長照顧兒童的時間越來越少。考慮到經濟、安全、親情等因素，而且傳統的家 政從業人員素質參差不齊，家長並不放心將孩子交由他人照料，為機器人進入家政服務領 域，以替代傳統的家政服務提供了契機。對現有技術進行檢索，申請號為CN200610032660. 3的專利中描述一種家政服務機器人，包括行進裝置、感知裝置、接收裝置、發送裝置、控制裝置、 執行裝置、存儲裝置、交互裝置等；該感知裝置將在家庭居住環境內感知到的信息傳送給控 制裝置，控制裝置發出指令，執行裝置做出響應，並進行防盜監測、安全檢查、清潔衛生、物 品搬運、家電控制，以及家庭娛樂、病況監視、兒童教育、報時催醒、家用統計等工作；該技術方案的不足之處在於①方案過於繁雜，導致成本增加；②不適合1 3歲的兒童。申請號為CN200710087264. 5的專利中描述一種交互式家庭娛樂機器人及相關控制方法，包括識別裝置、環境檢測裝置、智 能裝置，行為裝置；識別裝置接收使用者所下達的輸入信號，環境檢測單元檢測背景環境信 息，智能單元根據命令信號與環境信號輸出相對應的行為信號；該發明專利涉及的機器人 能根據使用者下達的命令與背景環境來播放歌曲和執行操作，能和使用者進行互動。該技術方案的不足之處在於①智能性不足；②安全性不夠。
發明內容
本發明的目的是提供一種智能家政服務機器人，可以很好的解決現有技術中存在 的如下問題方案過於繁雜導致成本增加；不適合1 3歲的兒童；以及智能性不足；安全 性不夠的問題。本發明的目的是通過以下技術方案來實現一種智能家政服務機器人，包括監測單元，與智能單元相連，用於把監測到的環境信息發送給智能單元；交互單元，與智能單元相連，用於將接收到的指令發送給智能單元；智能單元，與監測單元、交互單元、動作單元相連，用於將環境信息和指令轉化為 動作指令，並將動作指令發送給動作單元；動作單元，與智能單元相連，用於根據動作指令實施相應動作；監測單元包括攝像機、超聲傳感器、紅外傳感器、光電編碼器和水平儀。
交互單元包括遙控模塊、信息接收與顯示模塊；遙控模塊優選為智能家居多功能 遙控器，在室內的作用距離不少於30米，在室外的作用距離不少於50米，以保證對家政服 務機器人的有效控制；所述信息接收與顯示模塊中控制面板LED顯示器可顯示智能家政服 務機器人的工作模式和工作狀態，可播放視頻，使用揚聲器可實現語音的放大，USB接口使 用戶可自行選擇下載音樂。智能單元包括圖像處理卡，數據採集卡，ARM控制器；其中，ARM控制器包括 ARM920T微處理器核，ROM, RAM, A/D轉換晶片，D/A轉換晶片，JTAG調試接口等；其中，所述 圖像處理卡連接所述攝像機，所述數據採集卡連接所述超聲傳感器、紅外傳感器、光電編 碼器和水平儀。動作單元採用後輪獨立驅動，前輪隨動；動作單元由2個直流伺服電機、2個減速 箱、2個驅動輪、2個光電編碼器、1個直流伺服電機驅動電路組成；其中2個直流伺服電機 通過直流伺服電機驅動電路與智能單元3連接，2個直流伺服電機的轉軸分別與2個減速箱 以及光電編碼器連接，2個減速箱分別和2個驅動輪連接；1個隨動輪安裝在底座正前方。交互單元控制面板上的按鈕設有特殊鍵，通過與其他按鍵一起構成死鎖鍵，而且， 將智能家政服務機器人的控制面板設置於合適的位置，從軟體上和硬體上減少因兒童誤操 作或碰撞造成的工作模式錯誤引起的危險係數。智能家政服務機器人的特徵在於工作模式包括自動模式、手動模式和遙控模式。智能單元通過避障策略實現智能家政服務機器人的有效避障，機器人紅外傳感器 可探測4根定位標杆所發射的紅外線，用於機器人特定區域漫遊的邊界確定與避障，光電 編碼器測量機器人驅動輪的速度，用於閉環控制和危險告警，水平儀測量機器人傾角，用於 危險告警；在自動模式的大範圍區域中，採用視覺傳感器結合超聲傳感器進行導航定位與 緊急避障；在特定區域裡，除了採用視覺傳感器結合超聲傳感器進行導航定位和緊急避障 外，還採用紅外傳感器探測定位標杆發出的紅外線，作為運動邊界。供電裝置採用化學可充電電池，電池容量滿足充電一次工作2個小時以上；四周 安裝減震氣囊，儘量減少對人造成傷害。本發明的有益效果1、安全性能顯著；2、使用針對性強；3、設計巧妙，成本低。
下面根據附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。圖1是本發明實施例所述的一種智能家政服務機器人的裝置組成及信息傳遞圖；圖2是本發明實施例所述的一種智能家政服務機器人中監測單元、智能單元、交 互單元的結構組成及相互之間信息交互圖；圖3是一種智能家政服務機器人的操作方法流程圖。
具體實施例方式如圖1至3所示，給出本發明所述的一種智能家政服務機器人，包括監測單元1，與智能單元3相連，用於將監測到的環境信息發送給智能單元3 ；監測單元1包括用於測量距離的超聲傳感器101，用於探測定位標杆所發射紅外 線的紅外傳感器102，用於測量機器人驅動輪速度的光電編碼器103，以及用於測量機器人和水平面傾角的水平儀104，用於拍攝障礙物圖像的攝像機105 ；交互單元2，與智能單元3相連，用於將接收到的指令發送給智能單元3 ；交互單元 2包括信息接收與顯示模塊201和遙控模塊202。遙控模塊202優選為智能家居多功能遙控器，在室內的作用距離不少於30米，在 室外的作用距離不少於50米，以保證對家政服務機器人的有效控制；智能單元3與監測單元1、交互單元2、動作單元4連接，用於將環境信號和指令轉 換為動作指令，並將動作指令發送給動作單元4 ；具體的，智能單元3包括數據採集卡301，圖像處理卡302，ARM控制器303，其中， ARM控制器303包括ARM920T微處理器核，ROM, RAM, A/D轉換晶片，D/A轉換晶片，JTAG調 試接口等；其中，數據採集卡301連接超聲傳感器101、紅外傳感器102、光電編碼器103和 水平儀104，圖像處理卡302連接攝像機105。動作單元4，與智能單元3相連，用於根據動作指令實施相應動作，動作單元4採用 後輪獨立驅動，前輪隨動，動作單元4由2個直流伺服電機、2個減速箱、2個驅動輪、2個光 電編碼器、1個直流伺服電機驅動電路組成，其中2個直流伺服電機通過直流伺服電機驅動 電路與智能單元3連接，2個直流伺服電機的轉軸分別與2個減速箱以及光電編碼器連接， 2個減速箱分別和2個驅動輪連接；1個隨動輪安裝在底座正前方。該智能家政服務機器人的操作方法如圖3所示機器人啟動後，可由控制面板或遙控模塊202設置工作模式。具體的，工作模式包 括自動模式、手動模式和遙控模式。遙控模式優先級最高；自動模式和手動模式優先級相同，但不能同時使用，自動模 式或手動模式的優先級低於遙控模式。所以當處於自動模式或手動模式時如果遇到遙控指 令，將轉向遙控模式執行。遙控器在家長手中，通過操作遙控器上的方向操縱杆來控制機器人行進方向，通 過遙控器上的按鈕來設置工作模式、執行影音播放功能等。手動模式下，兒童駕駛機器人，方向盤控制機器人行進方向。若小孩出現操作失 誤，例如駕駛機器人向障礙物衝去，則家長給出遙控指令，轉向安全方向。在自動模式，家政服務機器人體現智能性。機器人通過自身傳感器不斷探測周圍 環境信息，環境信息包括超聲傳感器101反饋的距離信息，紅外傳感器102探測到的4根 定位標杆所發射的紅外線，光電編碼器103測量出的機器人驅動輪的速度，水平儀104測量 出的家政服務機器人的傾角，攝像頭105拍攝到的障礙物信息等。具體的，攝像頭105將拍攝到的障礙物信息傳送給圖像處理卡302，超聲傳感器 101反饋的距離信息、紅外傳感器102探測到的4根定位標杆所發射的紅外線、光電編碼器 103測量出的機器人驅動輪的速度、水平儀104測量出的家政服務機器人的傾角均發送給 數據採集卡301。智能單元3對接收到的環境信息進行數據處理，信息融合，構建環境實時地圖。然 後依次判斷是否為紅外邊界，前方是否有障礙物。若是，則按避障策略移動(紅外邊界按障 礙物處理)；若否，則按程序預定策略漫遊。智能單元3中ARM控制器303生成對應的動作 指令，並將動作指令發送給動作單元4，動作單元4執行上述動作指令。若家長想改變機器 人漫遊路徑，可以給出遙控指令，機器人轉到遙控器期望路逕行駛。
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三種工作模式都有安全檢測環節，若經光電編碼器檢測到機器人啟動後長時間速 度為零說明機器人出現了故障，可驅動揚聲器報警；水平儀測量機器人與水平面的傾角，若 傾角大於設置的安全值，說明機器人有傾倒的危險，或已經傾倒，可驅動揚聲器報警。最後判斷是否結束，若是，則機器人停車，關閉電源；若否，則按相應模式繼續行 進，其中結束指令可以由遙控器直接給出，或定時結束。
權利要求
一種智能家政服務機器人，包括監測單元，與智能單元相連，用於把監測到的環境信息發送給所述智能單元；交互單元，與所述智能單元相連，用於將接收到的指令發送給所述智能單元；智能單元，與所述監測單元、所述交互單元、所述動作單元相連，用於將所述環境信息和所述指令轉化為動作指令，並將所述動作指令發送給所述動作單元；動作單元，與所述智能單元相連，用於根據所述動作指令實施相應動作。
2.根據權利要求1所述智能家政服務機器人，其特徵在於，所述監測單元包括攝像 機、超聲傳感器、紅外傳感器、光電編碼器和水平儀。
3.根據權利要求1所述智能家政服務機器人，其特徵在於所述交互單元包括遙控模 塊、信息接收與顯示模塊；所述遙控模塊優選為智能家居多功能遙控器，在室內的作用距離 不少於30米，在室外的作用距離不少於50米，以保證對家政服務機器人的有效控制，所述 信息接收與顯示模塊中控制面板LED顯示器可顯示智能家政服務機器人的工作模式和工 作狀態，可播放視頻，使用揚聲器可實現語音的放大，USB接口使用戶可自行選擇下載音樂。
4.根據權利要求1所述智能家政服務機器人，其特徵在於所述智能單元包括圖像處理 卡，數據採集卡，ARM控制器；其中，ARM控制器包括ARM920T微處理器核，ROM, RAM, A/D轉 換晶片，D/A轉換晶片，JTAG調試接口等；其中，所述圖像處理卡連接所述攝像機，所述數據 採集卡連接所述超聲傳感器、紅外傳感器、光電編碼器和水平儀。
5.根據權利要求1所述智能家政服務機器人，其特徵在於所述動作單元採用後輪獨立 驅動，前輪隨動；動作單元由2個直流伺服電機、2個減速箱、2個驅動輪、2個光電編碼器、1 個直流伺服電機驅動電路組成；其中2個直流伺服電機通過直流伺服電機驅動電路與智能 單元3連接，2個直流伺服電機的轉軸分別與2個減速箱以及光電編碼器連接，2個減速箱 分別和2個驅動輪連接；1個隨動輪安裝在底座正前方。
6.根據權利要求1或3所述任一種智能家政服務機器人，其特徵在於交互單元控制面 板上的按鈕設有特殊鍵，通過與其他按鍵一起構成死鎖鍵，而且，將智能家政服務機器人的 控制面板設置於合適的位置，從軟體上和硬體上減少因兒童誤操作或碰撞造成的工作模式 錯誤引起的危險係數。
7.根據權利要求2或4所述任一種智能家政服務機器人，其特徵在於工作模式包括 自動模式、手動模式和遙控模式。
8.根據權利要求2或4所述任一種智能家政服務機器人，其特徵在於智能單元通過避 障策略實現智能家政服務機器人的有效避障，機器人紅外傳感器可探測4根定位標杆所發 射的紅外線，用於機器人特定區域漫遊的邊界確定與避障，光電編碼器測量機器人驅動輪 的速度，用於閉環控制和危險告警，水平儀測量機器人傾角，用於危險告警；在自動模式的 大範圍區域中，採用視覺傳感器結合超聲傳感器進行導航定位與緊急避障；在特定區域裡， 除了採用視覺傳感器結合超聲傳感器進行導航定位和緊急避障外，還採用紅外傳感器探測 定位標杆發出的紅外線，作為運動邊界。
9.根據權利要求1所述智能家政服務機器人，其特徵還在於供電裝置採用化學可充電 電池，電池容量滿足充電一次工作2個小時以上；四周安裝減震氣囊，儘量減少對人造成傷 害。
全文摘要
本發明公開一種智能家政服務機器人，包括監測單元，與智能單元相連，用於把監測到的環境信息發送給智能單元；交互單元，與智能單元相連，用於將接收到的指令發送給智能單元；智能單元，與監測單元、交互單元、動作單元相連，用於將環境信息和指令轉化為動作指令，並將動作指令發送給動作單元；動作單元，與智能單元相連，用於根據動作指令實施相應動作。本發明所述智能家政服務機器人特別針對1～3歲兒童，可替代傳統的家政服務，具有智能化程度高、成本低、安全性高的特點。
文檔編號B25J5/00GK101898354SQ20101026219
公開日2010年12月1日 申請日期2010年8月25日 優先權日2010年8月25日
發明者餘意, 楊芳, 顏小洋 申請人:顏小洋