CN103419202A - 一种家用巡视智能机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，特别是指一种家用巡视智能机器人，包括移动底盘机构和上位机控制机构，所述上位机控制机构包括用于对整个机器人实施自动控制，对各种输入数据和信号进行分析处理的上位机和用于将用户命令发送给移动底盘机构的中央处理单元；所述移动底盘机构包括全向轮、动力机构和电气控制单元，所述电气控制单元，用于控制动力机构将电能转换为动能；动力机构，用于将电能转换为动能并控制全向轮运行；全向轮，用于带动移动底盘机构移动。

Description

一种家用巡视智能机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是指一种家用巡视智能机器人。

背景技术

目前应用的机器人以工业机器人居多，主要用来替代完成条件恶劣，非一般智力与体力直接能完成的工作。其功能单一，专门解决某个特定问题，大多无移动基体。有移动基体的机器人，其移动方式一般为步行式、履带式、轮式结构。步行式移动结构在稳定性和有障碍物的场所难以充分发挥其效用。履带式移动结构转弯不灵活，体积偏大。常见的轮式移动结构运行不稳定，运动精度不高，方向不便控制。

根据现有机器人技术存在的不足，本发明志在于提供一种机器人技术方案主要应用于家庭安全巡视，远程监控与通讯，解决人们因疏忽大意或出行导致的家庭各类安全问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种家庭巡视智能机器人，该机器人具有移动全方向性、控制智能性的特点，可对住宅进行巡视，通过远程监控与通讯，实现防盗、辅助检测煤气泄漏、火源等报警功能，也可用于家庭娱乐。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种家用巡视智能机器人，包括移动底盘机构和上位机控制机构，所述上位机控制机构包括用于对整个机器人实施自动控制，对各种输入数据和信号进行分析处理的上位机和用于将用户命令发送给移动底盘机构的中央处理单元；所述移动底盘机构包括全向轮、动力机构和电气控制单元，所述电气控制单元，用于控制动力机构将电能转换为动能；动力机构，用于将电能转换为动能并控制全向轮运行；全向轮，用于带动移动底盘机构移动。

作为优选，所述中央处理单元，用于接收移动底盘机构反馈回的信息，构成闭环反馈控制。

作为优选，所述电气控制单元包括：

光电传感器，用于检测左前方和右前方障碍物并发送第一检测信息；

碰撞传感器，用于检测左前方和右前方光电传感器无法检测到的盲区障碍物并发送第二检测信息；

主控制器，用于接收第一检测信息和第二检测信息通过动力机构控制全向轮运行，躲避左前方和右前方障碍物。

作为优选，所述电气控制单元还包括：

温度传感器，用于检测室内温度并发送第三检测信号；

烟雾传感器，用于检测室内烟雾浓度并发送第四检测信号，

所述主控制器，还用于接收第三检测信息和第四检测信息发出警报信息，能够及时避免火灾的发生。

作为优选，所述电气控制单元还包括：

人体热释电传感器，用于探测直径4～5米的区域并发送第五检测信号；

摄像头，用于拍摄室内情况；

液晶显示，用于储存摄像头所拍摄的画面，并显示摄像头（16）拍摄的画面，

所述主控制器，还用于接收第五检测信息并发出警报信息，避免有人侵入，并记录下入侵者的信息。

作为优选，所述电气控制单元还包括：

无线模块，用于中央处理单元和移动底盘机构之间的信号接送，还用于进行远程无线通讯，远程监控信号的发送和接受。

作为优选，所述动力机构由三个电机组成，三个电机互成120度安装，所述三个电机的转轴分别固定连接全向轮。

作为优选，所述三个全向轮分别由两个同样的盘轮组成，两层盘轮之间沿轴向留有间隙。

作为优选，所述盘轮外周线上，均安装有九个腰鼓形的橡胶轮，橡胶轮的轴靠近盘轮外周线，两个盘轮上的橡胶轮在周向上彼此错开安装，橡胶轮的分布沿周向无间隙。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：1、本发明的移动底盘机构具有精确移动与多种智能功能，可作为某领域专业机器人的智能移动载体，省去了移动平台设计及设计不合理带来的诸多问题。

2、机器人的移动部分采用精密机械技术的三轮全向移动结构，使之运行灵活，无弧形转弯现象。解决了步行式结构在有障碍物的场所难以充分发挥其效用；履带式结构体积大，转弯不灵活；普通轮式结构存在运行不稳定，方向不便控制的问题。

3、本发明采用了多种传感器技术和综合技术，集传感器信息处理，车体控制、通讯、定位、识别于一体。对各种信号进行检测、比较和分析。能实施远程监控与通信，具有安全巡视报警等多种功能。解决了一般机器人功能单一，布线式防火设备难安装，一般监测装置监控范围小而位置不易改变，以及有线控制需人值守的问题。

4、本发明提出了一种家庭式机器人应用方案，能够很好地解决人们普遍担心的因出行而无法解决的家庭安全问题。是机器人用于家庭辅助管理，家庭娱乐的新尝试。

附图说明

图1为本发明的一种家用巡视智能机器人实施例的原理示意图。

图2为图1中移动部分的结构示意图。

［主要元件符号说明］1-移动底盘机构、2-上位机控制机构、3-全向轮、4-动力机构、5-电气控制单元、6-中央处理单元、7-上位机、8-主控制器、9-温度传感器、10-液晶显示、11-碰撞传感器、12-人体热释电传感器、13-光电传感器、14-烟雾传感器、15-无线模块、16-摄像头、17-橡胶轮。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有的不足提供一种家用巡视智能机器人，如图1所示，包括移动底盘机构1和上位机控制机构2，所述上位机控制机构2包括用于对整个机器人实施自动控制，对各种输入数据和信号进行分析处理的上位机7和用于将用户命令发送给移动底盘机构1的中央处理单元6；所述移动底盘机构1包括全向轮3、动力机构4和电气控制单元5，所述电气控制单元5，用于控制动力机构4将电能转换为动能；动力机构4，用于将电能转换为动能并控制全向轮3运行；全向轮3，用于带动移动底盘机构1移动。

所述中央处理单元6，用于接收移动底盘机构1反馈回的信息，构成闭环反馈控制。

所述电气控制单元5包括：

光电传感器13，用于检测左前方和右前方障碍物并发送第一检测信息；

碰撞传感器11，用于检测左前方和右前方光电传感器13无法检测到的盲区障碍物并发送第二检测信息；

主控制器8，用于接收第一检测信息和第二检测信息通过动力机构4控制全向轮3运行，躲避左前方和右前方障碍物。

所述电气控制单元5还包括：

温度传感器9，用于检测室内温度并发送第三检测信号；

烟雾传感器14，用于检测室内烟雾浓度并发送第四检测信号，

所述主控制器8，还用于接收第三检测信息和第四检测信息发出警报信息，能够及时避免火灾的发生。

所述电气控制单元5还包括：

人体热释电传感器12，用于探测直径4～5米的区域并发送第五检测信号；

摄像头16，用于拍摄室内情况；

液晶显示10，用于储存摄像头16所拍摄的画面，并显示摄像头16拍摄的画面，

所述主控制器8，还用于接收第五检测信息并发出警报信息，避免有人侵入，并记录下入侵者的信息。

所述电气控制单元5还包括：

无线模块15，用于中央处理单元6和中央处理单元6之间的信号接送，还用于进行远程无线通讯，远程监控信号的发送和接受。

如图2所示，所述动力机构4由三个电机组成，三个电机互成120度安装，所述三个电机的转轴分别固定连接全向轮3，所述三个全向轮3分别由两个同样的盘轮组成，两层盘轮之间沿轴向留有间隙，所述盘轮外周线上，均安装有九个腰鼓形的橡胶轮17，橡胶轮17的轴靠近盘轮外周线，两个盘轮上的橡胶轮17在周向上彼此错开安装，橡胶轮17的分布沿周向无间隙。

本发明根据以上所述的技术方案，具有实现远程监控与通讯的功能：上位机负责将用户发送的命令发送给移动底盘，移动底盘通过接收的输入信息与反馈回来的控制信号比较，构成闭环反馈控制，使行走定位更精确，使信号及时发送和回传。

该机器人具有安全巡视功能：其上设置烟雾传感器，温度传感器，人体热释电传感器，光电传感器、碰撞传感器，摄像头等，用来检测和输入传感信号供上层控制。用户可在上位机控制软件部分设置机器人自动巡检，检测室内是否有超出预设置的意外情况发生。上位机将自动巡检命令通过无线方式把数据发送出去，机器人检测到命令数据并接收命令，其上的主控制器响应命令，控制电机运转，使机器人在室内自主运动，自动躲避障碍物，也能躲避阶梯，防止机器人因为落差导致跌落，实现无人干预自主巡检。在巡检过程中，利用数字式温度传感器将巡视检测室内温度，通过比较对超过预设置的情况进行报警。也能辅佐烟雾传感器，提高室内火灾的检测精度。

人体热释电传感器在一旦有人侵入探测区域内（本发明有效范围4～5米）的情况下，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经放大后向外输出。

该机器人具有故障自检和一定的自维护功能：若系统发生故障，机器人控制器自动记录故障，在液晶上和上位机显示，方便用户维修排除故障。机器人在工作过程中，如出现电池电压过低，系统将自动在充电坞的指引下回到充电坞进行充电，充电完毕后机器人将继续完成上次没有完成的任务。

该机器人具有自主运动至指定地点的功能：用户需要让机器人自主运动到指定地点，用户只需设置目的地的x，y坐标即可。机器人根据轨迹算法自动计算路径完成移动，并可根据运动路径反馈数据进行实时修正，实现闭环控制，其精度可达到1mm。

本发明采用了基于无线模块的通讯技术：上位机控制部分和移动底盘采用无线通讯，这样既节约成本又解决了有线通讯需要很长的电缆造成成本高，移动平台移动时要拖拽很长电缆，对机器人的移动造成很大障碍的问题。

本发明还采用了以控制技术为主的综合技术：本发明综合采用了控制技术、单片机技术、多种传感器技术，光学技术，精密机械技术，模拟、数字电路技术，无线电技术(用于远程控制或数据回传)等。将各种传感器感受到的不同信号输入上位控制器，控制器以无线的方式发送或接受反馈信息，控制机器人精确移动，并对结果进行分析，对不安全的情况进行报警处理。

本发明采用了全向移动的精密机械技术：三个互成120度安装的单个全向轮组成三轮结构，在各方向上运动灵活，全方向移动，对场所等无特殊要求。单个全向轮是由两个同样的盘轮组成的双层结构；在每个盘轮外周线上，各装有九个近似腰鼓形的橡胶轮，橡胶轮的轴靠近盘轮外周线，两层盘轮之间沿轴向留有间隙，供橡胶轮自由转动；两个盘轮上的橡胶轮在周向上彼此错开安装，全部橡胶轮分布沿周向无间隙，有少量重叠。

以上对发明实施例所提供的家用巡视机器人进行了详细介绍，本文应用了具体个例对本发明的结构、原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种家用巡视智能机器人，包括移动底盘机构（1）和上位机控制机构（2），其特征在于，所述上位机控制机构（2）包括用于对整个机器人实施自动控制，对各种输入数据和信号进行分析处理的上位机（7）和用于将用户命令发送给移动底盘机构（1）的中央处理单元（6）；所述移动底盘机构（1）包括全向轮（3）、动力机构（4）和电气控制单元（5），所述电气控制单元（5），用于控制动力机构（4）将电能转换为动能；动力机构（4）用于将电能转换为动能并控制全向轮（3）运行；全向轮（3）用于带动移动底盘机构（1）移动。

2.根据权利要求1所述的家用巡视智能机器人，其特征在于，所述中央处理单元（6），用于接收移动底盘机构（1）反馈回的信息，构成闭环反馈控制。

3.根据权利要求1所述的家用巡视智能机器人，其特征在于，所述电气控制单元（5）包括：

光电传感器（13），用于检测左前方和右前方障碍物并发送第一检测信息；

碰撞传感器（11），用于检测左前方和右前方光电传感器（13）无法检测到的盲区障碍物并发送第二检测信息；

主控制器（8），用于接收第一检测信息和第二检测信息通过动力机构（4）控制全向轮（3）运行，躲避左前方和右前方障碍物。

4.根据权利要求3所述的家用巡视智能机器人，其特征在于，所述电气控制单元（5）还包括：

温度传感器（9），用于检测室内温度并发送第三检测信号；

烟雾传感器（14），用于检测室内烟雾浓度并发送第四检测信号，

所述主控制器（8），还用于接收第三检测信息和第四检测信息发出警报信息，能够及时避免火灾的发生。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的家用巡视智能机器人，其特征在于，所述电气控制单元（5）还包括：

人体热释电传感器（12），用于探测直径4～5米的区域并发送第五检测信号；

摄像头（16），用于拍摄室内情况；

液晶显示（10），用于储存摄像头（16）所拍摄的画面，并显示摄像头（16）拍摄的画面，

所述主控制器（8），还用于接收第五检测信息并发出警报信息，避免有人侵入，并记录下入侵者的信息。

6.根据权利要求5所述的家用巡视智能机器人，其特征在于，所述电气控制单元（5）还包括：

无线模块（15），用于中央处理单元（6）和移动底盘机构（1）之间的信号接送，还用于进行远程无线通讯，远程监控信号的发送和接受。

7.根据权利要求6所述的家用巡视智能机器人，其特征在于，所述动力机构（4）由三个电机组成，三个电机互成120度安装，所述三个电机的转轴分别固定连接全向轮（3）。

8.根据权利要求7所述的家用巡视智能机器人，其特征在于，所述三个全向轮（3）分别由两个同样的盘轮组成，两层盘轮之间沿轴向留有间隙。

9.根据权利要求8所述的家用巡视智能机器人，其特征在于，所述盘轮外周线上，均安装有九个腰鼓形的橡胶轮（17），橡胶轮（17）的轴靠近盘轮外周线，两个盘轮上的橡胶轮（17）在周向上彼此错开安装，橡胶轮（17）的分布沿周向无间隙。

Images