一种家庭护老值守机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种家庭护老值守机器人，包括上位机控制单元和移动底盘机构，其中上位机控制单元包括上位控制器和上位机，移动底盘机构包括三个全向轮和相应的动力机构、电气控制部分，每个全向轮由与其对应的动力机构驱动，电气控制部分通过动力机构控制全向轮行进、停止以完成移动底盘机构的行走；移动底盘机构进一步包括MCU主控制器、温度传感器、液晶显示、碰撞传感器、人体热释电传感器、光电传感器、烟雾传感器、无线模块、摄像头和多功能模块。使用者可以通过人机交互接收该机器人的咨询、天气预报、娱乐内容、语音提醒等服务信息，该机器人还可以辅助完成巡视家庭，遇到非正常事件自动报警，起到陪护老人和值守家庭的作用。
【专利说明】一种家庭护老值守机器人
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种家用机器人，尤其涉及一种家庭护老值守机器人，通过该机器人可以对居家老人进行远程监护并与之通讯，居家老人可根据情况询求该机器人帮助，实现陪护，接受该机器人提供的各种自助娱乐服务。该机器人还具有辅助防盗、检测有煤气泄漏等巡视和紧急情况自动报警功能，具有全向性、稳定性和工作智能性的特点。
【背景技术】
[0002]目前应用的机器人以工业机器人居多，主要用来替代完成大量机械重复性的工作，或者用来替代完成条件恶劣，起到降低劳动成本和劳动强度，以及辅助完成环境恶劣、难度大、精度要求极高和人工无法直接完成的工作。这些机器人的功能单一，专门用于解决某个特定问题，大多无移动基体而不能进行自主移动。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。目前市场上还缺少能够应用于为居家老人服务，具有远程监护与通讯、安全巡视预报警、以及信息和娱乐服务等功能的家庭护老值守机器人。
【发明内容】
[0003]为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种家庭护老值守机器人，其目的是解决老人在无人看护情况下的陪护问题，以及家庭需加强值守的问题。其包括上位机控制单元和移动底盘机构，其中上位机控制单元包括上位控制器和上位机，移动底盘机构包括至少一个全向轮、动力机构、电气控制部分，每个全向轮由与其对应的动力机构驱动，电气控制部分与动力机构连接，通过动力机构控制全向轮行进、停止、上锁和解锁以完成移动底盘机构的行走；移动底盘机构进一步包括MCU主控制器、温度传感器、液晶显示、碰撞传感器、人体热释电传感器、光电传感器、烟雾传感器、无线模块、摄像头和多功能模块。
[0004]在上述技术方案中，所述多功能模块包括数字式音视频播放器、语音器、存储器、输入输出接口、按键、USB接口 ；所需的服务和功能数据信息通过输入输出接口存于存储器；所述数字式音视频播放器能播放存储器中预先存储的信息。
[0005]在上述技术方案中，移动底盘机构包括三个全向轮，所述三个全向轮互成120度安装在三角形架上组成三轮结构；每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，各装有多个近似腰鼓形的橡胶轮，橡胶轮的轴靠近盘轮的外周线，两层结构的两个盘轮之间沿轴向留有间隙，供两个盘轮上的橡胶轮能够自由转动；两个盘轮上的橡胶轮在周向上彼此错开安装，使得沿全向轮的周向以少量重叠方式无间隙分布。
[0006]在上述技术方案中，驱动全向轮的动力机构为有刷GPG-O5SC型电机，三个有刷GPG-05SC型电机也互成120度安装在三角形板架上。
[0007]在上述技术方案中，移动底盘机构的四周安装有8路光电传感器，以检测机器人在前进的过程中的障碍和台阶，以有效规避移动中遇到的障碍并防止发生跌落；在移动底盘机构的左前方和右前方各装有一路碰撞传感器，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。
[0008]在上述技术方案中，所述温度传感器用于感测环境温度，对超过阈值的情况进行报警以调节环境温度，所述温度传感器的测量结果还用来辅助烟雾传感器的检测结果以提高室内火灾的检测精度。
[0009]在上述技术方案中，人体热释电传感器用于检测侵入探测区域内的情况，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。
[0010]在上述技术方案中，上位控制器和MCU主控制器分别包括NRF905无线模块，以实现上位控制器和MCU主控制器之间的无线通信连接。
[0011]在上述技术方案中，所述上位控制器包括DSP6711处理器。
[0012]本实用新型取得了以下技术效果:
[0013]1、本实用新型的移动机构具有智能功能，可作为某领域专业机器人的移动载体，省去了智能移动平台难设计和因设计不合理带来的诸多问题。
[0014]2、机器人具有巡视和多种提示、替人值守家庭的智能功能。特别适合一些暂无人看护、又行动不便、易忘事的老年人，协助值守家庭，使得机器人在家庭中的作用显得举足轻重。
[0015]3、机器人的行走部分采用精密机械技术的全向移动结构，使之运行灵活，稳定而不易翻倒，无弧形转弯现象，能有效避免和逾越障碍，具有一定的智能功能。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；万向轮式结构存在运行不稳定，方向不便控制，运动精度不高的问题。完全适应家庭这种空间狭小障碍多的环境。
[0016]4、本实用新型采用了多种传感技术、自动控制技术、多媒体技术、计算机技术、机电一体化技术、精密机械设计技术等，实现了对老人的远程监护与通讯，具有安全巡视，辅助防盗、检测煤气泄漏，起到安全报警、提醒、信息查询、娱乐等多种功能。机器人具有全方向运动和智能控制的特性。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型的结构原理示意图；
[0018]图2为本实用新型移动机构的结构示意图。
[0019]图中标记:1-移动底盘机构、2-上位机控制单元、3-全向轮、4-动力机构、5-电气控制部分、6-上位机、7-上位控制器、8-MCU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-多功能模块。
【具体实施方式】
[0020]为了便于本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，下面结合附图及【具体实施方式】对本实用新型作进一步的详细描述。
[0021]本实用新型提供一种家庭护老值守机器人，能够解决现有机器人难以普及家庭的问题，以及人们关心的老人无人陪护带来的生活质量、家庭安全问题。解决了现行一般机器人履带式行走结构体积大，难转弯，使用场地和范围受限；步行式结构易翻到和不稳定；万向轮式结构运动方向难控制，运动不稳定等问题。该实用新型专利具有全向移动和辅助防盗、巡检气体泄漏、非正常情况自动报警等智能机器人的功能，大大扩展了其应用范围。
[0022]本实用新型提供的家庭护老值守机器人的整体结构如图1所示，主要包括移动底盘机构1、上位机控制单元2。移动底盘机构I和上位机控制单元2相互配合完成家庭护老值守机器人的相关工作。
[0023]其中，所述的上位机控制单元2包括上位机6和上位控制器7，软件运行在装有LabVIEW软件的上位机6上，上位机6可以是PC机、工作站、服务器等通用计算机中的一种，上位机6上的软件优选基于LabVIEW软件开发，上位机6上的软件根据用户指令生成对上位控制器7的控制指令，上位机6采用RS232与上位控制器7进行通讯。上位控制器7负责将用户命令发送给移动底盘机构1，同时接收移动底盘机构I反馈回来的相关信息，对相关信息进行分析处理，从而构成对移动底盘机构I的反馈控制和智能控制。该上位控制器7优选采用DSP6711作为处理器。
[0024]移动底盘机构I包括全向轮3、动力机构4、电气控制部分5、MCU主控制器8、温度传感器9、液晶显示10、碰撞传感器11、人体热释电传感器12、光电传感器13、烟雾传感器14、无线模块15、摄像头16和多功能模块17组成。
[0025]所述移动底盘机构I的行走部件即本实用新型的移动部分的整体结构如图2所示，所述移动底盘机构I的行走部件由三个动力机构4、三个全向轮3和电气控制部分5组成。由电气控制部分5发信息给三个动力机构4，三个动力机构4分别控制三个全向轮3行进、停止、上锁和解锁，从而完成移动底盘机构I的行走。
[0026]移动底盘机构I的安全监测部件包括温度传感器9、碰撞传感器11、人体热释电传感器12、光电传感器13、烟雾传感器14、摄像头16和多功能模块17，根据需要还可以安装其他所需的监测功能部件，用来检测和输入传感信号供上层控制，以形成综合信息完成安全巡视功能。
[0027]其中，温度传感器9用于感测环境温度，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，从而能够智能开启空调/暖气，将室内温度调节到舒适值。也能辅佐烟雾传感器14，提高室内火灾的检测精度。
[0028]移动底盘机构I上安装有8路光电传感器13，能检测机器人在前进的过程中有无障碍和台阶，以有效规避移动中遇到的障碍，也能实时检测台阶落差，防止机器人发生跌落。
[0029]碰撞传感器11用于碰撞检测，优选在移动底盘机构I的左前方和右前方各装有一路碰撞传感器11，用于检测左前方和右前方红外光电传感器无法检测到的盲区障碍物，有效的躲避微小障碍等。
[0030]其中，人体热释电传感器12在一旦有人侵入探测区域内的情况下，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。在本实用新型中优选的探测区域有效范围为4?5米。
[0031]摄像头16用于实现对环境的视频的监控，可以采用机器视觉技术对环境参数进行识别，以辅助安全巡检。
[0032]通过上述辅助巡视防盗、检测泄漏等安全报警功能用户可以在上位控制器中设置机器人自动巡检，通过自动巡检，检测室内是否有煤气泄漏或是火灾源发生。通过人体热释电传感器检测室内是否有人闯入，以辅助家庭防盗。
[0033]本实用新型采用了基于NRF905无线模块的通讯技术:上位机控制单元2和移动底盘机构I采用无线通讯，传送和接受内、外部信号，通过综合分析、反馈控制，最后输出精确的方向、位置和通讯信号。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。
[0034]上位控制器7将自动巡检命令通过无线方式把数据发送出去，机器人的移动底盘机构I检测到命令数据并接收命令，其上的MCU主控制器8响应命令，控制动力机构4的电机运转，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，实现无人干预的全自主巡检，并将检测的结果反馈给上位机6进行实时显示。
[0035]多功能模块17包括数字式音视频播放器、语音器、存储器、输入输出接口、按键、USB接口等以及相应的互动应用软件；所述数字式音视频播放器能根据预先存储的信息播放；所述语音器能在互动应用软件的支持下，实现老人与机器人的互动，使得该机器人具有语音提醒、语音输入识别和娱乐服务等多种功能，使之具有某种智能性和实用性等，能辅助老人完成某些日常工作。该机器人的多功能模块17通过软件编程，将预先需要的服务和功能通过输入输出接口存于存储器，借助程序的自动执行、语音提示、老人发声和按键，选择需要的通讯、视频音乐等多种娱乐服务功能，能够自动提醒老人或病人按时吃药，以及收听天气预报、音乐等，液晶显示屏上实时显示环境温度、命令数据以及机器人的工作状态等信肩、O
[0036]该机器人具有自主运动至指定地点和一定的自维护功能: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。若系统发生故障，机器人自动记录故障，在液晶上和上位机显示，方便用户维修排除故障。
[0037]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。
[0038]本实用新型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3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3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。每个全向轮3对应的动力机构4优选为有刷GPG-05SC型电机，互成120度角固定安装在一个三角形平板钢架上；每个全向轮3分别与三个电机的轴连接，电机接受电气控制部分5发出的控制命令，完成机器人的行进、停止、上锁和解锁任务。三角形平板钢架上还安装有控制电路和托板，对应三个全向轮3安装有反应地形情况的传感器，以及其他专用传感器，模块和元件。
[0039]本实用新型还采用了以自动控制技术为主的综合技术:本实用新型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、多媒体技术，精密机械技术，模拟、数字电路技术，无线技术等。将各路传感器感受到的不同信号输入机器人上位控制器，控制器以有线或无线的方式发送或接受反馈信息，控制机器人精确移动，并能对结果进行分析，对不安全的情况进行报警处理。[0040]从上述技术方案可以看出，由于本实用新型实施例采用了多种传感技术、自动控制技术、多媒体技术、计算机技术、机电一体化技术、精密机械设计技术等，实现了对老人的远程监护与通讯，具有安全巡视，辅助防盗、检测煤气泄漏，起到安全报警、提醒、信息查询、娱乐等多种功能。机器人具有全方向运动和智能控制的特性。
【权利要求】
1.一种家庭护老值守机器人，包括上位机控制单元和移动底盘机构，其中上位机控制单元包括上位控制器和上位机，其特征在于，移动底盘机构包括至少一个全向轮、动力机构、电气控制部分，每个全向轮由与其对应的动力机构驱动，电气控制部分与动力机构连接，通过动力机构控制全向轮行进、停止以完成移动底盘机构的行走；移动底盘机构进一步包括MCU主控制器、温度传感器、液晶显示、碰撞传感器、人体热释电传感器、光电传感器、烟雾传感器、无线模块、摄像头和多功能模块。
2.根据权利要求1所述的一种家庭护老值守机器人，其特征在于，所述多功能模块包括数字式音视频播放器、语音器、存储器、输入输出接口、按键、USB接口 ；所需的服务和功能数据信息通过输入输出接口存于存储器；所述数字式音视频播放器能播放存储器中预先存储的信息。
3.根据权利要求1所述的一种家庭护老值守机器人，其特征在于，移动底盘机构包括三个全向轮，所述三个全向轮互成120度安装在三角形板架上组成三轮结构；每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，各装有多个近似腰鼓形的橡胶轮，橡胶轮的轴靠近盘轮的外周线，两层结构的两个盘轮之间沿轴向留有间隙，供两个盘轮上的橡胶轮能够自由转动。
4.根据权利要求3所述的家庭护老值守机器人，其特征在于，驱动全向轮的动力机构为有刷GPG-05SC型电机，三个有刷GPG-05SC型电机也互成120度安装在三角形板架上。
5.根据权利要求4所述的一种家庭护老值守机器人，其特征在于，移动底盘机构的四周安装有8路光电传感器，以检测机器人在前进的过程中的障碍和台阶，以有效规避移动中遇到的障碍并防止发生跌落； 在移动底盘机构的左前方和右前方各装有一路碰撞传感器，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。
6.根据权利要求5所述的一种家庭护老值守机器人，其特征在于，人体热释电传感器用于检测侵入探测区域内的情况，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。
7.根据权利要求6所述的一种家庭护老值守机器人，其特征在于，所述温度传感器用于感测环境温度，对超过阈值的情况进行报警以调节环境温度，所述温度传感器的测量结果还用来辅助烟雾传感器的检测结果以提高室内火灾的检测精度。
8.根据权利要求7所述的一种家庭护老值守机器人，其特征在于，上位控制器和MCU主控制器分别包括NRF905无线模块，上位控制器还包括DSP6711处理器，以实现上位控制器和MCU主控制器之间的无线通信连接。
【文档编号】B25J11/00GK203485200SQ201320632601
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年10月14日 优先权日:2013年10月14日
【发明者】王春梅, 司马薇, 于宝成 申请人:王春梅, 司马薇, 于宝成