一种家居机器人控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及机器人领域，特别是一种家居机器人控制系统及其控制方法。

背景技术：

随着生活水平的不断提高，家居机器人渐渐走入人们的生活中。家居机器人通常可以实现远程监控家中的实时情况，而现有的家居机器人通常只是一个机器人单独工作，不能全面监控家中各个楼层和各个房间的实时情况，而且现有的家居机器人功能单一，满足不了人们日常需求。如今人们的生活节奏越来越快，常常没时间照看家中的老人和小孩，老人随着年纪的增长，各方面的身体技能都在下降，常常丢三落四，而小孩由于年龄过小，对世界的认知还处于懵懂状态。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明的发明目的在于提供一种可以全面远程监护老人和孩子的多功能家居机器人控制系统及其控制方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种家居机器人控制系统，包括若干个机器人、机器人控制平台和移动终端；所述机器人包括机器人主体、机器人控制模块、图像采集模块、机器人显示模块、环境信息采集模块、机器人局域网无线模块、语音模块、舵机模块和机器人电源模块，所述机器人主体、图像采集模块、机器人显示模块、环境信息采集模块、机器人局域网无线模块、语音模块、舵机模块和机器人电源模块分别与所述机器人控制模块连接；所述机器人主体包括上机体和下机体，所述上机体设有若干个抽屉，所述抽屉外均设有指示灯，所述指示灯通过定时开关与所述机器人控制模块连接，所述抽屉内均安装有光电传感器，所述光电传感器与所述机器人控制模块连接；所述图像采集模块包括摄像头，所述摄像头安装于所述上机体顶端；所述机器人显示模块包括显示屏，所述显示屏安装于所述下车体外侧；所述环境信息采集模块包括温度传感器、湿度传感器、一氧化碳传感器；所述机器人局域网无线模块为zigbee无线模块；所述语音模块包括声音采集器与语音播报器；所述舵机模块为连续舵机；所述机器人控制模块为基于android系统的控制器；所述机器人控制平台包括核心控制模块、主网无线模块、平台局域网无线模块、储存模块、平台显示模块和平台电源模块，所述主网无线模块、平台局域网无线模块、储存模块、平台显示模块和平台电源模块分别与所述核心控制模块连接；所述平台局域网无线模块为zigbee无线模块；所述核心控制模块为基于android系统的控制器。

作为进一步的改进方式，所述电源模块包括主电源和副电源，所述主电源与所述机器人控制模块连接，用于对所述机器人控制模块、机器人显示模块、机器人局域网无线模块、语音模块供电，所述副电源与所述舵机模块连接，用于对所述舵机模块单独供电。

作为进一步的改进方式，所述主网模块为wifi模块、4g无线模块、gprs模块或cdma无线模块。

作为进一步的改进方式，所述移动终端为电脑设备或智能手机。

作为进一步的改进方式，所述机器人主体还包括吸尘装置，所述吸尘装置安装与所述机器人主体下机体的下部，所述吸尘装置通过控制开关与所述控制器连接。

作为进一步的改进方式，所述主电源和所述副电源为可充电电池。

作为进一步的改进方式，所述机器人主体上还设有照明灯，所述照明灯通过控制开关与所述控制模块相连。

作为进一步的改进方式，所述zigbee无线模块为cc2530无线单片机。

作为进一步的改进方式，一种家居机器人的控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤s1：控制系统开启并自检；

步骤s2：搭建通讯网络，包括所述机器人控制平台和机器人相互通讯的zigbee组网与所述移动终端和所述机器人控制平台相互通讯的无线网络，检测是否良好；

步骤s3：所述移动终端发送信息至机器人控制平台，所述核心控制模块对信息进行处理；如果信息为实时控制指令，所述机器人控制平台将其发送至机器人端，使相应的所述机器人执行对应的动作：移动/发出语音提醒/打开指示灯/启动吸尘装置/启动照明灯；

如果信息为定时控制指令，所述机器人控制平台将其储存至储存模块，当到达预设时间时，所述机器人控制平台将其发送至机器人端，使相应的所述机器人执行对应的动作：移动/发出语音提醒/打开指示灯/启动吸尘装置/启动照明灯；

如果信息为图像信息或语音信息，所述机器人控制平台将其发送至机器人端，图像信息通过所述显示屏显示，语音信息通过所述语音播报器播放，实现远程监控互动模式。

步骤s4：所述摄像头、所述温度传感器、所述湿度传感器、所述一氧化碳传感器、所述光电传感器和所述声音采集器将所采集的信息通过传至机器人控制平台，核心控制模块对信息进行处理，将其储存至所述储存模块且同时发送至所述移动终端；

如果所述机器人控制平台接收的一氧化碳信息超过预设值时，所述核心控制模块发送指令至机器人，使所述语音播报器发出警报；

如果所述机器人控制平台接收到光电传感器传递的信息，所述核心控制模块发送指令至机器人，机器人控制模块对指令进行处理，若相应所述抽屉的指示灯亮，则控制其关闭，若相应所述抽屉的指示灯不亮，则不执行任何操作，实现机器人的自控制模式；

步骤s5：机器人端采集的信息经处理后在所述移动终端生成直观信息。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1.本发明包括若干个机器人和机器人控制平台，通过zigbee无线模块使控制平台和若干机器人之间搭建一个局域网络，使其通过zigbee无线模块互相交换数据。工作时，移动终端通过主网无线模块向机器人控制平台发送指令，核心控制模块对信息进行处理，再通过zigbee无线模块对多机器人进行控制。zigbee无线模块传输稳定，耗电低，使该远程控制系统具有高效的实时性。android系统应用广泛，扩展性强，方便对该机器人控制系统进行改进。机器主体上设有抽屉，抽屉上设有指示灯，通过移动终端预设的定时指令发送到机器人控制平台的储存模块进行储存，当到达设定的时间时，核心控制模块发送指令至相应的机器人上，通过机器人控制模块使预设定的抽屉指示灯接通电源，同时发送定时信息至显示屏上，语音播报器播放语音信息，当人们打开抽屉，光电传感器向控制模块发送指令，关闭指示灯。机器人的图像采集模块可以实时采集室内的图像信息反馈至机器人控制平台，储存模块储存图像信息，使用者可以通过发送指令至机器人控制平台，选择实时监控或者提取储存信息。温度传感器和湿度传感器可以监测室内环境，一氧化碳报警器可以监测并提醒煤气泄漏。语音模块和显示模块可以通过机器人控制平台与移动终端交换数据，实现远程互动。功能多样，实用性强，实现了对老人和孩子进行远程监护。

2.电源模块还包括主电源和副电源，机器人各电子元件和驱动元件分开供电，可以使本发明有足够电压正常工作。

3.wifi模块、4g无线模块、gprs模块或cdma无线模块为当今广泛应用的主网无线模块。

4.电脑设备或智能手机为常用的远程终端，方便操作。

5.机器人主体还设有吸尘装置，增加清洁功能。

6.主电源和副电源为可充电电池，节能环保。

7.照明灯可以在晚上停电时提供光明。

附图说明

图1是本发明家居机器人控制系统中机器人的结构示意图；

图2是本发明家居机器人控制系统中各模块的连接框图；

图3是本发明家居机器人控制系统的软件模块流程图；

附图中，1-摄像头、2-抽屉、3-指示灯、4-照明灯、5-显示屏、6-吸尘装置。

具体实施方式

以下结合附图对发明的具体实施进一步说明。

如图1和图2所示，一种家居机器人控制系统，包括若干个机器人、机器人控制平台和移动终端。机器人包括机器人主体、机器人控制模块、图像采集模块、机器人显示模块、环境信息采集模块、机器人局域网无线模块、语音模块、舵机模块和机器人电源模块，机器人主体、图像采集模块、机器人显示模块、环境信息采集模块、机器人局域网无线模块、语音模块、舵机模块和机器人电源模块分别与机器人控制模块连接。机器人主体包括上机体和下机体，上机体设有若干个抽屉，抽屉外均设有指示灯，指示灯通过定时开关与机器人控制模块连接，抽屉内均安装有光电传感器，光电传感器与机器人控制模块连接；图像采集模块包括摄像头，摄像头安装于上机体顶端。机器人显示模块包括显示屏，显示屏安装于下车体外侧；环境信息采集模块包括温度传感器、湿度传感器、一氧化碳传感器。机器人局域网无线模块为zigbee无线模块；语音模块包括声音采集器与语音播报器；舵机模块为连续舵机；机器人控制模块为基于android系统的控制器。机器人控制平台包括核心控制模块、主网无线模块、平台局域网无线模块、储存模块、平台显示模块和平台电源模块，主网无线模块、平台局域网无线模块、储存模块、平台显示模块和平台电源模块分别与核心控制模块连接；平台局域网无线模块为zigbee无线模块；核心控制模块为基于android系统的控制器。

本发明包括若干机器人、机器人控制平台和移动终端，移动终端通过无线模块与机器人控制平台进行通讯。若干机器人和机器人控制平台间通过zigbee无线模块构建局域网，通过所搭建的局域网络交换数据，zigbee网络技术是基于ieee802.15.4的通信协议，传输稳定，耗电低的特点。并支持星型、网状等多种网络结构，适合作为android多机器人控制系统的组网技术。android系统应用广泛，扩展性强。多机器人同时工作，可以使机器人分布在各楼层和各房间工作，而zigbee网络构建的局域网络，使该机器人控制系统实时性更强。

机器主体上设有抽屉2，抽屉2上设有指示灯3，通过移动终端预设的指令储存在机器人控制平台的储存模块中，当到达设定的时间时，核心控制模块发送指令至相应的机器人上，使预设定的抽屉2指示灯3接通电源，同时发送定时信息至显示屏5上，语音播报器播报提示，当人们打开抽屉2，光电传感器向控制模块发送指令，关闭指示灯3。该系统可以作为备忘录使用，例如提醒老人按时吃药，定时取放需要的东西。

机器人的图像采集模块可以实时采集室内的图像信息反馈至移动终端，令使用者可以远程监控到家中的实时情况。温度传感器和湿度传感器可以监测室内环境，一氧化碳报警器可以监测并提醒煤气泄漏。语音模块和显示模块可以通过机器人控制平台与移动终端交换数据，实现远程互动。

机器人电源模块包括主电源和副电源，主电源与机器人控制模块连接，用于对控制模块、机器人显示模块、机器人局域网无线模块、语音模块供电，副电源与舵机模块连接，用于对舵机模块单独供电。由于舵机耗电比较大，采用分开供电，可以避免电压不足影响正常工作。

主网模块为wifi模块、4g无线模块、gprs模块或cdma无线模块，其皆为一些常用的无线通讯模块。移动终端为电脑设备或智能手机，方便使用者远程操作。机器人主体还包括吸尘装置6，吸尘装置6安装与机器人主体下机体的下部，吸尘装置6通过控制开关与控制器连接，增加该机器人控制系统的功能。主电源和副电源为可充电电池，从而更加环保节能。机器人主体上还设有照明灯4，照明灯4通过控制开关与控制模块相连，从而使在晚上断电时具有照明功能。zigbee无线模块为cc2530无线单片机。

如图3所示，该家居机器人控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤s1：控制系统开启并自检。

步骤s2：搭建通讯网络，包括机器人控制平台和机器人相互通讯的zigbee组网与移动终端和机器人控制平台相互通讯的无线网络，检测是否良好。

步骤s3：移动终端发送信息至机器人控制平台，核心控制模块对信息进行处理。

如果信息为实时控制指令，机器人控制平台将其发送至机器人端，使相应的机器人执行对应的动作：移动/发出语音提醒/打开指示灯/启动吸尘装置/启动照明灯。

如果信息为定时控制指令，机器人控制平台将其储存至储存模块，当到达预设时间时，机器人控制平台将其发送至机器人端，使相应的机器人执行对应的动作：移动/发出语音提醒/打开指示灯/启动吸尘装置/启动照明灯。

如果信息为图像信息或语音信息，机器人控制平台将其发送至机器人端，图像信息通过显示屏显示，语音信息通过语音播报器播放，实现远程监控互动模式；

如果信息为图像信息或语音信息，机器人控制平台将其发送至机器人端，图像信息通过显示屏显示，语音信息通过语音播报器播放，实现远程监控互动模式。

步骤s4：摄像头、温度传感器、湿度传感器、一氧化碳传感器、光电传感器和声音采集器将所采集的信息通过传至机器人控制平台，核心控制模块对信息进行处理，将其储存至储存模块且同时发送至移动终端。

如果机器人控制平台接收的一氧化碳信息超过预设值时，核心控制模块发送指令至机器人，使语音播报器发出警报。

如果机器人控制平台接收到光电传感器传递的信息，核心控制模块发送指令至机器人，机器人控制模块对指令进行处理，若相应抽屉的指示灯亮，则控制其关闭，若相应抽屉的指示灯不亮，则不执行任何操作，实现机器人的自控制模式。

步骤s5：机器人端采集的信息经处理后在移动终端生成直观信息。

在本实施例中，核心控制模块采用real210开发板，局域网无线模块采用cc2530无线单片机，机器人控制模块采用stm32f103vbt6单片机，移动终端采用android智能手机。本设计中使用real210核心控制板作为本系统的核心控制块，它的工作主频可以达到1ghz，以及拥有出色的图形图像处理能力。本系统中real210采用配套电源适配器供电，它供电电压为5v，机器人都采用两块高性能可充电锂电池专门用于机器人stm32f103vbt6主控器和cc2530无线单片机及传感器的供电，机器人采用连续旋转舵机工作电压为5v，由于电机消耗电量大，会影响机器人主控制器以及影响电源质量，所以设计中将其分开供电，这样的设计不仅能够满足系统各部分供电的需求，而且保证控制平台的稳定工作。系统采用电容触摸屏作为显示设备，拥有800×480分辨率显示效果艳丽，android系统提供api对控制界面的编程很便利，开发效率高，在界面上显示采集到的图像数据。wifi无线模块传输数据量大，稳定性好，为图像数据传输提供基本的条件，并且它采用802.11n无线传输标准协议，满足了本系统对数据传输的安全性以及速率上的要求。cc2530是一款无线单片机采用zigbee无线通信协议，在本系统中用cc2530组成星型网络，通过android手机客户端控制，发送控制指令，对多机器人进行联网控制，适应物联网科技的发展趋势。

机器人控制平台核心控制模块采用广州华天正科技生产的real210核心控制器。核心板搭载的控制器是三星cortex-a8内核处理器s5pv210芯片，s5pv210是一种基于risc指令集的32位的控制芯片，使用与移动终端开发、普通终端应用。s5pv210内嵌armcortex-a8核心，并使实现了armv7-a的终端支持。s5pv210拥有多种外设接口，支持多种外部存储设备如nandflash、nor-flash、onenand、sram、ddr1、mddr、ddr2等设备。它在本系统主要完成设计中的核心控制功能、图像数据的编码。核心板使用四片16位256mbddr2内存组成宽度为32位容量为512mb大小的动态存储单元，这样的结构为系统提供了良好的硬件支持，解决了系统在对图像处理还有数据传输能够稳定的传输，为系统稳定流畅的运行提供了条件。使用256mbslc型nandflash作为系统提供静态存储空间，为软件运行流畅提供了硬件支持。核心板板载dm9000aep以太网控制芯片，内部集成了100/1000m自适应网络收发器，4k双字节sram，为网络收发数据提供了硬件条件。使用电源管理芯片wm8310，它为系统提供数字基带内核电压调节器、数字i/o电压调节器、模拟和混合信号电压调节器等8个ldo电压调节器，使系统能在一个稳定并且流畅的运行。

系统中real210作为核心控制器，它的主要作用是进行数据采集与处理，比如图像的采集与发送，无线网络的配置与链接，采用cc2530作为局域网无线模块，cc2530是一款基于zigbee无线通信协议的无线单片机，每个机器人上都装有cc2530无线单片机，通过zigbee通信协议，组成星型网络，通过广播模式发送实现对机器人的群控制，同时可以接收到各个机器人采集的传感器数据通过zigbee无线网络传输到配置为协调器的cc2530无线单片机，在系统中real210主控板通过串口与配置为协调器的cc2530进行数据传输，cc2530是一个基于ieee802.15.4协议为基础的片上系统(soc)，它也是zigbee和rf4ce的应用的解决方案。它通过强大的网络节点功能，可以创建一个低成本高性能的无线传感网络。cc2530内嵌了工业增强型8051内核，以及性能优良的rf收发器。在本设计中使用它的无线的功能，只是用它处理主控制器发来的控制信息，以及执行信息中所包含的控制内容。

本发明使机器人控制平台和若干机器人之间搭建局域网，利用移动终端远程对机器人进行群控，可以全面监控家中的实时情况，实时性强，实现远程对孩子和老人进行监护，功能多样，具有备忘录功能，可以当吸尘器使用，可以监测室内环境，安全性高。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。