一种基于P2P的可远程监控的智能家庭机器人系统的制作方法

本发明机器人技术领域，特别涉及一种基于p2p的可远程监控的智能家庭机器人系统。

背景技术：

目前虽然有许多基于无线传感器超声波定位的移动智能机器人可以实现基本的自动巡检并对家用电器进行相应的调整，对突发事件进行报警。但普遍存在报警数据不及时、重复投资率大等缺点。而且绝大多数的机器人无法对周围障碍和环境进行精确监测无法在较为复杂的情况下进行自动避障。当用户可以通过接入internet的设备进行远程监控时，由于机器人的摄像头固定于某个位置，其可观测范围有限，且对安装地点无控制作用。同时机器人的功耗太大经常供电不足引起系统的稳定失衡。因此需要可自动避障且可自动充电的家庭机器人。

普遍来说，服务器的作用是实现机器人和远程控制端可以通过internet实现通信。基于internet的远程控制，目前以b/s模式或者c/s模式为主，这种模式对服务器的计算能力和带宽要求很高。系统功能的核心部分集中在服务器上实现，一旦服务器由于负担过重而发生“崩溃”，后果不堪设想，这也是b/s及c/s模式固有的安全隐患。p2p(peertopeer)技术的发展改变了传统的c/s架构，使得通信双方更加直接、便捷地交互信息和资源。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于p2p的可远程监控的智能家庭机器人系统，利用远程控制系统,通过无线接入点实现对室内智能机器人的远程控制。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于p2p的可远程监控的智能家庭机器人系统，包括家庭机器人、服务器和远程控制端，服务器用于连接家庭机器人与远程控制端；

所述的家庭机器人包括机身1，机身1下部设置有底盘2，机身1中心位置设置有机械臂3，与机身1紧邻位置设置有硬件电路系统4，机身1前侧与后侧分别设置有可调摄像头5与固定摄像头6，机身1周围以及底部装有超声波传感器7；

所述的硬件电路系统4用于为机械臂3处理周围传感器采集的信号。

所述的底盘2为履带式底盘，型号tp101。

所述的固定摄像头6上安装有可充电电池。

所述的电路系统4包括三种模式，第一种为远程控制模式，第二种为充电模式，第三种为自由模式；

远程控制模式下，主控8将语音采集模块9采集家人的语音信息和可调摄像头5的图像信息通过wifi模块10发送给远程监控端，通过喇叭11，输出远程控制端的语音信息，远程控制端通过键盘上对应的按键发送控制机器人对应运动的指令，主控8通过wifi模块10接收到控制指令信息后，通过控制机身1底盘上的直流电机实现机器人的运动，通过控制摄像头5控制杆上的实现摄像头5的视野控制，通过控制机器人3机械臂(包括机械爪)实现物体的抓取；

在充电模式下，主控8根据固定摄像头6的图像信息调整机器人位置使得充电插头位置对准电源接口，主控8控制机器人前后快速移动，即实现机器人的“撞墙运动”，实现充电插头的插拔；

在自由模式下，机器人通过超声波传感器7探测周围障碍信息，传输给主控8，主控8控制底盘上两个直流电机实现机器人的自动避障功能。

所述的主控8用于控制所有外部设备的动作、数据的传输和驱动所有的传感器，通过tcp/ip来实现网络通信。

所述的语音采集模块9和用于负责采集周围环境的语音信息，喇叭11负责发出机器人的提示音。

所述的超声波传感器7组成超声波测距模块，为hc-sr04超声波模块，用于实现避障和三维建模的功能，所述的机身1前、后、左、右、下侧都各有2个超声波传感器，负责探测机器人周围的障碍环境。

所述的wifi模块10用于使主控8连接到家庭路由器，使机器人可以连接到internet。

所述的主控8芯片为stm32f407vgt6。

所述的可调摄像头5与固定摄像头6为c2640摄像头模块。

本发明的有益效果：

本机器人有三种模式第一种为远程控制模式，第二种为充电模式，第三种为自由模式。远程模式是远程客户端触发的，主控wifi模块接收到客户端的监控请求后自动进入远程控制模式，能够通过语音采集模块和喇叭实现语音信息的交互，通过摄像头实时采集摄像头周围的图像信息，同时通过远程控制指令控制机器人移动以及机械臂(含机械爪)的动作；机器人对电池电量进行每隔一段时间进行检测，检测到电池电量低于设定阈值后自动进入充电模式；自由模式是机器人在电池电量正常且没有远程控制的情况下的一般模式，此模式下，机器人在机器人通过超声波传感器7探测周围障碍信息，传输给主控8，主控8控制底盘上两个直流电机实现机器人的自动避障功能。

附图说明

图1是一种基于p2p的可远程监控的智能家庭机器人系统系统框图。

图2是一种基于p2p的可远程监控的智能家庭机器人系统工作示意图。

图3是智能家庭机器人结构示意图。

图4是机器人硬件电路结构图。

图5是电池自动充电部分电路结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，基于p2p的可远程监控的智能家庭机器人系统，可在结构组成上由远程控制端、服务器、家庭机器人三部分组成。此服务器器为租用的阿里云服务器。

如图2所示：远程监控端的控制功能具体为：

通过键盘上的四个箭头按键，分别控制机器人前、后、左、右移动；通过键盘上的四个按键分别控制机器人前摄像头的上、下升降以及左、右转向；通过按键控制机械臂3靠近视频中心物体，通过按键控制机械臂3收回，通过enter键控制机械手抓取，通过空格键控制机械手松开。通过鼠标控制视频监控的播放与停止。

家庭机器人端通过wifi模块10收到远程监控的各项指令，通过控制各个部位的电机完成相应的指令动作。当机器人收到控制机器人前后左右移动的指令后，主控8通过控制底盘轮子的驱动电机，使轮子向前、向后滚动，或者向左向右转向。当主控8收到控制摄像头高度调整指令后，通过调整前摄像头杆部的电机，让摄像头高度以及左右视角调整到合适位置。当主控8收到控制机械臂夹取物体的功能，首先远程用户控制机器人通过底盘轮子移动到目标物体的合适距离后停止机器人移动，使得要抓取的物体位于视频中心；接着用户通过前摄像头的信息控制机械臂上的电机移动机械臂使得夹取物体的机械手靠近物体直至合适位置，用户按下enter键，确定抓取，机器人收到指令后，通过控制机械手上的电机收紧机械手实现抓取功能。若要松开物体，用户按空格键后，主控8收到指令，控制电机松开机械手。用户按键后，主控8收到指令后，控制机械臂上电机收回机械臂。

如图3所示：一种基于p2p的可远程监控的智能家庭机器人系统，包括家庭机器人、服务器和远程控制端，服务器用于连接家庭机器人与远程控制端；

所述的家庭机器人包括机身1，机身1下部设置有底盘2，机身1中心位置设置有机械臂3，与机身1紧邻位置设置有硬件电路系统4，机身1前侧与后侧分别设置有可调摄像头5与固定摄像头6，机身1周围以及底部装有超声波传感器7；

所述的硬件电路系统4用于为机械臂3处理周围传感器采集的信号。

如图4所示：主控8：需要控制所有外部设备的动作，和数据的传输，是整个硬件电路系统的核心。需要驱动所有的传感器，且需要移植tcp/ip协议栈来实现网络通信。

摄像头共有2只分别安装在机器人前、后。前摄像头为可调摄像头5，主要功能是在远程实时视频时提供家里周围环境的视野，后摄像头为固定摄像头6，主要负责电池自动插拔时的视野。

语音采集模块9负责采集机器人周围环境的语音信息。喇叭11负责发出机器人的提示音。语音采集模块9和喇叭11是实现远程实时视频对话的必要模块。

电机、机械臂驱动和摄像头高度专项控制类似，由于机器人身上有许多运动结点，则需要不同的电机、舵机等需要高电压、大电流的动作器件，此类动作器件需要驱动电路来实现控制。主要包括机器人摄像头控制杆的2个舵机、机器人机械臂上的3个舵机以及底盘运动的直流电机及电机驱动。

超声波测距模块主要由超声波传感器7组成，其功能是实现避障和三维建模的功能。因此在机器人的前、后、左、右、下侧都各有2个超声波传感器7，负责探测机器人周围的障碍环境。

wifi模块10实现的功能是使主控8连接到家庭路由器，使机器人可以连接到internet。该模块集成了wifi的协议，开发起来较为方便。

本发明的主要组成部分详细说明：机器人底盘采用履带式车体，机械臂为6自由度机械臂(含机械手)。硬件电路组成部分如图4，主控8芯片为stm32f407vgt6。摄像头采用c2640摄像头模块，主控8通过三维万向节支架对摄像头进行位置控制。语音采集模块9外接麦克风通过模拟信号放大电路输入主控芯片内部adc。超声波测距模块使用hc-sr04超声波模块。喇叭11部分使用isd1820语音模块。wifi模块使用eso8266串口wifi模块。存储单元为片外flashw25q64。电池采用18650锂电池组。

如图5,电池通过电压转换部分产生12v、5v、7.4v，分别给底盘的33电机、主控电路板、机械臂(含机械手)供电。主控通过电量检测部分检测电池电量，当检测到电量低于设定阈值后，控制发送自动充电指令，使机器人进入自动充电模式，进行自动充电。

底盘电机为一对i298直流步进电机，电机驱动采用l298n电机驱动模块

摄像头的控制杆采用铝万向支架，安装座通过舵机mg996,可以通过可实现360度旋转，方便调节角度，高度上通过调节舵机mg996可以实现120mm的高度调节。

机械臂(含机械手)为乐幻索尔科技的6自由度型号机械臂，包含三种舵机，ldx-335mg舵机，ld-1501mg舵机，ld-20mg舵机。