智能家居服务机器人的制作方法

本发明涉及一种智能家居服务机器人，是一款高度为1.0-1.4米的地面移动型服务机器人，机身安装有集wi-fi路由器、zigbee网关模组于一体的低功耗、高度集成的2.4ghz收发器智能家居网关控制中心，智能家居网关控制中心集成安装到嵌入式主板中，嵌入式主板可选用基于x86的嵌入式主板或者基于risc的arm嵌入式主板，另外安装有红外、315/433mhz射频遥控器。智能家居网关控制中心可连接各类环境传感器、安防监测设备、健康检测设备、运动监测设备，智能家居网关控制中心还连接各类智能系统与产品的执行器、控制器。智能家居网关控制中心采用android操作系统，安装有智能家居产品连接与配置管理系统、智能家居触摸屏交互控制软件、智能家居语音交互控制软件、智能家居云端连接与分析软件，并有通过网络与智能家居网关控制中心连接的智能手机端app、pc端应用软件。这种智能家居服务机器人支持语音交互、机器人本体触摸屏触摸交互、远程遥控交互控制等三种控制方式。

背景技术：

智能家居（英文：smarthome,homeautomation）是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。

智能家居主要的通讯协议包括tcp/ip、knx、x-10电力载波等有线方式连接，以及wi-fi、zigbee、z-wave、红外、315/433mhz射频、蓝牙等无线方式连接；

服务机器人的应用范围很广，主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。国际机器人联合会经过几年的搜集整理，给了服务机器人一个初步的定义：服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它能完成有益于人类健康的服务工作，但不包括从事生产的设备。这里，我们把其它一些贴近人们生活的机器人也列入其中。

让服务机器人来连接和控制智能家居，目前广泛采用的解决方案是：服务机器人通过wi-fi与某一个智能家居系统的网关进行通讯连接，将来自服务机器人端的智能家居控制指令发送给智能家居系统网关，达到控制目的。这个方案比较适合智能家居系统完整、提供给第三方尤其是机器人企业的协议开发包或sdk成熟的情况下使用，而实际上由于智能家居系统与产品数量众多，成熟性稳定性千差万别，再加上服务机器人尚处在一个发展初期，因此，让服务机器人以软件形式与单一品牌的智能家居系统网关通讯和进行控制，也受到很大的制约，尤其不能实现跨系统的智能家居产品连接与控制。

技术实现要素：

本发明拟通过在服务机器人本体上安装集wifi路由器、zigbee网关模组于一体的低功耗，高度集成的2.4ghz收发器智能家居网关控制中心，以及同时安装红外、315/433mhz射频遥控器，将服务机器人变为完整的智能家居系统网关，能够与符合智能家居标准协议的产品连接并组成智能家居系统。由于这一智能家居系统并非以单一的智能家居品牌产品为核心，而是采用灵活集成的方式，因此，有良好的系统兼容性和更广泛的适应性。

智能家居服务机器人，首先是一款以家庭等室内环境场所应用为主的服务机器人，对其硬件描述为：这种机器人高度1.0-1.4米、具有可上下摆动的上肢（每只手1-2个自由度）、下肢为轮式的底盘，由双轮+1个万向轮构成，整个底盘由下位机控制板进行控制，并带有可充电锂电池能够让服务机器人在充满电的情况下能够持续服务10个小时以上，有麦克风阵列并连接语音识别系统，有音箱进行语音合成内容的输出及播放音乐和特定的声音信息，胸前有10寸触摸显示屏用于图文视频交互信息的显示及触屏交互，机器人外壳四周带有红外/超声波避障传感器，采用激光导航并可配合自主地图绘制进行定向定点移动，服务机器人通过wi-fi与互联网路由器连接。

这种机器人安装有下位机移动控制平台、上位机操作系统平台且上位机与下位机通讯以实现移动、导航、避障、充电等功能。摄像头通常安装在头顶位置，可安装720度全景摄像头或正常视角高清摄像头，另一个可选择安装的位置为胸前，只适合安装正常视角摄像头。

这种机器人安装有相应的应用软件，为家庭、酒店、会所等特定场所人群提供内容服务。

这种机器人一个最重要的特征是具有智能家居服务功能，其可视为一款可以在地面移动的智能家居系统网关设备：其核心是一款集wifi路由器、zigbee网关模组于一体的低功耗，高度集成的2.4ghz收发器智能家居网关控制中心，所有的设备集成安装到嵌入式主板中，嵌入式主板可选用基于x86的嵌入式主板或者基于risc的arm嵌入式主板。

智能家居网关控制中心可连接各类环境传感器、安防监测设备、健康检测设备、运动监测设备、智能系统与产品的执行器、控制器。

环境传感器包括温度传感器、湿度传感器、pm2.5传感器、压力传感器、光照度传感器、地面水浸传感器、风速传感器、气压传感器、土壤湿度传感器、土壤ph值传感器等。这些传感器通过传感器网关以wi-fi/zigbee通讯协议连接方式传送给智能家居网关控制中心，在简化连接模式下，传感器也可直接将获得的信号通过智能家居网关设备上的传感器信号接入位传送给智能家居网关控制中心。

安防监测设备包括安防报警主机、红外探测器、门磁、窗磁、振动传感器、生物识别设备、烟雾探测报警器、有害气体探测报警器、燃气泄露报警器、紧急按钮，可以包含用于出入口及窗台等位置视频监控的摄像头。安防监测设备连接通过wi-fi/zigbee协议到智能家居网关设备上，并设置布防、撤防模式，配合智能家居场景模式中的离家场景、回家场景使用。

健康检测设备主要是指便携的健康医疗监测设备，包括血压计、血糖仪、血脂计、心电监测设备、带有健康监测功能的智能手环、带有健康监测功能的智能手表、体重秤、体脂秤、胎心监测仪、生命体征（心跳、呼吸）无线监测设备等。健康检测设备将监测与采集到的数据通过wi-fi/zigbee协议连接方式传送给智能家居网关控制中心，或通过蓝牙连接到智能手机后，经智能手机以wi-fi连接方式传送给智能家居网关控制中心。

运动监测设备是指具有运动监测功能的智能手环和智能手表，以及智能跑步机、智能单车、带运动监测功能的健身器械、智能按摩椅等。运动监测设备将监测与采集到的数据通过wi-fi/zigbee协议连接方式传送给智能家居网关控制中心，或通过蓝牙连接到智能手机后，经智能手机以wi-fi连接方式传送给智能家居网关控制中心。

智能家居系统网关设备上连接安装红外、315/433mhz射频遥控器，红外、315/433mhz射频遥控器的外壳采用透红外线的塑料外壳，安装位置在机器人的顶部或颈部。红外、315/433mhz射频遥控器可接管控制空调，热水器（带红外）、电视机、电动窗帘、台灯、空气净化器等设备。

智能家居网关控制中心还通过wi-fi/zigbee协议连接各类智能系统与产品的执行器、控制器。这些执行器和控制器包括各类开关模块，如智能插座、电器开关模块、灯光开关模块；各类带变量控制的模块，如调光模块、温控器、背景音乐调音模块、窗帘电机控制模块；另外还配置有进行复杂功能如定时、条件启动和场景联动控制功能的逻辑模块；智能家居网关控制中心支持与第三方智能家居系统的网关逻辑模块进行连接，从而控制第三方智能家居系统的产品与调用场景控制，这尤其适合智能家居服务机器人与其它非wi-fi/zigbee通讯协议的智能家居系统的连接，这些无线通讯协议如z-wave、thread、蓝牙等。

智能家居网关控制中心采用android操作系统，安装有智能家居产品连接与配置管理系统、智能家居触摸屏交互控制软件、智能家居语音交互控制软件，并有通过wi-fi网络与智能家居云端连接与分析软件、智能手机端app、pc端应用软件进行连接。

服务机器人了除了安装有智能家居网关及其相关应用外，还有其它服务类的应用软件，如视频通话、新闻推送、天气预报、儿童教学、老年陪伴、自由语音对话等。

本发明的有益效果是，将通过在服务机器人本体上集成安装智能家居网关，将服务机器人变为完整的智能家居网关控制中心，能够与符合智能家居标准协议的产品连接并组成智能家居系统。由于这一智能家居系统并非以单一的智能家居品牌产品为核心，而是采用灵活集成的方式，支持与第三方智能家居系统的逻辑模块进行连接，从而控制第三方智能家居系统的产品与调用场景控制。因此，有良好的系统兼容性和更广泛的适应性。集成安装了智能家居网关控制中心的服务机器人，能够成为可移动的机器人管家，比原有固定位置安放的智能家居网关产品功能更强大，应用更广泛。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。

图1是智能家居服务机器人结构图。

图2是智能家居服务机器人软件构成及对外连接示意图。

图3是智能家居连接与配置管理系统界面。

图中1.上肢，2.双轮+1个万向轮，3.下位机控制板，4.锂电池电源，5.麦克风阵列，6.音箱，7.10寸触摸显示屏，8.红外/超声波避障传感器，9.激光导航雷达，10.上位机操作系统，11.摄像头，12.红外，射频遥控器，13.长按设备圆形可添加设备、编辑设备、添加状态、设备类型，14.添加设备弹窗，15.拖动设备圆形添加到场景中可进行加入场景等操作，16.回家模式，17.会客模式。18.离家模式，19.浪漫模式，20.睡觉模式，21.用餐模式，22.娱乐模式，23.阅读模式。

具体实施方式

从人机交互界面、首次连接、日常使用三方面介绍智能家居服务机器人的具体实施方式。

人机交互界面

智能家居服务机器人的人机交互界面既有触摸屏形态的，也有语音形态，甚至远程pc端。

智能家居服务机器人启动后，麦克风阵列处于激活状态，用户通过语音“智能家居控制”调出智能家居连接与配置管理系统，或者在机器人机身的10寸触摸屏点击“智能家居控制”应用程序进入智能家居连接与配置管理系统界面（如图3）。

这个界面分为上下两个区域，上方区域以圆形或实物图形显示智能家居产品名称和状态，下方区域显示智能家居场景名称和状态，长按上方区域的每个圆形或实物图形可对该智能家居产品进行编辑[13]，包括产品类型、产品名称、空间场所、可控制状态值等，长按一个空白的圆形或实物图形可添加一个新的智能家居产品，分别对其赋予产品类型、产品名称、空间场所、可控制状态值（开关、变量）。

下方区域显示智能家居场景名称和状态，分列两排排列有八个智能家居场景，分别是回家模式[16]、会客模式[17]、离家模式[18]、浪漫模式[19]、睡眠模式[20]、用餐模式[21]、娱乐模式[22]、阅读模式[23]。对于用户需要经常使用的场景模式，是通过一个简单的拖动操作完成的，用户先将一个圆形或实物图形的状态调整到所需状态（实际对应希望加入到场景模式中的产品状态），然后按住这个圆形或实物图形拖动，一直拖动到某个场景模式中[15]，就完成了这个场景模式对该智能家居产品的调用，这种调用是包含了对状态参数的设置，用户只需将该场景模式所需的相关产品全部拖入即可完成场景的设置，按照此方法，用户可快速对回家模式、离家模式、会客模式、浪漫模式、阅读模式、娱乐模式、用餐模式、睡眠模式进行配置。例如一个会客模式，可以由飞利浦的灯＋broadlink智能插座＋linkon智能温控器三种产品生成在客厅内实现的会客情况下的场景，这个模式下每个产品的状态设置为：客厅飞利浦的灯为打开状态、broadlink智能插座为打开（关联打开电源开关始终处于打开状态的饮水机）、linkon智能温控器将客厅空调打开并将温度调到25℃。

智能产品的首次连接、使用连接、混合使用及场景配置

长按一个空白的圆形或实物图形可添加一个新的智能家居产品[13]，此时面临着连接多个不同系统的不同产品的情况，有时是属于同一系统，有时可能会跨系统，无论如何，本发明要为用户创造最便捷的使用体验，让他们感受不到多系统的复杂性，复杂的连接交给系统后台，用户交互界面通过简单的语音交互完成，而设置界面通过机器人上安装的智能家居连接与配置管理系统或者（智能手机app）完成，这时需要智能家居网关的支持。

智能家居连接与配置管理系统首次连接一个协议已经调试通过的新设备，如一个broadlink智能插座时，最佳的方案是完全取代原有设备的识别与安装过程，如broadlink是扫描二维码，那么，智能家居连接与配置管理系统应通过摄像头扫描这个二维码同样完成了broadlink智能插座的安装，这是最理想的状态。安装完成视为已经建立了连接管道，但有可能不被马上使用，处于一种待命的状态。

第二个状态称为使用连接，即设备已经完成了初次的连接，可以被机器人识别与连接控制，但却又还没有进行控制。这时用户只需要用智能家居触摸屏交互控制软件或智能家居语音交互控制软件激活与调用这个设备，就已经开始了使用连接。使用连接发生时，其状态会被记录。

第三个状态是混合使用，即不同的设备可与在同一个管理控制界面内存在，机器人可以自由组合可连接的硬件设备，并生成个性化的场景，如由飞利浦的灯＋broadlink智能插座＋linkon智能温控器生成一个会客模式的场景，当用户向服务机器人以语音方式下达“会客模式”智能家居控制指令后，服务机器人响应这一命令，启动预设的会客模式：将客厅飞利浦的灯的灯打开、broadlink智能插座打开并同时关联打开饮水机、linkon智能温控器将客厅空调打开并将温度调到25℃。

日常使用

日常使用包括单一产品控制、场景控制、机器学习与人工智能控制。

单一产品控制是指通过智能家居触摸屏交互控制软件或智能家居语音交互控制软件对机器人上的智能家居网关已经连接的智能家居产品进行控制，包括开关状态控制、变量控制、定时控制、条件方式控制。

开关控制是指打开、关闭操作，对所有开关操作的电子电器产品都有效。

变量控制是指对产品功能状态中的变量值进行调制改变，如led灯的亮度与颜色、空调的温度与风量、空气净化器的风量（净化档位）、新风系统的进出风量、窗帘电机的停止位置、电或气方式加热的热水器的目标温度、各种加热方式的暖气片和地暖系统的目标温度、音乐音量、电视的频道和音量、视频播放器的播放顺序和进度条、摄像头信号的调取和不同摄像头视频信号的切换（类似视频矩阵功能）。

定时控制是指对产品进行定时启动、定时关闭、延时启动、延时关闭的操作，可多重设置。

机器学习与人工智能控制是通过室内空间环境传感器获得的用户对室内环境空间的喜好，并结合用户进行智能家居控制的行为习惯，建立机器学习智能家居控制的基本模型，让机器人代理管理部分智能家居系统控制和场景控制，从而让人工智能介入智能家居控制环节。

机器学习与人工智能控制支持一个家庭内的多用户模式，并且在结合了摄像头的人脸识别、麦克风的声纹识别应用后，而且迅速与具体的交互用户产生关联，匹配个人的数据，提供更有针对性的智能家居服务。

机器人的移动功能与智能家居控制的结合

可移动型的服务机器人，在进行智能家居控制时，有一些比静止智能家居网关更多的形式，包括：可有室内多位置随时通过语音呼叫服务机器人，下达智能家居控制指令。

可通过服务机器人上的摄像头可获取室内多位置、多角度的动态信息，这些信息为场景控制、健康监测运营、安防报警提供更可靠的信息来源。

当出现紧急呼救、安防报警启动情况时，服务机器人可主动或由用户远程遥控移动到报警源，进行拍照和视频拍摄，从而验证核查紧急报警的真实性，为紧急报警提供现场资料。