管家机器人及基于管家机器人的网络控制系统

1.一种管家机器人，包括底盘及与底盘相连的机体，其特征在于：还包括设置在所述机体内的处理模块、设备参数数据库、无线通信模块和输入输出模块，所述设备参数数据库用于存储家电设备和专用机器人的标识号及状态参数；所述输入输出模块用于获取用户的输入指令并发送给所述处理模块，所述处理模块接收用户的输入指令生成控制指令，并获取对应的家电设备或专用机器人的标识号，并将所述控制指令通过所述无线通信模块发送给标识号对应的所述家电设备或专用机器人，所述无线通信模块接收所述家电设备或专用机器人上传的执行控制指令后的状态参数并存储到所述设备参数数据库；
所述管家机器人还包括设置在所述机体内的位移传感模块和用户跟踪模块，所述位移传感模块用于获取地理信息数据并发送给所述处理模块，所述处理模块根据所述地理信息数据生成避障指令控制所述底盘移动；所述用户跟踪模块用于采集用户的位置、速度、形状、纹理和色彩特征，并发送给所述处理模块；所述处理模块进行分析处理得出用户的运动轨迹，并分析所述用户的运动轨迹生成跟随指令控制所述底盘移动；
所述管家机器人还包括与所述无线通信模块和处理模块分别相连的环境数据预处理模块，所述环境数据预处理模块用于对所述无线通信模块接收的实时的环境数据进行预处理并将处理后的环境数据发送给所述处理模块，所述处理模块根据所述处理后的环境数据生成调节指令并发送；
所述管家机器人还包括与所述处理模块相连的视频采集模块，所述视频采集模块用于获取环境图像及用户图像，并将获取的环境图像及用户图像发送给所述处理模块，所述处理模块对环境图像及用户图像进行处理；
所述管家机器人还包括与所述处理模块相连的行为模式样本数据库，用于存储用户输入的指令、根据所述用户输入的指令生成的控制指令、预处理后的环境数据和环境图像及用户图像，并实时更新，并对记录的各自指令进行计算机仿真；
所述管家机器人还包括与所述机体相连的多轴机械臂模块，所述多轴机械臂模块根据所述处理模块发送的操作指令执行相应的操作；所述多轴机械臂模块采用机械臂用表压压力传感器；
所述位移传感模块包括探测距离的导航传感单元、将探测距离的光信号转换电信号的光电编码单元和采集运动方向的陀螺仪，所述处理模块接收所述光电编码单元发送的电信号及所述陀螺仪发送的运动方向生成避障指令控制所述底盘移动；所述导航传感单元包括激光测距传感器和红外避障传感器中至少一个。
2.根据权利要求1所述的管家机器人，其特征在于：所述输入输出模块包括输入模块和输出模块，所述输入模块为触摸屏、按键、麦克风中一种或两种以上，所述输出模块为液晶显示屏、扬声器中一种或两种。
3.一种基于管家机器人的网络控制系统，其特征在于：包括如权利要求1或2所述的管家机器人，还包括环境信息传感器和穿戴式输入装置，所述环境信息传感器采集环境数据并发送给所述管家机器人，所述穿戴式输入装置感知用户行为生成输入指令并通过无线网络远程发送给所述管家机器人，所述管家机器人根据所述输入指令生成相应的控制指令，并通过无线网络发送给家电设备或专用机器人。
4.根据权利要求3所述的基于管家机器人的网络控制系统，其特征在于：所述穿戴式输入装置包括采集用户眼部或头部动作信号的头戴式信号采集模块、控制处理模块和第一通信模块，所述控制处理模块将采集的眼部或头部动作信号转换为相应的控制指令，并将所述相应的控制指令通过所述第一通信模块发送给所述管家机器人。
5.根据权利要求4所述的基于管家机器人的网络控制系统，其特征在于：所述头戴式信号采集模块为眼镜架状结构，所述控制处理模块和第一通信模块集成在所述眼镜架上；
所述穿戴式输入装置还包括多媒体显示模块和音频输出模块，所述多媒体显示模块和音频输出模块均集成在所述眼镜架上，所述管家机器人将所述环境数据发送到所述多媒体显示模块显示。
6.根据权利要求5所述的基于管家机器人的网络控制系统，其特征在于：所述穿戴式输入装置还包括指环感应模块，所述指环感应模块包括手部动作感应单元和第二通信单元，所述手部动作感应单元采集用户的手部动作信号，通过所述第二通信单元发送给第一通信模块，所述控制处理模块将所述手部动作信号转换为相应的控制指令，再通过所述第一通信模块发送给所述管家机器人。
7.根据权利要求6所述的基于管家机器人的网络控制系统，其特征在于：所述指环感应模块还包括发热线圈，所述发热线圈通过发热发出报警信号。

管家机器人及基于管家机器人的网络控制系统\n【技术领域】\n[0001] 本发明涉及机器人领域，特别涉及一种管家机器人及基于管家机器人的网络控制系统。\n【背景技术】\n[0002] 随着智能机器人技术的快速发展，以及硬件性能的快速提升和成本的下降，智能机器人也越来越被广泛的应用于家庭领域，如用于家庭清洁、剪草以及照看儿童和老人等，给人们的生活带来便捷。而随着功能性的家用机器人技术(如扫地机器人、除草机器人)的逐渐成熟，家庭还将拥有更多功能性家用机器人。\n[0003] 随着家电设备和家用机器人的增多，如何简便的使用数量众多的家电设备和家用机器人，逐渐成为家庭用户的一大困扰。因此，如何对各种家电设备和家用机器人进行简单的管理操作是需要解决的问题。\n【发明内容】\n[0004] 基于此，有必要提供一种管家机器人，能够对各种家电设备和家用机器人进行控制操作，且操作便捷。\n[0005] 一种管家机器人，包括底盘及与底盘相连的机体，还包括设置在所述机体内的处理模块、设备参数数据库、无线通信模块和输入输出模块，所述设备参数数据库用于存储家电设备和专用机器人的标识号及状态参数；所述输入输出模块用于获取用户的输入指令并发送给所述处理模块，所述处理模块生成控制指令并将所述控制指令通过所述无线通信模块发送给所述家电设备或专用机器人，所述无线通信模块接收所述家电设备或专用机器人上传的执行控制指令后的状态参数并存储到所述设备参数数据库。\n[0006] 优选地，还包括设置在所述机体内的位移传感模块和用户跟踪模块，所述位移传感模块用于获取地理信息数据并发送给所述处理模块，所述处理模块根据所述地理信息数据生成避障指令控制所述底盘移动；所述用户跟踪模块用于采集用户的运动轨迹并发送给所述处理模块，所述处理模块分析所述用户的运动轨迹生成跟随指令控制所述底盘移动。\n[0007] 优选地，还包括与所述机体相连的多轴机械臂模块，所述多轴机械臂模块根据所述处理模块发送的操作指令执行相应的操作。\n[0008] 优选地，还包括与所述无线通信模块和处理模块分别相连的环境数据预处理模块，所述环境数据预处理模块用于对所述无线通信模块接收的实时的环境数据进行预处理并将处理后的环境数据发送给所述处理模块，所述处理模块根据所述处理后的环境数据生成调节指令并发送。\n[0009] 优选地，还包括与所述处理模块相连的视频采集模块，所述视频采集模块用于获取环境图像及用户图像，并将获取的环境图像及用户图像发送给所述处理模块，所述处理模块对环境图像及用户图像进行处理。\n[0010] 优选地，还包括与所述处理模块相连的行为模式样本数据库，用于存储用户输入的指令、根据所述用户输入的指令生成的控制指令、预处理后的环境数据和环境图像及用户图像，并实时更新。\n[0011] 优选地，所述输入输出模块包括输入模块和输出模块，所述输入模块为触摸屏、按键、麦克风中一种或两种以上，所述输出模块为液晶显示屏、扬声器中一种或两种。\n[0012] 优选地，所述位移传感模块包括探测距离的导航传感单元、将探测距离的光信号转换电信号的光电编码单元和采集运动方向的陀螺仪，所述处理模块接收所述光电编码单元发送的电信号及所述陀螺仪发送的运动方向生成避障指令控制所述底盘移动。\n[0013] 此外，还有必要提供一种基于管家机器人的网络控制系统，能够对各种家电设备和家用机器人进行控制操作，且操作便捷。\n[0014] 一种基于管家机器人的网络控制系统，包括上述的管家机器人，还包括环境信息传感器和穿戴式输入装置，所述环境信息传感器采集环境数据并发送给所述管家机器人，所述穿戴式输入装置感知用户行为生成输入指令并通过无线网络远程发送给所述管家机器人，所述管家机器人根据所述输入指令生成相应的控制指令，并通过无线网络发送给家电设备或专用机器人。\n[0015] 优选地，所述穿戴式输入装置包括采集用户眼部或头部动作信号的头戴式信号采集模块、控制处理模块和第一通信模块，所述控制处理模块将采集的眼部或头部动作信号转换为相应的控制指令，并将所述相应的控制指令通过所述第一通信模块发送给所述管家机器人。\n[0016] 优选地，所述头戴式信号采集模块为眼镜架状结构，所述控制处理模块和第一通信模块集成在所述眼镜架上；所述穿戴式输入装置还包括多媒体显示模块和音频输出模块，所述多媒体显示模块和音频输出模块均集成在所述眼镜架上，所述管家机器人将所述环境数据发送到所述多媒体显示模块显示。\n[0017] 优选地，所述穿戴式输入装置还包括指环感应模块，所述指环感应模块包括手部动作感应单元和第二通信单元，所述手部动作感应单元采集用户的手部动作信号，通过所述第二通信单元发送给第一通信模块，所述控制处理模块将所述手部动作信号转换为相应的控制指令，再通过所述第一通信模块发送给所述管家机器人。\n[0018] 优选地，所述指环感应模块还包括发热线圈，所述发热线圈通过发热发出报警信号。\n[0019] 上述管家机器人及基于管家机器人的网络控制系统，通过输入输出模块获取用户的输入指令，处理模块对用户输入的指令进行处理生成相应的控制指令，将控制指令及家电设备或专用机器人的标识号发送到相应的家电设备或专用机器人执行相应的操作，实现了对各种家电设备和专用机器人的控制操作，且操作便捷。\n【附图说明】\n[0020] 图1为一个实施例中管家机器人的结构示意图；\n[0021] 图2为另一个实施例中管家机器人的结构示意图；\n[0022] 图3为图2中位移传感器模块的内部结构示意图；\n[0023] 图4为一个实施例中基于管家机器人的网络控制系统的网络传输示意图；\n[0024] 图5为一个实施例中穿戴式输入装置的结构示意图。\n【具体实施方式】\n[0025] 下面结合具体的实施例及附图对技术方案进行详细的描述。\n[0026] 如图1所示，一个实施例中，一种管家机器人，包括底盘10与底盘10相连的机体\n20，设置在该机体20内输入输出模块210、设备参数数据库220、处理模块230和无线通信模块240。\n[0027] 其中，输入输出模块210用于获取用户的输入指令并发送给处理模块230，设备参数数据库220用于存储家电设备和专用机器人的标识号及状态参数，处理模块230接收用户的输入指令生成控制指令，并获取到对应的家电设备或专用机器人的标识号，通过无线通信模块240将控制指令发送到对应的家电设备或专用机器人。无线通信模块240接收家电设备或专用机器人上传的执行控制指令后的状态参数并存储到设备参数数据库220中。\n输入输出模块210还用于输出显示家电设备或专用机器人的状态参数等，或通过声音输出该状态参数。输入输出模块210包括输入模块和输出模块，输入模块可为触摸屏、按键、麦克风中一种或两种以上，输出模块为液晶显示屏、扬声器中一种或两种。家电电器可为各种电器设备，如空调、电视机、洗衣机、加湿器等等。专用机器人指专用于某特定功能的机器人，如清洁机器人、割草机器人、搬运机器人等等。家电设备及专用机器人的标识号是区别设备的唯一号码。设备参数数据库220还用于存储家电设备和专用机器人的实时状态、性能和相应的参数，如空调的温度、模式等。处理模块230为CPU处理器或嵌入式处理器。无线通信模块240可为3G模块、GPRS(General Packet Radio Service，通用分组无线服务技术)模块等等。\n[0028] 上述管家机器人根据用户输入的指令生成控制指令控制家电设备或专用机器人工作，如用户输入的指令为调节空调温度为25摄氏度，管家机器人获取到该指令后生成控制温度在25摄氏度的指令代码，并获取到空调设备标识号，将该指令代码发送给空调设备，空调设备执行该指令代码，将温度设定在25摄氏度。用户输入拖地机器人进行拖地操作指令，管家机器人根据该拖地指令生成拖地指令代码，并获取到该拖地机器人的设备标识号，发送拖地指令代码给拖地机器人，拖地机器人执行拖地操作。如此，管家机器人控制各种家电设备和专用机器人工作，专用机器人只需要执行简单的功能，不需要很多复杂的处理芯片及控制器件，降低了专用机器人的制造成本。\n[0029] 如图2所示，在一个实施例中，上述管家机器人还包括设置机体20内的位移传感模块250、用户跟踪模块260、与机体20相连的多轴机械臂模块30、环境数据预处理模块\n270、视频采集模块280和行为模式样本数据库290。其中，\n[0030] 位移传感模块250用于获取地理信息数据并发送给处理模块230，处理模块230根据该地理信息数据生成避障指令控制底盘10移动。如图3所示，位移传感模块250包括探测距离的导航传感单元252、将探测距离的光信号转换为电信号的光电编码单元254和采集运动方向的陀螺仪256。处理模块230接收光电编码单元254发送的电信号及陀螺仪\n256发送的运动方向生成避障指令控制底盘10移动。另外，位移传感模块250还包括里程计，里程计可记录管家机器人移动的距离。导航传感单元252可包括激光测距传感器、红外避障传感器中至少一个，也可采用多个不同的测距传感器配合，使不同探测距离、不同探测视场的导航传感器相互补充，提供室内动态导航。如采用激光测距仪和管家机器人移动，绘制实际的室内地图。\n[0031] 用户跟踪模块260用于采集用户的运动轨迹并发送给处理模块230，处理模块230分析用户的运动轨迹生成跟随指令控制底盘10移动。用户跟踪模块260为管家机器人紧随用户、提供交互带来便利。用户跟踪模块260可采用无线信源跟踪、图像跟踪识别、红外跟踪等方式相结合，提高跟踪用户的稳定性。用户跟踪模块260采集用户的位置、速度、形状、纹理、色彩等特征，将这些特征发送给处理模块230进行分析处理得出运动轨迹来进行跟踪。本实施例中，用户跟踪模块260为红外跟踪用热电堆传感器。\n[0032] 多轴机械臂模块30根据处理模块230发送的操作指令执行相应的操作。多轴机械臂模块30采用机械臂用表压压力传感器，通过高精度、低漂移的表压压力传感器感知管家机器人机械臂的压力情况，形成压力反馈控制。管家机器人通过多轴机械臂模块230辅助用户工作，并协助专用机器人工作，处理一定的家电设备或专用机器人的故障，如辅助用户开门、拔掉家电设备的插头等。\n[0033] 环境数据预处理模块270对接收无线通信模块240接收到的实时的环境数据进行预处理并将处理后的环境数据发送给处理模块230，处理模块230根据处理后的环境数据生成调节指令并发送给家电设备或专用机器人。环境数据包括通过各种传感器采集并发送的环境信息，如温度、湿度、气体、亮度、噪音等数据。环境数据预处理模块270对这些数据进行校验、误码校正、补偿计算等预处理。根据传感器采集的电压或电流量转换为对应的物理量，得到真实的环境信息。\n[0034] 视频采集模块280获取环境图像及用户图像，并将获取的环境图像及用户图像发送给处理模块230。处理模块230对环境图像及用户图像进行图像复原、视场校正、图像对准等处理操作。视频采集模块280可为双目摄像头。\n[0035] 行为模式样本数据库290用于存储用户输入的指令、处理模块230根据用户输入的指令生成的相应的控制指令、预处理后的环境数据和环境图像及用户图像，并实时更新。\n对行为模式样本数据库290记录的各自指令进行计算机仿真，分析算法稳定性、容错性、可行性和计算复杂度。\n[0036] 在一个实施例中，一种基于管家机器人的网络控制系统，包括上述的管家机器人、环境信息传感器和穿戴式输入装置。环境信息传感器采集环境数据并发送给管家机器人，穿戴式输入装置感知用户行为生成输入指令并通过无线网络远程发送给管家机器人，管家机器人根据该输入指令生成相应的控制指令，并通过无线网络发送给家电设备或专用机器人。\n[0037] 环境信息传感器采集环境数据，如温度、湿度、气体、亮度、噪音等等。环境信息传感器通过无线网络将环境数据发送给管家机器人。管家机器人通过这些环境数据对环境进行判断，生成相应的调节指令，通过家电设备的标识号及调节指令控制相应的家电设备进行调节。环境数据传感器包括温度传感器、湿度传感器、二氧化碳浓度传感器、照度传感器、声音传感器等中一种或两种以上。其中，二氧化碳浓度传感器为二氧化碳红外气体传感器。\n该二氧化碳红外气体传感器由红外源、热电堆探测器、气室以及相应的控制电路组成。\n[0038] 其中，如图4所示，无线网络采用以管家机器人为中心，将管家机器人抽象为Sink节点(网络数据汇集/发布节点)，将环境数据传感器、家电设备和专用机器人抽象为Node节点(网络普通节点)，网络数据流为Sink→Node和Node→Sink两种形式，且两种数据流包括周期性Node→Sink数据流(用于数据收集)，突发性Node→Sink数据流(用于事件传输)和突发性Sink→Node数据流(用于控制指令传输)。\n[0039] 如图5所示，穿戴式输入装置包括头戴式信号采集模块400、控制处理模块410、第一通信模块420、多媒体显示模块430、音频输出模块440和指环感应模块450。\n[0040] 其中，头戴式信号采集模块400用于采集用户眼部或头部动作信号，并将采集的眼部或头部动作信号发送给控制处理模块410。控制处理模块410将采集的眼部或头部动作信息转换为相应的控制指令，并将控制指令通过第一通信模块420发送给管家机器人。\n如用户眼睛向左看，生成相应的控制指令控制管家机器人的双目摄像头向左摄像。该实施例中，头戴式信号采集模块400为眼镜架状结构，控制处理模块410和第一通信模块420集成在眼镜架上。\n[0041] 多媒体显示模块430和音频输出模块440也集成在眼镜架上。第一通信模块420通过3G网络从管家机器人接收环境数据和环境图像，然后传输到多媒体显示模块430显示，通过音频输出模块440输出声音。\n[0042] 如图5所示，指环感应模块450包括手部动作感应单元452、第二通信单元454和发热线圈456。手部动作感应单元452采集用户的手部动作信号，通过第二通信单元454发送给第一通信模块420。第二通信单元454和第一通信模块420之间通信可采用蓝牙传输实现。控制处理模块410接收到第一通信模块420传输的手部动作信号进行处理转换为相应的控制指令，再通过第一通信模块420发送给管家机器人。发热线圈456在用户未佩戴眼镜架和音频输入设备(如耳机)时，可通过发热发出报警信号，提醒用户。\n[0043] 上述管家机器人，通过输入输出模块获取用户的输入指令，处理模块对用户输入的指令进行处理生成相应的控制指令，将控制指令及家电设备或专用机器人的标识号发送到相应的家电设备或专用机器人执行相应的操作，实现了对各种家电设备和专用机器人的控制操作，且操作便捷。\n[0044] 上述基于管家机器人的网络控制系统，采用穿戴式输入装置控制管家机器人，实现了远程控制，使用多媒体显示模块和音频模块使用户在户外也能观察到室内情况。\n[0045] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。