家政服务机器人

1、一种家政服务机器人，包括行进装置、感知装置、执行装置、发送装置、 接收装置、控制装置、交互装置和存储装置，其特征在于：
所述行进装置，由2个直流伺服电机、2个减速箱、2个驱动轮、2个导向 轮、1个直流伺服电机驱动电路构成；其中，所述2个直流伺服电机通过所述直 流伺服电机驱动电路与所述控制装置连接，所述2个直流伺服电机转轴分别与 所述2个减速箱连接，所述2个减速箱分别与2个驱动轮连接，所述2个导向 轮分别独立地安装在家政服务机器人底座的正前部和正后部；
所述感知装置，由用于拍摄图像的摄像机、用于检测障碍物的红外传感器、 用于测量距离的超声传感器、用于检测室温的温度传感器、用于检测火灾的火 焰传感器、用于检测易燃气体的可燃气体传感器、用于语音识别的声音传感器、 用于报时催醒的光敏传感器、用于检测到是否碰撞其他物品的碰撞传感器、用 于辩识方向的数字指南针、用于检测人体体温的人体热释传感器构成，所述摄 像机与所述图像处理卡连接，所述红外传感器、超声传感器、温度传感器、火 焰传感器、可燃气体传感器、声音传感器、光敏传感器、碰撞传感器、数字指 南针、人体热释传感器分别与所述数据采集卡连接，所述图像处理卡和数据采 集卡分别与PC机主板连接；所述感知装置，在家庭居住环境内感知到一项或多 项如下信息：拍摄到周围的人脸、识别出说话的声音、检测到周围的障碍、测 量出到指定位置的距离、检测出室内的温度、检测出火灾、检测出易燃气体、 检测出时间、检测出是否碰撞到其他物品、检测出人体体温、辩识出方向；
所述执行装置，由喇叭、吸尘器、五自由度机械手构成，所述喇叭与控制 装置连接，所述吸尘器安装在所述家政服务机器人底部，并与控制装置连接， 所述五自由度机械手由底架、手臂、手肘、手爪、5个直流伺服电机构成，所述 手臂安装于家政服务机器人底架上，所述5个直流伺服电机分别安装于机械手 的手臂、手肘、手爪上，并与所述直流伺服电机驱动电路和所述控制装置连接； 所述执行装置，完成一项或多项如下工作：防盗监测、安全检查、物品搬运、 家电控制、清洁卫生、家庭娱乐、病况监视、儿童教育、报时催醒、开支管理；
所述发送装置，由无线遥控器、手机短信模块、互联网无线网卡构成，发 出的信号由接收装置接收，并送给控制装置；所述发送装置，通过无线遥控器、 手机短信模块、互联网或无线网卡发出指令到执行装置，以及发送防盗监测、 安全检查、病况监视信息，通知在外的家人；
所述接收装置，由手机短信模块、互联网无线网卡、触摸屏、液晶显示器 构成，它们分别与PC机主板连接；所述接收装置，接收通过无线遥控器、手机 短信模块、互联网或无线网卡发出的信号，并送给控制装置；
所述控制装置，由集成了CPU、片内存储器、定时器系统、串行口、AD/DA、 I/O接口、中断和复位系统的1块PC机主板、1块数据采集卡、1块图像处理 卡构成；对接收到的信号和所述感知装置感知到的信息进行综合分析处理，发 出指令控制所述执行装置完成相应的工作；
所述交互装置，通过触摸屏、液晶显示器、小键盘来与用户相互交流，并 且显示所述家政服务机器人的工作状态；
所述存储装置，存储所述感知装置感知的信息、以及所述其他装置产生的 相关数据的硬盘存储器。
2、根据权利要求1所述家政服务机器人，其特征在于控制装置中，所述数 据采集卡是一种基于32位PCI数据总线结构，进行数据传输和信号采集的电路 板，它包含驱动程序和设计工具，驱动程序也支持VC++6.0、Win98/2000和 Win NT 4.0的动态连接库。
3、根据权利要求1所述家政服务机器人，其特征在于所述触摸屏、液晶显 示器、小键盘分别安装在家政服务机器人的表面，并与PC机主板连接。
4、根据权利要求1所述家政服务机器人，其特征在于采用化学电池驱动， 化学电池与PC机主板连接。

技术领域\n本发明涉及一种机器人，特别涉及一种能够在家庭居住环境内实现安全防 范和进行家政服务的智能家政服务机器人。\n背景技术\n随着社会事业和经济建设的发展，人们的生活节奏加快，教育小孩和照顾 老人以及处理家务的时间越来越少，而家政服务从业人员的素质参差不齐和家 政服务行业的特殊性，许多人不愿意，也不放心将自己的亲人和家庭财产以及 家务劳动交由他人照料和管理。因此，由家政服务机器人代替具有不确定因素 的人来完成家政服务正受到全社会越来越广泛地关注。\n目前，国外已经开发出了一些商业化的服务机器人，比如游泳池清洗机器 人、机器人吸尘器、锄草机器人、搬运机器人等。它们往往功能单一，智能化 程度低，不能代替人完成家庭环境内的防盗监测、安全检查、清洁卫生、家电 控制，以及家庭娱乐、病况监视、儿童教育、报时催醒、开支管理等服务工作。\n发明内容\n本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种智能化程度高，能够代替人 完成部分家政服务的家政服务机器人。\n为了解决上述技术问题，本发明的家政服务机器人，包括：\n用来移动的行进装置，由2个直流伺服电机、2个减速箱、2个驱动轮、2 个导向轮、1个直流伺服电机驱动电路构成。其中，所述2个直流伺服电机通过 所述直流电机驱动电路与所述控制装置连接，所述2个直流伺服电机转轴分别 与所述2个减速箱连接，所述所述2个减速箱分别与2个驱动轮连接，所述2 个导向轮分别独立地安装在家政服务机器人底座的正前部和正后部；\n感知装置，使所述家政服务机器人能够在家庭居住环境内感知到一项或多 项如下信息：拍摄到周围的人脸、识别出语音信号、检测到周围的障碍、测量 出到指定位置的距离、检测出室温、检测出火灾、检测出易燃气体、检测出时 间、检测是否碰撞到其他物品、辩识出方向、检测出人体体温。\n执行装置，其使所述家政服务机器人能够完成一项或多项如下工作：防盗 监测、安全检查、物品搬运、家电控制、清洁卫生、家庭娱乐、病况监视、儿 童教育、报时催醒、开支管理；\n发送装置，其使所述家政服务机器人能够通过无线遥控器、手机短信模块、 互联网无线网卡发出指令到执行装置，以及发送防盗监测、安全检查、病况监 视信息，通告在外的家人；\n接收装置，其使所述家政服务机器人能够接收通过无线遥控器、手机短信 模块、互联网无线网卡发出的信号，并送给控制装置；\n控制装置，其使所述家政服务机器人对接收到的信号和所述感知装置感知 到的信息进行综合分析处理，发出控制指令到执行装置，使其完成相应工作；\n交互装置，其使所述家政服务机器人显示自身的工作状态，并且能与人相 互交流信息；\n存储装置，其使所述家政服务机器人能够存储感知装置感知的图像、声音、 数据，以及所述其他装置产生的各种数据信息；\n所述感知装置，由用于拍摄图像的摄像机、用于检测障碍物的红外传感器、 用于测量距离的超声传感器、用于检测室温的温度传感器、用于检测火灾的火 焰传感器、用于检测易燃气体的可燃气体传感器、用于语音识别的声音传感器、 用于报时催醒的光敏传感器、用于检测到是否碰撞其他物品的碰撞传感器、用 于辩识方向的数字指南针、用于检测人体体温的人体热释传感器构成。所述摄 像机与所述图像处理卡连接。所述红外传感器、超声传感器、温度传感器、火 焰传感器、可燃气体传感器、声音传感器、光敏传感器、碰撞传感器、数字指 南针、人体热释传感器分别与所述数据采集卡连接。所述图像处理卡和数据采 集卡分别与PC机主板连接。\n所述执行装置，由喇叭、吸尘器、五自由度机械手构成。所述喇叭与控制 装置连接，所述吸尘器安装在所述家政服务机器人底部，并与控制装置连接。 所述五自由度机械手由底架、手臂、手肘、手爪、5个直流伺服电机构成。所述 手臂安装于家政服务机器人底架上，所述5个直流伺服电机分别安装于机械手 的手臂、手肘、手爪上，并与所述直流伺服电机驱动电路和所述控制装置连接。\n所述家庭娱乐功能由MP3播放器和两个小音箱构成，所述家电控制功能由 万用彩电遥控器和万用空调遥控器构成；所述病况监视功能、儿童教育功能、 报时催醒功能、家用统计(统计家庭收入和支出、进行网上支付费用)功能分 别由用VC++6.0开发的应用程序完成，它们分别安装在所述存储装置内。\n所述接收装置，由手机短信模块、互联网无线网卡、触模屏、液晶显示器 构成，它们分别与PC机主板连接。\n所述发送装置，由无线遥控器、手机短信模块、互联网无线网卡构成，发 出的信号由接收装置接收，并送给控制装置。\n所述控制装置是由集成了CPU、片内存储器、定时器系统、串行口、AD/DA、 I/O接口、中断和复位系统的1块PC机主板、1块数据采集卡、1块图像处理 卡构成。所述数据采集卡是一种基于32位PCI数据总线结构，能很好地进行数 据传输和信号采集的电路板，它包含驱动程序和设计工具，驱动程序也支持 VC++6.0、Win98/2000和Win NT4.0的动态连接库。\n所述触模屏、液晶显示器、小键盘分别安装在家政服务机器人的表面，并 与PC机主板和控制装置连接。\n所述家政服务机器人采用化学电池驱动，化学电池与PC机主板连接。\n本发明的家政服务机器人的操作步骤为：\n(1)感知信号采集，由无线遥控器、手机短信模块、互联网无线网卡、小 键盘发出指令信号，接收装置接受到指令，并送给感知装置；\n(2)感知信号传输，感知装置将感知到的信号通过所述数据采集卡转化为 二进制数据，传输到PC机主板；\n(3)控制信号处理，PC机主板对发出的指令信号和感知到的信号进行分 析处理，发出控制指令到执行装置；\n(4)指令执行，执行装置接收到控制指令，执行防盗监测、安全检查、物 品搬运、家电控制、清洁卫生操作；发送装置将执行结果、报警信号、工作状 况通过手机短信模块、互联网无线网卡发送到给在外的家人。\n与现有技术相比，本发明的优点是智能化程度高，功能强大，能够代替人 完成部分家政服务工作。\n附图说明\n图1是本发明的家政服务机器人的工作原理示意图；\n图2是本发明的家政服务机器人的内部结构示意图；\n图3是本发明的家政服务机器人的软件功能模块图；\n图4是本发明的家政服务机器人的机械手工作原理图；\n图5是本发明的家政服务机器人的智能安防工作流程；\n图6是本发明的家政服务机器人的家政服务主要功能图。\n具体实施方式\n下面结合附图与具体实施方式对本发明的家政服务机器人作进一步详细地 描述：\n由图1可见，家政服务机器人可以通过无线遥控器、手机短信模块、互联 网无线网卡、小键盘进行控制。它的底盘装有两个驱动轮和两个导向轮。它的 外部表面上分别装有无线摄像机识别人脸和环境、红外传感器检测障碍、超声 传感器测量距离、温度传感器检测室温、火焰传感器报警火灾、可燃气体传感 器检测易燃气体、声音传感器识别语音、光敏传感器催醒报时、碰撞传感器避 免障碍、指南针辩识方向。通过其身上装有的互联网无线网卡、小键盘、触模 屏、液晶显示器、MP3和两个小音箱，以及万用彩电遥控器和万用冰箱遥控器 还可以分别实现家庭娱乐、家电控制、病况监视、儿童教育、网上支付。此外， 通过装在其底架上的五自由度机械手和吸尘器以及扬声器可以分别完成物品搬 运和清洁卫生以及语音提示工作。\n由图2可见，所述PC机主板采用宏基公司生产的YAI845GL*01小型主板、 CPU是赛扬四1.7G、显示芯片支持AGP4X、内存为256MB HY128DDR、外存 采用IBM 10G移动硬盘。所述数据采集卡选择研祥公司生产的PCI-64AD卡， 它是32位PCI总线，具有64单端或32路双端模拟输入通道，12位精度AD转 换，16数字输入通道，16数字输出通道。所述摄像机选用XC18A无线摄像机， 所述图像处理卡是VR36A视频接收器。所述互联网无线网卡选用LanReady公 司TWL-1500GW无线AP和TWL-12-USB无线网卡。此外，所述红外传感器、 超声传感器、温度传感器、火焰传感器、可燃气体传感器、声音传感器、光敏 传感器、碰撞传感器、数字指南针、人体热释传感器也是本发明的家政服务机 器人的感知装置，分别安装于所述家政服务机器人的表面，并与所述PC机主板 和所述数据采集卡连接。\n图3给出了家政服务机器人软件的30个功能，包括了防盗监测、安全检查、 物品搬运、家电控制、清洁卫生，以及病况监视(告知专家病情、专家询问病 情)、儿童教育(打字学习、学习单词、课文朗读，数学计算)、各种健康的 电子游戏、家庭娱乐(MP3播放)、开支管理等全部软件都用VC++6.0开发。\n由图4可见，五自由度机械手是本发明的家政服务机器人的执行装置。五 自由度机械手安装于家政服务机器人底架上，它由底架、手臂、手肘、手爪、 直流伺服电机构成。所述手臂安装于底架上，手臂通过手肘与手爪连接，5个直 流伺服电机分别安装于机械手的手臂、手肘、手爪上，并与控制装置连接。此 外，吸尘器也安装在所述家政服务机器人底架下面，并与PC机主板和数据采集 卡连接。喇叭安装在所述家政服务机器人的表面，并与PC机主板连接。\n互联网无线网卡、无线遥控器、手机短信模块是本发明的家政服务机器人 的接收装置，分别与PC机主板连接。其中小键盘、互联网无线网卡、手机短信 模块构成本发明的家政服务机器人的发送装置。\n显示器选用触模屏和液晶显示器，安装在本发明的家政服务机器人表面， 并与PC机主板连接。\n电池与PC机主板连接，选用可充电式镍氢电池。\n智能安防(防盗监测和安全检查)工作流程如图5所示。当发生触发事件 时，触发信号从触发器发出经过编码器编码后以二进制数据形式送至PC机主板 端口，PC机主板通过程序获取事件编码并进行分析和识别，进而根据程序设定 启动相应的报警动作(不同的触发事件有不同的处理方式)，在日志表中记录 触发事件的时间、名称和触警动作以备查用。\n除了上述智能安防功能，家政服务功能也有重要的应用前景。因为，目前 人们的工作压力和工作时间持续地增加，对老人、小孩、病人的照顾将变成一 个十分迫切的问题，而家政服务机器人所提供的服务功能则能很好地缓解以上 情况。家政服务机器人所提供的服务主要有家庭娱乐、病况监视、儿童教育、 报时催醒、开支管理等功能，见图6所示。