交互式智能家居服務(wù)機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種交互式智能家居服務(wù)機(jī)器人，包括視覺模塊、嵌入式控制器、液晶顯示器、控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感系統(tǒng)，電源系統(tǒng)分別與控制系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)和視覺模塊連接，視覺模塊通過嵌入式控制器與液晶顯示器和控制系統(tǒng)連接，控制系統(tǒng)的傳感信號傳輸端與傳感系統(tǒng)連接，控制系統(tǒng)的控制輸出端與執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接。本發(fā)明具有功能強(qiáng)大、體積小巧、具有多種互動性的優(yōu)點(diǎn)，其將所有的圖像處理過程全部在機(jī)器人的嵌入式板卡上完成，替代掉體積龐大的PC系統(tǒng)，從而直接控制機(jī)器人傳感器系統(tǒng)和控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)自主跟蹤對象，路徑自動規(guī)劃、具有多種與人互動能力，良好的人機(jī)對話平臺，自主完成相應(yīng)的任務(wù)等功能，具有推廣的價值。
【專利說明】交互式智能家居服務(wù)機(jī)器人

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種智能機(jī)器人，尤其涉及一種交互式智能家居服務(wù)機(jī)器人。

【背景技術(shù)】
[0002]服務(wù)機(jī)器人是一種半自主或全自主工作的機(jī)器人，它能完成有意于人類健康的服務(wù)工作，但不包括從事生產(chǎn)的設(shè)備。
[0003]目前，服務(wù)機(jī)器人都是基于半自動模式下來開展任務(wù)，這就必須通過人工來操作和控制；這也就成為了服務(wù)機(jī)器人發(fā)展的短板。
[0004]而且，可以互動型的服務(wù)機(jī)器人一直都大量使用PC機(jī)來參與復(fù)雜的圖像處理和其他復(fù)雜的運(yùn)算，但是這樣使得家庭服務(wù)機(jī)器人體積非常龐大，功耗較大，不適合作為一個小巧玲瓏的家庭型服務(wù)機(jī)器人。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種交互式智能家居服務(wù)機(jī)器人。
[0006]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的:
[0007]本發(fā)明包括視覺模塊、嵌入式控制器、液晶顯示器、控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感系統(tǒng)，所述電源系統(tǒng)分別與所述控制系統(tǒng)、所述傳感系統(tǒng)和所述視覺模塊連接，所述視覺模塊通過所述嵌入式控制器與所述液晶顯示器和所述控制系統(tǒng)連接，所述控制系統(tǒng)的傳感信號傳輸端與所述傳感系統(tǒng)連接，所述控制系統(tǒng)的控制輸出端與所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接。
[0008]具體地，所述傳感系統(tǒng)由機(jī)器人聽覺傳感器系統(tǒng)、機(jī)器人壁障傳感器系統(tǒng)、機(jī)器人循跡及室內(nèi)定位系統(tǒng)組成；所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電機(jī)驅(qū)動板和機(jī)器人電機(jī)組成。
[0009]本發(fā)明的有益效果在于:
[0010]本發(fā)明是一種交互式智能家居服務(wù)機(jī)器人，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有功能強(qiáng)大、體積小巧、具有多種互動性的優(yōu)點(diǎn)，其將所有的圖像處理過程全部在機(jī)器人的嵌入式板卡上完成，替代掉體積龐大的PC系統(tǒng)，從而直接控制機(jī)器人傳感器系統(tǒng)和控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)自主跟蹤對象，路徑自動規(guī)劃、具有多種與人互動能力，良好的人機(jī)對話平臺，自主完成相應(yīng)的任務(wù)等功能，具有推廣的價值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
[0013]如圖1所示:本發(fā)明包括視覺模塊、嵌入式控制器、液晶顯示器、控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感系統(tǒng)，所述電源系統(tǒng)分別與所述控制系統(tǒng)、所述傳感系統(tǒng)和所述視覺模塊連接，所述視覺模塊通過所述嵌入式控制器與所述液晶顯示器和所述控制系統(tǒng)連接，所述控制系統(tǒng)的傳感信號傳輸端與所述傳感系統(tǒng)連接，所述控制系統(tǒng)的控制輸出端與所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接。
[0014]視覺模塊:
[0015]在本發(fā)明中作為圖像采集部件使用，通過嵌入式控制器集成SimpleCV視覺運(yùn)行庫處理視覺，如應(yīng)用圖像識別和圖像追蹤等。鏡頭采用的是0V5647鏡頭，可通過軟排線直接與嵌入式控制器連接。它配備500萬像素的圖像傳感器，能錄制每秒30幀的1SOp全高清視頻，或拍攝2592x1944分辨率的圖片。
[0016]嵌入式控制器:
[0017]在本發(fā)明中作為機(jī)器人的控制中心，內(nèi)嵌Linux嵌入式系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)具有大量運(yùn)算的功能，包括視覺處理、各種路徑規(guī)劃、圖像顯示，人機(jī)交互等。
[0018]該系統(tǒng)主控制器采用fcoadcom BCM2835主頻為700MHz，ARM1176JZF-S核心(ARM11系列)(SDRAM/內(nèi)存)，具有4個USB接口和一個網(wǎng)口資源，可連接鍵盤、鼠標(biāo)和網(wǎng)線，控制器擁有視頻模擬信號的電視輸出接口和HDMI高清視頻輸出接口以及無線網(wǎng)卡，控制器具備所有PC的基本功能只需接通電視機(jī)和鍵盤，能執(zhí)行如電子表格、文字處理、玩游戲、播放高清視頻等諸多功能。可以直接連接視覺系統(tǒng)做圖像背景去除和輪廓提取，圖像分割和運(yùn)動檢測，圖像模式識別-顏色識別，圖像模式識別-形狀識別等基本處理功能。
[0019]液晶顯示器:
[0020]在本發(fā)明中作為機(jī)器人的人機(jī)對話顯示界面和功能菜單顯示界面，相當(dāng)于計算機(jī)的顯示器，可以顯示各種軟件頁面，編程界面和圖像處理過程等。該液晶顯示器為7寸TFTIXD，hdmi接口顯示器，顯示器可以設(shè)置為高清分辨率，分辨率可以設(shè)置為=1024x600。
[0021]控制系統(tǒng):
[0022]在本發(fā)明中作為機(jī)器人偏底層的控制部分，由于嵌入式控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)大量的運(yùn)算和視覺處理，屬于數(shù)據(jù)處理中心，不善于再來運(yùn)作大量的控制，我們巧妙的分成兩層系統(tǒng)來處理，控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)傳感器數(shù)據(jù)處理，電機(jī)驅(qū)動處理和嵌入式控制器數(shù)據(jù)通信等。該系統(tǒng)為王控心片Atmega 328，晶振:16M，支持多種互動程序。
[0023]具體地，所述傳感系統(tǒng)由機(jī)器人聽覺傳感器系統(tǒng)、機(jī)器人壁障傳感器系統(tǒng)、機(jī)器人循跡及室內(nèi)定位系統(tǒng)組成；聽覺傳感器主要負(fù)責(zé)語音識別和人機(jī)對話和讓機(jī)器人可以聽懂發(fā)放的命令，機(jī)器人壁障傳感器系統(tǒng)包括距離感應(yīng)及測量裝置，溫度識別裝置，人體紅外識別裝置等，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電機(jī)驅(qū)動板和機(jī)器人電機(jī)組成。該系統(tǒng)中語音識別采用LD3320非特定人語音識別模塊是以LD3320語音識別芯片為核心。LD3320芯片是一款“語音識別”專用芯片。該芯片高度集成化，外圍只需要增加少量的器件就可以構(gòu)成完整的語音識別方案。該芯片是基于非特定人語音識別，任何人只要說出的正確的識別語句，都可被識別，而不需要事先進(jìn)行訓(xùn)練。識別語句以漢語拼音字符串的形式送入芯片進(jìn)行識別。每條識別語句可以由單字、詞組、短句組成。每條識別語句最多支持10個漢字或79個字節(jié)的拼音串。受不同的麥克風(fēng)靈敏度的影響，使用不同的麥克風(fēng)可能在識別率和識別距離方面會有不同。但通常情況識別率能達(dá)到90%。另外該芯片支持MP3語音播放功能，可滿足設(shè)計時播放語音提示的需求。該芯片支持并行和串行兩種接口，串行方式可以簡化與其他模塊的連接。距離感應(yīng)及探測模塊采用的是超聲波傳感器，超聲波傳感器可向前方空間發(fā)射和接收超聲聲波信號，其測量距離原理就是通發(fā)射與接收到信號的時間差來計算傳感器與被物物體的距離。這是一種非接觸式測量的傳感器，因此常用于一些不與被測物體接觸的場合。非接觸式紅外測溫系統(tǒng)采用紅外溫度計模塊具有高靈敏度、高精度、的功耗的設(shè)計，保證了采用的優(yōu)良特性。MEMS熱電堆可以準(zhǔn)確的測量出環(huán)境溫度，采用溫度補(bǔ)償技術(shù)在TNm紅外溫度計模塊上。ZyTemp開發(fā)出獨(dú)有的集成了所有硬件的集成電路的組成了紅外片上系統(tǒng)。應(yīng)用該創(chuàng)造性的紅外片上系統(tǒng)(SoC)技術(shù)，TNm紅外溫度模塊具有很高的集成度和性價比。ZyTemp's的產(chǎn)品可以承受10°C的熱沖擊。我們的產(chǎn)品擅長在寬范圍溫度變化環(huán)境中保持精度。例如:傳統(tǒng)的紅外測溫儀溫度變化帶來的誤差達(dá)到1.6°C，需要30分鐘的穩(wěn)定時間；而ZyTemp’ sTNm產(chǎn)品誤差僅僅是0.7°C，僅需要7分鐘的穩(wěn)定時間。TNm產(chǎn)品只需要3伏電源供電，而多數(shù)其他紅外溫度計需要9伏電壓供電ZyTemp保證溫度標(biāo)準(zhǔn)溯源倒NIST或者國際測量實(shí)驗(yàn)室.所有的TNm產(chǎn)品經(jīng)過溯源的紅外溫度標(biāo)準(zhǔn)源校準(zhǔn)，校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)和產(chǎn)品的序列號保存在模塊上EEPROM內(nèi)。人體紅外傳感器采用人體熱釋電傳感器模塊，非接觸式紅外傳感器能檢測運(yùn)動的人或動物身上發(fā)出的紅外線，輸出開關(guān)信號，可以應(yīng)用于各種需要檢測運(yùn)動人體的場合。
[0024]電機(jī)驅(qū)動板:
[0025]在本發(fā)明中，機(jī)器人運(yùn)動采用輪式驅(qū)動方式控制，采用兩個差動大扭力的直流電機(jī)，驅(qū)動電路采用大功率電機(jī)專用驅(qū)動芯片L298P，可直接驅(qū)動2路直流電機(jī)，驅(qū)動電流最大達(dá)2A。該電路線路布線合理、均采用貼元件片、體積小、方便安裝，輸出端采用高速肖特基二極管作為保護(hù)。
[0026]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種交互式智能家居服務(wù)機(jī)器人，其特征在于:包括視覺模塊、嵌入式控制器、液晶顯示器、控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感系統(tǒng)，所述電源系統(tǒng)分別與所述控制系統(tǒng)、所述傳感系統(tǒng)和所述視覺模塊連接，所述視覺模塊通過所述嵌入式控制器與所述液晶顯示器和所述控制系統(tǒng)連接，所述控制系統(tǒng)的傳感信號傳輸端與所述傳感系統(tǒng)連接，所述控制系統(tǒng)的控制輸出端與所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交互式智能家居服務(wù)機(jī)器人，其特征在于:所述傳感系統(tǒng)由機(jī)器人聽覺傳感器系統(tǒng)、機(jī)器人壁障傳感器系統(tǒng)、機(jī)器人循跡及室內(nèi)定位系統(tǒng)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交互式智能家居服務(wù)機(jī)器人，其特征在于:所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電機(jī)驅(qū)動板和機(jī)器人電機(jī)組成。
【文檔編號】B25J13/08GK104400785SQ201410720727
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月2日
【發(fā)明者】鄧曙光, 譚躍, 楊冰, 鄧楊保, 肖湘 申請人:湖南城市學(xué)院