一種基于家庭服務(wù)機(jī)器人的智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及智能監(jiān)控【技術(shù)領(lǐng)域】，具體公開了一種基于家庭服務(wù)機(jī)器人的智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)；包括：遠(yuǎn)程監(jiān)控終端、無(wú)線傳感控制設(shè)備和家庭服務(wù)機(jī)器人；遠(yuǎn)程監(jiān)控終端通過網(wǎng)絡(luò)與家庭服務(wù)機(jī)器人進(jìn)行通訊，操控家庭服務(wù)機(jī)器人進(jìn)行全方位視頻監(jiān)控；無(wú)線傳感控制設(shè)備與家庭服務(wù)機(jī)器人交互，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)收集家庭各類環(huán)境數(shù)據(jù)，上報(bào)給遠(yuǎn)程監(jiān)控終端；家庭服務(wù)機(jī)器人包括核心控制裝置、底盤移動(dòng)裝置和感知執(zhí)行裝置，核心控制裝置通過CAN總線分別與底盤移動(dòng)裝置和感知執(zhí)行裝置相連接，獲取機(jī)器人自身運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，感知外部環(huán)境信息，控制底盤移動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的控制和監(jiān)測(cè)。本發(fā)明通過家庭服務(wù)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭環(huán)境的定期巡檢和對(duì)異常目標(biāo)區(qū)的針對(duì)性監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
【專利說(shuō)明】一種基于家庭服務(wù)機(jī)器人的智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及智能家居監(jiān)控【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種基于家庭服務(wù)機(jī)器人的智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的強(qiáng)勢(shì)崛起，智能家居產(chǎn)業(yè)得到了迅猛發(fā)展，越來(lái)越多的家庭開始引進(jìn)智能化系統(tǒng)和設(shè)備。在物聯(lián)網(wǎng)方面，基于Zigbee的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，因?yàn)橛兄凸?、抗干擾、高可靠、易組網(wǎng)、易維護(hù)、便于快速大規(guī)模部署等特點(diǎn)，在智能家居領(lǐng)域逐漸獲得應(yīng)用。另一方面，隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，使得機(jī)器人開始能夠勝任需要人類思考才能完成的復(fù)雜工作，服務(wù)型機(jī)器人開始走入家庭，從事助老助殘、康復(fù)護(hù)理、清潔、教育娛樂等方面的工作。
[0003]傳統(tǒng)的智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)是基于有線方式部署，近些年隨著無(wú)線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的逐漸成熟和普及，尤其是低功耗、自組網(wǎng)的zigbee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線聯(lián)網(wǎng)越來(lái)越成為智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)部署的主流方式。而基于這兩類方式部署的家庭監(jiān)控系統(tǒng)，絕大多數(shù)是基于固定地點(diǎn)的守候式監(jiān)控，考慮到對(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)的改造和部署成本，多少會(huì)留下監(jiān)控盲區(qū)。為了解決這些問題，具備家居安防監(jiān)控功能的家庭服務(wù)機(jī)器人因其有移動(dòng)、自主、智能等特點(diǎn)，逐漸從實(shí)驗(yàn)室走入家庭，如中科院深圳先進(jìn)院研制的家庭監(jiān)控機(jī)器人可以自如移動(dòng)，監(jiān)測(cè)家中是否漏水、著火、煤氣泄露等，一旦發(fā)現(xiàn)異常，它會(huì)主動(dòng)向主人的手機(jī)發(fā)送報(bào)警短信。
[0004]但現(xiàn)有技術(shù) 中，基于家庭服務(wù)機(jī)器人的家庭監(jiān)控系統(tǒng)主要集中在機(jī)器人一些基本功能的實(shí)現(xiàn)上，考慮到復(fù)雜的工作環(huán)境和存在的技術(shù)難度，無(wú)法真正自主完成完整的家庭監(jiān)控任務(wù)。這些技術(shù)難度包括:
[0005]1.當(dāng)火情或可燃?xì)庑孤┌l(fā)生后，機(jī)器人如何感知；
[0006]2.在復(fù)雜的家居環(huán)境下，機(jī)器人如何實(shí)現(xiàn)精確定位和導(dǎo)航；
[0007]3.在房門被關(guān)上后，機(jī)器人如何打開房門，從一個(gè)房間到另一個(gè)房間；
[0008]4.考慮到改造成本，在每個(gè)房間沒有部署紅外轉(zhuǎn)發(fā)器的情況下，機(jī)器人如何遙控家電。
[0009]以上這些問題現(xiàn)有技術(shù)都無(wú)法解決，如何開發(fā)一種對(duì)既有家庭環(huán)境改造影響最小、部署容易，又能全面監(jiān)控覆蓋的智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)，是目前亟待解決的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是提供一種基于家庭服務(wù)機(jī)器人的智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)，本發(fā)明通過家庭服務(wù)機(jī)器人和多個(gè)傳感設(shè)備共同組成的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行多種感知信息的融合和分析，對(duì)家庭環(huán)境和家庭設(shè)備進(jìn)行更為全面的監(jiān)視和控制。具體通過家庭服務(wù)機(jī)器人與其他傳感設(shè)備相互配合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，一方面，家庭服務(wù)機(jī)器人監(jiān)控其他傳感設(shè)備無(wú)法覆蓋的區(qū)域或設(shè)備，另一方面，其他傳感設(shè)備為家庭服務(wù)機(jī)器人輔助導(dǎo)航，并監(jiān)控家庭服務(wù)機(jī)器人無(wú)法到達(dá)或控制的區(qū)域或設(shè)備。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)家庭環(huán)境的監(jiān)測(cè)和家庭設(shè)備的監(jiān)控，家庭安全防護(hù)包括視頻監(jiān)控、防火、防盜、防氣體泄漏、防水泄漏的報(bào)警和監(jiān)測(cè)與控制；家電控制與監(jiān)測(cè)包括空調(diào)、冰箱溫度的調(diào)節(jié)與控制、電視的控制、錄像設(shè)備的控制、窗簾的開合和燈光控制。
[0011]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于家庭服務(wù)機(jī)器人的智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)，包括:遠(yuǎn)程監(jiān)控終端、無(wú)線傳感控制設(shè)備和家庭服務(wù)機(jī)器人；
[0012]所述遠(yuǎn)程監(jiān)控終端通過網(wǎng)絡(luò)與所述家庭服務(wù)機(jī)器人和所述無(wú)線傳感控制設(shè)備進(jìn)行通訊；所述遠(yuǎn)程監(jiān)控終端遠(yuǎn)程操控所述家庭服務(wù)機(jī)器人對(duì)家庭環(huán)境全方位視頻監(jiān)控，并控制所述家庭服務(wù)機(jī)器人移動(dòng)到目標(biāo)區(qū)域采集數(shù)據(jù)或控制設(shè)備，以及操控所述家庭服務(wù)機(jī)器人的監(jiān)視角度；所述遠(yuǎn)程監(jiān)控終端還遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)所述無(wú)線傳感控制設(shè)備所采集的數(shù)據(jù)，并操控所述無(wú)線傳感控制設(shè)備執(zhí)行動(dòng)作；
[0013]所述無(wú)線傳感控制設(shè)備包括:無(wú)線開關(guān)、無(wú)線插座、無(wú)線智能鎖、無(wú)線聲光報(bào)警器、無(wú)線閥門機(jī)械手、無(wú)線門、窗磁感應(yīng)器、無(wú)線煙霧探測(cè)器、無(wú)線可燃?xì)庑孤短綔y(cè)器、無(wú)線溫度濕度傳感器和無(wú)線漏水傳感器；所述無(wú)線傳感控制設(shè)備中的設(shè)備相互之間，以及所述無(wú)線傳感控制設(shè)備與所述家庭服務(wù)機(jī)器人之間，通過無(wú)線Zigbee協(xié)議互聯(lián)，自組織組網(wǎng)進(jìn)行無(wú)線通信，交換控制信息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)；所述無(wú)線傳感控制設(shè)備與所述家庭服務(wù)機(jī)器人共同構(gòu)建起室內(nèi)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)收集家庭各類環(huán)境數(shù)據(jù)，遇到緊急情況時(shí)聯(lián)動(dòng)執(zhí)行應(yīng)急動(dòng)作，并上報(bào)告警信息給所述遠(yuǎn)程監(jiān)控終端；在房間的天花板上設(shè)有所述無(wú)線煙霧探測(cè)器和所述無(wú)線可燃?xì)庑孤短綔y(cè)器；在室內(nèi)的進(jìn)水管道閥門和可燃?xì)夤艿篱y門分別部署所述無(wú)線閥門機(jī)械手；所述無(wú)線煙霧探測(cè)器、所述無(wú)線可燃?xì)庑孤短綔y(cè)器和所述無(wú)線閥門機(jī)械手內(nèi)設(shè)有支持Zigbee協(xié)議的無(wú)線收發(fā)芯片。
[0014]優(yōu)選的，所述家庭服務(wù)機(jī)器人包括核心控制裝置、底盤移動(dòng)裝置和感知執(zhí)行裝置，所述核心控制裝置通過CAN總線分別與所述底盤移動(dòng)裝置和所述感知執(zhí)行裝置相連接，獲取機(jī)器人自身運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，感知外部環(huán)境信息，控制底盤移動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)。
[0015]更加優(yōu)選的，所述核心控制裝置，是一個(gè)智能嵌入式系統(tǒng)，由Web服務(wù)器、視頻服務(wù)器、規(guī)劃決策與調(diào)度控制模塊、地圖構(gòu)建與定位導(dǎo)航模塊、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入模塊和遠(yuǎn)程通信接入模塊組成；對(duì)外通過WLAN接入家庭路由器，或直接通過遠(yuǎn)程無(wú)線通信協(xié)議與外部網(wǎng)絡(luò)相連，對(duì)內(nèi)通過Zigbee協(xié)議與所述無(wú)線傳感控制設(shè)備相連。
[0016]更加優(yōu)選的，所述底盤移動(dòng)裝置包括運(yùn)動(dòng)控制器、調(diào)速電機(jī)、紅外避障傳感器、陀螺儀、加速度計(jì)和激光雷達(dá)，所述運(yùn)動(dòng)控制器與所述調(diào)速電機(jī)相連，所述運(yùn)動(dòng)控制器接收來(lái)自核心控制裝置的命令，將規(guī)劃決策和調(diào)度控制指令轉(zhuǎn)變?yōu)槠谕臋C(jī)械運(yùn)動(dòng)；所述紅外避障傳感器、所述陀螺儀、所述加速度計(jì)和所述激光雷達(dá)共同組成家庭服務(wù)機(jī)器人的位姿感應(yīng)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人的自身狀態(tài)，并通過CAN總線反饋給所述核心控制裝置。
[0017]更加優(yōu)選的，所述底盤移動(dòng)裝置內(nèi)部還包括一塊充電電池；所述充電電池通過內(nèi)部電源線與所述核心控制裝置、所述感知控制裝置和所述底盤移動(dòng)裝置相連接，提供電能。
[0018]更加優(yōu)選的，所述底盤移動(dòng)裝置的下方設(shè)有四個(gè)輪子，包括兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和兩個(gè)萬(wàn)向隨動(dòng)輪；兩個(gè)所述驅(qū)動(dòng)輪布置在底盤的左右兩側(cè)，兩個(gè)所述萬(wàn)向隨動(dòng)輪布置在底盤的前后兩側(cè)；所述底盤移動(dòng)裝置外部結(jié)構(gòu)為一個(gè)圓形，兩個(gè)所述驅(qū)動(dòng)輪的軸線通過圓心。
[0019]更加優(yōu)選的，所述感知執(zhí)行裝置包括云臺(tái)、攝像頭、話筒、揚(yáng)聲器、溫度傳感器、濕度傳感器、無(wú)線煙霧探測(cè)器、無(wú)線可燃?xì)庑孤短綔y(cè)器、學(xué)習(xí)型遙控器、電磁吸盤、開關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)、自動(dòng)充電執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述家庭服務(wù)機(jī)器人的主動(dòng)控制視覺系統(tǒng)由所述云臺(tái)和所述攝像頭組成，所述攝像頭的角度通過云臺(tái)調(diào)整，所述主動(dòng)控制視覺系統(tǒng)部署在所述家庭服務(wù)機(jī)器人的頭部，實(shí)現(xiàn)左右旋轉(zhuǎn)、上下旋轉(zhuǎn)以及圖像傳感器的變焦和聚焦；所述家庭服務(wù)機(jī)器人的語(yǔ)音交互系統(tǒng)由所述話筒、所述揚(yáng)聲器和語(yǔ)音識(shí)別及合成處理器組成，通過語(yǔ)音與所述家庭服務(wù)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，以及對(duì)家電的控制和家庭環(huán)境的監(jiān)測(cè)；所述語(yǔ)音識(shí)別及合成處理器含有一顆DSP芯片，對(duì)內(nèi)通過IIC總線與所述核心控制裝置相連，對(duì)外通過音頻輸入接口與所述話筒相連，通過語(yǔ)音線路輸出接口與所述揚(yáng)聲器相連。
[0020]更加優(yōu)選的，所述家庭服務(wù)機(jī)器人在底盤前端設(shè)有開關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)和所述電磁吸盤，所述開關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)由一個(gè)半圓弧形電動(dòng)導(dǎo)軌和一個(gè)可伸縮的電動(dòng)推桿組成，控制所述電磁吸盤在所述底盤前端正負(fù)90度范圍擺動(dòng)，所述家庭服務(wù)機(jī)器人通過所述開關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)和所述電磁吸盤自主打開房門，在房門被鎖時(shí)，通過所述無(wú)線傳感控制設(shè)備中的所述無(wú)線智能鎖進(jìn)行解鎖；所述家庭服務(wù)機(jī)器人通過所述激光雷達(dá)和由所述無(wú)線傳感控制設(shè)備組成的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)完成定位、導(dǎo)航，并通過所述紅外避障傳感器避障；所述家庭服務(wù)機(jī)器人通過所述學(xué)習(xí)型遙控器實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的控制；所述家庭服務(wù)機(jī)器人在電池電量低時(shí)，自動(dòng)尋找充電座，并通過所述自動(dòng)充電執(zhí)行機(jī)構(gòu)與充電座連接進(jìn)行自主充電。
[0021 ] 更加優(yōu)選的，所述自動(dòng)充電執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括電池電壓監(jiān)測(cè)模塊、充電連接監(jiān)測(cè)模塊和直流電極連接簧片；所述電池電壓監(jiān)測(cè)模塊在電池電量低時(shí)，反饋給所述核心控制裝置，所述核心控制裝置通過控制所述底盤移動(dòng)裝置，自動(dòng)導(dǎo)航趨近充電座，并通過所述直流電極連接簧片與所述充電座連接進(jìn)行自主充電。
[0022]更加優(yōu)選的，所述家庭服務(wù)機(jī)器人還包括探測(cè)系統(tǒng)，所述探測(cè)系統(tǒng)包括所述溫度傳感器、所述濕度傳感器、所述無(wú)線煙霧探測(cè)器和所述無(wú)線可燃?xì)庑孤短綔y(cè)器，所述家庭服務(wù)機(jī)器人通過與所述無(wú)線傳感控制設(shè)備中的所述無(wú)線溫度傳感器、所述無(wú)線溫度傳感器、所述無(wú)線煙霧探測(cè)器和所述無(wú)線可燃?xì)庑孤短綔y(cè)器進(jìn)行交互，擴(kuò)大所述家庭服務(wù)機(jī)器人的感知范圍；所述家庭服務(wù)機(jī)器人通過自身探測(cè)系統(tǒng)對(duì)家居環(huán)境的溫度、濕度、以及煙霧、可燃?xì)庑孤┻M(jìn)行定期巡檢或針對(duì)性監(jiān)測(cè)。
[0023]其中，所述Zigbee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的近距離無(wú)線組網(wǎng)通訊技術(shù)。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。這一名稱來(lái)源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動(dòng)翅膀的“舞蹈”來(lái)與同伴傳遞花粉所在方位信息，蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)；其特點(diǎn)是低功耗、低成本、高數(shù)據(jù)速率、近距離、低復(fù)雜度、自組織、支持大量節(jié)點(diǎn)、支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、快速、安全和可靠。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備，ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備可分為協(xié)調(diào)器、匯聚節(jié)點(diǎn)、傳感器節(jié)點(diǎn)等三種角色。
[0024]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果:
[0025]1.所述智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)通過家庭服務(wù)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭環(huán)境的定期巡檢和對(duì)異常目標(biāo)區(qū)的針對(duì)性監(jiān)控；所述智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)通過無(wú)線傳感控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭環(huán)境的定點(diǎn)監(jiān)控；所述智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)中的機(jī)器人或無(wú)線傳感控制設(shè)備在監(jiān)測(cè)到異常、緊急情況發(fā)生時(shí)，比如門窗被非法打開、可燃?xì)庑孤?、發(fā)生火災(zāi)、水溢等，會(huì)自動(dòng)通知有執(zhí)行能力的無(wú)線傳感控制設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，關(guān)閉電源和閥門，并觸發(fā)聲光報(bào)警，同時(shí)上報(bào)告警給遠(yuǎn)程監(jiān)控終端；所述智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)的任何設(shè)備只要監(jiān)測(cè)到異常情況，都會(huì)聯(lián)動(dòng)通知家庭服務(wù)機(jī)器人前往事故現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行拍照和錄像，供遠(yuǎn)程監(jiān)控終端訪問。
[0026]2.本發(fā)明采用固定、移動(dòng)相融合的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭環(huán)境更為全面有效的監(jiān)控。包括對(duì)火警的監(jiān)測(cè)，因?yàn)闊熿F通常會(huì)向上對(duì)流集聚，機(jī)器人位置低，無(wú)法及時(shí)探測(cè)到，只有布置在目標(biāo)區(qū)天花板上的煙霧傳感器才能發(fā)揮作用。而對(duì)于視頻監(jiān)控，機(jī)器人可以移動(dòng)到每個(gè)房間，實(shí)現(xiàn)全覆蓋監(jiān)控，而無(wú)需在各個(gè)房間安裝攝像頭。
[0027]3.本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)輔助家庭服務(wù)機(jī)器人自主導(dǎo)航技術(shù)，定位精度更高，可靠性好，任務(wù)執(zhí)行效率高，可以更為有效地完成自主開關(guān)門、自主充電、智能移動(dòng)監(jiān)控等任務(wù)。
[0028]4.本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了無(wú)手臂輪式機(jī)器人開門或關(guān)門，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)機(jī)器人跨房間無(wú)障礙監(jiān)控，實(shí)用性好。
[0029]5.本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)式萬(wàn)能遙控器，無(wú)需在每個(gè)房間安裝紅外轉(zhuǎn)發(fā)器，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)非智能家電(如電視、空調(diào)、冰箱、DVD機(jī)和電動(dòng)窗簾)以及智能家電的統(tǒng)一遙控。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1示例性的示出了本發(fā)明一種基于家庭服務(wù)機(jī)器人的智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)示意圖；
[0031]圖2示例性的示出了本發(fā)明的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)輔助家庭服務(wù)機(jī)器人自主定位與導(dǎo)航算法的流程示意圖；
[0032]圖3示例性的示出了本發(fā)明家庭服務(wù)機(jī)器人的開關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖4示例性的示出了本發(fā)明的家庭服務(wù)機(jī)器人開門或關(guān)門的流程示意圖；
[0034]圖5示例性的示出了本發(fā)明的無(wú)線傳感器部署和導(dǎo)航、避障、開門過程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]為了更好的理解本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、所提供的技術(shù)方案，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明的實(shí)施，但并不用于限定本發(fā)明。
[0036]在優(yōu)選的實(shí)施例中，圖1示例性的示出了本發(fā)明一種基于家庭服務(wù)機(jī)器人的智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)示意圖，本發(fā)明由一個(gè)家庭服務(wù)機(jī)器人，多個(gè)無(wú)線傳感控制設(shè)備，一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端(如智能手機(jī)、PAD或PC機(jī))組成；
[0037]所述遠(yuǎn)程監(jiān)控終端通過網(wǎng)絡(luò)與所述家庭服務(wù)機(jī)器人和所述無(wú)線傳感控制設(shè)備進(jìn)行通訊；所述遠(yuǎn)程監(jiān)控終端遠(yuǎn)程操控所述家庭服務(wù)機(jī)器人對(duì)家庭環(huán)境全方位視頻監(jiān)控，并控制所述家庭服務(wù)機(jī)器人移動(dòng)到目標(biāo)區(qū)域采集數(shù)據(jù)或控制設(shè)備，以及操控所述家庭服務(wù)機(jī)器人的監(jiān)視角度；所述遠(yuǎn)程監(jiān)控終端還遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)所述無(wú)線傳感控制設(shè)備所采集的數(shù)據(jù)，并操控所述無(wú)線傳感控制設(shè)備執(zhí)行動(dòng)作；
[0038]所述無(wú)線傳感控制設(shè)備包括:無(wú)線開關(guān)、無(wú)線插座、無(wú)線智能鎖、無(wú)線聲光報(bào)警器、無(wú)線閥門機(jī)械手、無(wú)線門、窗磁感應(yīng)器、無(wú)線煙霧探測(cè)器、無(wú)線可燃?xì)庑孤短綔y(cè)器、無(wú)線溫度濕度傳感器和無(wú)線漏水傳感器；所述無(wú)線傳感控制設(shè)備中的設(shè)備相互之間，以及所述無(wú)線傳感控制設(shè)備與所述家庭服務(wù)機(jī)器人之間，通過無(wú)線Zigbee協(xié)議互聯(lián)，自組織組網(wǎng)進(jìn)行無(wú)線通信，交換控制信息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)；所述無(wú)線傳感控制設(shè)備與所述家庭服務(wù)機(jī)器人共同構(gòu)建起室內(nèi)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)收集家庭各類環(huán)境數(shù)據(jù)，遇到緊急情況時(shí)聯(lián)動(dòng)執(zhí)行應(yīng)急動(dòng)作，并上報(bào)告警信息給所述遠(yuǎn)程監(jiān)控終端；所述無(wú)線溫度濕度傳感器、無(wú)線煙霧可燃?xì)庑孤短綔y(cè)器是無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中的傳感器，與機(jī)器人本體中的溫度濕度傳感器、煙霧可燃?xì)庑孤短綔y(cè)器通過無(wú)線傳感網(wǎng)交換信息，形成互補(bǔ)，可擴(kuò)大機(jī)器人的感知范圍。考慮到煙霧、氣體等通常會(huì)向上對(duì)流集聚，機(jī)器人位置低，無(wú)法及時(shí)探測(cè)到，在房間的天花板上設(shè)有所述無(wú)線煙霧探測(cè)器和所述無(wú)線可燃?xì)庑孤短綔y(cè)器，這樣可以更加有效地對(duì)家居環(huán)境的溫度、濕度、以及煙霧、可燃?xì)庑孤┻M(jìn)行監(jiān)測(cè)。在室內(nèi)的進(jìn)水管道閥門和可燃?xì)夤艿篱y門分別部署所述無(wú)線閥門機(jī)械手；所述無(wú)線煙霧探測(cè)器、所述無(wú)線可燃?xì)庑孤短綔y(cè)器和所述無(wú)線閥門機(jī)械手內(nèi)設(shè)有支持Zigbee協(xié)議的無(wú)線收發(fā)芯片，負(fù)責(zé)與其他無(wú)線傳感控制設(shè)備和家庭服務(wù)機(jī)器人進(jìn)行無(wú)線通信。例如，所述無(wú)線閥門機(jī)械手和所述無(wú)線可燃?xì)庑孤短綔y(cè)器實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，當(dāng)無(wú)線可燃?xì)庑孤短綔y(cè)器探測(cè)到可燃?xì)鉂舛瘸瑯?biāo)后，會(huì)直接通過Zigbee協(xié)議與安裝在可燃?xì)夤艿篱y門上的無(wú)線閥門機(jī)械手進(jìn)行通信，觸發(fā)其動(dòng)作，關(guān)閉可燃?xì)夤艿篱y門。
[0039]在更加優(yōu)選的實(shí)施例中，所述家庭服務(wù)機(jī)器人包括核心控制裝置、底盤移動(dòng)裝置和感知執(zhí)行裝置，所述核心控制裝置通過CAN總線分別與所述底盤移動(dòng)裝置和所述感知執(zhí)行裝置相連接，獲取機(jī)器人自身運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，感知外部環(huán)境信息，控制底盤移動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)。
[0040]在更加優(yōu)選的實(shí)施例中，所述核心控制裝置，是一個(gè)智能嵌入式系統(tǒng)，由Web服務(wù)器、視頻服務(wù)器、規(guī)劃決策與調(diào)度控制模塊、地圖構(gòu)建與定位導(dǎo)航模塊、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入模塊和遠(yuǎn)程通信接入模塊組成；所述核心控制裝置是還具備家庭網(wǎng)關(guān)功能，對(duì)外可通過WLAN接入家庭路由器，或直接通過3G等無(wú)線通信協(xié)議與Internet相連，對(duì)內(nèi)使用Zigbee協(xié)議與其他無(wú)線傳感控制設(shè)備相連。
[0041]在更加優(yōu)選的實(shí)施例中，所述底盤移動(dòng)裝置包括運(yùn)動(dòng)控制器、調(diào)速電機(jī)、紅外避障傳感器、陀螺儀、加速度計(jì)和激光雷達(dá)，所述運(yùn)動(dòng)控制器與所述調(diào)速電機(jī)相連，所述運(yùn)動(dòng)控制器接收來(lái)自核心控制裝置的命令，將規(guī)劃決策和調(diào)度控制指令轉(zhuǎn)變?yōu)槠谕臋C(jī)械運(yùn)動(dòng)；所述紅外避障傳感器、所述陀螺儀、所述加速度計(jì)和所述激光雷達(dá)共同組成家庭服務(wù)機(jī)器人的位姿感應(yīng)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人的自身狀態(tài)，并通過CAN總線反饋給所述核心控制裝置；
[0042]在更加優(yōu)選的實(shí)施例中，所述底盤移動(dòng)裝置內(nèi)部還包括一塊充電電池；所述充電電池通過內(nèi)部電源線與所述核心控制裝置、所述感知控制裝置和所述底盤移動(dòng)裝置相連接，提供電能。
[0043]在更加優(yōu)選的實(shí)施例中，如圖3所示，所述底盤移動(dòng)裝置的下方設(shè)有四個(gè)個(gè)輪子(如圖3標(biāo)號(hào)①②③④所示)，包括兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和兩個(gè)萬(wàn)向隨動(dòng)輪；兩個(gè)所述驅(qū)動(dòng)輪布置在底盤的左右兩側(cè)，兩個(gè)所述萬(wàn)向隨動(dòng)輪布置在底盤的前后兩側(cè)；所述底盤移動(dòng)裝置外部結(jié)構(gòu)為一個(gè)圓形，兩個(gè)所述驅(qū)動(dòng)輪的軸線通過圓心。這種結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)原地零半徑轉(zhuǎn)向而不發(fā)生位移，運(yùn)動(dòng)更靈活。
[0044]在更加優(yōu)選的實(shí)施例中，所述感知執(zhí)行裝置包括云臺(tái)、攝像頭、話筒、揚(yáng)聲器、溫度傳感器、濕度傳感器、無(wú)線煙霧探測(cè)器、無(wú)線可燃?xì)庑孤短綔y(cè)器、學(xué)習(xí)型遙控器、電磁吸盤、開關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)、自動(dòng)充電執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述家庭服務(wù)機(jī)器人的主動(dòng)控制視覺系統(tǒng)由所述云臺(tái)和所述攝像頭組成，所述攝像頭的角度通過云臺(tái)調(diào)整，所述主動(dòng)控制視覺系統(tǒng)部署在所述家庭服務(wù)機(jī)器人的頭部，實(shí)現(xiàn)左右旋轉(zhuǎn)、上下旋轉(zhuǎn)以及圖像傳感器的變焦和聚焦；所述家庭服務(wù)機(jī)器人的語(yǔ)音交互系統(tǒng)由所述話筒、所述揚(yáng)聲器和語(yǔ)音識(shí)別及合成處理器組成，通過語(yǔ)音與所述家庭服務(wù)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，以及對(duì)家電的控制和家庭環(huán)境的監(jiān)測(cè)；所述語(yǔ)音識(shí)別及合成處理器含有一顆DSP芯片，對(duì)內(nèi)通過IIC總線與所述核心控制裝置相連，對(duì)外通過音頻輸入接口與所述話筒相連，通過語(yǔ)音線路輸出接口與所述揚(yáng)聲器相連。
[0045]在更加優(yōu)選的實(shí)施例中，所述家庭服務(wù)機(jī)器人還包括探測(cè)系統(tǒng)，所述探測(cè)系統(tǒng)包括所述溫度傳感器、所述濕度傳感器、無(wú)線煙霧探測(cè)器和無(wú)線可燃?xì)庑孤短綔y(cè)器，所述家庭服務(wù)機(jī)器人通過與所述無(wú)線傳感控制設(shè)備中的所述無(wú)線溫度傳感器、所述無(wú)線溫度傳感器、所述無(wú)線煙霧探測(cè)器和所述無(wú)線可燃?xì)庑孤短綔y(cè)器進(jìn)行交互，擴(kuò)大所述家庭服務(wù)機(jī)器人的感知范圍；所述家庭服務(wù)機(jī)器人通過自身的探測(cè)系統(tǒng)對(duì)家居環(huán)境的溫度、濕度、以及煙霧、可燃?xì)庑孤┻M(jìn)行定期巡檢或針對(duì)性監(jiān)測(cè)。
[0046]在更加優(yōu)選的實(shí)施例中，所述家庭服務(wù)機(jī)器人在底盤前端還設(shè)有開關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)和所述電磁吸盤(如圖3標(biāo)號(hào)⑦所示)，所述開關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)由一個(gè)半圓弧形電動(dòng)導(dǎo)軌(如圖3標(biāo)號(hào)⑤所示)和一個(gè)可伸縮的電動(dòng)推桿(如圖3標(biāo)號(hào)⑥所示)組成，控制所述電磁吸盤在所述底盤前端正負(fù)90度范圍擺動(dòng)，所述家庭服務(wù)機(jī)器人通過所述開關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)和所述電磁吸盤自主打開房門，在房門被鎖時(shí)，通過所述無(wú)線傳感控制設(shè)備中的所述無(wú)線智能鎖進(jìn)行解鎖；所述家庭服務(wù)機(jī)器人通過所述激光雷達(dá)和由所述無(wú)線傳感控制設(shè)備組成的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)完成定位、導(dǎo)航，并通過所述紅外避障傳感器避障；所述家庭服務(wù)機(jī)器人通過所述學(xué)習(xí)型遙控器實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的控制；所述家庭服務(wù)機(jī)器人在電池電量低時(shí)，自動(dòng)尋找充電座，并通過所述自動(dòng)充電執(zhí)行機(jī)構(gòu)與充電座連接進(jìn)行自主充電。
[0047]在更加優(yōu)選的實(shí)施例中，所述自動(dòng)充電執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括電池電壓監(jiān)測(cè)模塊、充電連接監(jiān)測(cè)模塊和直流電極連接簧片；所述電池電壓監(jiān)測(cè)模塊在電池電量低時(shí)，反饋給所述核心控制裝置，所述核心控制裝置通過控制所述底盤移動(dòng)裝置，自動(dòng)導(dǎo)航趨近充電座，并通過所述直流電極連接簧片與所述充電座連接進(jìn)行自主充電。
[0048]具體實(shí)施例:
[0049]所述智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)通過家庭服務(wù)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭環(huán)境的定期巡檢和對(duì)異常目標(biāo)區(qū)的針對(duì)性監(jiān)控。所述智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)通過無(wú)線傳感控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭環(huán)境的定點(diǎn)監(jiān)控。所述智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)中的機(jī)器人或無(wú)線傳感控制設(shè)備在監(jiān)測(cè)到異常、緊急情況發(fā)生時(shí)，比如門窗被非法打開、可燃?xì)庑孤?、發(fā)生火災(zāi)、水溢等，會(huì)自動(dòng)通知有執(zhí)行能力的無(wú)線傳感控制設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，關(guān)閉電源和閥門，并觸發(fā)聲光報(bào)警，同時(shí)上報(bào)告警給遠(yuǎn)程監(jiān)控終端。所述智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)的任何設(shè)備只要監(jiān)測(cè)到異常情況，都會(huì)聯(lián)動(dòng)通知家庭服務(wù)機(jī)器人前往事故現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行拍照和錄像，供遠(yuǎn)程監(jiān)控終端訪問。
[0050]如圖2所示，本發(fā)明所述無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)輔助家庭服務(wù)機(jī)器人自主定位與導(dǎo)航技術(shù)，實(shí)施過程如下:
[0051]首先，在室內(nèi)各個(gè)房間需要的位置布置好相應(yīng)的無(wú)線傳感控制設(shè)備，構(gòu)建家庭無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)。這里的無(wú)線傳感控制設(shè)備包括但不限于:無(wú)線開關(guān)或插座、無(wú)線智能鎖、無(wú)線聲光報(bào)警器、無(wú)線閥門機(jī)械手、無(wú)線門、窗磁感應(yīng)器、無(wú)線煙霧可燃?xì)庑孤短綔y(cè)器、無(wú)線溫度濕度傳感器和無(wú)線漏水傳感器。
[0052]本系統(tǒng)開始工作前，為保證家庭服務(wù)機(jī)器人的定位精度，需要控制機(jī)器人構(gòu)建起初步的室內(nèi)Zigbee信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù)。為此，選擇以充電座、客廳中央、進(jìn)戶門或任何其他易測(cè)量的位置作為原點(diǎn)建立家庭平面坐標(biāo)系。
[0053]建立室內(nèi)Zigbee信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù)步驟如下:
[0054]1.在室內(nèi)各個(gè)房間均勻選擇幾個(gè)機(jī)器人容易到達(dá)的位置，測(cè)量出相對(duì)坐標(biāo)原點(diǎn)的位置。
[0055]2.控制機(jī)器人在選好的位置自動(dòng)采樣Zigbee信號(hào)，建立該位置與各無(wú)線傳感設(shè)備節(jié)點(diǎn)RSSI (接收的信號(hào)強(qiáng)度指示)或LQI (鏈路質(zhì)量指示)指標(biāo)值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，構(gòu)建好初步的室內(nèi)Zigbee信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0056]在構(gòu)建Zigbee無(wú)線信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，盡量將一些特征點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)加入，如門型區(qū)域點(diǎn)、坐標(biāo)原點(diǎn)、充電座位置點(diǎn)。
[0057]當(dāng)Zigbee無(wú)線信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù)建立完畢后，機(jī)器人即可開始工作。本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于:在后續(xù)工作過程中，所述家庭服務(wù)機(jī)器人通過激光雷達(dá)掃描獲取環(huán)境的線段特征，通過無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)采集各個(gè)無(wú)線傳感設(shè)備的Zigbee信號(hào)特征數(shù)據(jù)，基于EKF (擴(kuò)展卡爾曼濾波)的即時(shí)定位與地圖構(gòu)建(SLAM)算法,逐步構(gòu)建起室內(nèi)全局線段特征地圖和Zigbee信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)完成自身的定位和導(dǎo)航，算法實(shí)現(xiàn)過程如下:
[0058]①開始工作時(shí)，全局線段特征地圖初始化為空，EKF初始估計(jì)狀態(tài)為當(dāng)前Zigbee信號(hào)測(cè)量得到的位置。當(dāng)判斷到全局特征地圖尚未建立時(shí)，控制激光雷達(dá)360度掃描當(dāng)前房間，提取周圍環(huán)境的線段特征，加入全局地圖。
[0059]②機(jī)器人在導(dǎo)航過程中，取上一次計(jì)算的最優(yōu)位姿作為EKF初始估計(jì)狀態(tài)。通過所采集的Zigbee信號(hào)數(shù)據(jù)查詢無(wú)線信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù)，獲取當(dāng)前位置，作為一個(gè)控制量加入EKF預(yù)測(cè)過程。
[0060]③激光雷達(dá)通過掃描前方環(huán)境，提取局部線段特征數(shù)據(jù)，并與全局線段特征數(shù)據(jù)相比較。若符合線段匹配規(guī)則，則完成定位，獲得機(jī)器人當(dāng)前位姿的測(cè)量值。若不符合，將新的特征線段加入全局特征線段地圖，測(cè)量值直接取第2步所得的預(yù)測(cè)值。
[0061]④結(jié)合第2步預(yù)測(cè)值和第3步的測(cè)量值，計(jì)算得到卡爾曼增益，獲取機(jī)器人的當(dāng)前位姿的最優(yōu)化估算值，完成定位。
[0062]⑤使用當(dāng)前位姿的最優(yōu)化估算值，將校正后的局部線段特征數(shù)據(jù)更新到全局線段特征地圖。
[0063]⑥使用當(dāng)前位姿的最優(yōu)化估算值更新Zigbee無(wú)線信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0064]⑦重復(fù)執(zhí)行第2步到第6步的過程。
[0065]本發(fā)明中，家庭服務(wù)機(jī)器人在遇到障礙時(shí)，激光雷達(dá)會(huì)提前識(shí)別，觸發(fā)避障行為。在避障過程中發(fā)現(xiàn)的新的線段特征，則記錄到臨時(shí)特征數(shù)據(jù)庫(kù)，如果后面連續(xù)3次存在，則加入全局地圖，避免虛假特征導(dǎo)致地圖信息的大規(guī)模膨脹。
[0066]本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于:所述家庭服務(wù)機(jī)器人通過激光雷達(dá)掃描獲取環(huán)境的線段特征后，在構(gòu)建全局線段特征地圖時(shí)，地圖數(shù)據(jù)包括普通線段特征、門型特征和激光條形碼三類，家庭服務(wù)機(jī)器人會(huì)自動(dòng)識(shí)別門型特征和貼有激光條形碼的電磁門吸吸板和充電座，并做特殊記錄。在需要時(shí)，通過激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)精確定位和趨近。
[0067]本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于:家庭服務(wù)機(jī)器人使用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位，不是利用RSSI或LQI進(jìn)行三邊或三角測(cè)距定位，這種方法因無(wú)線信號(hào)受室內(nèi)多徑效應(yīng)以及在室內(nèi)環(huán)境中路徑損耗模型描述而不準(zhǔn)確，導(dǎo)致定位精度不高。而是在基于上述通過人工干預(yù)方式建立的室內(nèi)Zigbee信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，家庭服務(wù)機(jī)器人會(huì)自動(dòng)按照室內(nèi)均勻分布和最大采樣點(diǎn)數(shù)兩個(gè)維度做控制，補(bǔ)采信標(biāo)數(shù)據(jù)，建立起完整的室內(nèi)Zigbee信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù)，從而提供更聞的定位精度。
[0068]本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于:家庭服務(wù)機(jī)器人使用Zigbee無(wú)線信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù)定位時(shí)，計(jì)算測(cè)得的各個(gè)無(wú)線傳感器的RSSI或LQI值與數(shù)據(jù)庫(kù)中信標(biāo)數(shù)據(jù)的均方差，取均方差最小的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)作為機(jī)器人的位置。
[0069]如圖4所示，本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于:所述家庭服務(wù)機(jī)器人通過開關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電磁吸盤自主打開房門，若房門被鎖，可通過無(wú)線智能鎖解鎖。所述無(wú)手臂輪式機(jī)器人開門或關(guān)門的實(shí)施過程如下:
[0070]I)首先,在每個(gè)房門兩側(cè)的門扇下角固定大小約6cmX4cm長(zhǎng)方形電磁門吸吸板，在吸板上方貼好激光條形碼。如果原來(lái)有門吸吸板，則可直接利用。
[0071]2)本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于:在機(jī)器人核心控制系統(tǒng)中建立起條形碼與門型(合頁(yè)門還是滑軌門)、開門方向(向后還是向前，向左還是向右)的數(shù)據(jù)映射關(guān)系。
[0072]當(dāng)機(jī)器人在到達(dá)門型區(qū)域識(shí)別范圍后，通過激光雷達(dá)進(jìn)行掃描測(cè)量。經(jīng)過對(duì)測(cè)量的線段特征進(jìn)行分析，若判別可通過，則通過避障和導(dǎo)航相結(jié)合的方式，穿門通過；
[0073]如果判別不可通過，機(jī)器人通過激光雷達(dá)掃描門吸吸板上方的激光條形碼，精確定位門吸吸板并逐漸趨近，當(dāng)距離快要接近O時(shí)，停止前進(jìn)。
[0074]3)機(jī)器人通過掃描所獲得的激光條形碼，會(huì)識(shí)別出當(dāng)前門是合頁(yè)門還是滑軌門，識(shí)別出開門的方向。同時(shí)，識(shí)別出當(dāng)前門的無(wú)線智能鎖狀態(tài)是否處于解鎖狀態(tài)。
[0075]如果當(dāng)前門的無(wú)線智能鎖處于鎖定狀態(tài)，機(jī)器人通過無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)給無(wú)線智能鎖設(shè)備發(fā)送解鎖信號(hào)，進(jìn)行解鎖。
[0076]若當(dāng)前門是合頁(yè)門，則接下來(lái)，機(jī)器人對(duì)合頁(yè)門的開門過程如下:
[0077]1.直接給電磁吸盤通電，同時(shí)通過電動(dòng)推桿帶動(dòng)電磁吸盤逐漸逼近門吸吸板，直至與門吸吸板緊緊吸合。
[0078]2.如果是開門方向是向后，機(jī)器人帶動(dòng)合頁(yè)門以門軸為圓心，以門寬為半徑向后做圓弧運(yùn)動(dòng)。如果開門方向是向前，機(jī)器人帶動(dòng)合頁(yè)門以門軸為圓心，以門寬為半徑向前做圓弧運(yùn)動(dòng)。
[0079]3.在開門過程中，通過慣性導(dǎo)航傳感器計(jì)算移動(dòng)的距離，如果門被打開的范圍超過機(jī)器人本體寬度后，則停止運(yùn)動(dòng)，同時(shí)切斷電磁吸盤電源，收回電動(dòng)推桿和電磁吸盤。
[0080]4.控制本體朝向背離門軸的方向原地旋轉(zhuǎn)90度，然后前進(jìn)一個(gè)本體身位，與合頁(yè)門脫離接觸。
[0081]5.通過激光雷達(dá)和無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)重新定位，獲取當(dāng)前的位姿，轉(zhuǎn)入正常的導(dǎo)航、避障過程。
[0082]若當(dāng)前門是滑軌門，則接下來(lái)，機(jī)器人對(duì)滑軌門的開門過程如下:
[0083]⑴如果是開門方向是向左，控制本體原地朝向開門的方向向左旋轉(zhuǎn)90度。如果開門方向是向右，控制本體原地朝向開門的方向向右旋轉(zhuǎn)90度。
[0084]⑵通過半圓弧形電動(dòng)導(dǎo)軌，將電動(dòng)推桿和電磁吸盤以與本體旋轉(zhuǎn)方向相反的方向旋轉(zhuǎn)90度，使電磁吸盤靠近門吸吸板。[0085]⑶給電磁吸盤通電，同時(shí)通過電動(dòng)推桿帶動(dòng)電磁吸盤逐漸逼近門吸吸板，直至與門吸吸板緊緊吸合。
[0086]⑷機(jī)器人帶動(dòng)滑軌門向前運(yùn)動(dòng)。
[0087](5)在開門過程中，通過慣性導(dǎo)航傳感器計(jì)算移動(dòng)的距離，如果門被打開的范圍超過機(jī)器人本體寬度后，則停止運(yùn)動(dòng)，同時(shí)切斷電磁吸盤電源，收回電動(dòng)推桿和電磁吸盤，并還原電動(dòng)導(dǎo)軌至O度位置。
[0088](6)原地向相反方向旋轉(zhuǎn)180度后，然后前進(jìn)一個(gè)本體身位，與滑軌門脫離接觸。
[0089](7)通過激光雷達(dá)和無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)重新定位，獲取當(dāng)前的位姿，轉(zhuǎn)入正常的導(dǎo)航、避障過程。 [0090]如上所述是開門過程，本發(fā)明中，機(jī)器人關(guān)門是開門的逆過程，通過開關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電磁吸盤的配合，可順利實(shí)現(xiàn)關(guān)門動(dòng)作，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在此不再描述。
[0091]如圖5所示，本發(fā)明以家庭服務(wù)機(jī)器人從臥室到廚房進(jìn)行視頻監(jiān)控為例，說(shuō)明本發(fā)明中機(jī)器人自主導(dǎo)航、避障、開門，以及與遠(yuǎn)端監(jiān)控設(shè)備配合執(zhí)行任務(wù)的實(shí)現(xiàn)過程。圖中不失一般性，①②③④⑤⑥⑦是部署在室內(nèi)各個(gè)房間的無(wú)線傳感控制設(shè)備，分別是進(jìn)戶門無(wú)線門磁感應(yīng)器、臥室I無(wú)線門磁感應(yīng)器、臥室2無(wú)線窗磁感應(yīng)器、臥室2無(wú)線智能鎖、客廳無(wú)線插座、廚房無(wú)線煙霧可燃?xì)庑孤短綔y(cè)器、衛(wèi)生間無(wú)線漏水傳感器。⑧為家庭服務(wù)機(jī)器人，⑨為充電座。①②③④⑤⑥⑦和⑧共同組成了家庭無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)。
[0092]依據(jù)此示意場(chǎng)景，家庭主人通過遠(yuǎn)程智能監(jiān)控終端，向家庭服務(wù)機(jī)器人下達(dá)了到廚房進(jìn)行視頻監(jiān)控的任務(wù)，完整的實(shí)現(xiàn)過程如下:
[0093](一 )機(jī)器人收到任務(wù)之后，首先通過激光雷達(dá)和無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，確定自己當(dāng)前位姿。
[0094]( 二)通過核心控制系統(tǒng)查詢，確定好廚房這個(gè)目標(biāo)區(qū)域特征點(diǎn)所在的坐標(biāo)位置。
[0095](三)通過搜索前期構(gòu)建地圖過程中所積累的關(guān)鍵點(diǎn)、特征點(diǎn)位置，經(jīng)過最短路徑搜索算法計(jì)算出從當(dāng)前位置到目標(biāo)區(qū)域的所要經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)，構(gòu)造出任務(wù)執(zhí)行路徑拓?fù)鋱D，如圖5中A、B、C、D、E所示。實(shí)心★表示路徑搜索時(shí)所規(guī)劃的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，空心☆表示避障過程中臨時(shí)加入的節(jié)點(diǎn)。
[0096](四)機(jī)器人導(dǎo)航任務(wù)按照導(dǎo)航路徑規(guī)劃分別拆分成一個(gè)個(gè)子任務(wù)，第一個(gè)子任務(wù)就是通過A路徑，從起始位置到臥室2門的中心點(diǎn)。
[0097](五)執(zhí)行這個(gè)任務(wù)過程中，最短直線距離會(huì)被床擋住。機(jī)器人在導(dǎo)航過程中，接近床這個(gè)障礙物時(shí)，會(huì)優(yōu)先執(zhí)行避障過程。
[0098](六)機(jī)器人融合紅外避障傳感器、激光雷達(dá)以及無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)所采集的信息，完成整個(gè)避障過程。
[0099](七)機(jī)器人在避障完成后，判別此處障礙物是否連續(xù)三次出現(xiàn)，若是，則將當(dāng)前所采集的特征線段加入到全局線段特征地圖中。同時(shí)，機(jī)器人以新的位置為起始節(jié)點(diǎn)，重新計(jì)算到本子任務(wù)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的路徑，即B路徑，然后調(diào)整位姿，繼續(xù)前進(jìn)。
[0100](A)當(dāng)?shù)竭_(dá)臥室2的門型區(qū)域識(shí)別范圍后，機(jī)器人首先通過激光雷達(dá)掃描判別是否可以穿門通過，若否，則進(jìn)入合頁(yè)門的解鎖、開門過程，如前文所述。
[0101](九)通過臥室2門后，就進(jìn)入下一個(gè)子任務(wù)，即路徑C的導(dǎo)航過程，下一個(gè)節(jié)點(diǎn)是走廊型區(qū)域的中心點(diǎn)。[0102](十)機(jī)器人調(diào)整位姿，路徑C沒有障礙物，直線通過，進(jìn)入下一個(gè)子任務(wù)，即路徑D的導(dǎo)航過程，下一個(gè)節(jié)點(diǎn)廚房門的中心點(diǎn)。
[0103](十一)路徑D上也沒有障礙物，直接到達(dá)廚房門附近。當(dāng)?shù)竭_(dá)廚房的門型區(qū)域識(shí)別范圍后，機(jī)器人首先通過激光雷達(dá)掃描判別是否可以穿門通過，若否，則進(jìn)入滑軌門的解鎖、開門過程，如前文所述。
[0104](十二)通過廚房門后，就進(jìn)入最后一個(gè)子任務(wù)，即路徑E的導(dǎo)航過程，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)就是廚房要監(jiān)控的特征位置。
[0105](十三)機(jī)器人調(diào)整位姿，此路徑也沒有障礙，直線抵達(dá)目標(biāo)區(qū)域，然后向遠(yuǎn)程監(jiān)控終端報(bào)告本次導(dǎo)航任務(wù)結(jié)束。
[0106](十四)在整個(gè)導(dǎo)航過程中，家庭主人可以通過監(jiān)控終端客戶端軟件，遠(yuǎn)程訪問機(jī)器人上的視頻服務(wù)器，監(jiān)控整個(gè)導(dǎo)航過程和沿途環(huán)境。
[0107](十五)到達(dá)目標(biāo)區(qū)域后，家庭主人可以通過監(jiān)控終端遠(yuǎn)程控制機(jī)器人上的云臺(tái)，必要時(shí)還可以遙控機(jī)器人前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)身，從不同角度，全方位監(jiān)控目標(biāo)環(huán)境。
[0108]另外，本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于:本發(fā)明所述家庭服務(wù)機(jī)器人通過事先學(xué)習(xí)各類家電遙控器的無(wú)線電或紅外控制信號(hào)，可以在任意房間遙控家電，實(shí)施過程如下:
[0109]a.通過學(xué)習(xí)型遙控器模塊，學(xué)習(xí)各類家電遙控器的無(wú)線電或紅外控制信號(hào)，存儲(chǔ)到記憶芯片。
[0110]b.機(jī)器人通過Zigbee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)接入模塊控制無(wú)線插座或智能開關(guān)對(duì)被控家電通電或斷電。
[0111]c.當(dāng)被控家電通電后，機(jī)器人就可通過學(xué)習(xí)型遙控器選擇該被控設(shè)備，進(jìn)行遙控。
[0112]d.如果機(jī)器人不在被遙控家電的房間，則會(huì)自主導(dǎo)航來(lái)到該房間，通過學(xué)習(xí)型遙控器控制家電。這樣，無(wú)需在各個(gè)房間安裝紅外轉(zhuǎn)發(fā)器，真正實(shí)現(xiàn)一臺(tái)遙控器對(duì)家電的統(tǒng)一控制。
[0113]以上通過具體的和優(yōu)選的實(shí)施例詳細(xì)的描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，本發(fā)明并不局限于以上所述實(shí)施例，凡在本發(fā)明的基本原理之內(nèi)，所作的任何修改、組合及等同替換等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于家庭服務(wù)機(jī)器人的智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括:遠(yuǎn)程監(jiān)控終端、無(wú)線傳感控制設(shè)備和家庭服務(wù)機(jī)器人； 所述遠(yuǎn)程監(jiān)控終端通過網(wǎng)絡(luò)與所述家庭服務(wù)機(jī)器人和所述無(wú)線傳感控制設(shè)備進(jìn)行通訊；所述遠(yuǎn)程監(jiān)控終端遠(yuǎn)程操控所述家庭服務(wù)機(jī)器人對(duì)家庭環(huán)境全方位視頻監(jiān)控，并控制所述家庭服務(wù)機(jī)器人移動(dòng)到目標(biāo)區(qū)域采集數(shù)據(jù)或控制設(shè)備，以及操控所述家庭服務(wù)機(jī)器人的監(jiān)視角度；所述遠(yuǎn)程監(jiān)控終端還遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)所述無(wú)線傳感控制設(shè)備所采集的數(shù)據(jù)，并操控所述無(wú)線傳感控制設(shè)備執(zhí)行動(dòng)作； 所述無(wú)線傳感控制設(shè)備包括:無(wú)線開關(guān)、無(wú)線插座、無(wú)線智能鎖、無(wú)線聲光報(bào)警器、無(wú)線閥門機(jī)械手、無(wú)線門、窗磁感應(yīng)器、無(wú)線煙霧探測(cè)器、無(wú)線可燃?xì)庑孤短綔y(cè)器、無(wú)線溫度濕度傳感器和無(wú)線漏水傳感器；所述無(wú)線傳感控制設(shè)備中的設(shè)備相互之間，以及所述無(wú)線傳感控制設(shè)備與所述家庭服務(wù)機(jī)器人之間，通過無(wú)線Zigbee協(xié)議互聯(lián)，自組織組網(wǎng)進(jìn)行無(wú)線通信，交換控制信息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)；所述無(wú)線傳感控制設(shè)備與所述家庭服務(wù)機(jī)器人共同構(gòu)建起室內(nèi)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)收集家庭各類環(huán)境數(shù)據(jù)，遇到緊急情況時(shí)聯(lián)動(dòng)執(zhí)行應(yīng)急動(dòng)作，并上報(bào)告警信息給所述遠(yuǎn)程監(jiān)控終端；在房間的天花板上設(shè)有所述無(wú)線煙霧探測(cè)器和所述無(wú)線可燃?xì)庑孤短綔y(cè)器；在室內(nèi)的進(jìn)水管道閥門和可燃?xì)夤艿篱y門分別部署所述無(wú)線閥門機(jī)械手；所述無(wú)線煙霧探測(cè)器、所述無(wú)線可燃?xì)庑孤短綔y(cè)器和所述無(wú)線閥門機(jī)械手內(nèi)設(shè)有支持Zigbee協(xié) 議的無(wú)線收發(fā)芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于家庭服務(wù)機(jī)器人的智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述家庭服務(wù)機(jī)器人包括核心控制裝置、底盤移動(dòng)裝置和感知執(zhí)行裝置，所述核心控制裝置通過CAN總線分別與所述底盤移動(dòng)裝置和所述感知執(zhí)行裝置相連接，獲取機(jī)器人自身運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，感知外部環(huán)境信息，控制底盤移動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于家庭服務(wù)機(jī)器人的智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述核心控制裝置為一個(gè)智能嵌入式系統(tǒng)，由Web服務(wù)器、視頻服務(wù)器、規(guī)劃決策與調(diào)度控制模塊、地圖構(gòu)建與定位導(dǎo)航模塊、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入模塊和遠(yuǎn)程通信接入模塊組成；對(duì)外通過WLAN接入家庭路由器，或直接通過遠(yuǎn)程無(wú)線通信協(xié)議與外部網(wǎng)絡(luò)相連，對(duì)內(nèi)通過Zigbee協(xié)議與所述無(wú)線傳感控制設(shè)備相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于家庭服務(wù)機(jī)器人的智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述底盤移動(dòng)裝置包括運(yùn)動(dòng)控制器、調(diào)速電機(jī)、紅外避障傳感器、陀螺儀、加速度計(jì)和激光雷達(dá)，所述運(yùn)動(dòng)控制器與所述調(diào)速電機(jī)相連，所述運(yùn)動(dòng)控制器接收來(lái)自核心控制裝置的命令，將規(guī)劃決策和調(diào)度控制指令轉(zhuǎn)變?yōu)槠谕臋C(jī)械運(yùn)動(dòng)；所述紅外避障傳感器、所述陀螺儀、所述加速度計(jì)和所述激光雷達(dá)共同組成家庭服務(wù)機(jī)器人的位姿感應(yīng)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人的自身狀態(tài)，并通過CAN總線反饋給所述核心控制裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的基于家庭服務(wù)機(jī)器人的智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述底盤移動(dòng)裝置內(nèi)部還包括一塊充電電池；所述充電電池通過內(nèi)部電源線與所述核心控制裝置、所述感知控制裝置和所述底盤移動(dòng)裝置相連接，提供電能。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的基于家庭服務(wù)機(jī)器人的智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述底盤移動(dòng)裝置的下方設(shè)有四個(gè)輪子，包括兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和兩個(gè)萬(wàn)向隨動(dòng)輪；兩個(gè)所述驅(qū)動(dòng)輪布置在底盤的左右兩側(cè)，兩個(gè)所述萬(wàn)向隨動(dòng)輪布置在底盤的前后兩側(cè)；所述底盤移動(dòng)裝置外部結(jié)構(gòu)為一個(gè)圓形，兩個(gè)所述驅(qū)動(dòng)輪的軸線通過圓心。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于家庭服務(wù)機(jī)器人的智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述感知執(zhí)行裝置包括云臺(tái)、攝像頭、話筒、揚(yáng)聲器、溫度傳感器、濕度傳感器、無(wú)線煙霧探測(cè)器、無(wú)線可燃?xì)庑孤短綔y(cè)器、學(xué)習(xí)型遙控器、電磁吸盤、開關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)、自動(dòng)充電執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述家庭服務(wù)機(jī)器人的主動(dòng)控制視覺系統(tǒng)由所述云臺(tái)和所述攝像頭組成，所述攝像頭的角度通過云臺(tái)調(diào)整，所述主動(dòng)控制視覺系統(tǒng)部署在所述家庭服務(wù)機(jī)器人的頭部，實(shí)現(xiàn)左右旋轉(zhuǎn)、上下旋轉(zhuǎn)以及圖像傳感器的變焦和聚焦；所述家庭服務(wù)機(jī)器人的語(yǔ)音交互系統(tǒng)由所述話筒、所述揚(yáng)聲器和語(yǔ)音識(shí)別及合成處理器組成，通過語(yǔ)音與所述家庭服務(wù)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，以及對(duì)家電的控制和家庭環(huán)境的監(jiān)測(cè)；所述語(yǔ)音識(shí)別及合成處理器含有一顆DSP芯片，對(duì)內(nèi)通過IIC總線與所述核心控制裝置相連，對(duì)外通過音頻輸入接口與所述話筒相連，通過語(yǔ)音線路輸出接口與所述揚(yáng)聲器相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于家庭服務(wù)機(jī)器人的智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述家庭服務(wù)機(jī)器人在底盤前端設(shè)有開關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)和所述電磁吸盤，所述開關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)由一個(gè)半圓弧形電動(dòng)導(dǎo)軌和一個(gè)可伸縮的電動(dòng)推桿組成，控制所述電磁吸盤在所述底盤前端正負(fù)90度范圍擺動(dòng)，所述家庭服務(wù)機(jī)器人通過所述開關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)和所述電磁吸盤自主打開房門，在房門被鎖時(shí)，通過所述無(wú)線傳感控制設(shè)備中的所述無(wú)線智能鎖進(jìn)行解鎖；所述家庭服務(wù)機(jī)器人通過所述激光雷達(dá)和由所述無(wú)線傳感控制設(shè)備組成的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)完成定位、導(dǎo)航，并通過所述紅外避障傳感器避障；所述家庭服務(wù)機(jī)器人通過所述學(xué)習(xí)型遙控器實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的控制；所述家庭服務(wù)機(jī)器人在電池電量低時(shí)，自動(dòng)尋找充電座，并通過所述自動(dòng)充電執(zhí)行機(jī)構(gòu)與充電座連接進(jìn)行自主充電。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于家庭服務(wù)機(jī)器人的智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述自動(dòng)充電執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括電池電壓監(jiān)測(cè)模塊、充電連接監(jiān)測(cè)模塊和直流電極連接簧片；所述電池電壓監(jiān)測(cè)模塊在電池電量低時(shí)，反饋給所述核心控制裝置，所述核心控制裝置通過控制所述底盤移動(dòng)裝置，自動(dòng)導(dǎo)航趨近充電座，并通過所述直流電極連接簧片與所述充電座連接進(jìn)行自主充電。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于家庭服務(wù)機(jī)器人的智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述家庭服務(wù)機(jī)器人還包括探測(cè)系統(tǒng)，所述探測(cè)系統(tǒng)包括所述溫度傳感器、所述濕度傳感器、所述無(wú)線煙霧探測(cè)器和所述無(wú)線可燃?xì)庑孤短綔y(cè)器，所述家庭服務(wù)機(jī)器人通過與所述無(wú)線傳感控制設(shè)備中的所述無(wú)線溫度傳感器、所述無(wú)線溫度傳感器、所述無(wú)線煙霧探測(cè)器和所述無(wú)線可燃?xì)庑孤短綔y(cè)器進(jìn)行交互，擴(kuò)大所述家庭服務(wù)機(jī)器人的感知范圍；所述家庭服務(wù)機(jī)器人通過自身的探測(cè)系統(tǒng)對(duì)家居環(huán)境的溫度、濕度、以及煙霧、可燃?xì)庑孤┻M(jìn)行定期巡檢或針對(duì)性監(jiān)測(cè)。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK103926912SQ201410190233
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】劉光輝 申請(qǐng)人:桂林賽普電子科技有限公司