迎宾安保服务机器人感知、控制及执行系统

申请号 CN201710085769.1 申请日 2017-02-17 公开(公告)号 CN106695849A 公开(公告)日 2017-05-24
申请人 宁波韦尔德斯凯勒智能科技有限公司; 发明人 王宝磊; 张敬良; 贾庆伟;
摘要 本 发明 涉及一种迎宾安保服务 机器人 感知 、控制和执行系统,包括主控模 块 以及分别与主控模块通信控制连接的迎宾安保机器人运动模块、迎宾安保机器人导航检测模块、迎宾安保机器人头部‑手臂运动系统、迎宾安保机器人避障系统、迎宾安保机器人报警系统、迎宾安保机器人广告视频播放系统、迎宾安保机器人红外夜视监控相机系统、迎宾安保机器人语音对话模块、迎宾安保机器人人体检测模块和迎宾安保机器人自动充电模块。本发明解决了迎宾安保机器人需求功能多样导致的迎宾安保机器人任务模式耦合严重、重复度高、效率低、反应迟钝、 稳定性 差的问题,具有智能程度高、设计简单、成本低廉、反应迅速等优势。
权利要求

1.一种迎宾安保服务机器人感知、控制和执行系统,包括主控模,其特征在于:还包括分别与主控模块通信控制连接的迎宾安保机器人运动模块、迎宾安保机器人导航检测模块、迎宾安保机器人头部-手臂运动系统、迎宾安保机器人避障系统、迎宾安保机器人报警系统、迎宾安保机器人广告视频播放系统、迎宾安保机器人红外夜视监控相机系统、迎宾安保机器人语音对话模块、迎宾安保机器人人体检测模块和迎宾安保机器人自动充电模块。
2.根据权利要求1所述的一种迎宾安保服务机器人感知、控制和执行系统,其特征在于:所述迎宾安保机器人导航检测模块包括导航信息处理模块、RFID定位传感器和磁导航传感器,RFID定位传感器和磁导航传感器分别与导航信息处理模块通信连接。
3.根据权利要求1所述的一种迎宾安保服务机器人感知、控制和执行系统,其特征在于:所述迎宾安保机器人头部-手臂运动系统包括信息处理单片机制模块以及分别与该信息处理单片机控制模块通信连接的头部运动步进电机、头部限位检测传感器、头部原点检测传感器、手臂运动直流电机、手臂运动直流电机驱动器、手臂限位检测传感器和表情显示模块。
4.根据权利要求1所述的一种迎宾安保服务机器人感知、控制和执行系统,其特征在于:所述迎宾安保机器人避障系统包括避障信息处理决策模块以及分别与该避障信息处理决策模块通信连接的六通路声波障碍物检测阵列、六通路红外障碍检测光电开关阵列。
5.根据权利要求1所述的一种迎宾安保服务机器人感知、控制和执行系统,其特征在于:所述迎宾安保机器人报警系统包括警笛播放震慑模块和电话报警模块。
6.根据权利要求1所述的一种迎宾安保服务机器人感知、控制和执行系统,其特征在于:所述迎宾安保机器人广告视频播放系统包括广告播放供电模块、广告播放控制模块和广告显示模块。
7.根据权利要求1所述的一种迎宾安保服务机器人感知、控制和执行系统,其特征在于:所述迎宾安保机器人红外夜视监控相机系统包括红外相机供电模块、红外相机、光敏传感器、红外光源、红外相机控制模块;当光线较强时,光敏传感器采集到相应光强信息传送给红外相机控制模块,红外相机控制模块发出控制信息给红外相机,红外相机采集监控区域的普通彩色视频信号;当光线较弱或没有光线时,光敏传感器采集到相应光强信息传送给红外相机控制模块,红外相机控制模块发出控制信息给红外相机,同时控制红外光源打开,红外相机采集监控区域的红外黑白视频信号
8.根据权利要求1所述的一种迎宾安保服务机器人感知、控制和执行系统,其特征在于:所述迎宾安保机器人语音对话模块包括语音识别子模块、SD卡存储子模块、按键、系统管理子模块、串口数据交互模块、功率放大器和喇叭,语音识别子模块、SD卡存储子模块和按键分别与系统管理子模块连接,系统管理子模块通过串口数据交互模块与所述主控模块连接,主控模块通过功率放大器与喇叭连接。
9.根据权利要求1所述的一种迎宾安保服务机器人感知、控制和执行系统,其特征在于:所述迎宾安保机器人人体检测模块包括人体感应传感器信号调理模块、一片菲涅尔透镜和两个双元红外热释电传感器,两个双元红外热释电传感器呈左右对称地安置于菲涅透镜下方,两个双元红外热释电传感器分别与人体感应传感器信号调理模块连接。
10.根据权利要求1所述的一种迎宾安保服务机器人感知、控制和执行系统,其特征在于:所述迎宾安保机器人自动充电模块包括充电极、电源、霍尔电流传感器、电源电量采集模块、电量显示模块和充电管理模块,电源、电量采集模块、电源管理模块和电量显示模块依序连接,充电极为两根,分别连接至电源的正极和负极,霍尔电流传感器位于充电电流通路中,霍尔电流传感器与电源管理模块连接。

说明书全文

迎宾安保服务机器人感知、控制及执行系统

技术领域

[0001] 本发明涉及服务机器人技术领域,特别涉及迎宾安保服务机器人感知、控制及执行系统。

背景技术

[0002] 在服务机器人技术领域,已经存在具有迎宾功能的服务机器人专利主要有:①上海智臻智能网络科技股份有限公司申请的发明专利《迎宾机器人》,该专利技术要点主要包括用户检测单元、控制单元、智能问答单元等模的设计;②昆山穿山甲机器人有限公司申请的发明专利《仿真迎宾机器人》,该专利技术要点包括机器人头部、手部、身体、外壳、电气控制装置、调节装置、移动底盘和遥控装置的研发和设计;③塔米智能科技(北京)有限公司申请的发明专利《一种基于网络语音对话及体感互动的迎宾机器人》,该专利技术要点包括机器人本体语音计算平台,特征在于由高性能控制主机、摄像头、图像投影仪、人体识别传感器、LED表情显示屏、两自由度运动头部等构成;④广州金甲智能科技有限公司申请的实用新型专利《一种礼仪迎宾机器人》,该专利技术要点包括机器人头部构件、身体支件、弯腰结构组件、腿部支架与底座构件等;⑤青岛意诺固特自动化机械有限公司申请的实用新型专利《迎宾机器人》,该专利技术要点包括LED闪烁灯、发音装置、支腿、可动手臂、手臂控制电机、手臂控制连杆、手臂固定支点机身、腰部支撑柱、腰部控制电机、腰部控制连杆、连接弹簧、底座等构成。已经存在具有安保功能的服务机器人专利主要有:⑥南京信息工程大学申请的实用新型专利《一种安保机器人》,该专利核心技术要点在于控制模块及分别预支连接的电磁脉冲发生器、电磁波探测器、灰度传感器、驱动模块、无线通信模块和供电模块;⑦自然人张祥琦申请的实用新型专利《一种智能安保机器人》,该专利技术要点在于机器人主体、第一机械臂、第二万向节、机器人头部、传感器系统、轮式底盘、升降装置等;⑧自然人王云申请的实用新型专利《基于人脸识别的安保机器人》,该专利技术要点在于机器人本体、机器人本体表面安装的用于提取人脸图像的摄像装置、机器人本体内图像模板和计算装置等;⑨东南大学申请的发明专利《具有自动返回充电座功能的室内安保机器人及返回方法》,该专利技术要点在于智能充电基座设计、机器人本体设计及机器人充电返回方法设计等;⑩上海合时智能科技有限公司申请的发明专利《基于目标识别技术的家用移动安保机器人》,该专利技术要点在于机器人本体框架、行走系统、成像系统、传感器系统、控制系统、无线网络系统、目标识别系统、通信系统及能源管理系统。
[0003] 上述技术存在的缺点包括:①系统构成复杂,可靠性不高;②成本高昂,含有上述技术的机器人难以在实际中得到产业化推广;③上述技术的使用对环境要求较高,很难应用在光线不好的情况下,实用性低;④功能单一,不同时具备迎宾和安保功能;⑤应用领域针对性强,只能在单一场合下工作。其中,导致缺点①出现的原因在于前述机器人头部技术在在研制前没有针对机器人具体使用情况进行具体分析,研制时为实现繁杂冗余的功能而大量采用计算机、视觉传感器、电机运动部件、电机运动反馈传感器、语音信号采集部件、语音处理设备等;导致缺点②出现的原因与导致缺点①出现的原因类似,即以上技术在研制时没有从成本约束的度,功能冗余,系统繁杂,成本自然就会上升;导致缺点③出现的原因在于设计时进行需求分析时过于特定场景化,需要特定的结构化场景才能满足机器人的使用条件;导致缺点④出现的原因在于设计者思维发散有限,尚未发掘出迎宾机器人和安保机器人的共有特点,相关开拓人员暂未体会到同时具有迎宾和安保功能的服务机器人的市场价值。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于针对现有技术缺陷和不足,提供一种低成本、高性能的迎宾安保服务机器人感知、控制及执行系统,解决了迎宾安保服务机器人感知、控制及执行系统综合设计问题,具体而言本发明通过将迎宾安保服务机器人系统划分为迎宾安保服务机器人工作环境及自身状态传感器检测子系统、迎宾安保服务机器人控制决策子系统、迎宾安保机器人动作执行子系统等分别进行合理模块化设计,解决了迎宾安保机器人需求功能多样导致的迎宾安保机器人任务模式耦合严重、重复度高、效率低、反应迟钝、稳定性差的问题,本发明具有智能程度高、设计简单、成本低廉、反应迅速等优势。
[0005] 为实现上述目的,本发明采用以下技术方案。
[0006] 一种迎宾安保服务机器人感知、控制和执行系统,包括主控模块以及分别与主控模块通信控制连接的迎宾安保机器人运动模块、迎宾安保机器人导航检测模块、迎宾安保机器人头部-手臂运动系统、迎宾安保机器人避障系统、迎宾安保机器人报警系统、迎宾安保机器人广告视频播放系统、迎宾安保机器人红外夜视监控相机系统、迎宾安保机器人语音对话模块、迎宾安保机器人人体检测模块和迎宾安保机器人自动充电模块。本发明的主控模块将机器人迎宾功能和安保功能有机融合在一套控制系统控制下,通过模块化设计,将迎宾功能和安保功能的共同点设计为同一模块,区别模块按照机器人工作流程进行特殊设计,这样增强了系统模块的复用性,减少了系统设计冗余,提高了系统稳定性。
[0007] 其中,所述迎宾安保机器人导航检测模块包括导航信息处理模块、RFID定位传感器和磁导航传感器,RFID定位传感器和磁导航传感器分别与导航信息处理模块通信连接。迎宾安保机器人导航检测模块通过RFID卡片和磁条实现导航,成本低廉、实用性强、易于实施。
[0008] 其中,所述迎宾安保机器人头部-手臂运动系统包括信息处理单片机控制模块以及分别与该信息处理单片机控制模块通信连接的头部运动步进电机、头部限位检测传感器、头部原点检测传感器、手臂运动直流电机、手臂运动直流电机驱动器、手臂限位检测传感器和表情显示模块。迎宾安保机器人头部-手臂运动系统将头部和手臂运动相关部件的感知、控制和执行系统集成在一个独立的节点控制器中,这样在实施过程中具有布线方便、走线较少的优点,对于后期机器人检修也较为方便。
[0009] 其中,所述迎宾安保机器人避障系统包括避障信息处理决策模块以及分别与该避障信息处理决策模块通信连接的六通路声波障碍物检测阵列、六通路红外障碍检测光电开关阵列。迎宾安保机器人避障系统成本低廉、性价比高,以较低的成本实现了机器人全方位避障和紧急避障。
[0010] 其中,所述迎宾安保机器人报警系统包括警笛播放震慑模块和电话报警模块。报警功能完善,既有远程的电话报警通知,又有现场的声音警笛威慑。
[0011] 其中,所述迎宾安保机器人广告视频播放系统包括广告播放供电模块、广告播放控制模块和广告显示模块。迎宾安保机器人广告视频播放系统设计时特意通过独立模块实现广告视频播放功能,与主控系统耦合性小,减少了广告视频播放切换对主控系统的干扰。
[0012] 其中,所述迎宾安保机器人红外夜视监控相机系统包括红外相机供电模块、红外相机、光敏传感器、红外光源、红外相机控制模块;当光线较强时,光敏传感器采集到相应光强信息传送给红外相机控制模块,红外相机控制模块发出控制信息给红外相机,红外相机采集监控区域的普通彩色视频信号;当光线较弱或没有光线时,光敏传感器采集到相应光强信息传送给红外相机控制模块,红外相机控制模块发出控制信息给红外相机,同时控制红外光源打开,红外相机采集监控区域的红外黑白视频信号。迎宾安保机器人红外夜视监控相机系统设计时特意通过独立魔抗实现红外夜视监控功能,与主控系统耦合性小,减少了主控系统对红外夜视监控功能的干扰,保证即使机器人主控系统失效的情况下监控功能依然有效。
[0013] 其中,所述迎宾安保机器人语音对话模块包括语音识别子模块、SD卡存储子模块、按键、系统管理子模块、串口数据交互模块、功率放大器和喇叭,语音识别子模块、SD卡存储子模块和按键分别与系统管理子模块连接,系统管理子模块通过串口数据交互模块与所述主控模块连接,主控模块通过功率放大器与喇叭连接。迎宾安保机器人语音对话模块语音识别率高、识别语句数量多、识别语句容易扩展和修改、识别不受对象限制。
[0014] 其中,所述迎宾安保机器人人体检测模块包括人体感应传感器信号调理模块、一片菲涅尔透镜和两个双元红外热释电传感器,两个双元红外热释电传感器呈左右对称地安置于菲涅透镜下方,两个双元红外热释电传感器分别与人体感应传感器信号调理模块连接。迎宾安保机器人人体检测模块人体检测稳定性强、准确率高、防干扰能好。
[0015] 其中,所述迎宾安保机器人自动充电模块包括充电极、电源、霍尔电流传感器、电源电量采集模块、电量显示模块和充电管理模块,电源、电量采集模块、电源管理模块和电量显示模块依序连接,充电极为两根,分别连接至电源的正极和负极,霍尔电流传感器位于充电电流通路中,霍尔电流传感器与电源管理模块连接。迎宾安保机器人自动充电模块设计简单、成本低廉、性价比高。
[0016] 与现有技术相比本发明有益效果为:本发明所述的一种迎宾安保服务机器人感知、控制和执行系统技术针对性强,具体而言主要包括:迎宾安保服务机器人工作环境及自身状态传感器检测子系统、迎宾安保服务机器人控制决策子系统、迎宾安保机器人动作执行子系统等。其中,迎宾安保服务机器人工作环境及自身状态传感器检测子系统包括红外夜视监控相机、烟雾传感器、头部限位开关、手臂限位开关、麦克、人体感应传感器、无线遥控器接收传感器、超声波避障传感器、红外紧急避障开关、RFID机器人定位传感器、磁导航传感器、机器人自充电电流传感器、电量检测传感器等。迎宾安保服务机器人控制决策子系统包括迎宾安保服务机器人决策分析模块、迎宾安保服务机器人主控模块、迎宾安保服务机器人头部-手臂运动控制模块、广告播放控制模块等。迎宾安保服务机器人动作执行模块包括机器人移动模块、迎宾安保机器人语音对话模块、迎宾安保机器人手臂运动模块、迎宾安保机器人头部运动模块、迎宾安保机器人报警模块、异常报警闪烁灯模块、表情显示模块、电量显示模块、制冷风扇模块、广告显示模块等。
[0017] 本发明采用以上方式构成的目的在于满足以下工作任务模式:遥控模式、特定位迎宾模式、特定位人机对话模式、特定位安保任务模式、场馆巡航讲解任务模式、场馆巡航安保模式、自动充电模式等,具体而言,功能包括机器人快速遥控转移、机器人室内全方位转移、无导航磁条环境运动、机器人语音身体动作欢迎欢送宾客、人机对话与交流、巡逻或特定位监控记录、异常目标侵入检测、声光报警、电话报警、场馆讲解、自动充电等。
[0018] 与现有技术相比,本发明优点在于:①系统设计简单,可靠性高,本项优点是因为本发明在设计时严格对机器人的具体使用情况进行了深入分析,研制过程中准确分析为实现既定功能而采取的最优设计方案,避免了冗余因素;②成本低廉,性价比高,容易推广,本项优点是因为本发明一方面在设计过程中避免使用成本较高的工控机、平板电脑、摄像机等,另一方面在设计过程中将复杂的零部件加工和安装进行了化解;③对环境要求较低,产品适应性强,实用性高,本项优点是因为本发明在设计过程中充分考虑了各种使用场合的普遍特征,并针对性的加装了各种传感器;④功能完善,本项优点是因为本发明将迎宾功能和安保功能有机融合,弥补了现有机器人的功能缺陷;⑤应用领域广泛,本项优点是设计时将多个应用领域对服务机器人的需求进行了抽象类比,满足较多领域的使用,如餐厅送餐、餐厅迎宾、主持广播、博物馆讲解、大厅迎宾、大厅引导等应用领域。附图说明
[0019] 图1是本发明的系统框图
[0020] 图2是本发明的安保机器人运动模块的框图。
[0021] 图3是本发明的迎宾安保机器人导航检测模块的框图。
[0022] 图4是本发明的迎宾安保机器人头部-手臂运动系统的框图。
[0023] 图5是本发明的迎宾安保机器人避障系统的框图。
[0024] 图6是本发明的迎宾安保机器人广告视频播放系统的框图。
[0025] 图7是本发明的迎宾安保机器人红外夜视监控相机系统的框图。
[0026] 图8是本发明的迎宾安保机器人语音对话模块的框图。
[0027] 图9是本发明的迎宾安保机器人人体检测模块的框图。
[0028] 图10是本发明的迎宾安保机器人自动充电模块的框图。

具体实施方式

[0029] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0030] 如图1至图10所示,一种迎宾安保服务机器人感知、控制和执行系统,其逻辑组成框图如图1所示。系统主控模块优先但不限定采用STM32F4系列单片机作为核心控制芯片,即STM32主控模块。另外,本系统关键逻辑组成还包括迎宾安保机器人运动模块、迎宾安保机器人导航检测模块、迎宾安保机器人头部-手臂运动系统、迎宾安保机器人避障系统、迎宾安保机器人报警系统、迎宾安保机器人广告视频播放系统、迎宾安保机器人红外夜视监控相机系统、迎宾安保机器人语音对话模块、迎宾安保机器人人体检测模块、迎宾安保机器人自动充电模块。
[0031] 本迎宾安保机器人运动模块由两台差分式运动的直流无刷电机和直流无刷电机驱动器构成,如图2所示。其中,直流无刷电机由定子转子位置传感器和换相电路组成,通过对称的三相电流进行控制,电机末端装有三个开关型霍尔传感器,电机转动时内部磁场也是旋转的,当磁场靠近传感器时传感器由于元件的霍尔效应会激发出相应脉冲,电机和磁场转速不同激发出相应脉冲的频率也不同,基于此实现测速。直流无刷电机驱动器由控制芯片和电力电子放大模块构成,具有速度环控制功能和电流环控制功能,该驱动器设计有脉冲控制功能,可以识别出STM32主控模块发出的PWM脉宽调制信号代表的期望速度信息,另外该驱动器还设计有串口通信功能,可以将驱动器和电机当前电流、转速等信息反馈到STM32主控模块中。
[0032] 本迎宾安保机器人导航检测模块由RFID定位传感器、磁导航传感器、RFID卡片、磁条、导航信息处理模块构成,如图3所示。其中,RFID卡片和磁条用来标识机器人运动的几何地图,RFID卡片内部有无源RFID电路,外壳采用卡片封装。磁条正面采用N极充磁,反面带有强力双面胶用以粘贴在相应工作环境中。RFID定位传感器包括RFID卡片检测天线、信号处理电路、逻辑处理模块和通信接口,RFID卡片检测天线用来扫描RFID卡片,信号处理电路用来对扫描的信号进行放大、滤波、整流、AD转换等处理,逻辑处理模块用来对RFID卡片的唯一标识号码进行识别,通信接口采用串口传输,将采集信息发送给STM32主控模块。磁导航传感器检测磁条相对于机器人的位置和角度,磁导航传感器包括16通道高灵敏度半导体霍尔传感器,实施方式采用16点位均匀分布方式,点间距10mm,采用高精度AD转化设计,实现信号输出速度快、灵敏度高、抗干扰能力强的目的。导航信息处理模块属于软件处理模块,优先但不限定在STM32主控模块中实现。
[0033] 本迎宾安保机器人头部-手臂运动系统由信息处理单片机控制模块、头部运动步进电机、头部限位检测传感器、头部原点检测传感器、手臂运动直流电机、手臂运动直流电机驱动器、手臂限位检测传感器、表情显示模块构成,如图4所示。其中,信息处理单片机控制模块实现对头部运动控制、头部位置检测及估计、手臂运动控制、手臂限位检测和表情显示等过程的逻辑管理和算法设计,信息处理单片机控制模块带有通信串口,通过串口获取STM32主控模块的指令并反馈相关状态信息到STM32主控模块,优先但不限定采用STC51单片机进行实施。头部运动步进电机带动头部进行运动,头部限位检测传感器采用接触时限位开关,用于检测头部运动是否达到左右限位,头部原点定位传感器用于在系统开机时确定头部原点,头部运动步进电机通过信息处理单片机控制模块上的专用驱动芯片进行驱动,头部运动限位传感器和原定定位传感器采集的信息通过隔离IO进入信息处理单片机控制模块进行处理。手臂运动直流电机带动手臂运动,手臂运动直流电机驱动器通过调速旋钮进行调速,手臂电机启动和转动方向通过信息处理单片机控制模块中的继电器阵列进行设定和改变,手臂限位传感器用来检测手臂是否到达限定位置,检测信息通过隔离IO进入信息处理单片机控制模块进行处理。表情显示模块主要包括表情显示LED码管和表情显示驱动芯片,通过信息处理单片机控制模块的作用循环显示微笑、好奇、礼貌三种表情和机器人当前状态代码。
[0034] 本迎宾安保机器人避障系统包括六通路超声波障碍物检测阵列、六通路红外障碍检测光电开关阵列和避障信息处理决策模块,如图5所示。超声波障碍物检测模块分为超声波发生模块和超声波接收模块,用于进行远距离障碍物距离检测。红外障碍检测光电开关由红外透镜、红外线发射模块、红外线接收模块、信号处理电路、检测距离调节变位器和输出继电器构成,红外透镜用于隔离不良光线干扰,红外线发射模块用于发生红外脉冲信号,红外线接收模块用于接收障碍物反射回来的红外线信号,信号处理电路对接收信号进行放大、滤波、整流和有无障碍物判断,检测距离调节变位器通过调节线性滑动电阻改变传感器对障碍物的检测距离;输出继电器对检测结果进行输出。避障信息处理决策模块属于软件模块,主要用来实现避障算法和避障机制,优先但不限定在STM32主控模块上实施该模块。
[0035] 本迎宾安保机器人报警系统包括警笛播放震慑模块和电话报警模块。警笛播放音频内容保存于STM32主控系统SD卡中,通过STM32主控系统控制音频驱动模块发出音频信号,经音频信号放大模块发送到扬声器中发出警笛鸣叫,对报警现场进行震慑。电话报警模块包括报警电话机、串口通信模块和通信线缆,串口通信模块用于与STM32主控系统通信获取电话拨号指令和信息,报警电话机带有SIM卡用于执行报警指令,通信线缆采用双绞屏蔽线缆增强通信抗干扰能力。
[0036] 本迎宾安保机器人广告视频播放系统由广告播放供电模块、广告播放控制模块和广告显示模块构成,如图6所示。广告播放供电模块包括12V供电模块和5V供电模块,12V供电模块给广告显示模块供电,5V供电模块给广告播放控制模块供电。广告播放控制模块主要由广告播放存储器、广告播放选择模块、广告播放信息处理模块、广告播放接口构成,其中广告播放存储器存储有需要播放的广告内容,广告内容可以是视频、音频和图片,存储载体可以为USB借口存储器或SD卡接口存储器;广告播放选择模块包括遥控器、遥控器接收模块和选择按键,广告播放选择模块主要作用为允许用户选择广告播放内容、播放顺序、输出接口等;广告播放信息处理模块是广告播放系统的核心模块,主要用于广告播放系统的整体信息处理、计算和控制;广告播放接口包括VGA播放接口和HDMI播放接口。
[0037] 本迎宾安保机器人红外夜视监控相机系统主要由红外相机供电模块、红外相机、光敏传感器、红外光源、红外相机控制模块和传输线缆构成,如图7所示。供电模块包括12V供电模块和5V供电模块,12V供电模块主要给红外光源供电,5V供电模块给红外相机、光敏传感器、红外相机控制模块供电。红外相机有两种工作模式,在光线较强时,光敏传感器采集到相应光强信息传送给红外相机控制模块,红外相机控制模块发出控制信息给红外相机,红外相机采集监控区域的普通彩色视频信号;当光线较弱或没有光线时,光敏传感器采集到相应光强信息传送给红外相机控制模块,红外相机控制模块发出控制信息给红外相机,同时控制红外光源打开,红外相机采集监控区域的红外黑白视频信号。另外,红外相机控制模块带有视频存储装置,用以保存监控视频。传输线缆采用双绞屏蔽线缆,将电源线缆、控制信号传输线缆、相机视频信号传输线缆分别进行屏蔽、最后统一胶装的形式用以增强抗感染能力。
[0038] 本迎宾安保机器人语音对话模块由语音识别子模块、系统管理子模块、SD卡存储子模块、串口数据交互模块、按键、功率放大器、喇叭及相应的外围电路构成,如图8所示。语音识别子模块采用专用的非特定人语音识别硬件芯片,识别流程为麦克风采集声音信号、音频信号AD转换、离散声音信号频谱分析、语音特征提取、语音识别器根据关键词列表进行语音辨别、识别结果输出至系统管理子模块。系统管理子模块负责控制专用非特定人语音识别硬件芯片完成所有和语音识别相关的工作,并将识别结果通过串口上传到STM32主控模块中。SD卡存储模块用来上传事先编辑好的识别语音关键字拼音和相应识别成功后的串口发送内容。按键用于做系统复位,在语音识别陷入长时间辨别时提供人为中断接口。
[0039] 本迎宾安保机器人人体检测模块由一片菲涅尔透镜、两个双元红外热释电传感器和人体感应传感器信号调理模块构成,如图9所示。菲涅尔透镜用于集中尽可能多的红外线,提高检测灵敏度,菲涅耳透镜具有狭长单元,扩大检测范围和探测能力,另外菲涅耳透镜带有滤波膜,可以阻挡人体红外辐射以外的可见光、红外光中的类似信号,提高抗干扰能力。两个双元红外热释电传感器在实施时安置于菲涅耳透镜 ,呈左右对称分布,以实现提高检测准确率和辨别人体经过方向的功能;两者距离不能太小以免互相干扰,也不能太大以免对整体机器人外观和结构造成影响,在实施时优先但不限定将设计范围定位80-120mm。人体感应传感器信号调理模块主要由探测器信号接收模块、信号处理模块、AD转换电路、电源模块、单片机逻辑处理模块和标准输出引脚构成。当人体经过人体检测模块时,人体发出的红外信号经菲尼尔透镜达到左右双元红外释电传感器,左右释电红外传感器根据人体红外信号达到的时间前后不同会顺序发射出相应的感应信号,信号经调理模块放大、滤波、整流、模数转换后被采集进单片机,单片机进行逻辑运算并将运算结果通过标准输出引脚发送到STM32主控系统。
[0040] 本迎宾安保机器人自动充电模块由充电极、霍尔电流传感器、电源电量采集模块、电量显示模块、充电管理模块组成,如图10所示。充电极共有两根,分别连接至电源的正极和负极,充电极起始端带有电流限制保险丝,用以在充电极意外接触到导电体后进行保护。霍尔电流传感器检测端子位于充电电流通路中,通过模拟输出接口将采集电流输出至STM32主控模块,进而判断是否进入正常充电状态。电源电量采集模块通过电压传感器采集电源当前电压,经电压放大模块和AD转换模块,发送至“电压—电量”计算模块,计算出的电量一边显示到电量显示模块,另一边供充电管理模块进行决策使用。“电压—电量”计算模块和充电管理模块位于STM32主控模块,充电管理模块负责根据当前电源电量、机器人当前位置、霍尔电流传感器采集信息等进行综合决策控制机器人运动完成充电。
[0041] 以上所述仅是本发明的较佳实施方式,故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰,均包括于本发明专利申请范围内。
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