一种具有多供能方式的智能陪护机器人制造技术

本发明专利技术提供一种具有多供能方式的智能陪护机器人，包括活动头部、设备主体、机械臂、轮式装置、能源单元和机载单元；其中,所述活动头部为二自由度头部，位于设备主体上方；所述设备主体内设置机载单元，通过所述机载单元使该机器人具备全自主移动和半自主移动的功能；所述机械臂为六自由度双臂，分别安装在设备主体的两侧；所述轮式装置作为驱动装置，位于设备主体底部；所述能源单元用于为整个机器人提供能源和动力。本发明专利技术具有较高的智能化程度，功能多样，可以完成较为复杂的任务。

An intelligent nursing robot with multi energy supply

【技术实现步骤摘要】
一种具有多供能方式的智能陪护机器人
本专利技术属于机器人领域，具体涉及一种具有多供能方式的智能陪护机器人。
技术介绍
近年来，随着社会进步和人工智能技术的加速发展，家庭服务机器人以其提高生活品质、改变传统教育方式和减轻老年人和残疾人照护压力等优点迅速被人们所认可并进入万千家庭。未来，伴随着消费升级和老龄化社会等需求，必将迎来更大的发展空间。然而，当前家庭服务机器人尚处于初级阶段，现有市场上的家庭服务机器人智能化程度较低，主要在结构化环境下按照特定的模式进行工作，存在功能单一，结构稳定性差的问题，很难适应复杂家庭环境，并且很难完成一些如取送物品等较复杂的任务。随着技术的发展以及人类日常生活的需求，机器人面临非结构化、复杂化等问题的挑战，因此一个良好可靠的家庭服务机器人，要求机器人具有多功能、高灵活性的特点，并且具有良好的适应未知环境的能力以及人机交互能力，并能够进行实时的监测。现有的机器人大多需要接入电网，使用锂电池等供电，续航时间短，能源消耗大。太阳能广泛存在于自然界中，且能量较大、转换技术相对比较成熟。太阳能电池板的出现使收集并利用太阳能变得更加方便，因此如何在室内环境下合理利用此类新能源进行机器人供电也成为当前的一个挑战。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种具有多供能方式的智能陪护机器人，其具有较高的智能化程度，功能多样，可以完成较为复杂的任务。实现本专利技术的技术方案如下：一种具有多供能方式的智能陪护机器人，包括活动头部、设备主体、机械臂、轮式装置、能源单元和机载单元；其中,所述活动头部为二自由度头部，位于设备主体上方；所述设备主体内设置机载单元，通过所述机载单元使该机器人具备全自主移动和半自主移动的功能；所述机械臂为六自由度双臂，分别安装在设备主体的两侧；所述轮式装置作为驱动装置，位于设备主体底部；所述能源单元用于为整个机器人提供能源和动力。进一步地，本专利技术所述能源单元包括蓄电池、太阳能帆板、超级电容器以及用于将太阳能光伏电压转换为蓄电池充电电压的DC/DC电压转换模块；所述太阳能帆板捕捉太阳能将其转化为电能，超级电容器用来将太阳能帆板采集到的电能进行存储，电压转换模块用于将超级电容器中存储的电能转换为蓄电池的充电电压为蓄电池充电。进一步地，本专利技术所述机载单元包括数据存储模块、指令理解模块、路径规划模块、机械臂控制模块、天气获取模块、监测模块及报警模块；指令理解模块用于对外部输入指令进行解析，完成指令解析后发送给路径规划模块和机械臂控制模块，进而完成家庭服务任务；路径规划模块包括导航定位模块和自主规划决策模块，在全自主工作模式和半自主工作模式下，为机器人提供完成家庭服务的可行路线；其中，导航定位模块与环境感知传感器相连接，通过SLAM系统实时构建机器人周围环境，并实现机器人定位；自主规划决策模块根据路径规划算法在构建地图的基础上规划机器人行进路径。机械臂控制模块与环境感知传感器相连接，共同构建了机械臂的路径规划算法，明确任务目标后，机械臂控制模块使用RRT算法实现避障与路径规划工作；天气获取模块与网络连接，用于自动获取当前天气情况；实现天气预报功能的同时，与能源模块配合，实现对太阳能的利用；监测模块实时对机器人运行状态进行监测，所述监测模块与所述数据存储模块相连，可实时获取机器人设定部件的运行状态数据，通过过程监测及故障预报诊断算法实现对机器人运行状态实时监测，并对可能出现的故障进行诊断和预测，并将诊断和预测结果发送给数据存储模块存储。报警装置在监测模块诊断或预测到有部件发生或即将发生故障时，被启动，所述报警装置通过所述通信模块向用户发出警报。进一步地，本专利技术所述包含三种工作方式，全自主工作模式、半自主工作模式以及非自主模式；所述全自主工作模式即预设服务模式为：机载单元定期、定频率执行预设的任务；所述半自主工作模式即人机交互服务模式为：机载单元接收服务对象的语音指令或操作控制面板输入完成家庭服务任务；所述非自主工作模式即干涉模式为：机载单元接收服务对象通过用户移动终端APP人工控制机器人完成家庭服务任务或复杂动作录入。进一步地，本专利技术所述记载单元控制家庭服务机器人还包括能源补充模式和节能模式。进一步地，本专利技术所述当机载单元控制机器人处于人机交互模式时，机器人通过语音识别、触摸输入或移动端应用控制，接收外部输入指令，完成家庭服务任务。进一步地，本专利技术所述当机载单元控制器人处于预设服务模式时，完成预设任务，若在完成预设任务过程中接收到家庭成员发布的指令，机器人将记忆当前任务进度，记为一个暂停点，优先完成家庭成员的需求，完成后将返回暂停点继续进行任务。进一步地，本专利技术所述家庭服务机器人的默认工作模式为人机交互服务模式，当达到预设时间且机器人不在进行家庭服务任务时，其将暂时退出人机交互模式，并进入预设服务模式。进一步地，本专利技术所述干预模式为：当机器人出现规划错误或需要手动输入较为复杂的家庭服务动作时，机器人依照家庭成员输入的指令运动，该模式具有全局最高优先级。进一步地，本专利技术所述能源补充模式包括：当机器人电量不足百分之五十且没有家庭服务任务时，天气获取模块将自主查询天气并配合环境感知传感器感知窗边阳光强度，路径规划模块作出自主决策，所述自主决策为：若阳光强度达到设定阈值，机器人将自动行进至窗边，利用太阳能进行充电，若阳光强度未达到设定阈值，此时机器人将结合自身位置以及充电点位置，对返回充点电进行充电的代价进行评估，并考量储能电容器中的电量，从而对返回充电点充电以及利用超级电容中储存的电能进行充电两种方案进行决策。进一步地，本专利技术所述能源补充模式包括：若机器人在工作中，电量不足百分之五十，机器人将默认继续完成工作，当电量下降至百分之二十依旧没有完成家庭服务工作，机器人将语音提醒家庭成员，并询问继续工作还是进行能源补充，若家庭成员同意其进行能源补充，机器人将记忆当前任务的进度并设置暂停点，按照所述自主决策，进行能源的补充；若此时服务机器人正在执行一项不可打断的重要任务时，即此时家庭成员不同意机器人进行能源补充，则机器人将利用储能电容器中的能量进行能源补充，在能源补充的同时，机器人将继续完成此任务；当机器人电量下降至百分之十，且此时储能电容器中的能量也耗尽时，机器人将记忆当前任务进度并设置暂停点，直接返回充点电进行充电，当完成充电后，再返回从暂停点继续完成任务。进一步地，本专利技术所述能源补充模式包括：在发生紧急情况，机器人无法利用原充电点进行充电时，若机器人电量不足百分之五十，机器人将结合查询天气信息以及感知传感器的信息，若光强达到阈值，则机器人行进至窗边进行能量采集，若光强没达到阈值，机器人将继续完成任务，当电量下降至百分之二十且当前任务还没有完成时，机器人将利用储能电容中的电量进行紧急供电。进一步地，本专利技术所述节能模式为：若室内存在可利用太阳能，机器人将自动前往收集，超级电容存储电量至最大值后，机器人将自动返回充电站本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有多供能方式的智能陪护机器人，其特征在于，包括活动头部、设备主体、机械臂、轮式装置、能源单元和机载单元；其中,所述活动头部为二自由度头部，位于设备主体上方；所述设备主体内设置机载单元，通过所述机载单元使该机器人具备全自主移动和半自主移动的功能；所述机械臂为六自由度双臂，分别安装在设备主体的两侧；所述轮式装置作为驱动装置，位于设备主体底部；所述能源单元用于为整个机器人提供能源和动力；/n包含三种工作方式，全自主工作模式、半自主工作模式以及非自主模式；/n所述全自主工作模式即预设服务模式为：机载单元定期、定频率控制机器人执行预设的任务；/n所述半自主工作模式即人机交互服务模式为：机载单元接收服务对象的语音指令或操作控制面板输入控制机器人完成家庭服务任务；/n所述非自主工作模式即干涉模式为：机载单元接收服务对象通过用户移动终端APP人工控制机器人完成家庭服务任务或复杂动作录入。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有多供能方式的智能陪护机器人，其特征在于，包括活动头部、设备主体、机械臂、轮式装置、能源单元和机载单元；其中,所述活动头部为二自由度头部，位于设备主体上方；所述设备主体内设置机载单元，通过所述机载单元使该机器人具备全自主移动和半自主移动的功能；所述机械臂为六自由度双臂，分别安装在设备主体的两侧；所述轮式装置作为驱动装置，位于设备主体底部；所述能源单元用于为整个机器人提供能源和动力；
包含三种工作方式，全自主工作模式、半自主工作模式以及非自主模式；
所述全自主工作模式即预设服务模式为：机载单元定期、定频率控制机器人执行预设的任务；
所述半自主工作模式即人机交互服务模式为：机载单元接收服务对象的语音指令或操作控制面板输入控制机器人完成家庭服务任务；
所述非自主工作模式即干涉模式为：机载单元接收服务对象通过用户移动终端APP人工控制机器人完成家庭服务任务或复杂动作录入。


2.根据权利要求1所述具有多供能方式的智能陪护机器人，其特征在于，所述能源单元包括蓄电池、太阳能帆板、超级电容器以及用于将太阳能光伏电压转换为蓄电池充电电压的DC/DC电压转换模块；
所述太阳能帆板捕捉太阳能将其转化为电能，超级电容器用来将太阳能帆板采集到的电能进行存储，电压转换模块用于将超级电容器中存储的电能转换为蓄电池的充电电压为蓄电池充电。


3.根据权利要求1所述具有多供能方式的智能陪护机器人，其特征在于，所述机载单元包括数据存储模块、指令理解模块、路径规划模块、机械臂控制模块、天气获取模块、监测模块及报警模块；
指令理解模块用于对外部输入指令进行解析，完成指令解析后发送给路径规划模块和机械臂控制模块，进而完成家庭服务任务；
路径规划模块包括导航定位模块和自主规划决策模块，在全自主工作模式和半自主工作模式下，为机器人提供完成家庭服务的可行路线；其中，导航定位模块与环境感知传感器相连接，通过SLAM系统实时构建机器人周围环境，并实现机器人定位；自主规划决策模块根据路径规划算法在构建地图的基础上规划机器人行进路径。
机械臂控制模块与环境感知传感器相连接，共同构建了机械臂的路径规划算法，明确任务目标后，机械臂控制模块使用RRT算法实现避障与路径规划工作；
天气获取模块与网络连接，用于自动获取当前天气情况；实现天气预报功能的同时，与能源模块配合，实现对太阳能的利用；
监测模块实时对机器人运行状态进行监测，所述监测模块与所述数据存储模块相连，可实时获取机器人设定部件的运行状态数据，通过过程监测及故障预报诊断算法实现对机器人运行状态实时监测，并对可能出现的故障进行诊断和预测，并将诊断和预测结果发送给数据存储模块存储；
报警装置在监测模块诊断或预测到有部件发生或即将发生故障时，被启动，所述报警装置通过所述通信模块向用户发出警报。


4.根据权利要求1所述具有多供能方式的智能陪护机器人，其特征在于，所述记载单元控制家庭服务机器人还包括能源补充模式和节能模式。


5.根据权利要求4所述具有多供能方式的智能陪护机器人，其特征在于，所述当机载单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓方，朱佳琪，吕毅轩，石翔，高峰，陈杰，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11