一种基于导轨式攀爬楼梯助老共享机器人的控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种导轨式攀爬楼梯助老共享机器人的控制系统及方法，该系统通过安装在机器人前端的摄像头获取规定好的路线标志物、充电桩标志物、轨道标志物和墙体标志物的信息，并通过与预设的标志物信息对比，判断自身状态，利用麦克纳姆轮等执行器做出相应的行动。过程中，若无法判断自身状态或硬件调用失败，则会向后台反馈当前摄像图片、各硬件状态等基本信息，等待人工处理。该系统可用于社区内楼栋内的各种智能机械的导航。用户启用机器人时，电子控制单元需先获取车辆信息，将车况检测结果储存，并发送至共享平台确认机器人可以使用。用户结束使用时，电子控制单元再次获取车辆信息，并将此期间经过的轨道标志物数量信息反馈给共享平台。信息反馈给共享平台。信息反馈给共享平台。

【技术实现步骤摘要】
一种基于导轨式攀爬楼梯助老共享机器人的控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及机器人运动学控制领域。更具体地说，本专利技术涉及一种基于导轨式攀爬楼梯助老共享机器人的控制系统及方法。

技术介绍

[0002]随着中国城市化进程的不断发展，城市里的居民区设计的越来越现代化，但是由于时代技术条件的限制和上世纪建设理念的相对落后，在城市里优先发展起来的地区中，存在着大量的老旧小区。老旧小区往往都是在单位机关改制之前，由政府单位出资建设的居民区，与1988年后所发展起来的商品房相比，不管是水电暖气等生活设施还是楼梯、墙体等楼房基本结构都已经远远落后于时代。而由于种种原因，老旧小区里的人口年龄分布又以老年人为主。同时，在如今的现代化小区中，也建造有大量的7层以下的多层住宅，这些多层住宅也大都没有安装电梯。因此，对于如今居住在较高楼层和老旧小区内的老年人来说，攀爬楼梯已经成为了他们的一块心病。
[0003]目前，为解决这一困境，已经有相关的产品推向市场。这其中包括：对老旧小区增加现代电梯设备，但是这种办法前期投入的成本较大，且各层住户的成本分摊问题难以解决，往往造成一些不必要的邻里纠纷。也有相关的爬楼电梯的设备开始在市场上应用，但是这种方案无法较好的满足一楼栋内所有老年人需求，且后期维护费用较高，更加适合居住在别墅或其他多层房屋内的家庭定制私用。
[0004]在共享经济快速发展的今天，结合共享经济和智能化社会的发展大趋势，一种基于导轨攀爬模式的攀爬楼楼梯助力共享机器人或许可以成为这一社会问题的较优解决方案，由于这种基于共享模式的爬楼机器人，结构较新颖，目前市面上与本专利技术解决同一问题的控制系统和方法较少。而本专利技术正是立足于这种基于导轨攀爬模式的导轨式攀爬楼梯助老共享机器人，对机器人的控制系统和方法进行设计。使用本控制方案的机器人可以有效地应对老旧小区楼道内的复杂环境，简化攀爬流程，高攀爬效率，增加攀爬过程的安全性，并且对于同样在楼栋楼道内使用的智能移动机械的控制方案有着借鉴意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是提供一种用于导轨式攀爬楼梯助老共享机器人的控制系统及方法，其核心是一套基于机器人控制系统的完整详细的机器人控制过程和机器人信息的反馈方法。
[0006]导轨式攀爬楼梯助老共享机器人控制系统包括以下硬件：
[0007]前置摄像头；
[0008]电子控制单元，包含与共享平台进行信息交互的通信模块，储存有基于导轨式攀爬楼梯助老共享机器人控制方法的存储模块，用于驱动三组电机的电机驱动模块，用于供能的电源模块，CPU处理器，以及与前置摄像头连接的接口；
[0009]所述三组电机具体包括驱动四个麦克纳姆轮的行走驱动电机、齿轮电机和滚珠丝
杠电机，用于驱动机器人以及提供足够的攀爬能力和高低位姿调节，保证运动和对接的精度；
[0010]控制方法包括：
[0011]机器人信息反馈方法，用于机器人在使用开始前、使用过程中和使用结束后将自身硬件状态信息、轨道攀爬次数信息、位置信息和当前时间信息等反馈给共享平台；
[0012]摄像头采集与图片处理程序，用于机器人调用所述前置摄像头获取图片，利用Opencv边缘检测类、hsv颜色提取、pca计算轮廓主方向、gabor滤波器等方法提取图片中标志物信息；
[0013]判断机器人状态并分支执行程序，用于机器人依靠标志物的位置、大小、边长等信息，判断机器人自身的位置与姿态有无异常，进行适当的姿态调整，并与共享平台进行交互进而反馈给管理者后台；此外根据所获标志物的不同按不同子程序运行，选取运动方式和方向，完成机器人在楼栋内的楼梯转环处和一楼充电桩处的自主循迹运动控制；
[0014]姿态调整程序，用于机器人根据标志物与预设不符的具体偏移，通过左右前后移动和顺时针或逆时针的自转，调整车体位置；还可通过控制所述滚珠丝杠电机的转动，调节对接机构相对于地面的高度；
[0015]机器人轨道运行程序，用于机器人根据标志物完成入轨对接和攀爬和下行在轨道运行控制；
[0016]麦克纳姆轮控制程序，包括方向控制、速度控制。
[0017]完整的控制过程包括以下步骤：
[0018]步骤一：使用者在充电桩起点手机扫码选择使用导轨式攀爬楼梯助老共享机器人服务，机器人测试自身各传感器，调用所述机器人信息反馈方法，获取测试信息与使用信息与共享平台交互，共享平台确认机器人状态正常后，机器人启动开始服务；
[0019]步骤二：实时控制机器人启动摄像头并获取机器人前方拍摄画面，调用摄像头采集与图片处理程序；
[0020]步骤三：调用判断机器人状态并分支执行程序，电子控制单元的主芯片获取拍摄图片中路线标志物位置信息，判断自身状态，检测有无异常；若存在异常，则将异常信息上传给共享平台，并经无线移动网络传输给使用者手机客户端，提示路线有障碍无法行进，建议清理路线障碍物后使用；
[0021]步骤四：机器人根据路线标志物，控制器主芯片调用麦克纳姆轮控制程序控制各行进电机，根据麦克纳姆轮运动特性，实现其方向和运动控制，控制机器人移动到轨道入口处；
[0022]步骤五：调用姿态调整程序，控制器主芯片识别摄像图片中轨道标志物，通过调整姿态使标志物与机器人相对位置达到预期；调整结束后判断自身状态，检测有无异常；若机器人位置和姿态正常，则调用机器人轨道运行程序，利用齿轮电机控制机器人攀爬楼梯；若存在异常，则将异常信息上传给共享平台，并通过共享平台经无线移动网络传输给使用者手机客户端，提示轨道对接异常、无法服务，建议使用者辅助完成对接或终止服务；
[0023]步骤六：运行过程，以某一设定频率调用摄像头采集与图片处理程序，获取摄像图片，判断机器人状态；若有明显异常，将异常信息上传给共享平台；
[0024]步骤七：脱离轨道后，继续识别楼梯转环处路线标志物，调用麦克纳姆轮控制程
序，控制麦克纳姆轮电机，移动到下一轨道，或待使用者结束使用后，控制麦克纳姆轮掉头，自行返回；此过程中以某一频率继续调用摄像头采集与图片处理程序，根据标志物在摄像图片位置，调用姿态调整程序，进行机器人姿态微调；若有明显异常，则将异常信息上传给共享平台；
[0025]步骤八：攀爬至目的地楼层后若使用者通过手机客户端选择结束服务，则机器人设置开始检测充电桩标志物，若未识别到充电桩标志则进入步骤五循环执行完成机器人自行下行直至起点，若已识别充电桩则调用麦克纳姆轮控制程序，控制麦克纳姆轮电机驱动机器人驶入无线充电桩区域完成自主无线充电；若到达目的地楼层后使用者选择待命服务，则机器人自行行进至该楼层临时泊车位待命并记录待命时间；
[0026]步骤九：使用者使用结束后，调用机器人信息反馈方法，机器人获取使用信息与共享平台交互；
[0027]步骤十：重新驶入充电桩结束后，调用机器人信息反馈方法系统获取各传感器信息交互共享平台；
[0028]步骤十一：机器人获取到共享平台交互的消息，结束本次使用，完成使用者服务信息存档和资费本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于导轨式攀爬楼梯助老共享机器人的控制系统及方法，其特征在于，所述控制系统包括：前置摄像头；电子控制单元，包含与共享平台进行信息交互的通信模块，储存有基于导轨式攀爬楼梯助老共享机器人控制方法的存储模块，用于驱动三组电机的电机驱动模块，用于供能的电源模块，CPU处理器，以及与前置摄像头连接的接口；所述三组电机具体包括驱动四个麦克纳姆轮的行走驱动电机、齿轮电机和滚珠丝杠电机，用于驱动机器人以及提供足够的攀爬能力和高低位姿调节，保证运动和对接的精度；所述基于导轨式攀爬楼梯助老共享机器人控制方法具体包括：机器人信息反馈方法，用于机器人在使用开始前、使用过程中和使用结束后将自身硬件状态信息、轨道攀爬次数信息、位置信息和当前时间信息等反馈给共享平台；摄像头采集与图片处理程序，用于机器人调用所述前置摄像头获取图片，利用Opencv边缘检测类、hsv颜色提取、pca计算轮廓主方向、gabor滤波器等方法提取图片中标志物信息；判断机器人状态并分支执行程序，用于机器人依靠标志物的位置、大小、边长等信息，判断机器人自身的位置与姿态有无异常，进行适当的姿态调整，并与共享平台进行交互进而反馈给管理者后台；此外根据所获标志物的不同按不同子程序运行，选取运动方式和方向，完成机器人在楼栋内的楼梯转环处和一楼充电桩处的自主循迹运动控制；姿态调整程序，用于机器人根据标志物与预设不符的具体偏移，通过左右前后移动和顺时针或逆时针的自转，调整车体位置；还可通过控制所述滚珠丝杠电机的转动，调节对接机构相对于地面的高度；机器人轨道运行程序，用于机器人根据标志物完成入轨对接和攀爬和下行在轨道运行控制；麦克纳姆轮控制程序，包括方向控制、速度控制。2.根据权利要求1所述的一种基于导轨式攀爬楼梯助老共享机器人的控制系统及方法，其特征在于，所述控制方法的主程序流程如下：步骤一：使用者在充电桩起点手机扫码选择使用导轨式攀爬楼梯助老共享机器人服务，机器人测试自身各传感器，调用所述机器人信息反馈方法，获取测试信息与使用信息与共享平台交互，共享平台确认机器人状态正常后，机器人启动开始服务；步骤二：实时控制机器人启动摄像头并获取机器人前方拍摄画面，调用摄像头采集与图片处理程序；步骤三：调用判断机器人状态并分支执行程序，电子控制单元的主芯片获取拍摄图片中路线标志物位置信息，判断自身状态，检测有无异常；若存在异常，则将异常信息上传给共享平台，并经无线移动网络传输给使用者手机客户端，提示路线有障碍无法行进，建议清理路线障碍物后使用；步骤四：机器人根据路线标志物，控制器主芯片调用麦克纳姆轮控制程序控制各行进电机，根据麦克纳姆轮运动特性，实现其方向和运动控制，控制机器人移动到轨道入口处；步骤五：调用姿态调整程序，控制器主芯片识别摄像图片中轨道标志物，通过调整姿态使标志物与机器人相对位置达到预期；调整结束后判断自身状态，检测有无异常；若机器人
位置和姿态正常，则调用机器人轨道运行程序，利用齿轮电机控制机器人攀爬楼梯；若存在异常，则将异常信息上传给共享平台，并通过共享平台经无线移动网络传输给使用者手机客户端，提示轨道对接异常、无法服务，建议使用者辅助完成对接或终止服务；步骤六：运行过程，以某一设定频率调用摄像头采集与图片处理程序，获取摄像图片，判断机器人状态；若有明显异常，将异常信息上传给共享平台；步骤七：脱离轨道后，继续识别楼梯转环处路线标志物，调用麦克纳姆轮控制程序，控制麦克纳姆轮电机，移动到下一轨道，或待使用者结束使用后，控制麦克纳姆轮掉头，自行返回；此过程中以某一频率继续调用摄像头采集与图片处理程序，根据标志物在摄像图片位置，调用姿态调整程序，进行机器人姿态微调；若有明显异常，则将异常信息上传给共享平台；步骤八：攀爬至目的地楼层后若使用者通过手机客户端选择结束服务，则机器人设置开始检测充电桩标志物，若未识别到充电桩标志则进入步骤五循环执行完成机器人自行下行直至起点，若已识别充电桩则调用麦克纳姆轮控制程序，控制麦克纳姆轮电机驱动机器人驶入无线充电桩区域完成自主无线充电；若到达目的地楼层后使用者选择待命服务，则机器人自行行进至该楼层临时泊车位待命并记录待命...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军年，张飞鸿，蒋琦，汪佳伟，许程程，刘逸凡，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：