[发明专利]一种半自主与定位的老人监护机器人及其系统

权利要求书

1.一种半自主与定位的老人监护机器人，包括电源模块，机箱，其特征在于，还包括控制模块、底盘、视觉识别模块、网络通讯模块、声音定位模块、用于接收生命体征信息的蓝牙模块和总开关，所述底盘连接有三个全向移动轮系，所述视觉识别模块由摄像头、舵机、舵机固定块、同步照明灯和继电器组成；所述声音定位模块包括三个分贝传感器，六轴陀螺仪和霍尔编码器；所述分贝传感器设于机箱侧壁，且处于一平面，相互之间呈120°夹角；

所述蓝牙模块接收到生命体征异常信息后，分贝传感器将通过声音识别被监护者的位置，控制模块控制机器人前往被监护者所处位置，视觉识别模块自动识别被监护者的所处环境，摄像头进行俯仰角对其进行近距离查看；当周围环境光线不足时，视觉识别模块中的照明功能将启动，与摄像头进行同步俯仰，达到光线聚焦的目的，使监护人员更清晰地通过视觉识别模块查看被监护者的状态。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述视觉识别模块、声音定位模块和网络通讯模块实现远程监控功能，其中，三个分贝传感器监测老人呼救方位，将世界角度平均分为120度，以此判断跌落时发出的微弱声音或呼救声，以多个传感器融合的方式，全方位监测与分析声音来向，传入到单片机后，与六轴陀螺仪的偏航角进行数据比对融合，从而将机器人坐标转化为老人所在的世界坐标偏航角，信息进一步处理后，进行底盘运动学解算。

3.根据权利要求2所述的机器人，其特征在于，所述六轴陀螺仪与分贝传感器数据进行融合运算，其中分贝传感器感知老人摔倒位置的分贝突变世界方位，六轴陀螺仪作为机器人坐标与世界坐标转换的介媒，以此达到老人跌倒位置到机器人角度的转换。

4.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述同步照明灯与所述摄像头相固定，以实现光线与摄像头角度的同步俯仰。

5.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述三个全向移动轮系在同一平面且相互之间呈120°夹角，底盘的下表面与所述全向轮系最低点距离为43mm。

6.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述视觉识别模块通过固定支架安装在机箱的侧壁上，并与底盘平面呈60°～120°夹角，视觉识别模块的中心点与所述底盘上表面距离为134mm。

7.根据权利要求4所述的机器人，其特征在于，所述同步照明灯采用多个12V LED灯串联。

8.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述继电器用于触发控制同步照明灯，减低机器人功耗。

9.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述霍尔编码器安装在电机末端，用作计算运动控制解算中的速度与位移数据。

10.一种半自主与定位的老人监护机器人系统，包括机器人，其特征在于，所述机器人为权利要求1-9任一项所述的机器人，还包括主动控制唤醒方式、被动控制唤醒方式和手环通讯方式；

所述主动控制唤醒方式是在机器人端的算法自主控制，在算法中结合了分贝信息与偏航角信息，在空旷空间的自主方位定向，以此达到自主导航的目的，其中，三个分贝传感器监测老人呼救方位，将世界角度平均分为120度，以此判断跌落时发出的微弱声音或呼救声，以多个传感器融合的方式，全方位监测与分析声音来向，传入到单片机后，与陀螺仪的偏航角进行数据比对与融合，从而将机器人坐标转化为老人所在的世界坐标偏航角，信息进一步处理后，进行底盘运动学解算；

所述被动控制唤醒方式以网络作为介媒，用手机与机器人上的网络通讯模块进行数据交互，既进行手机单方面控制信号的输出，机器人也将健康信息传输到手机端，以此进行数据整合与处理；

移动动控制中，全向移动底盘控制使用传统运动解算，在接收来自分贝定位系统中的信号，使用PID角度环控制的方式，以分贝定位系统数据作为输入，角度环作为闭环控制算法，实际偏航角与输入的差作为系统误差作为反馈，最后得出闭环系统的离散输出，输入到全向轮运动解算当中，得出底层中各个电机的运动输出，从而达到机器人自主移动至老人摔倒或呼喊位置；

所述手环通讯方式选用了补码浮点数据储存与自定义通讯协议方式，将手环中老人的心率信息进行补码拆解成四个十六进制可传输式数据，自定义十六进制帧头帧尾将数据包装起来，最终传输到机器人端进行数据接收与解包，再由机器人作为中间介媒，与手机进行数据交互。