家庭送水服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)及其動作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種家庭送水服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)及其動作方法，屬于家庭服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域，所述家庭送水服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)包括指令接受裝置、主控制系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)、導(dǎo)航定位系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及用于遠(yuǎn)程受控的操作裝置，所述主控制系統(tǒng)分別與所述指令接受裝置、視覺系統(tǒng)及導(dǎo)航定位系統(tǒng)連接，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)與導(dǎo)航定位系統(tǒng)連接，其中：所述指令接受裝置用于接受控制指令；所述主控制系統(tǒng)用于所述控制指令的處理、任務(wù)的規(guī)劃和調(diào)度以及各系統(tǒng)的控制；所述視覺系統(tǒng)和導(dǎo)航定位系統(tǒng)用于室內(nèi)導(dǎo)航定位和對任務(wù)目標(biāo)的識別與定位；所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于抓取和放置任務(wù)目標(biāo)。本發(fā)明在接受使用者的喝水控制指令后能夠完成一項完整的送水任務(wù)，能夠更好的為使用者提供服務(wù)。
【專利說明】
家庭送水服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)及其動作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及家庭服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種家庭送水服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)及其動 作方法。
【背景技術(shù)】
[0002] "十二五"期間中國人口老齡化加速發(fā)展，人口老齡化形勢更加嚴(yán)峻，逐步呈現(xiàn)出 老齡化、高齡化、空巢化加速發(fā)展的三個新特征。人口老齡化的加速必然導(dǎo)致老齡人口健康 問題凸顯，高齡、失能和患病老年人的照料護(hù)理問題，更應(yīng)該得到社會的普遍關(guān)注。
[0003] 隨著近幾年智能機(jī)器人技術(shù)的不斷進(jìn)步，家庭服務(wù)機(jī)器人行業(yè)也得到了快速的發(fā) 展。目前各類家庭服務(wù)機(jī)器人在家庭中功能比較齊全，但并不能為患者或老年人提供更好 的服務(wù)，也不能很好的在無人干涉下自主完成某一項任務(wù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種家庭送水服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)及其動作方法，其 在接受使用者的喝水控制指令后能夠完成一項完整的送水任務(wù)。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供技術(shù)方案如下：
[0006] -種家庭送水服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)，包括指令接受裝置、主控制系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)、導(dǎo)航 定位系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及用于遠(yuǎn)程受控的操作裝置，所述主控制系統(tǒng)分別與所述指令接受 裝置、視覺系統(tǒng)及導(dǎo)航定位系統(tǒng)連接，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)與導(dǎo)航定位系統(tǒng)連接，其中：
[0007] 所述指令接受裝置用于接受控制指令；
[0008] 所述主控制系統(tǒng)用于所述控制指令的處理、任務(wù)的規(guī)劃和調(diào)度以及各系統(tǒng)的控 制；
[0009] 所述視覺系統(tǒng)和導(dǎo)航定位系統(tǒng)用于室內(nèi)導(dǎo)航定位和對任務(wù)目標(biāo)的識別與定位；
[0010] 所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于抓取和放置任務(wù)目標(biāo)。
[0011] 進(jìn)一步的，所述指令接受裝置在接受到所述控制指令后均有一個反饋過程，即所 述控制指令確認(rèn)的過程。
[0012] 進(jìn)一步的，所述主控制系統(tǒng)具有接受時間預(yù)約的功能，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括多自由 度的機(jī)械臂以及設(shè)置于所述機(jī)械臂末端的機(jī)械手。
[0013] 進(jìn)一步的，所述導(dǎo)航定位系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置有用于初始定位所述任務(wù)目標(biāo)的射頻識別裝 置。
[0014] 進(jìn)一步的，所述家庭送水服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)還包括電源管理系統(tǒng)和與所述主控制系 統(tǒng)連接的顯示裝置，所述電源管理系統(tǒng)為各個系統(tǒng)、運動及執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供能源，所述電源管 理系統(tǒng)為自主充電方式;所述顯示裝置用于顯示所述控制指令和任務(wù)。
[0015] 進(jìn)一步的，所述家庭送水服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)還包括自動燒水、定量取水裝置，所述自 動燒水、定量取水裝置包括水加熱裝置、冷卻裝置、水保溫裝置、稱重裝置和激光液位測量 裝置，所述冷卻裝置分別與水加熱裝置和水保溫裝置連接，所述稱重裝置設(shè)置于放置水杯 處的下方，所述激光液位測量裝置設(shè)置于出水口處。
[0016]上述家庭送水服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)的動作方法，包括：
[0017]步驟1:所述指令接受裝置接受到使用者從所述操作裝置發(fā)出的喝水指令，并通過 反饋環(huán)節(jié)完成所述喝水指令的確認(rèn)；
[0018] 步驟2:所述主控制系統(tǒng)處理所述喝水指令，并完成喝水任務(wù)的規(guī)劃；
[0019] 步驟3:所述導(dǎo)航定位系統(tǒng)對水杯和所述自動燒水、定量取水裝置進(jìn)行導(dǎo)航和定 位，之后所述主控制系統(tǒng)完成家庭送水服務(wù)機(jī)器人與水杯之間以及水杯與所述自動燒水、 定量取水裝置之間的路徑規(guī)劃；
[0020] 步驟4:所述射頻識別裝置檢測到水杯的初始定位后，所述視覺系統(tǒng)進(jìn)一步進(jìn)行水 杯的識別定位；
[0021] 步驟5:根據(jù)規(guī)劃后的喝水任務(wù)、家庭送水服務(wù)機(jī)器人與水杯之間、水杯與所述自 動燒水、定量取水裝置之間的路徑以及所述視覺系統(tǒng)對水杯進(jìn)一步的識別定位，所述執(zhí)行 機(jī)構(gòu)在所述主控制系統(tǒng)的控制下抓取水杯并將水杯放置在所述自動燒水、定量取水裝置的 出水口處，完成精確定量的取水；
[0022] 步驟6:取水后，所述導(dǎo)航定位系統(tǒng)對家庭送水服務(wù)機(jī)器人與使用者之間的路徑進(jìn) 行導(dǎo)航和定位，之后所述主控制系統(tǒng)完成家庭送水服務(wù)機(jī)器人與使用者之間的路徑規(guī)劃， 家庭送水服務(wù)機(jī)器人在主控制系統(tǒng)的控制下將水送至使用者；
[0023] 步驟7:所述喝水任務(wù)完成后，家庭送水服務(wù)機(jī)器人在主控制系統(tǒng)的控制下將水杯 放置在原來的位置，完成一個控制指令。
[0024] 進(jìn)一步的，所述步驟3和步驟6中的路徑規(guī)劃，包括：
[0025]步驟a:所述視覺系統(tǒng)實時采集室內(nèi)環(huán)境信息，并進(jìn)行預(yù)處理；
[0026]步驟b:采用邊緣檢測算法對預(yù)處理后的室內(nèi)環(huán)境信息確定障礙物與安全區(qū)域的 邊緣；
[0027]步驟c:采用邊緣延伸原理確定視覺圖像中障礙物的特征點；
[0028] 步驟d:采用改進(jìn)的斥力場模型確定家庭送水服務(wù)機(jī)器人行駛的安全區(qū)域。
[0029] 進(jìn)一步的，步驟a包括：
[0030] 步驟al:將采集的室內(nèi)環(huán)境信息轉(zhuǎn)換成HSV圖像：
[0031 ]設(shè)：Max=max(R，G，B) ;Min=min(R，G，B);
[0032]當(dāng) Max 辛 Min 時：

[0035]當(dāng)Max=Min時，即 R=G = B時，
[0037]步驟a2:然后采用中值濾波去除圖像噪聲：
[0039]其中，W (/,灸）為經(jīng)過濾波后w(j，k)對應(yīng)的輸出，w(j，k)是圖像的灰度值，A表示 圖像像素的點集，L表示點集A的個數(shù)，T為門限值，w(x，y)表示在A中任意點集(x，y)對應(yīng)的 像素值。
[0040]進(jìn)一步的，所述改進(jìn)的斥力場模型為：
[0042] 其中：Urep(q)為斥力場函數(shù)，kr是斥力場增益系數(shù)，P為家庭送水服務(wù)機(jī)器人到所 述視覺圖像中障礙物特征點的距離，P0為室內(nèi)障礙物的斥力場影響的范圍。
[0043] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0044] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的家庭送水服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)及其動作方法的指令接受裝 置可以準(zhǔn)確的接受到使用者通過操作裝置發(fā)送的任務(wù)控制指令，并通過主控制系統(tǒng)進(jìn)行控 制指令的處理、任務(wù)的規(guī)劃和調(diào)度，導(dǎo)航定位系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)可以實現(xiàn)自主的室內(nèi)導(dǎo)航和 定位，尋找任務(wù)目標(biāo)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)在主控制系統(tǒng)的控制下實現(xiàn)任務(wù)目標(biāo)的抓取、送回等，有效 地解決了目前家庭送水服務(wù)的需求，可以更好的服務(wù)使用者等。
【附圖說明】
[0045] 圖1為本發(fā)明的家庭送水服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)的原理圖；
[0046]圖2為本發(fā)明的家庭送水服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)的自動燒水、定量取水裝置的原理圖； [0047]圖3為本發(fā)明的家庭送水服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)動作方法的原理圖；
【具體實施方式】
[0048] 為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具 體實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0049] -方面，本發(fā)明提供一種家庭送水服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)1，如圖1至圖3所示，包括指令 接受裝置12、主控制系統(tǒng)13、視覺系統(tǒng)14、導(dǎo)航定位系統(tǒng)15、執(zhí)行機(jī)構(gòu)17以及用于遠(yuǎn)程受控 的操作裝置11，主控制系統(tǒng)13分別與指令接受裝置12、視覺系統(tǒng)14及導(dǎo)航定位系統(tǒng)15連接， 執(zhí)行機(jī)構(gòu)17與導(dǎo)航定位系統(tǒng)15連接，其中：
[0050] 指令接受裝置12用于接受控制指令；
[0051] 主控制系統(tǒng)13用于控制指令的處理、任務(wù)的規(guī)劃和調(diào)度以及各系統(tǒng)的控制；
[0052] 視覺系統(tǒng)14和導(dǎo)航定位系統(tǒng)15用于室內(nèi)導(dǎo)航定位和任務(wù)目標(biāo)的識別與定位；
[0053] 執(zhí)行機(jī)構(gòu)17用于抓取和放置任務(wù)目標(biāo)。
[0054] 本發(fā)明的家庭送水服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)及其動作方法的指令接受裝置可以準(zhǔn)確的接 受到使用者通過操作裝置發(fā)送的任務(wù)控制指令，并通過主控制系統(tǒng)進(jìn)行控制指令的處理、 任務(wù)的規(guī)劃和調(diào)度，導(dǎo)航定位系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)可以實現(xiàn)自主的室內(nèi)導(dǎo)航和定位，尋找任務(wù) 目標(biāo)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)在主控制系統(tǒng)的控制下實現(xiàn)任務(wù)目標(biāo)的抓取、送回等，有效地解決了目前家 庭送水服務(wù)的需求，可以更好的服務(wù)使用者等。
[0055] 進(jìn)一步的，指令接受裝置12可以接受多種控制指令，例如，可以接受通過腦機(jī)接口 系統(tǒng)、語音、手勢等發(fā)出的控制指令。
[0056] 優(yōu)選的，指令接受裝置12在接受到控制指令19后均可以有一個反饋過程，即控制 指令確認(rèn)的過程?？刂浦噶畹拇_認(rèn)對于家庭送水服務(wù)機(jī)器人來說就是一個任務(wù)的確認(rèn)環(huán) 節(jié)，以確保任務(wù)的準(zhǔn)確性，例如，當(dāng)指令接受裝置12接受腦機(jī)接口系統(tǒng)發(fā)出的控制指令時， 可以通過"斜視"的方法進(jìn)行確認(rèn)，所接受的控制指令及任務(wù)在顯示裝置18上顯示后，使用 者向左"斜視"可表示為家庭送水服務(wù)機(jī)器人識別任務(wù)正確，確認(rèn);使用者向右"斜視"可表 示為家庭送水服務(wù)機(jī)器人識別任務(wù)錯誤，取消；當(dāng)使用者通過語音進(jìn)行識別控制指令時，家 庭送水服務(wù)機(jī)器人接受語音任務(wù)，并重復(fù)該任務(wù)進(jìn)行確認(rèn)，如果識別任務(wù)正確，使用者可通 過顯示裝置18進(jìn)行確認(rèn)，也可通過語音提示"正確"進(jìn)行確認(rèn);如果識別任務(wù)錯誤，使用者可 通過顯示裝置18進(jìn)行取消，也可通過語音提示"取消"進(jìn)行取消。
[0057] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，主控制系統(tǒng)13優(yōu)選具有接受時間預(yù)約的功能，執(zhí)行機(jī)構(gòu) 17可以包括多自由度的機(jī)械臂以及設(shè)置于機(jī)械臂末端的機(jī)械手。主控制系統(tǒng)13的時間預(yù)約 功能可以定時向使用者提供或提醒熱水或者藥，避免使用者忘記按時喝水或吃藥等;機(jī)械 臂和機(jī)械手用于抓取和放置任務(wù)目標(biāo)等。
[0058] 進(jìn)一步的，室內(nèi)導(dǎo)航定位系統(tǒng)15內(nèi)可以設(shè)置有用于初始定位任務(wù)目標(biāo)的射頻識別 裝置16。室內(nèi)導(dǎo)航定位系統(tǒng)15在視覺系統(tǒng)14的協(xié)助下可以進(jìn)行室內(nèi)導(dǎo)航，射頻識別裝置16 可以實現(xiàn)家庭送水服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)1對任務(wù)目標(biāo)的識別與定位，以及視覺的準(zhǔn)確識別定位。
[0059] 優(yōu)選的，家庭送水服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)1還可以包括電源管理系統(tǒng)（未示出）和與主控 制系統(tǒng)13連接的顯示裝置18,電源管理系統(tǒng)可以為各個系統(tǒng)、運動及執(zhí)行機(jī)構(gòu)17提供能源， 電源管理系統(tǒng)為自主充電方式；顯示裝置18用于顯示控制指令和任務(wù)目標(biāo)。電源管理系統(tǒng) 具有低壓保護(hù)、報警等功能，低壓時可以進(jìn)行低壓保護(hù)，并通過報警提示電量過低，停止家 庭送水服務(wù)機(jī)器人的任務(wù)，自主行走到"充電室"進(jìn)行自主充電，以確保家庭送水服務(wù)機(jī)器 人停止且在室內(nèi)無法移動；顯示裝置18可以協(xié)助控制指令的反饋，以及任務(wù)的確認(rèn)。
[0060]作為本發(fā)明的另一種改進(jìn)，家庭送水服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)1還可以包括自動燒水、定量 取水裝置19,自動燒水、定量取水裝置19可以包括水加熱裝置191、冷卻裝置192、水保溫裝 置193、稱重裝置194和激光液位測量裝置195,冷卻裝置192分別與水加熱裝置191和水保溫 裝置193連接，稱重裝置194設(shè)置于放置水杯處的下方，激光液位測量裝置195設(shè)置于出水口 處。
[0061 ]水加熱裝置191是在水溫低于設(shè)定溫度或熱水接出后涼水自動注入時，自動開啟 燒水功能，當(dāng)水燒開時，自行關(guān)閉，以保證水加熱裝置191中的水以及給水保溫裝置193供給 的水始終為開水;冷卻裝置192主要用于對剛注入時的開水進(jìn)行降溫，當(dāng)水保溫裝置193中 有熱水注入時，自動開啟冷卻裝置192，使熱水冷卻至設(shè)定溫度，當(dāng)水保溫裝置193中的水低 于設(shè)定溫度時，自動開啟保溫功能，以保證取水的時候始終是適宜的溫度，這樣家庭送水服 務(wù)機(jī)器人在進(jìn)行取水時，保證接出的水為恒溫適宜的，可以直接飲用。
[0062]水杯采用統(tǒng)一重量、同一形狀的水杯，以保證水杯的重量和高度到激光液位測量 裝置195的距離一致;稱重裝置194用于測量注入水杯中水的重量，保證每次注入水的重量 相等，防止水的溢出；稱重裝置194和激光液位測量裝置195均是防止水的溢出，優(yōu)先級相 同，也就是稱重裝置194和激光液位測量裝置195只要有一個首先到達(dá)設(shè)定值均關(guān)閉注水功 能并停止注水，防止水的溢出。
[0063]另一方面，提供一種對家庭送水服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)1的動作方法，包括：
[0064]步驟1:指令接受裝置12接受到使用者從操作裝置11發(fā)出的喝水指令21，并通過反 饋環(huán)節(jié)完成喝水指令的確認(rèn)，確保接受到的喝水指令的準(zhǔn)確性；
[0065]步驟2:主控制系統(tǒng)13處理喝水指令21，并完成喝水任務(wù)的規(guī)劃，主控制系統(tǒng)處理 喝水指令21后，接受喝水任務(wù)，進(jìn)一步進(jìn)行喝水任務(wù)的解析以及調(diào)度，以此完成喝水任務(wù)的 規(guī)劃；
[0066] 步驟3:導(dǎo)航定位系統(tǒng)15和視覺系統(tǒng)14對水杯和自動燒水、定量取水裝置19進(jìn)行導(dǎo) 航和定位，之后主控制系統(tǒng)13完成家庭送水服務(wù)機(jī)器人與水杯之間以及水杯與自動燒水、 定量取水裝置19之間的路徑規(guī)劃，以確保家庭送水服務(wù)機(jī)器人能夠準(zhǔn)確的判斷水杯和自動 燒水、定量取水裝置19的位置；
[0067] 步驟4:射頻識別檢測裝置16檢測到水杯的初始定位后，視覺系統(tǒng)14進(jìn)一步進(jìn)行水 杯的識別定位，此步驟對于水杯的識別定位是為了執(zhí)行機(jī)構(gòu)17能夠準(zhǔn)確的抓取水杯；
[0068] 步驟5:根據(jù)規(guī)劃后的喝水任務(wù)、家庭送水服務(wù)機(jī)器人與水杯之間、水杯與自動燒 水、定量取水裝置19之間的路徑以及視覺系統(tǒng)14對水杯進(jìn)一步的識別定位，執(zhí)行機(jī)構(gòu)17在 主控制系統(tǒng)13的控制下抓取水杯并將水杯放置在自動燒水、定量取水裝置19的出水口處， 完成精確定量的取水；
[0069] 步驟6:取水后，導(dǎo)航定位系統(tǒng)15對家庭送水服務(wù)機(jī)器人與使用者之間的路徑進(jìn)行 導(dǎo)航和定位，并完成家庭送水服務(wù)機(jī)器人與使用者之間的路徑規(guī)劃，之后家庭送送水服務(wù) 機(jī)器人在主控制系統(tǒng)13的控制下將水送至使用者；
[0070] 步驟7:喝水任務(wù)完成后，家庭送送水服務(wù)機(jī)器人在主控制系統(tǒng)13的控制下將水杯 放置在原來的位置，完成一個控制指令。
[0071] 使用者采用操作裝置11將喝水任務(wù)指令發(fā)出后，在家庭送水服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)的各 系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間相互協(xié)調(diào)工作，共同完成送水的任務(wù)。家庭送水服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)也可以 實現(xiàn)定時送藥等功能。
[0072] 優(yōu)選的，步驟3和步驟6中的路徑規(guī)劃，可以包括：
[0073]步驟a:視覺系統(tǒng)14實時采集室內(nèi)環(huán)境信息，并進(jìn)行預(yù)處理；
[0074]步驟b:采用邊緣檢測算法對預(yù)處理后的室內(nèi)環(huán)境信息確定障礙物與安全區(qū)域的 邊緣，邊緣檢測算法可以檢測到障礙物的邊緣曲線，能夠?qū)⒄系K物與安全區(qū)域很好地區(qū)分 開來；
[00"75]步驟c:采用邊緣延伸原理確定視覺圖像中障礙物的特征點；
[0076]步驟d:采用改進(jìn)的斥力場模型確定家庭送水服務(wù)機(jī)器人行駛的安全區(qū)域，改進(jìn)的 斥力場模型能夠解決人工勢場法中存在的局部極小值問題以及目標(biāo)點不可達(dá)的問題，確保 家庭送水服務(wù)機(jī)器人行駛的安全區(qū)域的準(zhǔn)確性。
[0077] 進(jìn)一步的，步驟a還可以包括：
[0078]步驟al:將采集的室內(nèi)環(huán)境信息轉(zhuǎn)換成HSV圖像：
[0079] 設(shè)：Max=max(R，G，B) ;Min=min(R，G，B);
[0080] 當(dāng) Max 辛 Min 時：
[0082]當(dāng) Max=Min 時，BPR=G = B 時，
[0084]將采集的室內(nèi)環(huán)境信息轉(zhuǎn)換成HSV圖像可以對其更容易地處理，方便調(diào)整其飽和 度和亮度。
[0085]步驟a2:然后采用中值濾波去除圖像噪聲：
[0087]其中，諑（./, O為經(jīng)過濾波后w(j，k)對應(yīng)的輸出，w(j，k)是圖像的灰度值，A表示 圖像像素的點集，L表示點集A的個數(shù)，T為門限值，w(x，y)表示在A中任意點集(x，y)對應(yīng)的 像素值。中值濾波方法運算簡單而且速度較快，在去除圖像噪聲的同時能夠很好地保護(hù)圖 像邊緣，使圖像較好地復(fù)原。
[0088]優(yōu)選的，改進(jìn)的斥力場模型為：
[0090]其中：Urep(q)為斥力場函數(shù)，kr是斥力場增益系數(shù)，P為家庭送水服務(wù)機(jī)器人到所 述視覺圖像中障礙物特征點的距離，Po為室內(nèi)障礙物的斥力場影響的范圍。
[0091]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也 應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種家庭送水服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，包括指令接受裝置、主控制系統(tǒng)、視覺 系統(tǒng)、導(dǎo)航定位系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及用于遠(yuǎn)程受控的操作裝置，所述主控制系統(tǒng)分別與所述 指令接受裝置、視覺系統(tǒng)及導(dǎo)航定位系統(tǒng)連接，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)與導(dǎo)航定位系統(tǒng)連接，其中： 所述指令接受裝置用于接受控制指令； 所述主控制系統(tǒng)用于所述控制指令的處理、任務(wù)的規(guī)劃和調(diào)度以及各系統(tǒng)的控制； 所述視覺系統(tǒng)和導(dǎo)航定位系統(tǒng)用于室內(nèi)導(dǎo)航定位和對任務(wù)目標(biāo)的識別與定位； 所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于抓取和放置任務(wù)目標(biāo)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的家庭送水服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述指令接受裝置在 接受到所述控制指令后均有一個反饋過程，即所述控制指令確認(rèn)的過程。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的家庭送水服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述主控制系統(tǒng)具有 接受時間預(yù)約的功能，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括多自由度的機(jī)械臂以及設(shè)置于所述機(jī)械臂末端的 機(jī)械手。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的家庭送水服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述導(dǎo)航定位系統(tǒng)內(nèi) 設(shè)置有用于初始定位所述任務(wù)目標(biāo)的射頻識別裝置。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一所述的家庭送水服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述家庭 送水服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)還包括電源管理系統(tǒng)和與所述主控制系統(tǒng)連接的顯示裝置，所述電源 管理系統(tǒng)為各個系統(tǒng)、運動及執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供能源，所述電源管理系統(tǒng)為自主充電方式;所述 顯示裝置用于顯示所述控制指令和任務(wù)。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的家庭送水服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述家庭送水服務(wù)機(jī) 器人系統(tǒng)還包括自動燒水、定量取水裝置，所述自動燒水、定量取水裝置包括水加熱裝置、 冷卻裝置、水保溫裝置、稱重裝置和激光液位測量裝置，所述冷卻裝置分別與水加熱裝置和 水保溫裝置連接，所述稱重裝置設(shè)置于放置水杯處的下方，所述激光液位測量裝置設(shè)置于 出水口處。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的家庭送水服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)的動作方法，其特征在于，包括： 步驟1:所述指令接受裝置接受到使用者從所述操作裝置發(fā)出的喝水指令，并通過反饋 環(huán)節(jié)完成所述喝水指令的確認(rèn)； 步驟2:所述主控制系統(tǒng)處理所述喝水指令，并完成喝水任務(wù)的規(guī)劃； 步驟3:所述導(dǎo)航定位系統(tǒng)對水杯和所述自動燒水、定量取水裝置進(jìn)行導(dǎo)航和定位，之 后所述主控制系統(tǒng)完成家庭送水服務(wù)機(jī)器人與水杯之間以及水杯與所述自動燒水、定量取 水裝置之間的路徑規(guī)劃； 步驟4:所述射頻識別裝置檢測到水杯的初始定位后，所述視覺系統(tǒng)進(jìn)一步進(jìn)行水杯的 識別定位； 步驟5:根據(jù)規(guī)劃后的喝水任務(wù)、家庭送水服務(wù)機(jī)器人與水杯之間、水杯與所述自動燒 水、定量取水裝置之間的路徑以及所述視覺系統(tǒng)對水杯進(jìn)一步的識別定位，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu) 在所述主控制系統(tǒng)的控制下抓取水杯并將水杯放置在所述自動燒水、定量取水裝置的出水 口處，完成精確定量的取水； 步驟6:取水后，所述導(dǎo)航定位系統(tǒng)對家庭送水服務(wù)機(jī)器人與使用者之間的路徑進(jìn)行導(dǎo) 航和定位，之后所述主控制系統(tǒng)完成家庭送水服務(wù)機(jī)器人與使用者之間的路徑規(guī)劃，家庭 送水服務(wù)機(jī)器人在主控制系統(tǒng)的控制下將水送至使用者； 步驟7:所述喝水任務(wù)完成后，家庭送水服務(wù)機(jī)器人在主控制系統(tǒng)的控制下將水杯放置 在原來的位置，完成一個控制指令。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的動作方法，其特征在于，所述步驟3和步驟6中的路徑規(guī)劃，包 括： 步驟a:所述視覺系統(tǒng)實時采集室內(nèi)環(huán)境信息，并進(jìn)行預(yù)處理； 步驟b:采用邊緣檢測算法對預(yù)處理后的室內(nèi)環(huán)境信息確定障礙物與安全區(qū)域的邊緣； 步驟c:采用邊緣延伸原理確定視覺圖像中障礙物的特征點； 步驟d:采用改進(jìn)的斥力場模型確定家庭送水服務(wù)機(jī)器人行駛的安全區(qū)域。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的動作方法，其特征在于，步驟a包括： 步驟al:將采集的室內(nèi)環(huán)境信息轉(zhuǎn)換成HSV圖像： 設(shè):Max=max(R，G，B) ;Min=min(R，G，B); 當(dāng)Max辛Min時：當(dāng)Max=Min時，即 R=G = B 時，步驟a2:然后采用中值濾波去除圖像噪聲：其中，圾（_/，左）為經(jīng)過濾波后w(j，k)對應(yīng)的輸出，w(j，k)是圖像的灰度值，A表示圖像 像素的點集，L表示點集A的個數(shù)，T為門限值，w(x，y)表示在A中任意點集(x，y)對應(yīng)的像素 值。10.權(quán)利要求8所述的動作方法，其特征在于，所述改進(jìn)的斥力場模型為：其中:Urep(q)為斥力場函數(shù)，kr是斥力場增益系數(shù)，P為家庭送水服務(wù)機(jī)器人到所述視覺 圖像中障礙物特征點的距離，P 0為室內(nèi)障礙物的斥力場影響的范圍。
【文檔編號】G05B19/418GK106054829SQ201610369602
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】魯守銀, 張營, 王濤, 周玉成, 高煥兵, 隋首鋼
【申請人】山東建筑大學(xué)