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申请/专利权人：重庆大学

摘要：本发明公开了一种老年人关怀机器人，包括上位机控制单元及机器人主体，机器人主体包括可动结构、动力机构及电气控制单元，动力机构用于驱动可动结构动作，电气控制单元与动力机构连接，通过动力机构控制可动结构实现机器人主体的运动或停止，电气控制单元包括主控器、报警模块及振动传感器，主控器与上位机控制单元通信连接，振动传感器及报警模块分别与主控器连接，振动传感器用于检测人体摔倒时产生的振动，主控器在接收到振动信号后控制报警模块报警；在使用时，振动传感器可以将人体摔倒时产生的振动转换成电信号发送给主控器，主控器接到信号后控制报警模块报警，从而使摔倒的用户及时得到救治，保护用户安全。

主权项：1.一种老年人关怀机器人，其特征在于，包括上位机控制单元以及机器人主体，所述机器人主体包括可动结构、动力机构以及电气控制单元，所述动力机构用于驱动所述可动结构动作，所述电气控制单元与所述动力机构连接，通过所述动力机构控制所述可动结构实现所述机器人主体的前进、后退、转向、停止，所述电气控制单元包括主控器、报警模块、激光雷达、摄像头以及振动传感器，所述主控器与所述上位机控制单元通信连接，所述振动传感器、所述激光雷达、所述摄像头以及所述报警模块分别与所述主控器连接，所述振动传感器用于检测人体摔倒时产生的振动，所述主控器在接收到振动信号后控制所述报警模块报警，所述激光雷达用于检测机器人在移动方向上的障碍物，以有效规避移动中遇到的障碍物，所述摄像头用于采集用户面部信息，所述主控器识别用户面部信息并根据识别结果控制所述老年人关怀机器人按照预定指令动作；所述可动结构包括机身以及设置于所述机身上的多条可动腿，所述可动腿包括小腿部、肘关节舵机、肘关节舵机支架、侧摆关节舵机以及侧摆关节舵机支架，所述小腿部连接于所述肘关节舵机的机身，所述肘关节舵机的输出轴固定于所述肘关节舵机支架，所述肘关节舵机支架固定于所述侧摆关节舵机的机身，所述侧摆关节舵机的输出轴固定于所述侧摆关节舵机支架，所述机身上设置有肩关节舵机，所述肩关节舵机的输出轴固定于所述侧摆关节舵机支架，所述肩关节舵机、所述肘关节舵机以及所述侧摆关节舵机均与所述主控器连接，所述振动传感器设置于所述小腿部末端。

全文数据：一种老年人关怀机器人技术领域本发明涉及家用机器人技术领域，特别涉及一种老年人关怀机器人。背景技术目前应用的机器人以工业机器人居多，主要用来替代完成大量机械重复性的工作，或者用来替代完成条件恶劣，起到降低劳动成本和劳动强度，以及辅助完成环境恶劣、难度大、精度要求极高和人工无法直接完成的工作。目前市场上还缺少能够为居家老人提供服务的家庭老年人关怀机器人。发明内容有鉴于此，本发明的目的在于提供一种老年人关怀机器人，为居家老人提供服务，对居家老人摔倒进行监测报警。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种老年人关怀机器人，包括上位机控制单元以及机器人主体，所述机器人主体包括可动结构、动力机构以及电气控制单元，所述动力机构用于驱动所述可动结构动作，所述电气控制单元与所述动力机构连接，通过所述动力机构控制所述可动结构实现所述机器人主体的前进、后退、转向、停止，所述电气控制单元包括主控器、报警模块以及振动传感器，所述主控器与所述上位机控制单元通信连接，所述振动传感器以及所述报警模块分别与所述主控器连接，所述振动传感器用于检测人体摔倒时产生的振动，所述主控器在接收到振动信号后控制所述报警模块报警。优选地，所述报警模块为GSM通信模块，所述主控器在接收到振动信号后控制所述GSM通信模块向预设手机号码发送短信报警。优选地，所述可动结构包括机身以及设置于所述机身上的多条可动腿，所述可动腿包括小腿部、肘关节舵机、肘关节舵机支架、侧摆关节舵机以及侧摆关节舵机支架，所述小腿部连接于所述肘关节舵机的机身，所述肘关节舵机的输出轴固定于所述肘关节舵机支架，所述肘关节舵机支架固定于所述侧摆关节舵机的机身，所述侧摆关节舵机的输出轴固定于所述侧摆关节舵机支架，所述机身上设置有肩关节舵机，所述肩关节舵机的输出轴固定于所述侧摆关节舵机支架，所述肩关节舵机、所述肘关节舵机以及所述侧摆关节舵机均与所述主控器连接。优选地，所述振动传感器设置于所述小腿部末端。优选地，所述电气控制单元还包括与所述主控器连接的激光雷达，所述激光雷达用于检测机器人在移动方向上的障碍物，以有效规避移动中遇到的障碍物。优选地，所述电气控制单元还包括与所述主控器连接的摄像头，所述摄像头用于采集用户面部信息，所述主控器识别用户面部信息并根据识别结果控制所述老年人关怀机器人按照预定指令动作。优选地，所述电气控制单元还包括与所述主控器连接的语音识别模块，所述语音识别模块用于存储所需的服务和功能数据信息并根据用户指令进行播放。优选地，所述电气控制单元还包括与所述主控器连接的有害气体传感器，所述有害气体传感器用于检测有害气体浓度，所述主控器根据有害气体浓度信息通过所述动力机构控制所述老年人关怀机器人向高浓度区域移动。优选地，所述机器人主体表面覆盖有纳米硅藻土负载二氧化锰涂层。优选地，所述纳米硅藻土负载二氧化锰涂层内嵌有压力传感器，所述压力传感器与所述主控器连接，所述主控器在所述压力传感器检测到压力信号后通过所述动力机构控制所述可动结构按照预定指令动作。为实现上述目的，本发明提供了一种老年人关怀机器人，包括上位机控制单元以及机器人主体，其中，机器人主体包括可动结构、动力机构以及电气控制单元，可动结构可以为轮式结构、步足式结构，动力机构用于驱动可动结构动作，电气控制单元与动力机构连接，通过动力机构控制可动结构实现机器人主体的前进、后退、转向、停止，电气控制单元包括主控器、报警模块以及振动传感器，主控器与上位机控制单元通信连接，振动传感器以及报警模块分别与主控器连接，报警模块可以为声光报警装置、远程拨号报警装置等等，振动传感器用于检测人体摔倒时产生的振动，主控器在接收到振动信号后控制报警模块报警；在使用时，振动传感器可以将人体摔倒时产生的振动转换成电信号发送给主控器，主控器接到信号后控制报警模块报警，从而使摔倒的用户及时得到救治，保护用户安全。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例提供的老年人关怀机器人的机器人主体的轴测图；图2为本发明实施例提供的步行机器人的机身的爆炸图；图3为本发明实施例提供的步行机器人的可动腿的结构示意图；图4为本发明实施例提供的步行机器人的外观图。图中：1为机身；101为肩关节舵机；2为可动腿；201为小腿部；202为安装支架；203为肘关节舵机；204为肘关节舵机支架；205为侧摆关节舵机支架；206为侧摆关节舵机；3为GSM通信模块；4为主控器；5为电池；6为摄像头；7为激光雷达；8为语音识别模块；9为振动传感器；10为纳米硅藻土负载二氧化锰涂层。具体实施方式本发明的目的在于提供一种老年人关怀机器人，该老年人关怀机器人的结构设计能够为居家老人提供服务，对居家老人摔倒进行监测报警。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。请参阅图1-图3，图1为本发明实施例提供的老年人关怀机器人的机器人主体的轴测图，图2为本发明实施例提供的步行机器人的机身的爆炸图，图3为本发明实施例提供的步行机器人的可动腿的结构示意图。本发明实施例提供的一种老年人关怀机器人，包括上位机控制单元以及机器人主体。其中，上位机控制单元包括上位机控制器和上位机，机器人主体包括可动结构、动力机构以及电气控制单元，可动结构可以为轮式结构、步足式结构，动力机构用于驱动可动结构动作，电气控制单元与动力机构连接，通过动力机构控制可动结构实现机器人主体的前进、后退、转向、停止，电气控制单元包括主控器4、报警模块以及振动传感器9，主控器4与上位机控制单元通信连接，振动传感器9以及报警模块分别与主控器4连接，报警模块可以为声光报警装置、远程拨号报警装置等等，振动传感器9用于检测人体摔倒时产生的振动，主控器4在接收到振动信号后控制报警模块报警。与现有技术相比，本发明提供的老年人关怀机器人在使用时，振动传感器9可以将人体摔倒时产生的振动转换成电信号发送给主控器4，主控器4接到信号后控制报警模块报警，从而使摔倒的用户及时得到救治，保护用户安全。作为优选地，主控器4为STM32主控制器，报警模块为GSM通信模块3，STM32主控制器在接收到振动信号后控制GSM通信模块3向预设手机号码发送短信报警，GSM通信模块3包括SIM900A处理器，支持RS232串口和LVTTL串口，并带硬件流控制，支持5V～24V的超宽工作范围，以低功耗实现语音、SMS短信、彩信、数据和传真信息的传输。可动结构包括机身1以及设置于机身1上的多条可动腿2，可动腿2至少要设置两条以上，如图2所示，在本发明一种优选实施例中，可动腿2设置有四条，包括左前腿、右前腿、左后腿以及右后腿，四条可动腿2结构相同，如图3所示，可动腿2包括小腿部201、肘关节舵机203、肘关节舵机支架204、侧摆关节舵机206以及侧摆关节舵机支架205，小腿部201通过安装支架202连接于肘关节舵机203的机身1，肘关节舵机203的输出轴固定于肘关节舵机支架204，肘关节舵机支架204固定于侧摆关节舵机206的机身1，侧摆关节舵机206的输出轴固定于侧摆关节舵机支架205，机身1上设置有肩关节舵机101，肩关节舵机101的输出轴固定于侧摆关节舵机支架205，肩关节舵机101、肘关节舵机203以及侧摆关节舵机206均与主控器4连接。肘关节舵机203、肩关节舵机101以及侧摆关节舵机206由机身1上搭载的电池5供电，通过STM32主控制器控制，采用SMS1.0协议。STM32主控制器和各舵机之间采用问答方式通信，STM32主控制器发出指令包，舵机返回应答包。一个总线控制网络中允许有多个舵机，所以每个舵机都分配有一个网络内唯一的ID号，通信方式为串行异步方式，一帧数据分为1位起始位，8位数据位和1位停止位，无奇偶校验位，共10位。所有舵机由RS232电平控制，STM32主控制器发来串口TTL信号操作总线网络中的所有舵机。通过上述可动结构，解决了现行一般机器人履带式行走结构体积大，难转弯，使用场地和范围受限等问题，使机器人更加灵活，能够对用户提供跟随陪护等服务。综合考虑机器人对减轻自重、快速平稳移动等方面的要求高等特点，本发明采用镁合金作为主体支架包括肘关节舵机支架204、侧摆关节舵机支架205、构成机身1的各个支架等等材料；用ABS工程塑料作为机器人外壳包括可动腿2外壳、机身1外壳的材料。进一步地，四足机器人的步态设计是一种零冲击足端轨迹的规划方法，在世界坐标系{W}下的足端规划轨迹定义如式1与式2，其中式1为足端在水平方向上的运动轨迹，式2为足端在竖直方向上的运动轨迹，S为步幅，H为摆腿高度，T为摆动相周期。作为优选地，如图3所示，振动传感器9设置于小腿部201末端，该振动传感器9为模仿鱼的侧线中的壶腹而设计的摩擦电振动传感器9TVS。进一步优化上述技术方案，电气控制单元还包括与主控器4连接的激光雷达7，激光雷达7用于检测机器人在移动方向上的障碍物，以有效规避移动中遇到的障碍物。作为优选地，电气控制单元还包括与主控器4连接的摄像头6，请参阅图1和图4，摄像头6可设置两个，作为机器人的眼睛，摄像头6用于采集用户面部信息，主控器4识别用户面部信息并根据识别结果控制老年人关怀机器人按照预定指令动作，以实现自主规划路径，使机器人可判断老年人表情做出相应的动作，实现人机互动，同时对于陌生人面部识别实现安全巡视报警。进一步地，电气控制单元还包括与主控器4连接的语音识别模块8，语音识别模块8用于存储所需的服务和功能数据信息并根据用户指令进行播放，语音识别模块8在互动应用软件的支持下，实现老人与机器人的互动，使得该机器人具有语音提醒、语音输入识别和娱乐服务等多种功能，使之具有某种智能性和实用性等，该机器人的语音识别模块8通过软件编程，将预先需要的服务和功能通过输入输出接口存于存储器，借助程序的自动执行、语音提示、老人发声，能够实现人机交互功能。电气控制单元还包括与主控器4连接的有害气体传感器，有害气体传感器用于检测有害气体浓度，主控器4根据有害气体浓度信息通过动力机构控制老年人关怀机器人向高浓度区域移动，该有害气体主要为甲醛，在正常室内温度和PH值条件下，传感器关键部位材料采用以结合Hummer法、水热法、热处理法设计并制备出的钯掺杂、石墨烯包覆的石墨烯钯二氧化锡气敏材料新体系，具有检测甲醛气体的良好气敏性能，在机器人巡检过程中，利用上述有害气体传感器检测室内甲醛气体浓度，通过比较对超过预设值的情况进行报警，并控制机器人向高甲醛浓度区前进，提高空气净化效率。进一步优化上述技术方案，机器人主体表面覆盖有纳米硅藻土负载二氧化锰涂层10，实现对甲醛等空气污染物的催化，使得空气污染物转化为二氧化碳以及水蒸气等无毒物，具有降解效率高、生产成本低、无二次污染等特点。更进一步地，纳米硅藻土负载二氧化锰涂层10内嵌有压力传感器，压力传感器与主控器4连接，主控器4在压力传感器检测到压力信号后通过动力机构控制可动结构按照预定指令动作，在使用时，当用户触碰机器人时，压力传感器将压力信号发送至主控器4，主控器4控制机器人对用户的触碰做出反应，如发出声音、移动、摆动等等。综上所述，本发明实施例提供的老年人关怀机器人采用了多种传感技术、自动控制技术、多媒体技术、计算机技术、机电一体化技术、精密机械设计技术等，机器人具有全方向运动和智能控制的特性，能够实现对老人的远程监护与通讯，具有安全巡视，辅助防盗、净化空气、安全报警、提醒、互动娱乐等多种功能，起到对独居老年人的人文关怀和安全关怀的作用。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

权利要求：1.一种老年人关怀机器人，其特征在于，包括上位机控制单元以及机器人主体，所述机器人主体包括可动结构、动力机构以及电气控制单元，所述动力机构用于驱动所述可动结构动作，所述电气控制单元与所述动力机构连接，通过所述动力机构控制所述可动结构实现所述机器人主体的前进、后退、转向、停止，所述电气控制单元包括主控器、报警模块以及振动传感器，所述主控器与所述上位机控制单元通信连接，所述振动传感器以及所述报警模块分别与所述主控器连接，所述振动传感器用于检测人体摔倒时产生的振动，所述主控器在接收到振动信号后控制所述报警模块报警。2.根据权利要求1所述的老年人关怀机器人，其特征在于，所述报警模块为GSM通信模块，所述主控器在接收到振动信号后控制所述GSM通信模块向预设手机号码发送短信报警。3.根据权利要求1所述的老年人关怀机器人，其特征在于，所述可动结构包括机身以及设置于所述机身上的多条可动腿，所述可动腿包括小腿部、肘关节舵机、肘关节舵机支架、侧摆关节舵机以及侧摆关节舵机支架，所述小腿部连接于所述肘关节舵机的机身，所述肘关节舵机的输出轴固定于所述肘关节舵机支架，所述肘关节舵机支架固定于所述侧摆关节舵机的机身，所述侧摆关节舵机的输出轴固定于所述侧摆关节舵机支架，所述机身上设置有肩关节舵机，所述肩关节舵机的输出轴固定于所述侧摆关节舵机支架，所述肩关节舵机、所述肘关节舵机以及所述侧摆关节舵机均与所述主控器连接。4.根据权利要求3所述的老年人关怀机器人，其特征在于，所述振动传感器设置于所述小腿部末端。5.根据权利要求1-4任意一项所述的老年人关怀机器人，其特征在于，所述电气控制单元还包括与所述主控器连接的激光雷达，所述激光雷达用于检测机器人在移动方向上的障碍物，以有效规避移动中遇到的障碍物。6.根据权利要求1-4任意一项所述的老年人关怀机器人，其特征在于，所述电气控制单元还包括与所述主控器连接的摄像头，所述摄像头用于采集用户面部信息，所述主控器识别用户面部信息并根据识别结果控制所述老年人关怀机器人按照预定指令动作。7.根据权利要求1-4任意一项所述的老年人关怀机器人，其特征在于，所述电气控制单元还包括与所述主控器连接的语音识别模块，所述语音识别模块用于存储所需的服务和功能数据信息并根据用户指令进行播放。8.根据权利要求1-4任意一项所述的老年人关怀机器人，其特征在于，所述电气控制单元还包括与所述主控器连接的有害气体传感器，所述有害气体传感器用于检测有害气体浓度，所述主控器根据有害气体浓度信息通过所述动力机构控制所述老年人关怀机器人向高浓度区域移动。9.根据权利要求8所述的老年人关怀机器人，其特征在于，所述机器人主体表面覆盖有纳米硅藻土负载二氧化锰涂层。10.根据权利要求9所述的老年人关怀机器人，其特征在于，所述纳米硅藻土负载二氧化锰涂层内嵌有压力传感器，所述压力传感器与所述主控器连接，所述主控器在所述压力传感器检测到压力信号后通过所述动力机构控制所述可动结构按照预定指令动作。

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