一种基于多制式5G模组的可移动智能机器人

本发明涉及智能机器人技术领域，具体地说，涉及一种基于多制式5g模组的可移动智能机器人。

背景技术：

现在市面已经出现成熟的5g通信模组，5g模组是承载终端接入网络的关键部件，随着全球5g网络的规模商用，5g对于各行各业的重要价值已经成为了业界共识。5g模组具备业界领先的传输速率、-40℃到85℃的工业温宽性能稳定、毫秒级低时延等多项技术，可以满足工业环境下或其他装配有大量精密仪器区域内的设备互联和远程交互应用需求，若基于多制式5g模组开发应用于人体不易靠近的医疗环境(如具有辐射的检查室等)的移动智能机器人，用于自主巡查医疗器械的运行过程，不需人体靠近，可以更好实现智慧医疗机构的监管控制过程。但是，目前市面上并没有可以顺畅运行的完善的智能移动机器人及其控制系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供了一种基于多制式5g模组的可移动智能机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述技术问题的解决，本发明的目的之一在于，提供了一种基于多制式5g模组的可移动智能机器人，包括主壳体，所述主壳体的顶端设有主操作器，所述主壳体的前端设有从操作器，所述主壳体的底端设有行走机构，所述行走机构上端通过导线电性连接有行走驱动器，所述主壳体内设有处理主机，所述处理主机的一侧设有集成网络路由器。

作为本技术方案的进一步改进，所述主操作器内设有感知控制器，所述主操作器的前端处规则设有摄像头、距离传感器和温湿度传感器，所述感知控制器通过导线与所述处理主机电性连接，所述从操作器与所述主操作器的结构相同。

本发明的目的之二在于，提供了一种基于多制式5g模组的可移动智能机器人控制系统，所述控制系统装载在所述处理主机内，该控制系统用于支持上述的基于多制式5g模组的可移动智能机器人的运行过程，包括

基础建设单元、通信控制单元、配置管理单元和功能应用单元；所述基础建设单元、所述通信控制单元、所述配置管理单元与所述功能应用单元依次通过数字信号连接；所述基础建设单元用于提供支持控制系统运行的基础载体、辅助系统、传感设备及智能技术等；所述通信控制单元用于对系统的网络通讯功能进行管理控制及分配；所述配置管理单元用于对机器人的运行模式及行走路线等功能配置进行管理控制；所述功能应用单元用于管理机器人的扩展应用以给用户提供更丰富的服务功能；

所述基础建设单元包括系统载体模块、移动行走模块、状态感知模块和网络通信模块；

所述通信控制单元包括集成路由模块、外网连接模块、作业优先模块和网络切换模块；

所述配置管理单元包括智能管控模块、场景模式模块、路线管理模块和备份切换模块；

所述功能应用单元包括参数预设模块、主从管控模块、工作记录模块和数据处理模块。

作为本技术方案的进一步改进，所述系统载体模块、所述移动行走模块、所述状态感知模块依次通过数字信号连接；所述系统载体模块用于提供加载控制系统的机器人载体并将载体的本机系统与该控制系统连接起来；所述移动行走模块用于通过驱动器和控制器来连接机器人的行走机构以管理机器人的启停过程；所述状态感知模块用于通过部署在机器人载体内各处的多种传感装置来感知采集周围环境的状态参数；所述网络通信模块用于通过多种类型的网络技术给系统各层面之间建立连接和数据传输的通道。

其中，传感装置包括但不限于摄像装置、距离传感装置、温湿度传感装置、速度计算器等。

其中，网络通信技术包括但不限于有线网、无线网、wifi、数据流量、5g网络等。

作为本技术方案的进一步改进，所述集成路由模块、所述外网连接模块、所述作业优先模块与所述网络切换模块依次通过数字信号连接；所述集成路由模块用于通过集成路由器兼容有线网、无线wifi、5g等多种网络的连接；所述外网连接模块用于通过预设在集成路由器上的接口满足外置物联网卡的接入并进行外网管理；所述作业优先模块用于在集成路由器中对各类网络技术的作业优先级进行设置；所述网络切换模块用于在网络环境波动时根据设置的作业优先级来控制网络的平滑切换。

其中，在具有有线网络的环境中，可以设置以太网通信为主、5g通信为辅助的作业顺序；在没有有线网的环境或以太网通信出现中断的情况下，集成路由器会自动将网络切换到5g通信，从而可以帮助用户节省5g流量费用。

作为本技术方案的进一步改进，所述作业优先模块的计算公式为：

pj[i]＝po[i]+n*twait

其中，po[i]为作业提交时指定的优先级，twait为作业在队列中等待的时间，n为常数因子，随着等待时间的增加，作业优先级动态的增加，直到增加到阈值，即最高优先级。

作为本技术方案的进一步改进，所述智能管控模块、所述场景模式模块、所述路线管理模块与所述备份切换模块依次通过数字信号连接；所述智能管控模块用于按照预先编设的程序智能控制系统的运行过程并管理各项功能的工作量分配；所述场景模式模块用于根据机器人的工作环境设置多种场景模式以供选择；所述路线管理模块用于根据机器人的工作环境状况设定多组行走路线以供选择并提供自主设计路线的通道；所述备份切换模块用于自动备份历史行走路线痕迹并在环境变化时自动切换路线。

作为本技术方案的进一步改进，所述参数预设模块、所述主从管控模块、所述工作记录模块与所述数据处理模块并列运行并依次通过数字信号连接；所述参数预设模块用于提供预先设定系统中各种运行参数的通道；所述主从管控模块用于分别管控机器人的主要或次要操作装置的工作状态及两者运行过程中的平滑切换；所述工作记录模块用于对机器人运行过程中的工作情况及采集的状态数据进行记录存储；所述数据处理模块用于对机器人工作过程中采集的状态数据进行汇总、清理、归纳、传输、统计及分析操作。

其中，运行参数包括但不限于启停时间、工作时间、工作场景、行走速度、状态数据采集间隔时长等。

作为本技术方案的进一步改进，所述数据处理模块包括采集汇总模块、清筛归纳模块、数据传输模块和综合统析模块；所述采集汇总模块的信号输出端与所述清筛归纳模块的信号输入端连接，所述清筛归纳模块的信号输出端与所述数据传输模块的信号输入端连接，所述数据传输模块的信号输出端与所述综合统析模块的信号输入端连接；所述采集汇总模块用于通过各传感器分别采集不同的环境状态数据并汇总到基层处理器；所述清筛归纳模块用于筛除汇总数据中无效、过时、损坏的数据并对数据进行分类归纳；所述数据传输模块用于将处理后的数据上传到上层处理器；所述综合统析模块用于对数据进行统计、对比及综合分析以判断环境状态的优劣情况。

作为本技术方案的进一步改进，所述清筛归纳模块中，计算表达式如下：

数据清理采用信息量的熵算法，其计算公式为：

h(x)＝-∑p(xi)log2p(xi)；

其中，i＝1,2,3，...，n，xi表示第i个状态(共n个状态)，p(xi)代表出现第i个状态时的概率，h(x)为消除不确定性所需的信息量，单位为比特(bit)；

数据分类归纳的计算公式为：

sim(s1.ei,s2.ej)＝agg(simf(s1.ei,s2.ej))；

其中，ei与ej是分属于模式s1和s2的两个属性，simf是基于特征f的相似度算法，agg为聚合函数。

本发明的目的之三在于，提供了一种基于多制式5g模组的可移动智能机器人控制系统的运行方法，包括如下步骤：

s1、用户开启机器人，在配置界面设置运行参数，导入工作环境的场景及预设路线数据，用户在集成路由器上设置网络作业优先级；

s2、机器人启动运行，自动识别工作的场景并切换到对应模式，处理器驱动行走机构按预先设定的路线行走工作，在行走过程中，遇到环境变化的情况，系统自动调整行走路线并备份历史路线痕迹；

s3、机器人行走过程中，自动启动各传感器，对周围环境进行音视频录制、温湿度检测等，并实时自动控制运行速度；

s4、处理器接收各传感器采集的状态数据，经处理后上传到上层处理器，对数据进行综合分析，评判及预测环境状况并将结果反馈给用户；

s5、机器人行走过程中，优先使用以太网支持工作，在遇到有线网波动时，自动切换到5g网络继续工作；

s6.机器人工作过程中，优先使用主操作装置运行工作，在主操作装置出现故障时，自动切换到从操作装置继续工作，并及时将数据传输通道切换连接起来；

s7、机器人按预设的程序完成工作后，自动结束工作并移动回到工作原位。

本发明的目的之四在于，提供了基于多制式5g模组的可移动智能机器人控制系统的运行装置，包括处理器、存储器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序，处理器用于执行计算机程序时实现上述任一的基于多制式5g模组的可移动智能机器人。

本发明的目的之五在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一的基于多制式5g模组的可移动智能机器人。

与现有技术相比，本发明的有益效果：该基于多制式5g模组的可移动智能机器人中，通过在机器人上设置主从两组操作器，在处理器上加载配套的控制系统，并通过处理器连接有集成路由器，便于接入多种形式的通信网络，可以智能巡查工作环境的运行状况并采集状态数据，工作时可以根据场景灵活选择、无缝切换线路及平滑切换工作网络，确保机器人可不间断工作，并能有效节省5g流量费用，运行过程安全高效，可广泛应用于5g工业产线、工业物联网、工业自动化控制、物流追踪、工业ar、agv小车、精密医疗仪器运作监控等工业智能制造领域，实现智慧全流程的数据采集、数据回传、控制指令收发、监控、可视化应用、设备信息化及数据安全可管可控。

附图说明

图1为本发明的示例性整体装置结构示意图；

图2为本发明的整体系统装置结构图；

图3为本发明的局部系统装置结构图之一；

图4为本发明的局部系统装置结构图之二；

图5为本发明的局部系统装置结构图之三；

图6为本发明的局部系统装置结构图之四；

图7为本发明的局部系统装置结构图之五；

图8为本发明的示例性计算机程序产品结构图。

图中各个标号意义为：

1、主壳体；

2、主操作器；21、感知控制器；22、摄像头；23、距离传感器；24、温湿度传感器；

3、从操作器；

4、行走机构；41、行走驱动器；

5、处理主机；

6、集成网络路由器；

100、基础建设单元；101、系统载体模块；102、移动行走模块；103、状态感知模块；104、网络通信模块；

200、通信控制单元；201、集成路由模块；202、外网连接模块；203、作业优先模块；204、网络切换模块；

300、配置管理单元；301、智能管控模块；302、场景模式模块；303、路线管理模块；304、备份切换模块；

400、功能应用单元；401、参数预设模块；402、主从管控模块；403、工作记录模块；404、数据处理模块；4041、采集汇总模块；4042、清筛归纳模块；4043、数据传输模块；4044、综合统析模块。

具体实施方式

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。

产品实施例

如图1所示，本实施例提供了一种基于多制式5g模组的可移动智能机器人，包括主壳体1，主壳体1的顶端设有主操作器2，主壳体1的前端设有从操作器3，主壳体1的底端设有行走机构4，行走机构4上端通过导线电性连接有行走驱动器41，主壳体1内设有处理主机5，处理主机5的一侧设有集成网络路由器6。

本实施例中，主操作器2内设有感知控制器21，主操作器2的前端处规则设有摄像头22、距离传感器23和温湿度传感器24，感知控制器21通过导线与处理主机5电性连接，从操作器3与主操作器2的结构相同。

其中，摄像头22用于摄录工作环境的音视频数据，距离传感器23用于控制机器人与外物之间的距离避免发生碰撞，温湿度传感器24用于采集工作区域内部及各类仪器周围的环境温湿度以便于控制环境安全情况。

进一步地，行走机构4通过螺栓固定在主壳体1的底端内侧，行走驱动器41、处理主机5均通过螺栓固定在行走机构4上。

进一步地，集成网络路由器6通过螺栓固定在处理主机5上，集成网络路由器6上设有多种网络接口。

系统实施例

如图2-图8所示，本实施例的目的在于，提供了一种基于多制式5g模组的可移动智能机器人控制系统，控制系统装载在处理主机5内，该控制系统用于支持上述的基于多制式5g模组的可移动智能机器人的运行过程，包括

基础建设单元100、通信控制单元200、配置管理单元300和功能应用单元400；基础建设单元100、通信控制单元200、配置管理单元300与功能应用单元400依次通过数字信号连接；基础建设单元100用于提供支持控制系统运行的基础载体、辅助系统、传感设备及智能技术等；通信控制单元200用于对系统的网络通讯功能进行管理控制及分配；配置管理单元300用于对机器人的运行模式及行走路线等功能配置进行管理控制；功能应用单元400用于管理机器人的扩展应用以给用户提供更丰富的服务功能；

基础建设单元100包括系统载体模块101、移动行走模块102、状态感知模块103和网络通信模块104；

通信控制单元200包括集成路由模块201、外网连接模块202、作业优先模块203和网络切换模块204；

配置管理单元300包括智能管控模块301、场景模式模块302、路线管理模块303和备份切换模块304；

功能应用单元400包括参数预设模块401、主从管控模块402、工作记录模块403和数据处理模块404。

本实施例中，系统载体模块101、移动行走模块102、状态感知模块103依次通过数字信号连接；系统载体模块101用于提供加载控制系统的机器人载体并将载体的本机系统与该控制系统连接起来；移动行走模块102用于通过驱动器和控制器来连接机器人的行走机构以管理机器人的启停过程；状态感知模块103用于通过部署在机器人载体内各处的多种传感装置来感知采集周围环境的状态参数；网络通信模块104用于通过多种类型的网络技术给系统各层面之间建立连接和数据传输的通道。

其中，传感装置包括但不限于摄像装置、距离传感装置、温湿度传感装置、速度计算器等。

其中，网络通信技术包括但不限于有线网、无线网、wifi、数据流量、5g网络等。

本实施例中，集成路由模块201、外网连接模块202、作业优先模块203与网络切换模块204依次通过数字信号连接；集成路由模块201用于通过集成路由器兼容有线网、无线wifi、5g等多种网络的连接；外网连接模块202用于通过预设在集成路由器上的接口满足外置物联网卡的接入并进行外网管理；作业优先模块203用于在集成路由器中对各类网络技术的作业优先级进行设置；网络切换模块204用于在网络环境波动时根据设置的作业优先级来控制网络的平滑切换。

其中，在具有有线网络的环境中，可以设置以太网通信为主、5g通信为辅助的作业顺序；在没有有线网的环境或以太网通信出现中断的情况下，集成路由器会自动将网络切换到5g通信，从而可以帮助用户节省5g流量费用。

具体地，作业优先模块203的计算公式为：

pj[i]＝po[i]+n*twait

其中，po[i]为作业提交时指定的优先级，twait为作业在队列中等待的时间，n为常数因子，随着等待时间的增加，作业优先级动态的增加，直到增加到阈值，即最高优先级。

本实施例中，智能管控模块301、场景模式模块302、路线管理模块303与备份切换模块304依次通过数字信号连接；智能管控模块301用于按照预先编设的程序智能控制系统的运行过程并管理各项功能的工作量分配；场景模式模块302用于根据机器人的工作环境设置多种场景模式以供选择；路线管理模块303用于根据机器人的工作环境状况设定多组行走路线以供选择并提供自主设计路线的通道；备份切换模块304用于自动备份历史行走路线痕迹并在环境变化时自动切换路线。

本实施例中，参数预设模块401、主从管控模块402、工作记录模块403与数据处理模块404并列运行并依次通过数字信号连接；参数预设模块401用于提供预先设定系统中各种运行参数的通道；主从管控模块402用于分别管控机器人的主要或次要操作装置的工作状态及两者运行过程中的平滑切换；工作记录模块403用于对机器人运行过程中的工作情况及采集的状态数据进行记录存储；数据处理模块404用于对机器人工作过程中采集的状态数据进行汇总、清理、归纳、传输、统计及分析操作。

其中，运行参数包括但不限于启停时间、工作时间、工作场景、行走速度、状态数据采集间隔时长等。

进一步地，数据处理模块404包括采集汇总模块4041、清筛归纳模块4042、数据传输模块4043和综合统析模块4044；采集汇总模块4041的信号输出端与清筛归纳模块4042的信号输入端连接，清筛归纳模块4042的信号输出端与数据传输模块4043的信号输入端连接，数据传输模块4043的信号输出端与综合统析模块4044的信号输入端连接；采集汇总模块4041用于通过各传感器分别采集不同的环境状态数据并汇总到基层处理器；清筛归纳模块4042用于筛除汇总数据中无效、过时、损坏的数据并对数据进行分类归纳；数据传输模块4043用于将处理后的数据上传到上层处理器；综合统析模块4044用于对数据进行统计、对比及综合分析以判断环境状态的优劣情况。

具体地，清筛归纳模块4042中，计算表达式如下：

数据清理采用信息量的熵算法，其计算公式为：

h(x)＝-∑p(xi)log2p(xi)；

其中，i＝1,2,3，...，n，xi表示第i个状态(共n个状态)，p(xi)代表出现第i个状态时的概率，h(x)为消除不确定性所需的信息量，单位为比特(bit)；

数据分类归纳的计算公式为：

sim(s1.ei,s2.ej)＝agg(simf(s1.ei,s2.ej))；

其中，ei与ej是分属于模式s1和s2的两个属性，simf是基于特征f的相似度算法，agg为聚合函数。

方法实施例

本实施例的目的在于，提供一种基于多制式5g模组的可移动智能机器人控制系统的运行方法，包括如下步骤：

s1、用户开启机器人，在配置界面设置运行参数，导入工作环境的场景及预设路线数据，用户在集成路由器上设置网络作业优先级；

s2、机器人启动运行，自动识别工作的场景并切换到对应模式，处理器驱动行走机构按预先设定的路线行走工作，在行走过程中，遇到环境变化的情况，系统自动调整行走路线并备份历史路线痕迹；

s3、机器人行走过程中，自动启动各传感器，对周围环境进行音视频录制、温湿度检测等，并实时自动控制运行速度；

s4、处理器接收各传感器采集的状态数据，经处理后上传到上层处理器，对数据进行综合分析，评判及预测环境状况并将结果反馈给用户；

s5、机器人行走过程中，优先使用以太网支持工作，在遇到有线网波动时，自动切换到5g网络继续工作；

s6.机器人工作过程中，优先使用主操作装置运行工作，在主操作装置出现故障时，自动切换到从操作装置继续工作，并及时将数据传输通道切换连接起来；

s7、机器人按预设的程序完成工作后，自动结束工作并移动回到工作原位。

计算机程序产品实施例

参阅图8，示出了一种基于多制式5g模组的可移动智能机器人的控制系统运行装置结构示意图，该装置包括处理器、存储器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序。

处理器包括一个或一个以上处理核心，处理器通过总线与处理器相连，存储器用于存储程序指令，处理器执行存储器中的程序指令时实现上述的基于多制式5g模组的可移动智能机器人。

可选的，存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随时存取存储器(sram)，电可擦除可编程只读存储器(eeprom)，可擦除可编程只读存储器(eprom)，可编程只读存储器(prom)，只读存储器(rom)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

此外，本发明还提供了计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的一种基于多制式5g模组的可移动智能机器人。

可选的，本发明还提供了包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面基于多制式5g模组的可移动智能机器人。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，程序可以存储于计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。