一种基于服务机器人的家庭空调管理系统的制作方法

本发明涉及一种基于服务机器人的家庭空调管理系统，更具体说是涉及一种运用服务型机器人、红外发光二极管、自动控制技术措施实现的家庭空调管理系统。

背景技术：

服务机器人是机器人重要组成。

如图1所示，服务机器人与老人对弈象棋，服务机器人关注从棋盘哪个位置拿取象棋及将象棋放回棋盘哪个位置，也包括机械强手臂从棋盘上拿取象棋及把象棋再放回棋盘上的细节过程。

如图2所示，服务机器人与运动员教练员对打羽毛球。自对方发球或我方发球，双方来来回回击球，直至羽毛球落地，依羽毛球规则判定一方得一分。在这一分球过程中服务机器人机械强手臂必须不间断地动作，这些动作包括低位挑球、平位推球、高位杀球、高位吊球、高位远球、网前搓球等。

如图3所示，服务机器人主要包括控制主机、全向移动车底、电源模块、双目视觉、单目视觉、机械强手臂、腰间小手臂；全向移动车底在平坡面自由移动行走，双目视觉单目视觉跟踪目标，机械强手臂腰间小手臂互相配合以完成动作行为，服务机器人配置不同末端夹持器及控制主机运行不同的功能模块才实现如服务机器人与老人对弈象棋、服务机器人与运动员教练员对打羽毛球情景应用。

有条件家庭配置服务机器人越来越普遍。

智能家居是目前热点技术应用领域，涵盖了对大门、门框、电器设备、家庭网络的全面自动化智能化。家庭空调是家庭最重要电器设备之一，具有有线或无线数据接口是电器设备联网及远程遥控的基础；智能家居系统也是基于数据接口电器设备而连接组网的。

然而，如图4所示，已经安装多年的家庭空调以空调遥控器手动操作为主，空调遥控器需要手动选择模式(自动、制冷、抽湿、制热、送风)、开机关机、设置温度、设置风量(高风、中风、低风)，操作人员要将空调遥控器对准空调主机并观察中央小屏幕所指功能与选择。

面对数量如此巨大的传统家庭空调，强求家庭空调全部更换为具有数据接口空调主机的解决方案，是不切现实的。

服务机器人可行走在家庭各房间，如何拓展服务机器人在家庭应用范围，如何基于传统家庭空调遥控操作基础条件，实现家庭空调自动开启关闭、家庭空调远程遥控操作，是目前迫切需要解决的问题。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明涉及一种基于服务机器人的家庭空调管理系统，更具体说是涉及一种运用服务型机器人、红外发光二极管、自动控制技术措施实现的家庭空调管理系统。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种基于服务机器人的家庭空调管理系统,它包括

服务机器人，由机身、全向移动车底、电源模块、单双目视觉、机械强手臂组成；

云服务器，管理家庭电器设备及服务机器人，响应智能家居app请求；

智能家居app,运行于智能手机功能模块，显示家庭电器设备所处状态、开机关机及设置家庭电器运行参数；

它还包括红外发光二极管，遥控器控制板、温湿度传感器、控制主机；

所述红外发光二极管位于所述机械强手臂末端，

所述遥控器控制板位于所述控制主机边沿，

所述红外发光二极管与所述遥控器控制板之间由信号数据线连接；

所述控制主机多路输出线直接与所述遥控器控制板连接；

所述温湿度传感器固定安装于服务机器人机身上半部位外侧；

所述控制主机为工业控制计算机，配置wifi模块、4g模块、多回路串行及usb接口，支持tcp\ip通讯；

所述控制主机安装于服务机器人机身中部内侧，与服务机器人各部件串行数据线连接；

所述温湿度传感器通过串行数据线与控制主机连接；

所述控制主机配置为执行如下操作：

操控服务机器人行走在室内并让机械强手臂末端对准家庭空调主机；

通过室内温湿度确定室内家庭空调开机关机并通过遥控器控制板设置模式与温度调节；

接收智能家居app下达的开机关机命令并通过遥控器控制板执行。

作为优选，所述控制主机输出线包括开机关机控制线、模式控制线、风量控制线、增加温度及减少温度控制线；控制主机输出线低电平向高电平为一次操控，高电平宽度在100ms以上，两次跳变之间间隔在300ms以上。

作为优选，所述控制主机设置控制变量与输出线对应，分别是开机关机变量、模式控制变量、风量控制变量、增加温度变量及减少温度变量；

其中开机关机变量在开机与关机之间循环，模式控制变量在自动、制冷、抽湿、制热、送风之间循环，模式控制变量在高风、中风、低风之间循环，增加温度变量最大值为30摄氏度。

作为优选，所述控制主机开机关机变量初始值为关机，模式控制变量初始值为自动，风量控制变量初始值为高风；控制主机输出控制线每次跳变，变量当前值由初始值增加1至到最高限制翻转数；开机关机变量最高限制翻转数为1，模式控制变量最高限制翻转数为4，风量控制变量最高限制翻转数为2。

作为优选，所述控制主机在第一次操控之前或控制主机长时间不工作之后，控制主机不间断进行增加1摄氏度操作直至保持在最大值30摄氏度，由此确定家庭空调主机设置温度为30摄氏度。

作为优选，所述控制主机通过串行线与温湿度传感器通信，感知室内温湿度，当判定室内温度高于最高设置值时，控制主机启动制冷模式并设置温度为26摄氏度；当判定室内温度低于最低设置值时，控制主机启动制热模式并设置温度为22摄氏度；控制主机通过操控对应输出控制线多次跳变实现模式设定、温度设定及开机。

作为优选，所述控制主机接收智能家居app下达的开机关机命令后，控制主机调出开机关机变量当前值、模式控制变量当前值、风量控制变量当前值及温度变量当前值，并与能家居app下达命令参数进行比较，然后控制主机通过操控对应输出控制线多次跳变实现智能家居app下达的模式设置、温度值设置及开机。

本发明具有的优点和积极效果是：通过红外发光二极管安装于述机械强手臂末端、遥控器控制板安装于控制主机边沿，温湿度传感器安装于服务机器人机身上半部位外侧；由控制主机输出控制线跳变驱动遥控器控制板，再由遥控器控制板驱动红外发光二极管，最终实现操控家庭空调开机关机及设置。本发明拓展了服务机器人功能范围，达到了不改动老旧电器设备现状但可远程遥控的技术效果。

附图说明

图1为服务机器人与老人对弈示意图

图2为服务机器人与运动员实战示意图

图3为服务机器人组成示意图

图4为空调遥控器组成示意图

图5为机械手臂组成示意图

图6为本发明控制系统组成图

图中：6-全向移动车底、7-控制主机、8-双单目视觉、9-机械强手臂、11-红外发光二极管、12-腰间小手臂、13-第一关节、14-第二关节、15-第三关节、16-末端机构、20-遥控器控制板、25-温湿度传感器、100-云服务器、200-智能家居app。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1-图6，一种基于服务机器人的家庭空调管理系统，是以如图3及图5所示的服务机器人为载体，及如图6所示的控制系统中实现的。

该服务机器人主要包括控制主机、全向移动车底、电源模块、双目视觉、单目视觉、机械强手臂、腰间小手臂；全向移动车底在室内外平坡面自由移动行走，双目视觉单目视觉跟踪目标，机械强手臂腰间小手臂互相配合以完成动作行为，服务机器人配置不同末端夹持器及控制主机运行不同的功能模块实现如服务机器人与老人对弈象棋、服务机器人与运动员教练员对打羽毛球情景应用、服务机器人机械强手臂从冰箱存放拿取物品等。服务机器人是一个机械部件框架平台，在此框架平台上可以添加辅助器件、模块、部件。

该控制系统由三部分组成：

第一部分是云服务器，管理家庭电器设备及服务机器人，响应智能家居app请求；

第二部分是智能家居app，显示家庭电器设备所处状态、开机关机及设置家庭电器运行参数；

第三层部分是叠加了新的辅助器件、模块、部件及运行新的功能模块的服务机器人。

本发明系统的前提是家庭因众多需求综合考量购置了服务机器，而不是为了管控家庭空调专门目的购买机器人。

以下对本发明技术方案实施例进行一一介绍。

一、家庭空调遥控器操作

如图4所示，安装在室内墙壁上的家庭空调主机与空调遥控器是互相配套配合的，空调遥控器配置了模式(自动、制冷、抽湿、制热、送风)、开机关机、设置温度、设置风量(高风、中风、低风)等操作界面，上电后空调遥控器保存最后一次参数数值。

人工手动操控家庭空调要点是：让空调遥控器对准家庭空调主机，观看显示界面上模式功能指示图标、通风功能指示图标所处部，观看中间温度区显示的设置数值；手动操作模式按键、风量按键、增加温度按键、减少温度按键、及开机关机按键。

当前参数数值包括模式、风量、温度由空调遥控器存储并显示，人工手动可改变可设置；当墙壁上家庭空调主机保存现状不变前提下，服务机器人操控家庭空调必须模拟空调遥控器的上述特点。

二、服务机器人融合遥控器部件

将空调遥控器分割为四个组成部件，第一个部件为红外发光二极管，第二个部件为遥控器控制板，第三个部件为按键显示，第四个部件为空调遥控器塑料外壳本体。如图5所示，将第一个部件为红外发光二极管安装于机械强手臂末端，机械强手臂由第一关节13、第二关节14、第三关节15、末端机构16及末端上的红外发光二极管11组成。如图3所示，第二个部件为遥控器控制板安装于服务机器人控制主机7边沿，取消第三及第四部件。红外发光二极管与遥控器控制板之间仅仅一根信号数据线连接，原先各按键与遥控器控制板之间连接线更改为控制主机7多路输出线直接与遥控器控制板连接；至此，原来空调遥控器各组成部件或移植到服务机器人或直接取消。服务机器人在全向移动车底在室内外平坡面自由移动行走、双目视觉单目视觉跟踪目标、机械强手臂腰间小手臂互相配合以完成动作行为、如服务机器人与老人对弈象棋、服务机器人与运动员教练员对打羽毛球情景应用、服务机器人机械强手臂从冰箱存放拿取物品的基础上，服务机器人在硬件资源上红外发光二极管、遥控器控制板、红外发光二极管与遥控器控制板之间连线，及遥控器控制板与控制主机之间连线。

三、服务机器人模拟人工手动操作遥控器的途径

红外发光二极管安装于机械强手臂末端，遥控器控制板安装于服务机器人控制主机7边沿，红外发光二极管与遥控器控制板之间仅仅一根信号数据线连接，控制主机7多路输出线直接与遥控器控制板连接；至少包括开机关机控制线、模式控制线、风量控制线、增加温度及减少温度控制线；控制主机输出线低电平向高电平为一次操控，高电平宽度在100ms以上，两次跳变之间间隔在300ms以上。为了模拟人工手动操作遥控器效果，控制主机设置控制变量与输出线对应，分别是开机关机变量、模式控制变量、风量控制变量、增加温度变量及减少温度变量；其中开机关机变量在开机与关机之间循环，模式控制变量在自动、制冷、抽湿、制热、送风之间循环，模式控制变量在高风、中风、低风之间循环，增加温度变量最大值为30摄氏度。

控制主机开机关机变量初始值为关机，模式控制变量初始值为自动，风量控制变量初始值为高风；控制主机输出控制线每次跳变，变量当前值由初始值增加1至到最高限制翻转数；开机关机变量最高限制翻转数为1，模式控制变量最高限制翻转数为4，风量控制变量最高限制翻转数为2；控制主机在第一次操控之前或控制主机长时间不工作之后，控制主机不间断进行增加1摄氏度操作直至保持在最大值30摄氏度，由此确定家庭空调主机设置温度为30摄氏度。

控制主机在操控输出线电平跳变的同时，赋予开机关机变量、模式控制变量、风量控制变量、温度变量增1循环成为新的当前数值，与此同时将最新当前值同步存储到掉电不丢失参数区。

服务机器人对室内家庭空调开始一次新操作时，从掉电不丢失参数区回调开机关机变量、模式控制变量、风量控制变量、温度变量最新当前值，在此基础上开展新一次的输出线跳变操控。

四、感知室内温湿度并操控家庭空调

配置常温常湿的温湿度传感器，固定安装于服务机器人机身上半部位外侧；温湿度传感器通过串行数据线与控制主机连接。通过此途径服务机器人控制主机感知室内温湿度并由此开展家庭空调管控流程。

服务机器人在家庭各房间行走，但确定住户离开房间外出办事并且时间段处于白天时，可自行关机。

当住户交待返回家中希望各房间温度舒适，则服务机器人在下午4点行走至室内感知温度，当判定室内温度高于最高设置值时，控制主机启动制冷模式并设置温度为26摄氏度；当判定室内温度低于最低设置值时，控制主机启动制热模式并设置温度为22摄氏度；控制主机通过操控对应输出控制线多次跳变实现模式设定、温度设定及开机。

五、接受智能家居app下达的开机命令并操控家庭空调

如图6所示，智能家居app、服务机器人及云服务器组成一个系统。智能家居app通过云服务器开展审核数据格式转换后，间接地与拂服务机器人进行数据通信交互。控制主机接收智能家居app下达的开机关机命令至少包括：家庭位置或家庭编号，开机或关机，模式选择、风量选择、温度设定。控制主机接受到智能家居app下达开关机命令后进行如下三步骤流程操作：

第一步：调出开机关机变量当前值、模式控制变量当前值、风量控制变量当前值及温度变量当前值。

第二步：解析能家居app下达命令中参数具体值如模式、风量、温度、开关机等。

第三步：对第一第二步得到的变量当前值与变量解析值进行比较，然后控制主机通过操控对应输出控制线实现多次跳变。

六、服务机器人纠错机制

控制主机存储正确无误的当前值多完成家庭空调操控的关键环节，如果模式变量、风量变量、温度变量、开关机变量当前值有误，则会引起混乱导致服务机器人操控家庭空调失败。

温度变量纠错机制：控制主机不间断进行增加1摄氏度操作直至保持在最大值30摄氏度，由此确定家庭空调主机设置温度为30摄氏度。

模式变量纠错机制：通过温湿度传感器感知室内温度，开机如10分钟内感知室内温度变化趋势，如果时升温就确定模式为制热。如果没有升温趋势，则更换模式直至确认室内为升温趋势由此确定模式为制热。在服务机器人发现操控家庭空调引起混乱局面时步入纠错机制形成当前模式制热及当前温度为30摄氏度的初始化局面，在此基础上依据前述流程开展服务机器人控制主机对家庭空调的管控流程。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启发下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出许多形式，这些均属于本发明保护范围之内。