[實用新型]一種基于Kinect和FPGA的家庭服務機器人

有效

• 申請號: 201320118832.4
• 申請日: 2013-03-15
• 公開（公告）號: CN203092551U
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: 裴東;崔濤;譚等泰;王全州;安占福;趙愛芳;劉平和;陳麗君;陶中幸
• 申請（專利權）人: 西北師范大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J13/08
• 代理公司: 甘肅省知識產權事務中心 62100
• 代理人: 李琪

本實用新型屬于為人類服務的特種機器人技術領域，涉及一種智能家庭服務機器人，具體涉及一種能夠實現識別主人、跟隨主人、任意方向自由移動、遠程控制、人機交互和娛樂功能的基于Kinect和FPGA的家庭服務機器人。?

隨著人們生活質量的日益提高，家庭服務機器人已經開始進入家庭服務行業。由家庭服務機器人代替人來完成清潔衛生、物品搬運、病人監護、兒童教育、家庭娛樂等各種事務，不僅是一項極具應用前景的高新技術行業，而且也是家庭機器人目前研究的一個重要熱點。

目前，家庭服務機器人發展正處于起步階段，沒有大規模的推廣和應用，隨著社會發展和科技水平的提高，人們也會越來越青睞智能家居生活。但是由于技術以及成本的限制，使得已經推廣使用的家庭服務機器人種類較少，一般主要為智能安防機器人、地面清潔機器人、自動擦窗機器人、空氣凈化機器人等。這些機器人功能單一，移動和交互性能差，不同時具有識別主人、跟隨主人、自主移動、遠程控制、人機交互等功能。?

為了彌補上述現有家庭服務機器人技術中存在的不足和問題，推進家庭服務機器人技術的發展，本實用新型提供了一種基于Kinect和FPGA的家庭服務機器人，具有能夠識別主人、跟隨主人、任意方向自由移動、遠程控制、人機交互和娛樂的功能。

為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是：一種基于Kinect和FPGA的家庭服務機器人，包括框架，該框架上從上往下依次設有相連接的上位機和下位機，上位機還與Kinect傳感器相連接；下位機分別與多個電機驅動器相連接，每個電機驅動器均連接有一個直流伺服電機，一個直流伺服電機與一個電機編碼器相連接，一個直流伺服電機驅動一組全向車輪；所有的電機編碼器均與下位機相連接；上位機和下位機通過串口收發模塊相連接。

?????本實用新型家庭服務機器人采用上位機加下位機的結構模式；上位機由PC機構成，負責處理Kinect傳感器捕獲的實時色彩信息和深度信息以及語音信息，然后通過決策分析模塊，將分析結果轉化為語音輸出，或者將分析結果傳給串口收發模塊發送至下位機；下位機采用單片FPGA芯片作為控制器，完成機器人的底層運動控制；也可以采用無線信號遠程控制機器人的運動狀態。底層運動結構中采用全向輪，使得機器人不需要轉彎即可向任意方向自由移動。

圖1是本實用新型家庭服務機器人的結構示意圖。

圖1是本實用新型家庭服務機器人的結構示意圖。

圖2是本實用新型家庭服務機器人中Kinect傳感器的原理圖。

圖3是本實用新型家庭服務機器人對選取跟蹤的人體進行檢測時，需要檢測的該人體的骨骼關節示意圖。

圖4是本實用新型家庭服務機器人進行語音識別的原理圖。

圖5是電機正轉時編碼器輸出波形圖

圖6是電機反轉時編碼器輸出波形圖

圖7是測速模塊采用變M/T法測速的原理圖。

圖8是本實用新型家庭服務機器人上設置的三個全向車輪的運動學模型圖。

圖8是本實用新型家庭服務機器人上設置的三個全向車輪的運動學模型圖。

圖9是PID控制的原理框圖。

圖10異步通信中每一幀數據格式圖。

圖1中：1.?Kinect傳感器，2.麥克風，3.上位機，4.語音識別模塊，5.決策分析模塊，6.串口收發模塊，7.下位機，8.增量式PID算法模塊，9.速度轉化為占空比模塊，10.電機驅動器，11.直流伺服電機，12.電機編碼器，13.全向車輪，14.輸出PWM波模塊，15.編碼信號采集模塊，16.速度矢量分解算法模塊，17.語音合成模塊，18.音箱，19.人體骨骼檢測與跟蹤模塊。

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型進行詳細說明。

如圖1所示，本實用新型家庭服務機器人，包括框架，該框架上從上往下依次設有相連接的上位機3和下位機7，上位機1還分別與Kinect傳感器1、麥克風2和音箱18相連接；下位機7分別與多個電機驅動器10相連接，每個電機驅動器10均連接有一個直流伺服電機11，一個直流伺服電機11與一個電機編碼器12相連接，一個直流伺服電機11驅動一個全向車輪13；所有的電機編碼器12均與下位機7相連接；上位機3和下位機7通過串口收發模塊6相連接。