用Arduino和Android结合做的智能家居机器人

atemphot

2013年5月，机器人原型测试：


大家好，我这个机器人项目现在国内最大的众筹网上展示，

http://www.demohour.com/projects/324054?u=1090307
家居智能管家--小机器人带给您科幻般的智能家居体验！

比尔盖茨曾预言：未来，家家都有机器人！制造机器人的梦想已经延续了几千年，形形色色的机器人在科幻故事里大行其道。在这里，我们要筹资做一款专门负责家庭智能控制、安防、视频交流的小机器人。当你离家外出，小机器人可以帮你照看管理家中的电器、环境，可以负责安全防护，还可以作为你的远程替身，身临其境般与家人视频交流。。。






四个方面核心功能

【亲情沟通&远程视频交流】

首先，这是一款家庭版网真视频机器人，机器 人额头上有一个500万像素的摄像头，用于采集前方实时视频；机器人面部是一块5英寸的触摸显示屏，在视频聊天时显示对方的面部视频（没有视频聊天时，该 显示屏会显示机器人非常可爱卖萌的表情）。安卓、苹果移动版App或电脑程序的客户端，720p高清H.264视频传输，音视频完美同步，自动回声消除。 并且，在视频过程中，可以遥控机器人头部转动，自由行走，变换方位，具有一种身临其境的真实感。网真视频机器人让您似乎具备了分身术，跨越时空的限制，让 您形在外，身在家，心无约束！


【安防报警&视频监控】

主人外出布防后，该机 器人身上有红外人体探测器，并可以与现有的315/433M无线烟感、无线门磁/窗磁等安防产品无缝对接，接收报警信号，并及时向主人手机号码发送短信、 彩信或电话报警。主人接到报警后，可以立即用手机App或PC电脑程序连接并遥控机器人，观看家里的情况。


【可视化远程家居控制】

用手机App或PC电脑程序远程视频遥控机器人在室内移动，通过机器人头顶的红外遥控信号发射器 开关空调、开关电视、开喂食机给饥饿的宠物喂食；通过机器人身上的315/433M无线射频模块控制热水器插座、控制照明灯开关、控制电动窗帘。。。不同于已有的一些WiFi远程遥控产品，这里所有的控制过程都 可以通过机器人头上的摄像头看到，电器设备是否被正确操控都有确切的视频反馈。


【智能化家居环境管理】

家居智能机器人一方面通过身上配备的各种传感器能感知家里的各项环境参数，如温度、湿度、光照度、空气质量、附近人体活动等；另一方面，机器人通过全向性红外遥控模块和315/433M无线模块可以控制家电设备。这样，机器人就能学习用户的习惯，可以非常智能地自动调节家居环境，比如：温度太高则遥控空调制冷；空气湿度太高则遥控空调除湿；空气太干燥则遥控加湿机启动加湿；光线太强则遥控电动窗帘关闭；空气质量不好则提醒用户开窗或者自动遥控空调通风；人出门忘记关灯关电视关空调则自动关闭电器或开关；人下班回家则自动开灯开电视。。。这些都是家居智能管家的本职工作。
我们坚信，真正的智能家居控制是无需控制！


机器人主要的硬件结构

身高约70cm，有头部、躯干、简化的手臂、和可移动底盘

Nvidia Tegra3 四核 1.5GHz 处理器，1G RAM

机器人面部是一块5英寸的触摸显示屏

额头上有500万像素摄像头

麦克风和扬声器

无线WiFi

WCDMA 3G SIM卡插槽

机器人头顶有360度全向红外遥控信号发射盘

315/433M无线射频收发模块

机器人胸前有RGB数字LED灯，通过颜色变化和闪烁快慢来表现情绪变化

空气质量传感器

温湿度传感器

光照度传感器

人体活动探测器

机器人背后有无线充电接收模块和充电对接专用摄像头

12V 9000mAh 可充电聚合物锂电池

头部可以上下左右转动

底盘可以前后左右灵活移动

不同位置3个避障传感器


机器人的软件系统

总体上是Android系统配合外围Arduino系统的架构。

Arduino系统负责传感器采集、红外遥控学习和发射、315/433M无线射频收发、运动底盘控制等。

Android系统负责WiFi/3G网络通信、音视频采集/编码/发送、语音识别、图像检测/追踪、人脸识别等。

Arduino系统与Android系统通过串口进行通信。


除此之外，软件系统还包括 客户端App这一块，用户通过客户端App远程连接到机器人，通过实时高清视频来遥控机器人活动或控制家居设备。


目前Android及iOS版 控制端软件已经开发完成，其主控制界面如下：







机器人自动充电

智能机器人在室内活动，靠的是电池的能量。一旦电池能量耗尽，机器人便瘫痪了。所以，我们设计的机器人能够自己检测电池剩余电量，如果电池电量不足，则会启动自动充电过程。不同于那些扫地机器人物理对接充电方式，我们采用了最新的无线充电方式，在房间墙壁上的某处设置无线充电站。机器人会凭借自己非凡的视觉追踪能力和智能避障功能在房间内找到无线充电站，然后通过后背上的对接专用摄像头的辅助贴到无线充电站上，就可以充电。当然，用户也可以远程视频遥控机器人，手动操控机器人贴到无线充电站上去充电，对接的时候需要切换到后背摄像头。




家庭视频的隐私安全

家庭视频应用有一个特殊之处，那就是隐私安全问题。我们在设计之初就充分考虑到这个问题。

首先，我们设计的视频传输全部是建立在P2P（点对点）网络通信基础之上，所有控制和视频数据不经过公网服务器。那些借助媒体服务器中转的架构，在家庭视频应用上就很难让用户放心。

其次，我们设计了双重验证机制。最基本的就是用户要在机器人上设置连接密码，客户端连接时必须输入正确的连接密码。而更高级的机制是生物识别验证，机器人预录主人和其他家庭成员的人脸数据，客户端连接时通过摄像头采集人脸数据，发送到机器人端识别验证，只有预录的人脸可以连接成功。以后我们也可以用指纹识别的验证方式，不久之后会有更多的移动终端像最新的iPhone5S那样配备指纹识别模块。

个性化定制生长模式

这款机器人前期将主要采用3D打印/3D抛光的方式来生产，通过巧妙的工业设计和3D建模，整个机器人壳体由较小的零部件拼接组装而成（内部有一些铝材结构）。我们可以为不同用户生产外壳上具有不同图案标志或不同文字造型的机器人（机器人发烧友或3D 打印发烧友可以事先向我们提供自己喜欢的图案造型3D文件）。我们在探索一种全新的小批量个性化定制生长模式，我们称之为“小而美的生产”。


这个机器人项目现在国内最大的众筹网上展示，

http://www.demohour.com/projects/324054?u=1090307
家居智能管家--小机器人带给您科幻般的智能家居体验！

请感兴趣的朋友帮我加下关注啊，谢谢啦！


后续进展
2014年，商业化的产品出来了：

atemphot

欢迎拍砖啊！！！！！

ianon

电力不足了是不是会摔倒？

atemphot

ianon 发表于 2013-10-12 16:54
电力不足了是不是会摔倒？

是自动充电的，而且是无线充电的

rick_hou

这个有点意思啊。

hick

虽然主控界面那个图片看得不明所以，这个方向很看好！
android 负责的那些模块正是 android 发展到现在的长处，结合 arduno 的长处，有前景！

yueguang3048

感觉最帅的莫过于 这个自动充电功能了  支持一下

darkorigin

其实双轮模式 需要耗费更多的电能来支持（毕竟自稳是需要不断纠正的 电机寿命 电池寿命都会有影响）
并且家庭状况难免有效坡度，比如房间的接脚出的突起，甚至套内的小的坡度和坎级  双轮将会很难进行攀登
多轮系统，或者履带系统这方面表现会好很多。

当然，双轮模式 目前是外观最帅的，毕竟能直立行走也凸显了技术含量。

darkorigin

yueguang3048 发表于 2013-10-13 19:26
感觉最帅的莫过于 这个自动充电功能了  支持一下

。。。。。5年前的进口电动牙刷就已经有了类似的充电方式 只是必须插到座子里（距离不能太大）
无线充电技术的发明（实验室版） 已经有非常非常非常悠久的历史（早于微型计算机 就是所谓的 电脑 所谓的PC） 实际投入使用大约是最近10年的事情了

darkorigin

yueguang3048 发表于 2013-10-13 19:26
感觉最帅的莫过于 这个自动充电功能了  支持一下

淘宝上很多商家在销售无线充电模块  原理也简单
就是 无线射频以及谐振

70年代的 矿石收音机 就是典型的例子（无须电池 仅仅依靠天线接收无线电信号 谐振 产生电流驱动内部器件工作 通过耳机输出声音 缺点就是范围小 只能在 无线电台几公里使用）

atemphot

darkorigin 发表于 2013-10-13 23:04
其实双轮模式 需要耗费更多的电能来支持（毕竟自稳是需要不断纠正的 电机寿命 电池寿命都会有影响）
并且家 ...

看得出来，你是这方面有研究、有经验的。可以多多交流

白狐

atemphot 发表于 2013-10-12 19:17
是自动充电的，而且是无线充电的

呵呵呵，无线充电，现在的电流还是相当弱的，得充哪年头去。！！！！！！！！

maxims

白狐 发表于 2013-10-14 12:40
呵呵呵，无线充电，现在的电流还是相当弱的，得充哪年头去。！！！！！！！！

楼主的无线充电，异于我们心里设想的！所以，它的电流会大得多！属于半接触式无线充电

yueguang3048

darkorigin 发表于 2013-10-13 23:09
淘宝上很多商家在销售无线充电模块  原理也简单
就是 无线射频以及谐振

无线充电 这个我知道的 只是感觉您这个idea 不错

atemphot

白狐 发表于 2013-10-14 12:40
呵呵呵，无线充电，现在的电流还是相当弱的，得充哪年头去。！！！！！！！！

无线充电 可以到 5V  500mA~600mA ，类似普通手机充电器的电流