智能型家庭服務機器人的設計與實現(xiàn)

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1、智能型家庭服務機器人的設計與實現(xiàn)文章設計并實現(xiàn)了一款基于Arduino微處理器開發(fā)平臺的智能家庭服務機器人?？赏ㄟ^無線遙控、語音和控制，完成取遞物品、環(huán)境監(jiān)測、家電開關遙控、健康指標監(jiān)測、語音求助、家庭娛樂、燃氣火災報警、防盜報警、遠程監(jiān)控等功能。通過實驗室驗證，較好地實現(xiàn)了預期功能。近年來，隨著機器人技術的迅速發(fā)展，機器人的應用領域也得到了廣泛拓展，從原來傳統(tǒng)的工業(yè)領域已擴展到醫(yī)療、勘探、救援和家庭服務等領域[1]。據(jù)國際機器人聯(lián)合會(InternationalFederationofRobotics，IFR)2015年度報告，全球服務機

2、器人市場保持著較快的增長速度，其中數(shù)據(jù)顯示2014年全球?qū)I(yè)服務機器人銷量達24207臺，同比增長11.5%，銷售額為37.7億美元;個人/家庭服務機器人銷量為470萬臺，同比增長28%，銷售額為22億美元[2]，由此可見，智能科技服務機器人是各國經(jīng)濟發(fā)展的有力支柱之一。在上世紀90年代中后期，我國也開始了服務機器人相關技術的研究，但與日本、美國等國家相比起步較晚，而且服務機器人市場從2005年才初具規(guī)模[3]。近年來，我國逐步提高了對機器人產(chǎn)業(yè)的重視程度，在《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》中把智能服務機器人列為

3、了重點發(fā)展的前沿技術，并于2012年制定了《服務機器人科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃》支持行業(yè)發(fā)展[4]。目前個人/家庭用服務機器人可分為家政服務機器人、助老助殘機器人、教育娛樂機器人等幾大類[5]。隨著我國老齡化社會進程的進一步推進，以及人們在教育、生活娛樂和新生活方式等方面的需求，在未來會有越來越多的服務機器人作為為人類服務的大眾性消費產(chǎn)品走入尋常百姓家。為此，文章提出并且實現(xiàn)了一款智能型家庭服務機器人的設計方案，能夠較為全面的融合現(xiàn)代家居生活和各類人群的日常所需，集家庭服務與家居智能安防多功能于一體，可以通過、語音和無線遙控等多種方式滿足

4、現(xiàn)代家庭娛樂，家庭服務、助老和嬰幼兒看護等多方面需求。1智能家庭服務機器人機械本體1.1越野式四輪移動機構該機器人的移動載體采用越野型小車形式(如圖1所示)，底盤為懸浮式設計，從而能適應室內(nèi)外各種復雜的路況。與傳統(tǒng)四輪小車轉(zhuǎn)向采用差速機構所不同的是，該小車的轉(zhuǎn)向方式是將控制同側(cè)前后輪轉(zhuǎn)動的電機并聯(lián)在一起，轉(zhuǎn)向時，同側(cè)的前后兩輪同步轉(zhuǎn)動，而另一側(cè)的兩個輪按相反方向轉(zhuǎn)動，從而使得小車可以原地轉(zhuǎn)向，這種方式對比差速轉(zhuǎn)向的方式更加快捷，而且還能減小轉(zhuǎn)彎半徑，更加適合在室內(nèi)等狹小空間內(nèi)工作。車身內(nèi)部有兩個艙室，分別為電源艙和系統(tǒng)控制艙;車身上搭載有機

5、械臂、EGA2560單片機作為主從微處理器。其中，主控制器用于實現(xiàn)數(shù)字語音信號處理、充電電池的電壓監(jiān)測、主從控制器通信以及GSM短信發(fā)送功能。從控制器主要完成對舵機、視覺系統(tǒng)、各類傳感器的控制和反饋信息的處理。主從控制器之間采用模擬IIC協(xié)議。整個機器人由機械本體和控制系統(tǒng)軟、硬件組成?？刂葡到y(tǒng)系統(tǒng)硬件采用模塊化設計方式，主要包括移動載體、抓持機構、目標識別模塊、避障模塊、安防模塊、環(huán)境參數(shù)模塊、健康監(jiān)測模塊、語音識別模塊、p3模塊和短信模塊等。模塊化的設計方式使得各模塊間實現(xiàn)了高內(nèi)聚、低耦合，即各個模塊功能相互獨立，模塊之間互不干擾，使之

6、具有較高的可替換性、較強的獨立性。舵機控制系統(tǒng)選用5個13kgN/cm扭力的舵機，分別控制機械臂的伸展、末端執(zhí)行器的開合以及攝像頭的轉(zhuǎn)動，由Arduinomega2560通過P波對舵機進行控制，通過改變高電平的占空比以調(diào)節(jié)舵機的轉(zhuǎn)速。機器人可通過App、語音和電腦900A短信模塊(圖11)，當使用者遭遇有害氣體泄漏、火災或盜賊闖入等危險情況發(fā)出語音呼救時，能夠?qū)崟r將信息以短信的方式發(fā)送給緊急和報警平臺。2.2.6安防模塊包括火焰?zhèn)鞲衅?圖12(a))、MQ-2燃氣傳感器(圖12(b))和HC-SR501熱釋電紅外人體檢測傳感器(圖12(c)

7、)。其中，火焰?zhèn)鞲衅魇菙?shù)字量輸出，在小車的巡航過程中，只要火焰?zhèn)鞲衅魈綔y到火焰信息，便以數(shù)字量的形式，傳送給微處理器，然后報警，提示主人存在危險，在主人不在家的情況下可以發(fā)送報警短信通知主人。MQ-2燃氣傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫(SnO2)。當傳感器所處環(huán)境中存在可燃氣體時，傳感器的電導率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。該傳感器對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣和其它可燃蒸汽的檢測也很理想。其通信方式為模擬量輸出，在小車的巡航過程中，

8、如果檢測到室內(nèi)的一氧化碳濃度超過設定值時，小車便報警，提示主人有危險在主人不在家的情況下可以發(fā)送報警短信通知主人。同時，還能以遙控的方式自動關閉室內(nèi)電器，以免發(fā)生爆炸。HC-SR