基于樹莓派和Arduino平臺的移動(dòng)式家庭服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)

張常友

摘 要：移動(dòng)式家庭服務(wù)機(jī)器人的開發(fā)設(shè)計(jì)是選用樹莓派為核心處理器、以Arduino mega2560為輔助處理器的的移動(dòng)式家庭服務(wù)機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)功能包括人臉識別與追蹤、掃地機(jī)器人功能、語音交流與實(shí)時(shí)播報(bào)天氣和新聞資訊；通信采用藍(lán)牙、WiFi和手機(jī)APP之間實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信方式；并能和智能家用電器并網(wǎng)使用，實(shí)現(xiàn)家電控制和室內(nèi)安防一體化的智能互聯(lián)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：樹莓派；Arduino；人臉識別；WiFi

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.197

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

移動(dòng)式家庭服務(wù)機(jī)器人由樹莓派做中央處理器，Arduino mega2560為輔助控制單元，樹莓派主控臉部識別、OLED顯示、語音交互模塊、聲音功放模塊；Arduino mega2560負(fù)責(zé)六自由度機(jī)械手、溫濕度和有害氣體檢測、掃地機(jī)器人和麥克拉姆輪底盤控制，Arduino mega2560將采集到的控制信息送給樹莓派，完成整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行和控制。通過樹莓派控制藍(lán)牙模塊和WIFI模塊，可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)APP控制，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

本設(shè)計(jì)以樹莓派中央處理器和Arduino芯片為數(shù)據(jù)處理和控制核心，采用藍(lán)牙通信，WiFi通信和手機(jī)APP遠(yuǎn)程通信來控制，能夠?qū)崿F(xiàn)清潔室內(nèi)衛(wèi)生，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，巡視室內(nèi)安全情況以及實(shí)現(xiàn)語音控制、語音交流、人臉識別與追蹤等功能；通過樹莓派強(qiáng)大的網(wǎng)路功能通過互聯(lián)網(wǎng)獲取天氣、交通路況資訊等，并且通過喇叭把獲取的咨詢信息進(jìn)行實(shí)時(shí)語音播報(bào)，以便提醒人們的穿衣指數(shù)和交通路況；同時(shí)還具有自主巡航的功能，機(jī)器人通過麥克拉姆輪和光電編碼電機(jī)配合實(shí)現(xiàn)全方位移動(dòng)功能，利用攝像頭即可通過面部識別、安防監(jiān)控，可以將識別的人臉信息通過微信、app、網(wǎng)頁實(shí)時(shí)反饋給用戶。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

語音識別采用的語音控制模塊，能夠相對精準(zhǔn)識別人的語音，將聲音信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入樹莓派中央處理器進(jìn)行識別來完成相應(yīng)的功能； 人臉識別模塊采用高清攝像頭采集圖像信息，將采集到的信息送入樹莓派來完成人臉識別和跟蹤功能，同時(shí)將圖像信息通過網(wǎng)絡(luò)送到用戶的手機(jī)app上顯示或在網(wǎng)頁上顯示，同時(shí)可以將采集到的圖像信息存儲(chǔ)在內(nèi)存卡上，方便用戶在需要的時(shí)候查詢。

底盤采用Arduino mega2560控制光電編碼電機(jī)來驅(qū)動(dòng)麥克拉姆輪來實(shí)現(xiàn)移動(dòng)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)全方位運(yùn)動(dòng)，可以前進(jìn)、橫移、斜行、旋轉(zhuǎn)等多種運(yùn)動(dòng)方式，非常適合在空間有限的室內(nèi)移動(dòng)，通過樹莓派發(fā)送的語音指令實(shí)現(xiàn)可以自主巡視運(yùn)動(dòng)，也可采用藍(lán)牙APP來操作其運(yùn)行。

OLED來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的臉部表情，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化和卡通化的設(shè)計(jì)，在語音互動(dòng)的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)表情的變化，以便能更好的獲得用戶的喜愛和認(rèn)可。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要采用Liunx嵌入式系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)綜合控制，采用多任務(wù)操作模式，程序模塊主要包括主程序、人臉識別和跟蹤子程序、語音識別子程序、機(jī)械手和底盤運(yùn)動(dòng)子程序及溫濕度和有害氣體檢測子程序。主程序流程圖如圖2所示，人臉識別和跟蹤子程序流程圖如圖3所示。

參考文獻(xiàn)：

[1]Charies Bell著，張佳進(jìn)，陳立暢，等譯.學(xué)Arduino和樹莓派玩轉(zhuǎn)傳感器網(wǎng)絡(luò)[M].人民郵電出版社，2015（04）.

[2]柯博文.樹莓派實(shí)戰(zhàn)指南——完全掌握100個(gè)精彩案例[M].清華大學(xué)出版社，2015（06）.

[3][美]Gordon McComb.小型智能機(jī)器人制作全攻略（第4版）[M].人民郵電出版社，2.13.6

[4]葉暉.ROBOT機(jī)器人[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2013（06）.