基于STM32的智能送餐機(jī)器人設(shè)計(jì)

任喜鵬 李曉鵬 高嘉偉 劉奕男

關(guān)鍵詞：STM32;送餐機(jī)器人;智能化

1.機(jī)器人的研究意義和現(xiàn)狀

隨著科技的發(fā)展，智能化的需求也越來(lái)越迫切，人們將簡(jiǎn)單的繁瑣的工作交給機(jī)器人，解放人類(lèi)的勞動(dòng)能力，傳統(tǒng)餐飲行業(yè)單純依靠人工手段來(lái)手寫(xiě)點(diǎn)菜、記賬，上菜，這樣不僅浪費(fèi)了大量的勞動(dòng)力在這樣低價(jià)值的工作上，而且員工存在疲憊，工作效率低等情況，面對(duì)這個(gè)的現(xiàn)狀由此設(shè)計(jì)了本款送餐機(jī)器人用來(lái)解決這些問(wèn)題，本產(chǎn)品具有送餐，迎賓，菜品介紹等功能，實(shí)現(xiàn)這些功能采用了尋跡，圖像處理，語(yǔ)音控制，pwm控制等技術(shù)，成功的實(shí)現(xiàn)了本款產(chǎn)品實(shí)際的初衷。通過(guò)餐飲服務(wù)的智能化，可以降低成本，出錯(cuò)率也隨之降低，可見(jiàn)研究這個(gè)送餐機(jī)器人是非常有意義的。

2.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

智能送餐機(jī)器人的主控芯片采用STM32芯片，同時(shí)具有超聲波測(cè)距模塊，攝像頭識(shí)別系統(tǒng)和語(yǔ)音系統(tǒng)，通過(guò)攝像頭檢測(cè)到目標(biāo)位置后，返回給主控芯片，中控芯片在接收到信息傳回后，通過(guò)pwm波的控制，給電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，在機(jī)器人的運(yùn)行過(guò)程中，向前發(fā)出超聲波，通過(guò)接收傳回的信號(hào)計(jì)算出機(jī)器人前方是否存在障礙物，如果遇到障礙物，停止，進(jìn)行避障動(dòng)作，遇到人時(shí)，通過(guò)攝像頭進(jìn)行區(qū)分，并啟動(dòng)語(yǔ)音系統(tǒng)，進(jìn)行與顧客的溝通。

3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1主控芯片

主控芯片采用 STM32F103C8T6是一款由意法半導(dǎo)體公司（ST）推出的基于Cortex-M3內(nèi)核的32位微控制器，硬件采用LQFP48封裝，屬于ST公司微控制器中的STM32系列，該芯片內(nèi)部8MHz時(shí)鐘HSI最高可倍頻到64MHz，外部8MHz時(shí)鐘HSE最高可倍頻到72MHz，可對(duì)外部數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理，四個(gè)定時(shí)器，3個(gè)串口通道可以同時(shí)對(duì)多個(gè)模塊的傳回?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)具有64K Flash和20K SRAM，較低的價(jià)格和優(yōu)秀的性能，使其成為性?xún)r(jià)比較高的最佳選擇。

3.2避障系統(tǒng)

超聲波模塊采用IO口TRIG觸發(fā)測(cè)距，給至少10us的高電平信號(hào);模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40khz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回;有信號(hào)返回，通過(guò)IO口ECHO輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測(cè)試距離=（高電平時(shí)間*聲速（340M/S））/2;本模塊使用方法簡(jiǎn)單，一個(gè)控制口發(fā)一個(gè)10US以上的高電平，就可以在接收口等待高電平輸出。一有輸出就可以開(kāi)定時(shí)器計(jì)時(shí)，當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就可以讀定時(shí)器的值，此時(shí)就為此次測(cè)距的時(shí)間，方可算出距離。當(dāng)測(cè)得的距離小于2m時(shí)，中控芯片通過(guò)pwm控制來(lái)使機(jī)器人進(jìn)行減速，當(dāng)被測(cè)物體和機(jī)器人小于80cm時(shí)，機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)。等待2s，重新檢測(cè)，若障礙物消失，則繼續(xù)按照原定軌跡行駛，如果障礙物依舊存在，則采用差速的辦法，使機(jī)器人向右移動(dòng)，同時(shí)檢測(cè)前方是否存在障礙物，直到檢測(cè)到?jīng)]有障礙物后，向前行駛，3秒后，檢測(cè)原路線是否存在障礙物，若沒(méi)有，返回原線路繼續(xù)行駛。

3.3尋跡系統(tǒng)

本產(chǎn)品采用信標(biāo)尋跡的方式，通過(guò)攝像頭來(lái)捕捉地面上的標(biāo)志，通過(guò)標(biāo)志物的設(shè)定給機(jī)器人規(guī)劃出一條運(yùn)動(dòng)軌跡，通過(guò)標(biāo)志物的不同來(lái)進(jìn)行區(qū)分。攝像頭的選擇選用openmvH7是一款小巧，低功耗，低成本的電路板，它具有豐富的庫(kù)函數(shù)可以直接進(jìn)行調(diào)用。通過(guò)Python語(yǔ)言的指令進(jìn)行控制，可以更為簡(jiǎn)單的完成視覺(jué)算法的解析和應(yīng)用。它具有一個(gè)SPI總線高達(dá)100Mbs速度，快速的數(shù)據(jù)處理能力，可以更好的捕捉所需要的信息。通過(guò)這款攝像頭可以識(shí)別出圖像中多達(dá)16種顏色，并且每種顏色都可以有任意數(shù)量的不同的色塊。精度很高，應(yīng)用顏色識(shí)別功能，機(jī)器人就可以通過(guò)檢測(cè)地面上標(biāo)志物的顏色，向目標(biāo)進(jìn)行行駛，也就是說(shuō)，你可以通過(guò)擺放標(biāo)志物的位置，來(lái)規(guī)劃出任意一條行駛線路。當(dāng)行駛到固定位置時(shí)，機(jī)器人通過(guò)掃描餐桌上的號(hào)碼進(jìn)行確認(rèn)送餐地點(diǎn)，到達(dá)目的后開(kāi)啟語(yǔ)音系統(tǒng)，提示顧客進(jìn)行取餐。

3.5語(yǔ)音系統(tǒng)

語(yǔ)音模塊采用LD3320模塊，該模塊功耗低，性?xún)r(jià)比高，該芯片集成了語(yǔ)音識(shí)別處理器和一些外部電路，包括AD、DA轉(zhuǎn)換器、麥克風(fēng)接口、聲音輸出接口等。不需要外接任何的輔助芯片如Flash、RAM等，直接集成在現(xiàn)有的產(chǎn)品中即可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別/聲控/人機(jī)對(duì)話功能。真正提供了單芯片的語(yǔ)音識(shí)別解決方案。在LD332X內(nèi)部，固化有高效的非特定人語(yǔ)音識(shí)別搜索引擎模塊和完整的非特定人語(yǔ)音識(shí)別特征庫(kù)，以及專(zhuān)為語(yǔ)音識(shí)別而作的硬件優(yōu)化和加速設(shè)計(jì)。通過(guò)攝像頭來(lái)識(shí)別人臉后，運(yùn)行編寫(xiě)好的程序，向顧客進(jìn)行問(wèn)候，用麥克風(fēng)采集聲音信號(hào)，經(jīng)過(guò)濾波、放大處理后送入LD3320非特定語(yǔ)音識(shí)別模塊進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別處理，處理結(jié)果通過(guò)串口送入主控芯片STM32F103C8T6中，做出不同的反應(yīng)，來(lái)完成人機(jī)交流。

4.總結(jié)

該送餐機(jī)器人通過(guò)圖像采集，識(shí)別到進(jìn)一步做出相應(yīng)的反應(yīng)，采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多種復(fù)雜算法，通過(guò)功能模塊化的方式，將各個(gè)模塊進(jìn)一步連成一個(gè)整體，從而實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的功能完成。這款送餐機(jī)器人不僅可以承擔(dān)冗雜單調(diào)的工作，解放勞動(dòng)力，提高餐飲業(yè)的利潤(rùn)，而且通過(guò)這種新穎的服務(wù)方式，可以給顧客以不一樣的體驗(yàn)，通過(guò)設(shè)置不同的外觀，搭配相應(yīng)的主題，從而達(dá)到吸引流量的作用。高性能，低成本的性?xún)r(jià)比，使送餐機(jī)器人更加符合餐飲業(yè)智能化的市場(chǎng)需求。

參考文獻(xiàn)

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[3]張淑清.嵌入式單片機(jī)STM32原理及應(yīng)用

作者簡(jiǎn)介：任喜鵬（2000-），男，漢族，吉林省汪清縣人，長(zhǎng)春大學(xué)本科在讀，電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)

通訊作者：程廣亮（1975-）男，漢族，吉林省長(zhǎng)春市人，研究生碩士，講師，研究方向：工業(yè)機(jī)器人，仿真機(jī)器人

基金項(xiàng)目：2021年吉林省大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目“送餐機(jī)器人”（2021GJ008）