基于STM32的智能服務(wù)型機(jī)器人設(shè)計(jì)

肖毅 邱秋燁 鄔仕偉

摘要：基于STM32單片機(jī)的智能服務(wù)型機(jī)器人的設(shè)計(jì)和制作，該機(jī)器人采用STM32為主控板和運(yùn)動(dòng)控制板，通過語(yǔ)音交互模塊、遙控器模塊、顯示屏模塊，舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等的控制，完成對(duì)這款服務(wù)型機(jī)器人的設(shè)計(jì)和制作。通過語(yǔ)音交互模塊能實(shí)現(xiàn)人機(jī)交流，并把信號(hào)傳送到其他模塊，從而控制機(jī)器人完成相關(guān)的動(dòng)作。

關(guān)鍵詞：STM32單片機(jī)；機(jī)器人；語(yǔ)音交互；3D打印

引言

黨的十八大以來，中國(guó)已經(jīng)進(jìn)入新時(shí)代，成為一個(gè)經(jīng)濟(jì)大國(guó)， 2017 年 7 月，中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中指出，經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)，深化供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革任務(wù)非常艱巨，必須加快人工智能深度應(yīng)用，培育壯大人工智能產(chǎn)業(yè)，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入新動(dòng)能。機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是中國(guó)“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，是人工智能產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。近年來，中國(guó)出臺(tái)了一系列支持機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的政策。其中2017 年發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》指出，培育壯大人工智能產(chǎn)業(yè)，深化供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，為中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入新動(dòng)能。目前，我國(guó)國(guó)內(nèi)的機(jī)器人大多應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，在服務(wù)行業(yè)中比較少見。在服務(wù)行業(yè)中很多也應(yīng)用于餐廳，只會(huì)尋跡到達(dá)相關(guān)指定的地點(diǎn)。本項(xiàng)目基于STM32單片機(jī)技術(shù)的服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)，主要應(yīng)用有禮貌迎賓、語(yǔ)音導(dǎo)游、舞蹈動(dòng)作三大功能。巡線避障采用與人體相類似的結(jié)構(gòu)，不僅可以直線滑行還可以像人類一樣地走路。禮貌迎賓舞蹈要求機(jī)器人不僅可以直線行走、還要求機(jī)器人的左右手臂肩部、腕部可以轉(zhuǎn)動(dòng)，模擬人類手臂的簡(jiǎn)單動(dòng)作，臉部也有相應(yīng)的微笑功能以示友好的象征。語(yǔ)音導(dǎo)游可與人進(jìn)行自然語(yǔ)言交互，可以操縱機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人可以介紹實(shí)驗(yàn)室、學(xué)校、銀行、政府、超市、旅游景點(diǎn)等地方的基本情況，并回答來賓的問題。

1.總體設(shè)計(jì)

1.1整體設(shè)計(jì)方案。

機(jī)器人整體采用STM32單片機(jī)作為控制核心，通過語(yǔ)音交互模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、遙控模塊等來實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的控制。采用EasyEDA繪制主控板、運(yùn)動(dòng)控制板、遙控板的PCB圖。每個(gè)模塊分別調(diào)試，調(diào)試完成后，整合所有模塊。

1.2設(shè)計(jì)優(yōu)化。

在設(shè)計(jì)前期，曾考慮過使用傳統(tǒng)51單片機(jī)。但是傳統(tǒng)的8位的51單片機(jī)沒有足夠的中斷，處理能力也相對(duì)較差，無法同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)模塊。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)模塊的控制，在此次的設(shè)計(jì)中采用了STM32F103ZET6型芯片，但是也提高了成本。在語(yǔ)音識(shí)別模塊上，語(yǔ)音識(shí)別的準(zhǔn)確性存在問題，經(jīng)常出現(xiàn)誤識(shí)別。所以需要增加抗干擾電路，優(yōu)化電路，優(yōu)化程序改變識(shí)別算法，從而提高電路的穩(wěn)定性和識(shí)別的準(zhǔn)確性。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)方面，加入了遙控功能，使機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)既能通過遙控控制也可通過語(yǔ)音指令控制。

2.系統(tǒng)功能分析

2.1外觀設(shè)計(jì)介紹

外觀采用3D建模軟件SolidWorks繪制，通過3D打印技術(shù)把整體外部框架打印出來并完成搭建。

2.2主控板

主控板采用STM32F103ZET6芯片作為“大腦”，該芯片配置十分強(qiáng)悍，能提供多個(gè)中斷，完全符合設(shè)計(jì)的需求，可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)控制多個(gè)模塊的功能，匯編語(yǔ)言簡(jiǎn)單。

2.3語(yǔ)音識(shí)別模塊

采用LD3320語(yǔ)音識(shí)別模塊和STM32最小系統(tǒng)。LD3320芯片是一款語(yǔ)音識(shí)別專用的芯片。該芯片使用簡(jiǎn)便，不需要外接任何輔助芯片，可直接集成在現(xiàn)有的產(chǎn)品上即可實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的功能。

2.4遙控器模塊

遙控器的控制板采用miniSTM32的芯片，集成了一塊OLED顯示屏和兩個(gè)3D搖桿模塊。顯示屏上可顯示機(jī)器人開關(guān)機(jī)的動(dòng)畫和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的動(dòng)畫。搖桿模塊可用于實(shí)現(xiàn)遙控控制運(yùn)動(dòng)的功能。

3.成品

4. 結(jié)論

服務(wù)機(jī)器人作為一種半自主或全自主工作的機(jī)器人，能夠完成有益于人類的服務(wù)工作，如搬運(yùn)、清潔、救援等。隨著智能服務(wù)機(jī)器人逐漸走進(jìn)人們的社會(huì)生活領(lǐng)域，它將對(duì)提高人類生活質(zhì)量和服務(wù)行業(yè)帶來深刻的影響。在智能服務(wù)機(jī)器人的應(yīng)用過程中，將從人們的實(shí)際需求出發(fā)，借鑒國(guó)內(nèi)外機(jī)器人研究案例，學(xué)習(xí)如何設(shè)計(jì)機(jī)器人，從而引發(fā)更多大學(xué)生對(duì)智能服務(wù)機(jī)器人的相關(guān)技術(shù)研究更多的關(guān)注和應(yīng)用。

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項(xiàng)目：大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃，編號(hào)201711819077。