智能型家庭服务机器人的设计与实现

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1、智能型家庭服务机器人的设计与实现文章设计并实现了一款基于Arduino微处理器开发平台的智能家庭服务机器人。可通过无线遥控、语音和控制，完成取递物品、环境监测、家电开关遥控、健康指标监测、语音求助、家庭娱乐、燃气火灾报警、防盗报警、远程监控等功能。通过实验室验证，较好地实现了预期功能。近年来，随着机器人技术的迅速发展，机器人的应用领域也得到了广泛拓展，从原来传统的工业领域已扩展到医疗、勘探、救援和家庭服务等领域[1]。据国际机器人联合会(InternationalFederationofRobotics，IFR)2015年度报告，全球服务机

2、器人市场保持着较快的增长速度，其中数据显示2014年全球专业服务机器人销量达24207台，同比增长11.5%，销售额为37.7亿美元;个人/家庭服务机器人销量为470万台，同比增长28%，销售额为22亿美元[2]，由此可见，智能科技服务机器人是各国经济发展的有力支柱之一。在上世纪90年代中后期，我国也开始了服务机器人相关技术的研究，但与日本、美国等国家相比起步较晚，而且服务机器人市场从2005年才初具规模[3]。近年来，我国逐步提高了对机器人产业的重视程度，在《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》中把智能服务机器人列为

3、了重点发展的前沿技术，并于2012年制定了《服务机器人科技发展“十二五”专项规划》支持行业发展[4]。目前个人/家庭用服务机器人可分为家政服务机器人、助老助残机器人、教育娱乐机器人等几大类[5]。随着我国老龄化社会进程的进一步推进，以及人们在教育、生活娱乐和新生活方式等方面的需求，在未来会有越来越多的服务机器人作为为人类服务的大众性消费产品走入寻常百姓家。为此，文章提出并且实现了一款智能型家庭服务机器人的设计方案，能够较为全面的融合现代家居生活和各类人群的日常所需，集家庭服务与家居智能安防多功能于一体，可以通过、语音和无线遥控等多种方式满足

4、现代家庭娱乐，家庭服务、助老和婴幼儿看护等多方面需求。1智能家庭服务机器人机械本体1.1越野式四轮移动机构该机器人的移动载体采用越野型小车形式(如图1所示)，底盘为悬浮式设计，从而能适应室内外各种复杂的路况。与传统四轮小车转向采用差速机构所不同的是，该小车的转向方式是将控制同侧前后轮转动的电机并联在一起，转向时，同侧的前后两轮同步转动，而另一侧的两个轮按相反方向转动，从而使得小车可以原地转向，这种方式对比差速转向的方式更加快捷，而且还能减小转弯半径，更加适合在室内等狭小空间内工作。车身内部有两个舱室，分别为电源舱和系统控制舱;车身上搭载有机

5、械臂、EGA2560单片机作为主从微处理器。其中，主控制器用于实现数字语音信号处理、充电电池的电压监测、主从控制器通信以及GSM短信发送功能。从控制器主要完成对舵机、视觉系统、各类传感器的控制和反馈信息的处理。主从控制器之间采用模拟IIC协议。整个机器人由机械本体和控制系统软、硬件组成。控制系统系统硬件采用模块化设计方式，主要包括移动载体、抓持机构、目标识别模块、避障模块、安防模块、环境参数模块、健康监测模块、语音识别模块、p3模块和短信模块等。模块化的设计方式使得各模块间实现了高内聚、低耦合，即各个模块功能相互独立，模块之间互不干扰，使之

6、具有较高的可替换性、较强的独立性。舵机控制系统选用5个13kgN/cm扭力的舵机，分别控制机械臂的伸展、末端执行器的开合以及摄像头的转动，由Arduinomega2560通过P波对舵机进行控制，通过改变高电平的占空比以调节舵机的转速。机器人可通过App、语音和电脑900A短信模块(图11)，当使用者遭遇有害气体泄漏、火灾或盗贼闯入等危险情况发出语音呼救时，能够实时将信息以短信的方式发送给紧急和报警平台。2.2.6安防模块包括火焰传感器(图12(a))、MQ-2燃气传感器(图12(b))和HC-SR501热释电红外人体检测传感器(图12(c)

7、)。其中，火焰传感器是数字量输出，在小车的巡航过程中，只要火焰传感器探测到火焰信息，便以数字量的形式，传送给微处理器，然后报警，提示主人存在危险，在主人不在家的情况下可以发送报警短信通知主人。MQ-2燃气传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。该传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。其通信方式为模拟量输出，在小车的巡航过程中，

8、如果检测到室内的一氧化碳浓度超过设定值时，小车便报警，提示主人有危险在主人不在家的情况下可以发送报警短信通知主人。同时，还能以遥控的方式自动关闭室内电器，以免发生爆炸。HC-SR