基于樹莓派和Arduino平臺的移動式家庭服務機器人設計

張常友

摘 要：移動式家庭服務機器人的開發(fā)設計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式家庭服務機器人，實現(xiàn)功能包括人臉識別與追蹤、掃地機器人功能、語音交流與實時播報天氣和新聞資訊；通信采用藍牙、WiFi和手機APP之間實現(xiàn)遠程通信方式；并能和智能家用電器并網(wǎng)使用，實現(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)總體設計

移動式家庭服務機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負責六自由度機械手、溫濕度和有害氣體檢測、掃地機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，完成整個系統(tǒng)的運行和控制。通過樹莓派控制藍牙模塊和WIFI模塊，可以實現(xiàn)手機APP控制，系統(tǒng)總體設計框圖如圖1所示。

本設計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，采用藍牙通信，WiFi通信和手機APP遠程通信來控制，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行實時語音播報，以便提醒人們的穿衣指數(shù)和交通路況；同時還具有自主巡航的功能，機器人通過麥克拉姆輪和光電編碼電機配合實現(xiàn)全方位移動功能，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)頁實時反饋給用戶。

2 硬件電路設計

語音識別采用的語音控制模塊，能夠相對精準識別人的語音，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行識別來完成相應的功能； 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，同時將圖像信息通過網(wǎng)絡送到用戶的手機app上顯示或在網(wǎng)頁上顯示，同時可以將采集到的圖像信息存儲在內(nèi)存卡上，方便用戶在需要的時候查詢。

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

OLED來實現(xiàn)機器人的臉部表情，實現(xiàn)個性化和卡通化的設計，在語音互動的時候?qū)崿F(xiàn)表情的變化，以便能更好的獲得用戶的喜愛和認可。

3 軟件設計

軟件設計主要采用Liunx嵌入式系統(tǒng)來實現(xiàn)綜合控制，采用多任務操作模式，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、機械手和底盤運動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：

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