基于STM32的智能服務型機器人設計

肖毅 邱秋燁 鄔仕偉

摘要：基于STM32單片機的智能服務型機器人的設計和制作，該機器人采用STM32為主控板和運動控制板，通過語音交互模塊、遙控器模塊、顯示屏模塊，舵機驅動模塊和電機驅動模塊等的控制，完成對這款服務型機器人的設計和制作。通過語音交互模塊能實現人機交流，并把信號傳送到其他模塊，從而控制機器人完成相關的動作。

關鍵詞：STM32單片機；機器人；語音交互；3D打印

引言

黨的十八大以來，中國已經進入新時代，成為一個經濟大國， 2017 年 7 月，中華人民共和國國務院發布的《新一代人工智能發展規劃》中指出，經濟發展進入新常態，深化供給側結構性改革任務非常艱巨，必須加快人工智能深度應用，培育壯大人工智能產業，為國家經濟發展注入新動能。機器人產業是中國“十三五”國家戰略性新興產業，是人工智能產業的重要組成部分。近年來，中國出臺了一系列支持機器人產業的政策。其中2017 年發布的《新一代人工智能發展規劃》指出，培育壯大人工智能產業，深化供給側結構性改革，為中國經濟發展注入新動能。目前，我國國內的機器人大多應用在工業生產中，在服務行業中比較少見。在服務行業中很多也應用于餐廳，只會尋跡到達相關指定的地點。本項目基于STM32單片機技術的服務機器人設計，主要應用有禮貌迎賓、語音導游、舞蹈動作三大功能。巡線避障采用與人體相類似的結構，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器人不僅可以直線行走、還要求機器人的左右手臂肩部、腕部可以轉動，模擬人類手臂的簡單動作，臉部也有相應的微笑功能以示友好的象征。語音導游可與人進行自然語言交互，可以操縱機器人運動，機器人可以介紹實驗室、學校、銀行、政府、超市、旅游景點等地方的基本情況，并回答來賓的問題。

1.總體設計

1.1整體設計方案。

機器人整體采用STM32單片機作為控制核心，通過語音交互模塊、電機驅動模塊、遙控模塊等來實現對機器人的控制。采用EasyEDA繪制主控板、運動控制板、遙控板的PCB圖。每個模塊分別調試，調試完成后，整合所有模塊。

1.2設計優化。

在設計前期，曾考慮過使用傳統51單片機。但是傳統的8位的51單片機沒有足夠的中斷，處理能力也相對較差，無法同時驅動多個模塊。為了實現對多個模塊的控制，在此次的設計中采用了STM32F103ZET6型芯片，但是也提高了成本。在語音識別模塊上，語音識別的準確性存在問題，經常出現誤識別。所以需要增加抗干擾電路，優化電路，優化程序改變識別算法，從而提高電路的穩定性和識別的準確性。機器人的運動系統方面，加入了遙控功能，使機器人的運動既能通過遙控控制也可通過語音指令控制。

2.系統功能分析

2.1外觀設計介紹

外觀采用3D建模軟件SolidWorks繪制，通過3D打印技術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”，該芯片配置十分強悍，能提供多個中斷，完全符合設計的需求，可以實現同時控制多個模塊的功能，匯編語言簡單。

2.3語音識別模塊

采用LD3320語音識別模塊和STM32最小系統。LD3320芯片是一款語音識別專用的芯片。該芯片使用簡便，不需要外接任何輔助芯片，可直接集成在現有的產品上即可實現人機交互的功能。

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3D搖桿模塊。顯示屏上可顯示機器人開關機的動畫和運動狀態的動畫。搖桿模塊可用于實現遙控控制運動的功能。

3.成品

4. 結論

服務機器人作為一種半自主或全自主工作的機器人，能夠完成有益于人類的服務工作，如搬運、清潔、救援等。隨著智能服務機器人逐漸走進人們的社會生活領域，它將對提高人類生活質量和服務行業帶來深刻的影響。在智能服務機器人的應用過程中，將從人們的實際需求出發，借鑒國內外機器人研究案例，學習如何設計機器人，從而引發更多大學生對智能服務機器人的相關技術研究更多的關注和應用。

參考文獻：

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[4]黃曉運，田學友，楊濤，汪語哲，冉春秋.基于STM32的智能服務型多功能多足機器人.2018.

項目：大學生創新創業訓練計劃，編號201711819077。