能聽會看的智能服務(wù)機器人

隨著社會的發(fā)展，越來越多的人喜歡進(jìn)行體育運動，比如網(wǎng)球、兵乓球等。但在網(wǎng)球或乒乓球運動的發(fā)球練習(xí)中，會有大量的球散落于地面，所以人們總是要彎腰去撿地上的球，這是一件令人心煩的事。因此，我們想設(shè)計一個機器人，它能通過視覺引導(dǎo)來自主撿拾和收集地上的雜物，并能聽從人們的語音控制。

該智能服務(wù)機器人由撿拾移動平臺、視覺處理以及語音控制模塊三部分組成。撿拾移動平臺是機器人的本體，包括車體、撿拾機構(gòu)以及驅(qū)動電機，“水車”型撿拾機構(gòu)安裝于撿拾移動平臺的前端，平臺自身由左右兩個電機差速驅(qū)動；視覺處理部分由安裝于撿拾移動平臺前端的攝像頭和機器人身上的計算機組成，并通過顏色、形狀識別目標(biāo)，當(dāng)攝像頭視野中有目標(biāo)時，根據(jù)“機—目標(biāo)位置”優(yōu)先級參數(shù)制定撿拾策略，當(dāng)攝像頭沒有檢測到目標(biāo)時，進(jìn)入尋找目標(biāo)模式，直至尋找到新的目標(biāo)為止；語音控制模塊包括語音識別模塊、單片機和串口通信模塊，通過識別相應(yīng)的語音，將控制指令通過無線通信發(fā)送給機器人。整個機器人的示意圖如圖 1 所示。

智能服務(wù)機器人研究過程及工作原理：根據(jù)“水車”旋轉(zhuǎn)撥水的工作原理，如圖2所示，設(shè)計制作了機器人的撿拾裝置。然后，利用 LEGO 機器人，搭建了機器人模型，驗證機器人移動與撿拾機構(gòu)可行性。最初的機器人設(shè)想使用手機藍(lán)牙對其進(jìn)行控制。

我們在自己搭建的 LEGO 撿拾機器人模型上，驗證了撿拾機構(gòu)方案，試用了多種撿拾機構(gòu)，并且對雙輪差動移動平臺方案也進(jìn)行了驗證，如圖3 所示。

在機器人移動與撿拾平臺部分，我們將兩個直流電機安裝于機器人左右兩側(cè)，通過單片機對它們進(jìn)行獨立驅(qū)動，以實現(xiàn)機器人的差動運動方式，如圖 4 所示。

本智能服務(wù)機器人的視覺處理部分由一個安裝于撿拾移動平臺前端的攝像頭和一臺 PC 機組成。我們根據(jù)目標(biāo)的顏色信息，選取適當(dāng)?shù)拈撝担瑢⑴臄z的圖像二值化，在圖像中提取出目標(biāo)，并根據(jù)形狀信息排除虛假目標(biāo)，最后對目標(biāo)進(jìn)行定位。當(dāng)圖像中含多個撿拾目標(biāo)時，選擇離機器人最近的一個作為目標(biāo)。實驗結(jié)果如圖 5所示，其中左圖為原始圖像，中圖為二值化圖像，右圖為標(biāo)記目標(biāo)圖像。

當(dāng)機器人視野中沒有撿拾目標(biāo)時，機器人進(jìn)入自主尋找目標(biāo)模式。通過機器人的左右旋轉(zhuǎn)，擴(kuò)大機器人的視野，以找到之前未被發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)。語音控制模塊由語音識別模塊，單片機和無線通信模塊三部分組成。事先將語音指令存儲在語音模塊中；在使用者發(fā)出語音指令時，語音模塊識別出相應(yīng)的指令，并給出對應(yīng)的信號；單片機采集到信號后，通過無線通信模塊將指令發(fā)送給機器人，從而實現(xiàn)語音控制的功能。