能聽會看的智能服務(wù)機(jī)器人

隨著社會的發(fā)展，越來越多的人喜歡進(jìn)行體育運(yùn)動(dòng)，比如網(wǎng)球、兵乓球等。但在網(wǎng)球或乒乓球運(yùn)動(dòng)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(jì)一個(gè)機(jī)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(jī)器人由撿拾移動(dòng)平臺、視覺處理以及語音控制模塊三部分組成。撿拾移動(dòng)平臺是機(jī)器人的本體，包括車體、撿拾機(jī)構(gòu)以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)，“水車”型撿拾機(jī)構(gòu)安裝于撿拾移動(dòng)平臺的前端，平臺自身由左右兩個(gè)電機(jī)差速驅(qū)動(dòng)；視覺處理部分由安裝于撿拾移動(dòng)平臺前端的攝像頭和機(jī)器人身上的計(jì)算機(jī)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(shí)，根據(jù)“機(jī)—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(shí)，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(jī)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(jī)器人。整個(gè)機(jī)器人的示意圖如圖 1 所示。

智能服務(wù)機(jī)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(jì)制作了機(jī)器人的撿拾裝置。然后，利用 LEGO 機(jī)器人，搭建了機(jī)器人模型，驗(yàn)證機(jī)器人移動(dòng)與撿拾機(jī)構(gòu)可行性。最初的機(jī)器人設(shè)想使用手機(jī)藍(lán)牙對其進(jìn)行控制。

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

在機(jī)器人移動(dòng)與撿拾平臺部分，我們將兩個(gè)直流電機(jī)安裝于機(jī)器人左右兩側(cè)，通過單片機(jī)對它們進(jìn)行獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的差動(dòng)運(yùn)動(dòng)方式，如圖 4 所示。

本智能服務(wù)機(jī)器人的視覺處理部分由一個(gè)安裝于撿拾移動(dòng)平臺前端的攝像頭和一臺 PC 機(jī)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(gè)撿拾目標(biāo)時(shí)，選擇離機(jī)器人最近的一個(gè)作為目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)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(jī)器人視野中沒有撿拾目標(biāo)時(shí)，機(jī)器人進(jìn)入自主尋找目標(biāo)模式。通過機(jī)器人的左右旋轉(zhuǎn)，擴(kuò)大機(jī)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(jī)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(shí)，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(jī)采集到信號后，通過無線通信模塊將指令發(fā)送給機(jī)器人，從而實(shí)現(xiàn)語音控制的功能。