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(xiàn)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(jīng)進入新時代，成為一個經(jīng)濟大國， 2017 年 7 月，中華人民共和國國務院發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中指出，經(jīng)濟發(fā)展進入新常態(tài)，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(chǎn)業(yè)，為國家經(jīng)濟發(fā)展注入新動能。機器人產(chǎn)業(yè)是中國“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，是人工智能產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。近年來，中國出臺了一系列支持機器人產(chǎn)業(yè)的政策。其中2017 年發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》指出，培育壯大人工智能產(chǎn)業(yè)，深化供給側結構性改革，為中國經(jīng)濟發(fā)展注入新動能。目前，我國國內的機器人大多應用在工業(yè)生產(chǎn)中，在服務行業(yè)中比較少見。在服務行業(yè)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(xiàn)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(yōu)化。

在設計前期，曾考慮過使用傳統(tǒng)51單片機。但是傳統(tǒng)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(xiàn)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(jīng)常出現(xiàn)誤識別。所以需要增加抗干擾電路，優(yōu)化電路，優(yōu)化程序改變識別算法，從而提高電路的穩(wěn)定性和識別的準確性。機器人的運動系統(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)。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(xiàn)有的產(chǎn)品上即可實現(xiàn)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(tài)的動畫。搖桿模塊可用于實現(xiàn)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(yè)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(fā)，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(fā)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：

[1]黃人薇，洪洲.服務機器人關鍵技術與發(fā)展趨勢研究[J].2018.

[2]劉澤宇.人形交互式服務機器人研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].2018.

[3]張洋，嚴漢宇，劉軍.原子教你玩STM32[M].2013.

[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(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃，編號201711819077。