基于STM32的智能送餐機器人設計

任喜鵬 李曉鵬 高嘉偉 劉奕男

關鍵詞：STM32;送餐機器人;智能化

1.機器人的研究意義和現狀

隨著科技的發展，智能化的需求也越來越迫切，人們將簡單的繁瑣的工作交給機器人，解放人類的勞動能力，傳統餐飲行業單純依靠人工手段來手寫點菜、記賬，上菜，這樣不僅浪費了大量的勞動力在這樣低價值的工作上，而且員工存在疲憊，工作效率低等情況，面對這個的現狀由此設計了本款送餐機器人用來解決這些問題，本產品具有送餐，迎賓，菜品介紹等功能，實現這些功能采用了尋跡，圖像處理，語音控制，pwm控制等技術，成功的實現了本款產品實際的初衷。通過餐飲服務的智能化，可以降低成本，出錯率也隨之降低，可見研究這個送餐機器人是非常有意義的。

2.系統總體設計

智能送餐機器人的主控芯片采用STM32芯片，同時具有超聲波測距模塊，攝像頭識別系統和語音系統，通過攝像頭檢測到目標位置后，返回給主控芯片，中控芯片在接收到信息傳回后，通過pwm波的控制，給電機進行驅動，在機器人的運行過程中，向前發出超聲波，通過接收傳回的信號計算出機器人前方是否存在障礙物，如果遇到障礙物，停止，進行避障動作，遇到人時，通過攝像頭進行區分，并啟動語音系統，進行與顧客的溝通。

3.系統硬件設計

3.1主控芯片

主控芯片采用 STM32F103C8T6是一款由意法半導體公司（ST）推出的基于Cortex-M3內核的32位微控制器，硬件采用LQFP48封裝，屬于ST公司微控制器中的STM32系列，該芯片內部8MHz時鐘HSI最高可倍頻到64MHz，外部8MHz時鐘HSE最高可倍頻到72MHz，可對外部數據進行快速處理，四個定時器，3個串口通道可以同時對多個模塊的傳回數據進行處理，同時具有64K Flash和20K SRAM，較低的價格和優秀的性能，使其成為性價比較高的最佳選擇。

3.2避障系統

超聲波模塊采用IO口TRIG觸發測距，給至少10us的高電平信號;模塊自動發送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回;有信號返回，通過IO口ECHO輸出一個高電平，高電平持續的時間就是超聲波從發射到返回的時間。測試距離=（高電平時間*聲速（340M/S））/2;本模塊使用方法簡單，一個控制口發一個10US以上的高電平，就可以在接收口等待高電平輸出。一有輸出就可以開定時器計時，當此口變為低電平時就可以讀定時器的值，此時就為此次測距的時間，方可算出距離。當測得的距離小于2m時，中控芯片通過pwm控制來使機器人進行減速，當被測物體和機器人小于80cm時，機器人停止運動。等待2s，重新檢測，若障礙物消失，則繼續按照原定軌跡行駛，如果障礙物依舊存在，則采用差速的辦法，使機器人向右移動，同時檢測前方是否存在障礙物，直到檢測到沒有障礙物后，向前行駛，3秒后，檢測原路線是否存在障礙物，若沒有，返回原線路繼續行駛。

3.3尋跡系統

本產品采用信標尋跡的方式，通過攝像頭來捕捉地面上的標志，通過標志物的設定給機器人規劃出一條運動軌跡，通過標志物的不同來進行區分。攝像頭的選擇選用openmvH7是一款小巧，低功耗，低成本的電路板，它具有豐富的庫函數可以直接進行調用。通過Python語言的指令進行控制，可以更為簡單的完成視覺算法的解析和應用。它具有一個SPI總線高達100Mbs速度，快速的數據處理能力，可以更好的捕捉所需要的信息。通過這款攝像頭可以識別出圖像中多達16種顏色，并且每種顏色都可以有任意數量的不同的色塊。精度很高，應用顏色識別功能，機器人就可以通過檢測地面上標志物的顏色，向目標進行行駛，也就是說，你可以通過擺放標志物的位置，來規劃出任意一條行駛線路。當行駛到固定位置時，機器人通過掃描餐桌上的號碼進行確認送餐地點，到達目的后開啟語音系統，提示顧客進行取餐。

3.5語音系統

語音模塊采用LD3320模塊，該模塊功耗低，性價比高，該芯片集成了語音識別處理器和一些外部電路，包括AD、DA轉換器、麥克風接口、聲音輸出接口等。不需要外接任何的輔助芯片如Flash、RAM等，直接集成在現有的產品中即可以實現語音識別/聲控/人機對話功能。真正提供了單芯片的語音識別解決方案。在LD332X內部，固化有高效的非特定人語音識別搜索引擎模塊和完整的非特定人語音識別特征庫，以及專為語音識別而作的硬件優化和加速設計。通過攝像頭來識別人臉后，運行編寫好的程序，向顧客進行問候，用麥克風采集聲音信號，經過濾波、放大處理后送入LD3320非特定語音識別模塊進行語音識別處理，處理結果通過串口送入主控芯片STM32F103C8T6中，做出不同的反應，來完成人機交流。

4.總結

該送餐機器人通過圖像采集，識別到進一步做出相應的反應，采用了神經網絡的多種復雜算法，通過功能模塊化的方式，將各個模塊進一步連成一個整體，從而實現項目的功能完成。這款送餐機器人不僅可以承擔冗雜單調的工作，解放勞動力，提高餐飲業的利潤，而且通過這種新穎的服務方式，可以給顧客以不一樣的體驗，通過設置不同的外觀，搭配相應的主題，從而達到吸引流量的作用。高性能，低成本的性價比，使送餐機器人更加符合餐飲業智能化的市場需求。

參考文獻

[1]張毅， 羅元， 鄭太雄. 移動機器人技術及其應用[M]. 電子工業出版社.

[2]薄喜柱， 洪炳熔. 動態環境下多移動機器人路徑規劃的一種新方法[J]. 機器人.

[3]張淑清.嵌入式單片機STM32原理及應用

作者簡介：任喜鵬（2000-），男，漢族，吉林省汪清縣人，長春大學本科在讀，電氣工程及其自動化專業

通訊作者：程廣亮（1975-）男，漢族，吉林省長春市人，研究生碩士，講師，研究方向：工業機器人，仿真機器人

基金項目：2021年吉林省大學生實踐創新創業訓練項目“送餐機器人”（2021GJ008）