倉鼠π家居機器人

西北工業大學

陳 蜀，黃海智，白紀龍，高 原，師行健

1 作品介紹

倉鼠π家居機器人是一款集環境改善、安全監測、室內清潔、環境美化等功能于一體的家居服務類機器人。機器人將STM32單片機作為功能控制的核心芯片，將Jetson Nano主機作為軟件設計核心，在其基礎上開發出多種功能。產品的主要功能包括物品收納、掃地除塵、拖地清潔、甲醛檢測與吸除、家電控制、空氣加濕等。

2 產品功能及技術原理

功能集成是倉鼠π家居機器人產品的主要特色，具體如圖1所示。

圖1 產品功能

2.1 基礎功能

產品的全向移動功能通過全向輪結合STM32單片機控制實現。底盤的4個全向輪分別呈45°分布，利用PID控制電機控制全向輪配合實現機器人的定向定速移動、旋轉等。產品為無線充電，底盤配有24 V/3 A無線充電模塊。產品使用雷達模塊RPlidar AI，基于ROS操作系統和主機Jetson Nano，通過SLAM建圖建模，借助避障算法實現路徑規劃和自主導航。

2.2 環境美化

空氣加濕和凈化功能主要用于改善家庭的空氣質量，提高居家舒適度。空氣凈化通過安裝基于空氣濾芯的通風系統實現，用于吸附房屋內的甲醛等有害氣體。空氣加濕模塊通過安裝超聲波空氣霧化模塊實現。掃地功能通過基于吸風機的微小型吸塵機實現。拖地功能通過由舵機控制升降的拖把實現。

2.3 家電控制

倉鼠π家居機器人頭部安裝有語音模塊和紅外發射家電控制模塊，二者與STM32主控板通過串口通信實現空調、電視等接收紅外信號的家用電器的控制。

3 作品創新點

倉鼠π家居機器人集多種家用服務功能于一體，結合新興的機器學習，提升了家用機器人的智能化水平。同時，本產品以模塊化設計為基礎，可為用戶提供個性化服務。產品采用較為簡單的技術方案，支持二次開發，用戶可根據自身功能需求增加/減少功能。

倉鼠π家居機器人的設計理念是集成智能，家居相伴，為忙于工作的上班族減緩家庭壓力，且針對性地設計面向老人與小孩的功能，從而提升家庭關愛指數。

4 應用前景

我們對2 274名潛在用戶進行了關于家居機器人的問卷調查。其中1 841人從未使用過家居機器人，其余443人使用過或正在使用家居機器人。其中，清潔類機器人和語音控制類機器人的使用用戶占比較大。而我們設計的倉鼠π家居機器人包含了掃地除塵功能和語音控制家電功能，順應目前家居機器人發展的趨勢，可以滿足普通用戶對機器人的基礎要求。

調查過程中，用戶對家居機器人的要求如圖2～圖3所示。每個調查的潛在用戶均表示，期望家居機器人具有2種及以上功能。倉鼠π家居機器人正是一款集多種功能于一體的家居機器人，滿足了大部分潛在用戶的需求與期待。

圖2 未使用過家居機器人的用戶對機器人功能需求的情況

圖3 使用過或正在使用家居機器人的用戶對機器人功能需求的情況

2 274名調查對象中，1 994人（占比87.7%）表示，若有一個集成以上功能的家居機器人則愿意購買。根據調查對象對家居機器人的功能需求，倉鼠π家居機器人市場前景廣闊。