基于Gene8310的嵌入式家庭服務機器人系統(tǒng)設計

針對家庭服務機器人的任務要求，將機器人控制系統(tǒng)分成以下模塊：嵌入式系統(tǒng)、攝像頭、揚聲器、麥克風、人臉跟蹤系統(tǒng)、語音識別系統(tǒng)、無線通訊系統(tǒng)等。嵌入式系統(tǒng)采用Gene8310微型主板作為硬件平臺，運行Windows操作系統(tǒng)；人臉跟蹤系統(tǒng)、語音識別系統(tǒng)是運行在Windows操作系統(tǒng)下面的基于VC的程序；無線通訊系統(tǒng)是基于Q2501B的GPRS通訊模塊；動作控制是基于PIC16F877A的7自由度伺服電機的控制；行走控制是雙行走輪差動控制的驅(qū)動方式。

2.2 動作控制系統(tǒng)設計

家庭服務機器人的動作主要是讓機器人模擬人的手臂關節(jié)，以便機器人實現(xiàn)人的一些動作，本論文設計的機器人手臂有三個自由度，分別模擬人體的肩關節(jié)、肘關節(jié)，可以實現(xiàn)抬臂、彎臂、擺臂等動作，一個手臂三個自由度的組合，可以實現(xiàn)握手、揮手、招手等動作，兩個手臂的組合又可以實現(xiàn)鼓掌、擁抱等人的基本動作。

2.3 行走控制系統(tǒng)設計

家庭服務機器人行走控制系統(tǒng)采用的是雙行走輪差動控制的驅(qū)動方式，機器人的模型如圖3所示。這里我們假定機器人和地面之間是純滾動的，行走輪只旋轉(zhuǎn)不打滑，得到運動學模型公式：

式中： (x, y)為機器人中心O點的參考坐標；θ為機器人中心O點的運動方向角；ν為機器人中心O點的速度；ω為機器人差動轉(zhuǎn)向的角速度。

根據(jù)上述數(shù)學模型，結合機器人的結構特點，把機器人的運動簡化為與地面接觸的兩點運動，兩點的位置決定了機器人的位置，兩點的運動狀態(tài)決定了機器人的運動狀態(tài)。圖3中XOY為全局坐標系，xoy為機器人坐標系，O為速度瞬心。