基于Gene8310的嵌入式家庭服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)家庭服務(wù)機(jī)器人的任務(wù)要求，將機(jī)器人控制系統(tǒng)分成以下模塊：嵌入式系統(tǒng)、攝像頭、揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)、人臉跟蹤系統(tǒng)、語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)、無(wú)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(tái)，運(yùn)行Windows操作系統(tǒng)；人臉跟蹤系統(tǒng)、語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)是運(yùn)行在Windows操作系統(tǒng)下面的基于VC的程序；無(wú)線通訊系統(tǒng)是基于Q2501B的GPRS通訊模塊；動(dòng)作控制是基于PIC16F877A的7自由度伺服電機(jī)的控制；行走控制是雙行走輪差動(dòng)控制的驅(qū)動(dòng)方式。

2.2 動(dòng)作控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

家庭服務(wù)機(jī)器人的動(dòng)作主要是讓機(jī)器人模擬人的手臂關(guān)節(jié)，以便機(jī)器人實(shí)現(xiàn)人的一些動(dòng)作，本論文設(shè)計(jì)的機(jī)器人手臂有三個(gè)自由度，分別模擬人體的肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)抬臂、彎臂、擺臂等動(dòng)作，一個(gè)手臂三個(gè)自由度的組合，可以實(shí)現(xiàn)握手、揮手、招手等動(dòng)作，兩個(gè)手臂的組合又可以實(shí)現(xiàn)鼓掌、擁抱等人的基本動(dòng)作。

2.3 行走控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

家庭服務(wù)機(jī)器人行走控制系統(tǒng)采用的是雙行走輪差動(dòng)控制的驅(qū)動(dòng)方式，機(jī)器人的模型如圖3所示。這里我們假定機(jī)器人和地面之間是純滾動(dòng)的，行走輪只旋轉(zhuǎn)不打滑，得到運(yùn)動(dòng)學(xué)模型公式：

式中： (x, y)為機(jī)器人中心O點(diǎn)的參考坐標(biāo)；θ為機(jī)器人中心O點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向角；ν為機(jī)器人中心O點(diǎn)的速度；ω為機(jī)器人差動(dòng)轉(zhuǎn)向的角速度。

根據(jù)上述數(shù)學(xué)模型，結(jié)合機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，把機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為與地面接觸的兩點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，兩點(diǎn)的位置決定了機(jī)器人的位置，兩點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)決定了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。圖3中XOY為全局坐標(biāo)系，xoy為機(jī)器人坐標(biāo)系，O為速度瞬心。