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

在此，把前進(jìn)的方向作為正方向，把后退的方向作為負(fù)方向，統(tǒng)一起來分析，設(shè)在某一時刻，左、右行走輪的速度為vL 、vR ，左、右行走輪角速度為ωL、ωR ，在很短的時間間隔Δt 內(nèi)，機(jī)器人的方向和線速度可以近似認(rèn)為不改變。兩行走輪與地面接觸點之間的距離（即機(jī)器人兩行走輪的跨距）為l。

在行走過程中，主控制系統(tǒng)把規(guī)劃好的路徑轉(zhuǎn)變成隨時間變化的兩個獨立驅(qū)動輪的角速度的控制，通過驅(qū)動器和電動機(jī)，分別去驅(qū)動兩個驅(qū)動輪，兩個驅(qū)動輪的角速度都要根據(jù)規(guī)劃路徑的變化而變化。當(dāng)家庭成員發(fā)出指令讓機(jī)器人去指定地點的時候，機(jī)器人根據(jù)事先規(guī)劃好的路徑自主到達(dá)指定的目的地。

3 無線通訊

家庭服務(wù)機(jī)器人的無線通訊指的是人與機(jī)器人的遠(yuǎn)程通訊，最好利用現(xiàn)有的家庭成員的物件稍加改進(jìn)皆可以實現(xiàn)對服務(wù)機(jī)器人的操作。本設(shè)計基于當(dāng)前比較普及的手機(jī)短信來實現(xiàn)對機(jī)器人的遠(yuǎn)程通訊，在機(jī)器人控制系統(tǒng)上加一個手機(jī)模塊，然后通過家庭成員的手機(jī)發(fā)短信來控制機(jī)器人。

本設(shè)計采用的GPRS模塊為wavecom公司的Q2501B，可以快速、安全、可靠的實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信、語音傳輸、短消息服務(wù)，擁有Open AT指令接口，支持文本和PDU模式的短消息，可以方便的通過串口發(fā)送AT指令來操作，值得一提的是，Q2501B模塊內(nèi)部還集成了一個GPS模塊，定位精度3m?？梢苑奖愕膶C(jī)器人的位置信息通過短消息傳送給終端。

機(jī)器人的遠(yuǎn)程遙控主要是通過手機(jī)短信的方式實現(xiàn)的，在外的家庭成員通過自己的手機(jī)給智能家庭服務(wù)機(jī)器人發(fā)送控制指令，機(jī)器人收到控制指令執(zhí)行相應(yīng)的動作，如圖4所示。

4 人機(jī)交互

家庭服務(wù)機(jī)器人的人機(jī)交互包括家庭成員對機(jī)器人的命令以及機(jī)器人對家庭成員的反饋。本設(shè)計中的是實現(xiàn)人與機(jī)器人的語音交互。

本設(shè)計中家庭服務(wù)機(jī)器人可以完成人臉的識別，跟蹤，將人臉用紅色矩形框標(biāo)示出來。如圖5所示。

4.1 人臉檢測

本設(shè)計采用人臉膚色模型結(jié)合相似度以及人臉輪廓來檢測和定位人臉。在YCbCr 色彩空間（其中Y 表示亮度, Cb 表示飽和度，Cr 表示色調(diào)）中Y 值不同的地方，CbCr 子平面中膚色聚類區(qū)域是不同的，膚色聚類區(qū)域隨Y 變化而呈現(xiàn)出非線性變化?？紤]Y 值的影響，對YCbCr 色彩格式進(jìn)行非線性分段色彩變換，再將變換后的圖形投影到Cb-Cr二維子空間就可以得到實用的人臉膚色聚類模型。根據(jù)該模型，可采用基于相似度的方法來檢測人臉。為了消除亮度對人臉膚色的影響，定義r=R/(R+G+B)，b=B/(R+G+B)，把三維基色空間降解成二維的半基色空間，然后用基于頻域的同態(tài)濾波法對圖像進(jìn)行光照補償處理。這樣就能大大地提高人臉檢測的準(zhǔn)確率。

4.2 語音識別

本設(shè)計采用的語音識別引擎是基于漢語語義識別的語音識別系統(tǒng)，其對于漢字的識別有2000個漢字，可以滿足家居生活對話的基本需求，當(dāng)前機(jī)器人與人的對話可以實現(xiàn)生活常識、旅游常識、腦筋急轉(zhuǎn)彎、背詩、聊天等功能，給家庭成員提供娛樂、教育、幫助等功能。