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

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(lái)分析，設(shè)在某一時(shí)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(shí)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(diǎn)之間的距離（即機(jī)器人兩行走輪的跨距）為l。

在行走過(guò)程中，主控制系統(tǒng)把規(guī)劃好的路徑轉(zhuǎn)變成隨時(shí)間變化的兩個(gè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)輪的角速度的控制，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器和電動(dòng)機(jī)，分別去驅(qū)動(dòng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)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(diǎn)的時(shí)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(wú)線通訊

家庭服務(wù)機(jī)器人的無(wú)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(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)機(jī)器人的操作。本設(shè)計(jì)基于當(dāng)前比較普及的手機(jī)短信來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的遠(yuǎn)程通訊，在機(jī)器人控制系統(tǒng)上加一個(gè)手機(jī)模塊，然后通過(guò)家庭成員的手機(jī)發(fā)短信來(lái)控制機(jī)器人。

本設(shè)計(jì)采用的GPRS模塊為wavecom公司的Q2501B，可以快速、安全、可靠的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信、語(yǔ)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(guò)串口發(fā)送AT指令來(lái)操作，值得一提的是，Q2501B模塊內(nèi)部還集成了一個(gè)GPS模塊，定位精度3m?？梢苑奖愕膶C(jī)器人的位置信息通過(guò)短消息傳送給終端。

機(jī)器人的遠(yuǎn)程遙控主要是通過(guò)手機(jī)短信的方式實(shí)現(xiàn)的，在外的家庭成員通過(guò)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(dòng)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(duì)機(jī)器人的命令以及機(jī)器人對(duì)家庭成員的反饋。本設(shè)計(jì)中的是實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器人的語(yǔ)音交互。

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

4.1 人臉檢測(cè)

本設(shè)計(jì)采用人臉膚色模型結(jié)合相似度以及人臉輪廓來(lái)檢測(cè)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(lèi)區(qū)域是不同的，膚色聚類(lèi)區(qū)域隨Y 變化而呈現(xiàn)出非線性變化?？紤]Y 值的影響，對(duì)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(shí)用的人臉膚色聚類(lèi)模型。根據(jù)該模型，可采用基于相似度的方法來(lái)檢測(cè)人臉。為了消除亮度對(duì)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(duì)圖像進(jìn)行光照補(bǔ)償處理。這樣就能大大地提高人臉檢測(cè)的準(zhǔn)確率。

4.2 語(yǔ)音識(shí)別

本設(shè)計(jì)采用的語(yǔ)音識(shí)別引擎是基于漢語(yǔ)語(yǔ)義識(shí)別的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)，其對(duì)于漢字的識(shí)別有2000個(gè)漢字，可以滿足家居生活對(duì)話的基本需求，當(dāng)前機(jī)器人與人的對(duì)話可以實(shí)現(xiàn)生活常識(shí)、旅游常識(shí)、腦筋急轉(zhuǎn)彎、背詩(shī)、聊天等功能，給家庭成員提供娛樂(lè)、教育、幫助等功能。