基于Gene8310的嵌入式家庭服务机器人系统设计

基于Gene8310的嵌入式家庭服务机器人系统设计

       在行走过程中，主控制系统把规划好的路径转变成随时间变化的两个独立驱动轮的角速度的控制，通过驱动器和电动机，分别去驱动两个驱动轮，两个驱动轮的角速度都要根据规划路径的变化而变化。当家庭成员发出指令让机器人去指定地点的时候，机器人根据事先规划好的路径自主到达指定的目的地。

       3  无线通讯

       家庭服务机器人的无线通讯指的是人与机器人的远程通讯，最好利用现有的家庭成员的物件稍加改进皆可以实现对服务机器人的操作。本设计基于当前比较普及的手机短信来实现对机器人的远程通讯，在机器人控制系统上加一个手机模块，然后通过家庭成员的手机发短信来控制机器人。

       本设计采用的GPRS模块为wavecom公司的Q2501B，可以快速、安全、可靠的实现数据通信、语音传输、短消息服务，拥有Open AT指令接口，支持文本和PDU模式的短消息，可以方便的通过串口发送AT指令来操作，值得一提的是，Q2501B模块内部还集成了一个GPS模块，定位精度3m。可以方便的将机器人的位置信息通过短消息传送给终端。

       机器人的远程遥控主要是通过手机短信的方式实现的，在外的家庭成员通过自己的手机给智能家庭服务机器人发送控制指令，机器人收到控制指令执行相应的动作，如图4所示。


       4  人机交互

       家庭服务机器人的人机交互包括家庭成员对机器人的命令以及机器人对家庭成员的反馈。本设计中的是实现人与机器人的语音交互。

       本设计中家庭服务机器人可以完成人脸的识别，跟踪，将人脸用红色矩形框标示出来。如图5所示。

       4.1  人脸检测

       本设计采用人脸肤色模型结合相似度以及人脸轮廓来检测和定位人脸。在YCbCr 色彩空间（其中Y 表示亮度, Cb 表示饱和度，Cr 表示色调）中Y 值不同的地方，CbCr 子平面中肤色聚类区域是不同的，肤色聚类区域随Y 变化而呈现出非线性变化。考虑Y 值的影响，对YCbCr 色彩格式进行非线性分段色彩变换，再将变换后的图形投影到Cb-Cr二维子空间就可以得到实用的人脸肤色聚类模型。根据该模型，可采用基于相似度的方法来检测人脸。为了消除亮度对人脸肤色的影响，定义r=R/(R+G+B)，b=B/(R+G+B)，把三维基色空间降解成二维的半基色空间，然后用基于频域的同态滤波法对图像进行光照补偿处理。这样就能大大地提高人脸检测的准确率。

       4.2  语音识别

       本设计采用的语音识别引擎是基于汉语语义识别的语音识别系统，其对于汉字的识别有2000个汉字，可以满足家居生活对话的基本需求，当前机器人与人的对话可以实现生活常识、旅游常识、脑筋急转弯、背诗、聊天等功能，给家庭成员提供娱乐、教育、帮助等功能。

       4.3  运动响应

       机器人对人的运动响应主要指得是机器人对人发出的运动指令的相应，在本设计当中，机器人可以相应的运动指令有：前进、后退、左传、右转、摇头、请、招手、摆手、摆臂、挥手、鼓掌、握手、拥抱、再见等。机器人动作相应的过程如下图所示。


       家庭成员通过麦克风向服务机器人发运动要求，语音识别引擎启动，将识别出来的语义与数据库匹配，取得动作指令码，然后将动作指令码通过串口发送到控制模块，机器人执行机构执行相应的动作。

       5  结束语

       本文设计了基于Gene8310微型主板的智能家庭服务机器人系统，本智能家庭服务机器人实现了人脸跟踪、语音识别、自主移动、动作响应、远程遥控等功能。其中自主移动采用的是双行走轮差动控制的驱动方式，很好的满足了室内全方位移动的特性；远程遥控采用的是基于Q2501B的GPRS网络，成本低，无距离限制，受环境影响较小，可以充分利用无线共网的其他优点，由于受到现有无线通信公网带宽的限制，其视频传输的特点较弱，随着3G技术的发展，高带宽将丰富机器人远程遥控的多媒体交互信息，家庭成员可以远程视频家居内部的情况；人脸跟踪是基于肤色模型和人脸轮廓理论实现人脸识别跟踪，模型有较好的实时性和鲁棒性；语音识别采用的是基于模式识别的语音识别引擎，在特定数据库里面可以达到很好的识别效果，下一步研究将机器学习技术加进来，可以让机器人在特定家居环境下完成技能学习。经测试，机器人可以完成预定家庭服务机器人的各项基本功能。