基于现代电子技术的智能服务机器人

基于现代电子技术的智能服务机器人

费东亮1，陈卓莉2，黄江3，赵玲峰4*，杨高宽5

(1,2,5广西大学行健文理学院 ，广西，南宁，530005    3，4广西农业职业技术大学，530007）

摘 要:智能服务机器人作为机器人产业的新兴领域，促进社会的进步和发展，已成为全球范围内的市场新增长点，各服务业对智能服务机器人的需求也越来越大。如何运用设计理论为智能服务机器人在不同使用场景下提供更为适合的方案是需要解决的重要问题。本文以实际情况为出发点，介绍了一种智能移动机器人，它可以在室内环境中自主导航、规划路径、避障等。该机器人在移动过程中可以通过内置的传感器和算法来感知环境，并使用语音识别和合成技术与其他人进行交互，提供指引和帮助。

关键词 : 移动机器人; 引导指路; 轨迹跟踪; 提供服务

0    引言

随着现代电子技术、人工智能等技术的发展，我国的科技水平也在不断的进步，越来越多的智能服务型机器人进入到我们的日常生活中。不难观察出，机器人行业发展速度十分迅猛，已慢慢融入我们的生活中。

目前，服务型机器人技术已成为大势所趋，这类型机器人一般出现在大型商场、医疗机构、前台等。这些机器人的出现，给予了人们很多的便利和帮助。

智能服务机器人研究作为科技发展和产业转型的重要切入点，已成为衡量各国创新能力和竞争力的标尺。美国OmniBot2000机器人是一个典型例子，它支持远程控制，并搭载了托盘用以运送物品。在这之后，美国、日本等发达国家纷纷投入到服务机器人的研究领域，在餐饮，医疗，家居等领域逐步得到应用。2015年我国哈尔滨工业大学研发的移动机器人威尔具备面部识别和自主避障功能，代表了中国新一代服务机器人智能化程度的提升。

1课题研究内容和设计目标

1.1 研究目标及目标

本次研究的智能服务型机器人，是一种能够为用户提供多元化服务的智能机器人。它们通常被部署在公共场所，如商场、博物馆、图书馆、医院等，以提供准确、高效的服务。引导指路服务是这种机器人的主要功能之一，当访客进入这些场所时，服务型机器人可以通过语音交互、文字显示和内置导航系统为其提供路径指引，帮助游客快速找到他们想要到达的地点。同时，机器人还可以提供关于场所的各类信息，如商店的营业时间、展览的背景资料等。

除了指路和提供信息外，服务型机器人还可以为用户提供帮助。例如，在医院或养老院等护理环境中，机器人可以用于巡逻和观察，发现异常情况及时警示，可以提醒病人按时服药。此外，服务型机器人还可以用于协助护士进行一些基本的护理工作，如照看病人、取药送药等。

2主要研究目标

1.导航和定位能力：服务型机器人需要具备高精度的导航和定位能力，以便在各种环境中准确找到目的地。这通常需要机器人配备多种传感器和高级算法来进行路径规划和导航。

2.语言文本处理能力：服务型机器人需要能够理解和响应人类的语言输入，包括语音识别、自然语言处理和语音合成等方面。这可以让机器人与用户进行交互，获取用户的需求并提供相应的回答或帮助。

3.信息处理和学习能力：服务型机器人需要具备信息处理和学习能力，以便根据用户的行为和需求进行自适应的学习和改进。机器人应该能够自动识别和分析用户的行为和反馈，以便改进自身的性能和服务质量。

4.稳定性和可靠性：服务型机器人需要具备高稳定性和可靠性，以便在长时间的使用过程中保持稳定和可靠的性能。这需要机器人采用高质量的硬件和软件系统，并进行充分的测试和验证来确保产品的质量和可靠性。

3 系统总体设计方案

3.1系统设计的基本思路

首先，该系统设计主要分为两大部分，分别是语音模块和定位导航模块。采用ArduinoIDE软件进行程序编写。然后，利用语音模块采集语音，对接收到的语音进行识别，分析后将数据发送给接收端。最后，利用主控芯片进行室内定位，再根据地磁方向控制机器人行走。

3.2 系统控制核心的设计

3.2.1 微控制器的论证及选择

方案一：Arduino Uno开发板。该开发板采用大量的库，能方便迅速地调用各种功能。Arduino编写程序简单。Arduino是一种开源硬件平台，方便进行二次开发和定义，开发环境容易学习。

方案二：STM32F103单片机。STM32F103是一款增强型单片机，具备传输速度快、功能强大、性能稳定等特点。但是编写程序需要我们调用存储器存储数据，很容易出现漏洞。

选择：Arduino Uno开发板易上手、便捷灵敏的产品。

3.2.2 语音模块的选择

信可安VC-02芯片采用DSP优化降噪算法，可以对接收的语音指令进行降噪和均衡处理。经过实际测试，在50dB以内的环境下，VC-02能优秀地应答，在60-70dB的环境下也有良好的表现。唤醒距离与噪音环境呈负相关，在15dB内，9-10米的距离也有很好的响应速度。整体来看，在6米以内，噪音40dB以下，VC-02语音模块语音识别准确率达到100%，在9米的测试范围内，强噪音干扰下也有良好的表现。

4 系统调试分析

4.1 系统硬件功能调试

完成硬件的搭载和软件的编程之后，接下来就要进行设计中很重要的一项工作，那就是要对系统的软件和硬件进行联合调试。调试分为硬件调试和软件调试，对硬件电路的调试可以避免接错线而损坏或者烧毁元器件的问题，或者可以检验硬件电路设计是否适用实际元器件等问题。软件调试验证代码逻辑性是否正确，功能是否符合预期目标等问题，最后将两者整合后进行整体调试。

首先要进行硬件的检查，主要包括以下三个方面的检查：

1. 检查硬件电路是否有拖焊短路、虚焊断路等情况；
2. 检查电路是否有焊接错误的地方；
3. 对照原理图检查是否有接对线。

确保硬件电路没有任何问题之后，才能保证软件调试能顺利进行。

4.2 系统软件功能调试

软件功能调试是对设计思路很好的检验方式，对主要的程序进行检测。其中包括机器人是否能识别到语音模块传送的数据并且驱动机器人行走以及解决回答一些问题等。 单个模块的代码都检测没有问题之后，把所有的器件连入硬件电路中进行调试。把整体的代码都检查一遍，特别注意引脚定义是否有重复。

4.3总结与前景展望

整个机器人设计从最初选择研究方向，到查资料选购元件，硬件搭建，软件设计花费了不少时间，最终完成的预想的设计方案。服务型机器人的研究有重要的意义，如今社会越来越年轻化，人们对智能控制的需求也日益增大，服务型机器人能为人们提供高效便捷的服务，相信其在未来的发展趋势会越来越好。

参考文献

[1]尹李俊.智能服务机器人自主定位导航系统研究[D]. 南京:南京理工大学, 2021

[2]刘双.基于情境模型的智能服务机器人的设计研究[D].山东：山东建筑大学,2022.

作者简介：费东亮（2002-），男，辽宁铁岭人，本科，研究方向：电子信息技术；

陈卓莉（2002-），女，广西藤县人，本科，研究方向：电子信息技术；

黄江(1981-)，男，壮族，高级实验师，研究方向：智能电子产品设计；

（通讯作者）赵玲峰(1982-)，女，汉族，副教授，研究方向：信号与信息处理；

杨高宽（2000-），男，陕西西安人，本科，研究方向：电子信息技术。