基于树莓派和Arduino平台的移动式家庭服务机器人设计

张常友

摘 要：移动式家庭服务机器人的开发设计是选用树莓派为核心处理器、以Arduino mega2560为辅助处理器的的移动式家庭服务机器人，实现功能包括人脸识别与追踪、扫地机器人功能、语音交流与实时播报天气和新闻资讯；通信采用蓝牙、WiFi和手机APP之间实现远程通信方式；并能和智能家用电器并网使用，实现家电控制和室内安防一体化的智能互联系统。

關键词：树莓派；Arduino；人脸识别；WiFi

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.197

1 系统总体设计

移动式家庭服务机器人由树莓派做中央处理器，Arduino mega2560为辅助控制单元，树莓派主控脸部识别、OLED显示、语音交互模块、声音功放模块；Arduino mega2560负责六自由度机械手、温湿度和有害气体检测、扫地机器人和麦克拉姆轮底盘控制，Arduino mega2560将采集到的控制信息送给树莓派，完成整个系统的运行和控制。通过树莓派控制蓝牙模块和WIFI模块，可以实现手机APP控制，系统总体设计框图如图1所示。

本设计以树莓派中央处理器和Arduino芯片为数据处理和控制核心，采用蓝牙通信，WiFi通信和手机APP远程通信来控制，能够实现清洁室内卫生，改善室内空气质量，巡视室内安全情况以及实现语音控制、语音交流、人脸识别与追踪等功能；通过树莓派强大的网路功能通过互联网获取天气、交通路况资讯等，并且通过喇叭把获取的咨询信息进行实时语音播报，以便提醒人们的穿衣指数和交通路况；同时还具有自主巡航的功能，机器人通过麦克拉姆轮和光电编码电机配合实现全方位移动功能，利用摄像头即可通过面部识别、安防监控，可以将识别的人脸信息通过微信、app、网页实时反馈给用户。

2 硬件电路设计

语音识别采用的语音控制模块，能够相对精准识别人的语音，将声音信息转换为数字信号送入树莓派中央处理器进行识别来完成相应的功能； 人脸识别模块采用高清摄像头采集图像信息，将采集到的信息送入树莓派来完成人脸识别和跟踪功能，同时将图像信息通过网络送到用户的手机app上显示或在网页上显示，同时可以将采集到的图像信息存储在内存卡上，方便用户在需要的时候查询。

底盘采用Arduino mega2560控制光电编码电机来驱动麦克拉姆轮来实现移动控制，能够实现全方位运动，可以前进、横移、斜行、旋转等多种运动方式，非常适合在空间有限的室内移动，通过树莓派发送的语音指令实现可以自主巡视运动，也可采用蓝牙APP来操作其运行。

OLED来实现机器人的脸部表情，实现个性化和卡通化的设计，在语音互动的时候实现表情的变化，以便能更好的获得用户的喜爱和认可。

3 软件设计

软件设计主要采用Liunx嵌入式系统来实现综合控制，采用多任务操作模式，程序模块主要包括主程序、人脸识别和跟踪子程序、语音识别子程序、机械手和底盘运动子程序及温湿度和有害气体检测子程序。主程序流程图如图2所示，人脸识别和跟踪子程序流程图如图3所示。

参考文献：

[1]Charies Bell著，张佳进，陈立畅，等译.学Arduino和树莓派玩转传感器网络[M].人民邮电出版社，2015（04）.

[2]柯博文.树莓派实战指南——完全掌握100个精彩案例[M].清华大学出版社，2015（06）.

[3][美]Gordon McComb.小型智能机器人制作全攻略（第4版）[M].人民邮电出版社，2.13.6

[4]叶晖.ROBOT机器人[M].机械工业出版社，2013（06）.