基于STM32的智能服务型机器人设计

肖毅 邱秋烨 邬仕伟

摘要：基于STM32单片机的智能服务型机器人的设计和制作，该机器人采用STM32为主控板和运动控制板，通过语音交互模块、遥控器模块、显示屏模块，舵机驱动模块和电机驱动模块等的控制，完成对这款服务型机器人的设计和制作。通过语音交互模块能实现人机交流，并把信号传送到其他模块，从而控制机器人完成相关的动作。

关键词：STM32单片机；机器人；语音交互；3D打印

引言

党的十八大以来，中国已经进入新时代，成为一个经济大国， 2017 年 7 月，中华人民共和国国务院发布的《新一代人工智能发展规划》中指出，经济发展进入新常态，深化供给侧结构性改革任务非常艰巨，必须加快人工智能深度应用，培育壮大人工智能产业，为国家经济发展注入新动能。机器人产业是中国“十三五”国家战略性新兴产业，是人工智能产业的重要组成部分。近年来，中国出台了一系列支持机器人产业的政策。其中2017 年发布的《新一代人工智能发展规划》指出，培育壮大人工智能产业，深化供给侧结构性改革，为中国经济发展注入新动能。目前，我国国内的机器人大多应用在工业生产中，在服务行业中比较少见。在服务行业中很多也应用于餐厅，只会寻迹到达相关指定的地点。本项目基于STM32单片机技术的服务机器人设计，主要应用有礼貌迎宾、语音导游、舞蹈动作三大功能。巡线避障采用与人体相类似的结构，不仅可以直线滑行还可以像人类一样地走路。礼貌迎宾舞蹈要求机器人不仅可以直线行走、还要求机器人的左右手臂肩部、腕部可以转动，模拟人类手臂的简单动作，脸部也有相应的微笑功能以示友好的象征。语音导游可与人进行自然语言交互，可以操纵机器人运动，机器人可以介绍实验室、学校、银行、政府、超市、旅游景点等地方的基本情况，并回答来宾的问题。

1.总体设计

1.1整体设计方案。

机器人整体采用STM32单片机作为控制核心，通过语音交互模块、电机驱动模块、遥控模块等来实现对机器人的控制。采用EasyEDA绘制主控板、运动控制板、遥控板的PCB图。每个模块分别调试，调试完成后，整合所有模块。

1.2设计优化。

在设计前期，曾考虑过使用传统51单片机。但是传统的8位的51单片机没有足够的中断，处理能力也相对较差，无法同时驱动多个模块。为了实现对多个模块的控制，在此次的设计中采用了STM32F103ZET6型芯片，但是也提高了成本。在語音识别模块上，语音识别的准确性存在问题，经常出现误识别。所以需要增加抗干扰电路，优化电路，优化程序改变识别算法，从而提高电路的稳定性和识别的准确性。机器人的运动系统方面，加入了遥控功能，使机器人的运动既能通过遥控控制也可通过语音指令控制。

2.系统功能分析

2.1外观设计介绍

外观采用3D建模软件SolidWorks绘制，通过3D打印技术把整体外部框架打印出来并完成搭建。

2.2主控板

主控板采用STM32F103ZET6芯片作为“大脑”，该芯片配置十分强悍，能提供多个中断，完全符合设计的需求，可以实现同时控制多个模块的功能，汇编语言简单。

2.3语音识别模块

采用LD3320语音识别模块和STM32最小系统。LD3320芯片是一款语音识别专用的芯片。该芯片使用简便，不需要外接任何辅助芯片，可直接集成在现有的产品上即可实现人机交互的功能。

2.4遥控器模块

遥控器的控制板采用miniSTM32的芯片，集成了一块OLED显示屏和两个3D摇杆模块。显示屏上可显示机器人开关机的动画和运动状态的动画。摇杆模块可用于实现遥控控制运动的功能。

3.成品

4. 结论

服务机器人作为一种半自主或全自主工作的机器人，能够完成有益于人类的服务工作，如搬运、清洁、救援等。随着智能服务机器人逐渐走进人们的社会生活领域，它将对提高人类生活质量和服务行业带来深刻的影响。在智能服务机器人的应用过程中，将从人们的实际需求出发，借鉴国内外机器人研究案例，学习如何设计机器人，从而引发更多大学生对智能服务机器人的相关技术研究更多的关注和应用。

参考文献：

[1]黄人薇，洪洲.服务机器人关键技术与发展趋势研究[J].2018.

[2]刘泽宇.人形交互式服务机器人研究现状及发展趋势[J].2018.

[3]张洋，严汉宇，刘军.原子教你玩STM32[M].2013.

[4]黄晓运，田学友，杨涛，汪语哲，冉春秋.基于STM32的智能服务型多功能多足机器人.2018.

项目：大学生创新创业训练计划，编号201711819077。