为办理以后大部分家庭效劳机器人没有具有行走功用或只存在简略的避障才能等问题，本文计划一种基于STM32的家庭效劳机器人体系。全部体系由轮式机器人、XBee调和器、RFID聪明地板跟上位机构成。轮式机器人由主板、传感器模块、射频模块、舵机模块、电源模块跟机器人金属主体构成，传感器模块包罗电子罗盘、红外传感器跟RFID读卡器。主板以ARMCortex-M3内核微处理器STM32F103VCT6为焦点停止开辟，收罗传感器模块数据信息，实现机器人与XBee调和器之间的通讯毗邻。该体系正在模拟智能家居的情况下经由过程自立决议计划不变跟高效天实现设定使命，可能知足家庭效劳机器人的使用要求。跟着人工智能跟传感器技巧的开展，机器人已从工场的结构化情况进入人们的日常生活情况，机器人不只能自立实现事情，借能与人配合协作实现使命或正在人的指点下实现使命。家庭效劳机器人是智能家居体系的一个紧张组成部分，在生活中的作用愈来愈紧张。以后，大部分的家庭效劳机器人没有具有行走功用或只存在简略的避障才能，机器人的研讨良多依赖于仿真实现，可是现实情况跟仿真成果能够天差地别。也有一些研讨将问题复杂化，反而奔忙了更多的弯路。针对以后家庭效劳机器人的缺乏跟古代智能效劳机器人的要求，本文提出一种基于STM32的家庭效劳机器人体系的设计方案。该计划模拟智能家居情况，简化了定位方法，无效天应用了ZigBee技巧低成本、低功耗的特色[3]，计划出一个适合巨细的轮式机器人停止实验，实验结果表明机器人可能实现预期方针并表现出较强的自立决议计划才能。1体系整体设计方案全部家庭效劳机器人体系次要由四部门构成，包罗铺满RFID聪明地板的模拟智能家居情况、挪动的轮式机器人、XBee调和器和上位机。智能家居情况计划长为3.25米，宽为2米，铺满RFID智能地板，分开成厨房跟客堂两个房间，中央的房门宽0.3米。厨房有水槽、搁板、智能冰箱等电器，客堂有餐桌、餐椅等。RFID智能地板的摆列信息给机器人供给精确定位。轮式机器人担任来回厨房与客堂之间给效劳工具运送物品，是全部体系的焦点部门。XBee调和器是基于ZigBee技巧的无线传输模块，担任数据快捷不变天传送。上位机次要担任数据的吸收、处置惩罚跟控制指令的下达等。2体系事情原理跟流程体系的次要事情流程是：上位机输入使命下令，该下令经由过程XBee调和器发送给轮式机器人。机器人收到使命下令后从休眠形式启动，读取智能地板RFID定位信息，将该及时地位信息上传到上位机，以显现机器人运动轨迹。机器人经由过程传感器模块检测自身姿态跟周围障碍物环境，自立决议计划挪动至方针地位抓取物品，运送到最终目标地位给效劳工具利用。此中，轮式机器人是全部体系计划的重点。2.1XBee调和器事情流程XBee调和器是最早启动的XBee收集节点，次要实现XBee收集的组网功用跟数据的收发功用，此中组网功用包罗XBee收集的树立和子节点的入网。起首，正在XBee调和器上电复位后对包罗硬件跟软件的各个模块停止初始化。然后，起头扫描信道、停止能量检测、取舍信道和取舍适合的PANID。胜利之后便播送收集ID、信道，XBee收集便树立了。之后，XBee调和器进入监听形态，守候子节点发送入网要求旌旗灯号，收到入网要求后调和器容许子节点入网并分派收集短地点给子节点，那便实现了节点的入网功用。最初，XBee调和器将上位机数据发送给子节点射频模块，启动轮式机器人，正在收到来自子节点的数据要求后，将接收数据并经由过程串口线传输给上位机，那就是数据的收发功用。2.2轮式机器人事情流程轮式机器人是使命的履行设备，来回于厨房跟客堂两个房间之间，精确跟高效天履行用户工具发送的各类下令使命，并发送机器人坐标数据给XBee调和器停止以下事情。起首，轮式机器人上的XBee模块须要初始化跟发送入网要求，实现节点入网。然后，XBee模块吸收XBee调和器传输的使命下令数据，主板对各传感器模块初始化。RFID读卡器读取智能地板坐标数据，发送给XBee调和器。电子罗盘获得机器人以后的姿态信息。红外传感器检测机器人所处情况的障碍物距离，主板节制启动由左右两个接连扭转舵机构成的挪动轮。机器人经由过程自立决议计划计划门路，挪动至方针地位，启动机器臂抓取物品，此中机器臂由多个角度舵机构成。正在机器臂连结抓取物品的形态下，再次计划门路挪动至终极地址，机器臂精确将物品放在方针地位。实现使命后机器人返回肇端地位，进入休眠形式。3关键环节计划3.1机器人硬件结构设计轮式机器人采取模块化的计划准则，使机器人的计划为模块化方法，并采取分层节制，有利于综合性能的施展[4]。将机器人体系分为五个部门：主板、传感器模块、无线射频模块、舵机模块跟电源模块。轮式机器人的布局框图如图1所示。
3.1.1主板主板是针对该轮式机器人计划，采取ARMCortex-M3内核的STM32F103VCT6处理器，主板资源包罗SDRAM、NANDFlash，UART接口、GPIO接口、SPI接口跟JTAG接口。帮助的资源有USB接口、定时器等。主板的计划专门为射频模块、传感器模块跟机器臂模块供给了接口，简化了电路布局，使控制器集成度更高，运转加倍不变跟高效，从而勤俭硬件本钱。3.1.2传感器模块传感器模块由传感器跟响应的旌旗灯号调节电路构成。轮式机器人利用的传感器包罗红外传感器、电子罗盘跟RFID读卡器。依据轮式机器人挪动进程中检测障碍物距离的精度要求，红外传感器采取的型号为SharpGP2D12，离别装置正在机器人后方、左前方、右前方、左侧跟右边五个地位。电子罗盘采取GY-80九轴模块中的HMC5883L三轴电子罗盘，可以正在庞大情况下测得精确方位值，抗磁电干扰能力较强。RFID读卡器采取Parallax公司的低频段28140读卡器，可读取125kHz标签。3.1.3射频模块射频模块是设备之间通讯的次要模块，担任全部收集的数据传输事情。射频模块采取基于ZigBee技巧的XBee无线传输模块，该模块覆盖面积大且容易设置，是机器人通信组网的不错取舍。XBee调和器由XBee无线模块跟XBeeUSB适配板构成。XBeeUSB适配板是专门为XBee无线模块配套计划，经由过程利用该模块，可以正在PC机利用配套的X-CTU软件对XBee无线模块停止设置及串口通信监控。XBee调和器经由过程USB线与上位机毗邻通讯。3.1.4舵机模块舵机模块分为机器臂舵机跟挪动轮舵机，机器臂由角度舵机跟金属杆件构成。五个角度舵机组成五自由度机器臂，尺寸巨细与搭建智能家居情况婚配，为保障机器臂举措精度，采取HS-322HD角度舵机。挪动轮舵机利用Parallax接连扭转舵机。3.1.5电源模块依据各个组成部分事情的场所跟特色的分歧，采取分歧的供电形式，轮式机器人采取电池供电的形式，而XBee调和器则要始终连结事情形态，以是采取上位机USB供电的形式。电源模块与主板相连，而主板留有接口给传感器模块、射频模块跟舵机模块，经由过程接口给传感器模块、射频模块跟舵机模块停止供电。因为RFID读卡器对电流要求较下，是以主板跟RFID读卡器离开利用双电源供电。3.2机器人软件设计3.2.1驱动节制计划驱动节制计划包罗各个模块的初始化、模块之间的通讯跟上位机软件计划。该文采取与STM32F103VCT6配套的MDK-ARM作为开辟情况，实现各个模块初始化跟通讯，上位机软件采取VC++开辟。详细的各个模块软件实现的功用及事情流程正在体系的事情原理跟流程中曾经先容，这里不再叙述。
物料分拣机器人的缺点3.2.2门路计划门路计划次要可分为全局门路计划跟部分门路计划，前者是指正在情况信息完整已知的环境下，机器人计划一条从初始地位到方针地位的无碰撞最优门路;后者因为情况信息是未知的，需思量部分的特定环境去停止门路调剂。机器人挪动进程中应用电子罗盘停止姿态调剂，即调剂前进方向，尽力探求一条最快速的门路达到方针地位。机器人姿态调剂次要在于以后地位跟前一地位与方针地位的距离，包罗横向距离跟纵向距离。若以后地位与方针地位的横向距离跟纵向距离离别小于或许即是前一地位与方针地位的横向距离跟纵向距离，评释机器人与方针地位的距离正在渐渐缩小，机器人正在晨方针地位行进，不然便解释机器人不按预期的轨迹行进，须要再次停止姿态调剂。姿态调剂示意图如图2所示。部分门路计划包罗避障处置惩罚、振荡地位剖析、房门地位搜刮跟过房门战略剖析。正在机器人挪动进程中，须要不休探测周围环境，从而更好天决意下一步举措。五个红外传感器数据使机器人时辰把握周围环境，避障处置惩罚要求机器人公道避开障碍物，向方针地位挪动。振荡地位指的是机器人不克不及顺遂经由过程某一地位，而正在那一点四周重复往返走动。若是肇端地位跟方针地位离别正在两个房间，正在全局门路计划思惟的指点下，机器人会正在两间房的公用墙边不休彷徨。振荡地位剖析示意图如图3所示。
分拣机器人控制部分自动分拣机器人的优势当机器人达到振荡地位时，须要调剂门路计划战略，此时抛却全局门路计划战略，取舍间接以公用墙为基准墙搜刮房门。沿墙奔忙算法的根本划定规矩是：当机器人不休接近墙面时须要调剂两轮速差使机器人晨偏离墙面的标的目的行进;当机器人不休阔别墙面时，则须要调剂两轮速差，使机器人晨接近墙面的标的目的行进。综合调剂的成果是机器人的行进轨迹是以基准线为轴的类正弦曲线，沿墙奔忙轨迹如图4所示。过房门是机器人实现使命必不可少的一个环节，怎样确保机器人顺遂穿过房门是使命胜利的要害。机器人筹备过房门时并不是正对房门，能够向左侧或许右边分歧水平的倾斜。依据倾斜水平的分别，机器人检测绝对应的红外传感器距离值，不休调剂机器人姿态，使机器人正对房门并顺遂经由过程。
4结束语本文计划的家庭效劳机器人体系，为智能家居情况效劳工具的需要使命提出了具体可行的解决方案。全部体系使用了基于XBee模块的主流无线通信技巧，以保证数据的传输速率。另外，对轮式机器人的模块化计划存在布局简略跟机能不变等特色，大大提高了家庭效劳机器人的可靠性，而且降低了体系的硬件本钱。自立决议计划进程中的门路计划，使得机器人可能快捷沿着最合适的门路挪动。总之，该计划系统对家庭效劳机器人相关问题的办理供给了可鉴戒的方式。
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