基于Gene8310的嵌入式家庭服務(wù)機器人系統設計

針對家庭服務(wù)機器人的任務(wù)要求，將機器人控制系統分成以下模塊：嵌入式系統、攝像頭、揚聲器、麥克風(fēng)、人臉跟蹤系統、語(yǔ)音識別系統、無(wú)線(xiàn)通訊系統等。嵌入式系統采用Gene8310微型主板作為硬件平臺，運行Windows操作系統；人臉跟蹤系統、語(yǔ)音識別系統是運行在Windows操作系統下面的基于VC的程序；無(wú)線(xiàn)通訊系統是基于Q2501B的GPRS通訊模塊；動(dòng)作控制是基于PIC16F877A的7自由度伺服電機的控制；行走控制是雙行走輪差動(dòng)控制的驅動(dòng)方式。

2.2 動(dòng)作控制系統設計

家庭服務(wù)機器人的動(dòng)作主要是讓機器人模擬人的手臂關(guān)節，以便機器人實(shí)現人的一些動(dòng)作，本論文設計的機器人手臂有三個(gè)自由度，分別模擬人體的肩關(guān)節、肘關(guān)節，可以實(shí)現抬臂、彎臂、擺臂等動(dòng)作，一個(gè)手臂三個(gè)自由度的組合，可以實(shí)現握手、揮手、招手等動(dòng)作，兩個(gè)手臂的組合又可以實(shí)現鼓掌、擁抱等人的基本動(dòng)作。

2.3 行走控制系統設計

家庭服務(wù)機器人行走控制系統采用的是雙行走輪差動(dòng)控制的驅動(dòng)方式，機器人的模型如圖3所示。這里我們假定機器人和地面之間是純滾動(dòng)的，行走輪只旋轉不打滑，得到運動(dòng)學(xué)模型公式：

式中： (x, y)為機器人中心O點(diǎn)的參考坐標；θ為機器人中心O點(diǎn)的運動(dòng)方向角；ν為機器人中心O點(diǎn)的速度；ω為機器人差動(dòng)轉向的角速度。

根據上述數學(xué)模型，結合機器人的結構特點(diǎn)，把機器人的運動(dòng)簡(jiǎn)化為與地面接觸的兩點(diǎn)運動(dòng)，兩點(diǎn)的位置決定了機器人的位置，兩點(diǎn)的運動(dòng)狀態(tài)決定了機器人的運動(dòng)狀態(tài)。圖3中XOY為全局坐標系，xoy為機器人坐標系，O為速度瞬心。