基于Gene8310的嵌入式家庭服務機器人系統設計

在此，把前進的方向作為正方向，把后退的方向作為負方向，統一起來分析，設在某一時刻，左、右行走輪的速度為vL 、vR ，左、右行走輪角速度為ωL、ωR ，在很短的時間間隔Δt 內，機器人的方向和線速度可以近似認為不改變。兩行走輪與地面接觸點之間的距離（即機器人兩行走輪的跨距）為l。

在行走過程中，主控制系統把規劃好的路徑轉變成隨時間變化的兩個獨立驅動輪的角速度的控制，通過驅動器和電動機，分別去驅動兩個驅動輪，兩個驅動輪的角速度都要根據規劃路徑的變化而變化。當家庭成員發出指令讓機器人去指定地點的時候，機器人根據事先規劃好的路徑自主到達指定的目的地。

3 無線通訊

家庭服務機器人的無線通訊指的是人與機器人的遠程通訊，最好利用現有的家庭成員的物件稍加改進皆可以實現對服務機器人的操作。本設計基于當前比較普及的手機短信來實現對機器人的遠程通訊，在機器人控制系統上加一個手機模塊，然后通過家庭成員的手機發短信來控制機器人。

本設計采用的GPRS模塊為wavecom公司的Q2501B，可以快速、安全、可靠的實現數據通信、語音傳輸、短消息服務，擁有Open AT指令接口，支持文本和PDU模式的短消息，可以方便的通過串口發送AT指令來操作，值得一提的是，Q2501B模塊內部還集成了一個GPS模塊，定位精度3m。可以方便的將機器人的位置信息通過短消息傳送給終端。

機器人的遠程遙控主要是通過手機短信的方式實現的，在外的家庭成員通過自己的手機給智能家庭服務機器人發送控制指令，機器人收到控制指令執行相應的動作，如圖4所示。

4 人機交互

家庭服務機器人的人機交互包括家庭成員對機器人的命令以及機器人對家庭成員的反饋。本設計中的是實現人與機器人的語音交互。

本設計中家庭服務機器人可以完成人臉的識別，跟蹤，將人臉用紅色矩形框標示出來。如圖5所示。

4.1 人臉檢測

本設計采用人臉膚色模型結合相似度以及人臉輪廓來檢測和定位人臉。在YCbCr 色彩空間（其中Y 表示亮度, Cb 表示飽和度，Cr 表示色調）中Y 值不同的地方，CbCr 子平面中膚色聚類區域是不同的，膚色聚類區域隨Y 變化而呈現出非線性變化。考慮Y 值的影響，對YCbCr 色彩格式進行非線性分段色彩變換，再將變換后的圖形投影到Cb-Cr二維子空間就可以得到實用的人臉膚色聚類模型。根據該模型，可采用基于相似度的方法來檢測人臉。為了消除亮度對人臉膚色的影響，定義r=R/(R+G+B)，b=B/(R+G+B)，把三維基色空間降解成二維的半基色空間，然后用基于頻域的同態濾波法對圖像進行光照補償處理。這樣就能大大地提高人臉檢測的準確率。

4.2 語音識別

本設計采用的語音識別引擎是基于漢語語義識別的語音識別系統，其對于漢字的識別有2000個漢字，可以滿足家居生活對話的基本需求，當前機器人與人的對話可以實現生活常識、旅游常識、腦筋急轉彎、背詩、聊天等功能，給家庭成員提供娛樂、教育、幫助等功能。