引言
隨著人工智能和傳感器技術(shù)的發(fā)展，機器人已從工廠的結(jié)構(gòu)化環(huán)境進入人們的日常生活環(huán)境，機器人不僅能自主完成工作，還能與人共同協(xié)作完成任務(wù)或在人的指導(dǎo)下完成任務(wù)。家庭服務(wù)機器人是智能家居系統(tǒng)的一個重要組成部分，在生活中的作用越來越重要。當前，大部分的家庭服務(wù)機器人不具備行走功能或只具有簡單的避障能力，機器人的研究很多依賴于仿真實現(xiàn)，但是現(xiàn)實情況和仿真結(jié)果可能大相徑庭。也有一些研究將問題復(fù)雜化，反而走了更多的彎路。
針對當前家庭服務(wù)機器人的不足和現(xiàn)代智能服務(wù)機器人的要求，本文提出一種基于STM32的家庭服務(wù)機器人系統(tǒng)的設(shè)計方案。該方案模擬智能家居環(huán)境，簡化了定位方式，有效地利用了ZigBee技術(shù)低成本、低功耗的特點，設(shè)計出一個合適大小的輪式機器人進行試驗，試驗結(jié)果表明機器人能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期目標并體現(xiàn)出較強的自主決策能力。
1 系統(tǒng)整體設(shè)計方案
整個家庭服務(wù)機器人系統(tǒng)主要由四部分組成，包括鋪滿RFID智慧地板的模擬智能家居環(huán)境、移動的輪式機器人、XBee協(xié)調(diào)器以及上位機。
智能家居環(huán)境設(shè)計長為3.25米，寬為2米，鋪滿RFID智能地板，分隔成廚房和客廳兩個房間，中間的房門寬0.3米。廚房有水槽、擱板、智能冰箱等電器，客廳有餐桌、餐椅等。RFID智能地板的排列信息給機器人提供準確定位。輪式機器人負責往返廚房與客廳之間給服務(wù)對象運送物品，是整個系統(tǒng)的核心部分。XBee協(xié)調(diào)器是基于ZigBee技術(shù)的無線傳輸模塊，負責數(shù)據(jù)快速穩(wěn)定地傳遞。上位機主要負責數(shù)據(jù)的接收、處理和控制指令的下達等。
2 系統(tǒng)工作原理和流程
系統(tǒng)的主要工作流程是：上位機輸入任務(wù)命令，該命令通過XBee協(xié)調(diào)器發(fā)送給輪式機器人。機器人收到任務(wù)命令后從休眠模式啟動，讀取智能地板RFID定位信息，將該實時位置信息上傳到上位機，以顯示機器人運動軌跡。機器人通過傳感器模塊檢測自身姿態(tài)和周圍障礙物情況，自主決策移動至目標位置抓取物品，運送到最終目標位置給服務(wù)對象使用。其中，輪式機器人是整個系統(tǒng)設(shè)計的重點。
2.1 XBee協(xié)調(diào)器工作流程
XBee協(xié)調(diào)器是最先啟動的XBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，主要完成XBee網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)功能和數(shù)據(jù)的收發(fā)功能，其中組網(wǎng)功能包括XBee網(wǎng)絡(luò)的建立和子節(jié)點的入網(wǎng)。
首先，在XBee協(xié)調(diào)器上電復(fù)位后對包括硬件和軟件的各個模塊進行初始化。然后，開始掃描信道、進行能量檢測、選擇信道以及選擇合適的PAN ID。成功之后就廣播網(wǎng)絡(luò)ID、信道，XBee網(wǎng)絡(luò)就建立了。之后，XBee協(xié)調(diào)器進入監(jiān)聽狀態(tài)，等待子節(jié)點發(fā)送入網(wǎng)請求信號，收到入網(wǎng)請求后協(xié)調(diào)器允許子節(jié)點入網(wǎng)并分配網(wǎng)絡(luò)短地址給子節(jié)點，這就實現(xiàn)了節(jié)點的入網(wǎng)功能。最后，XBee協(xié)調(diào)器將上位機數(shù)據(jù)發(fā)送給子節(jié)點射頻模塊，啟動輪式機器人，在收到來自子節(jié)點的數(shù)據(jù)請求后，將接收數(shù)據(jù)并通過串口線傳輸給上位機，這就是數(shù)據(jù)的收發(fā)功能。
