任喜鵬 李曉鵬 高嘉偉 劉奕男

關(guān)鍵詞：STM32;送餐機器人;智能化

1.機器人的研究意義和現(xiàn)狀

隨著科技的發(fā)展，智能化的需求也越來越迫切，人們將簡單的繁瑣的工作交給機器人，解放人類的勞動能力，傳統(tǒng)餐飲行業(yè)單純依靠人工手段來手寫點菜、記賬，上菜，這樣不僅浪費了大量的勞動力在這樣低價值的工作上，而且員工存在疲憊，工作效率低等情況，面對這個的現(xiàn)狀由此設(shè)計了本款送餐機器人用來解決這些問題，本產(chǎn)品具有送餐，迎賓，菜品介紹等功能，實現(xiàn)這些功能采用了尋跡，圖像處理，語音控制，pwm控制等技術(shù)，成功的實現(xiàn)了本款產(chǎn)品實際的初衷。通過餐飲服務(wù)的智能化，可以降低成本，出錯率也隨之降低，可見研究這個送餐機器人是非常有意義的。

2.系統(tǒng)總體設(shè)計

智能送餐機器人的主控芯片采用STM32芯片，同時具有超聲波測距模塊，攝像頭識別系統(tǒng)和語音系統(tǒng)，通過攝像頭檢測到目標位置后，返回給主控芯片，中控芯片在接收到信息傳回后，通過pwm波的控制，給電機進行驅(qū)動，在機器人的運行過程中，向前發(fā)出超聲波，通過接收傳回的信號計算出機器人前方是否存在障礙物，如果遇到障礙物，停止，進行避障動作，遇到人時，通過攝像頭進行區(qū)分，并啟動語音系統(tǒng)，進行與顧客的溝通。

3.系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1主控芯片

主控芯片采用 STM32F103C8T6是一款由意法半導(dǎo)體公司（ST）推出的基于Cortex-M3內(nèi)核的32位微控制器，硬件采用LQFP48封裝，屬于ST公司微控制器中的STM32系列，該芯片內(nèi)部8MHz時鐘HSI最高可倍頻到64MHz，外部8MHz時鐘HSE最高可倍頻到72MHz，可對外部數(shù)據(jù)進行快速處理，四個定時器，3個串口通道可以同時對多個模塊的傳回數(shù)據(jù)進行處理，同時具有64K Flash和20K SRAM，較低的價格和優(yōu)秀的性能，使其成為性價比較高的最佳選擇。

3.2避障系統(tǒng)

超聲波模塊采用IO口TRIG觸發(fā)測距，給至少10us的高電平信號;模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回;有信號返回，通過IO口ECHO輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。測試距離=（高電平時間*聲速（340M/S））/2;本模塊使用方法簡單，一個控制口發(fā)一個10US以上的高電平，就可以在接收口等待高電平輸出。一有輸出就可以開定時器計時，當此口變?yōu)榈碗娖綍r就可以讀定時器的值，此時就為此次測距的時間，方可算出距離。當測得的距離小于2m時，中控芯片通過pwm控制來使機器人進行減速，當被測物體和機器人小于80cm時，機器人停止運動。等待2s，重新檢測，若障礙物消失，則繼續(xù)按照原定軌跡行駛，如果障礙物依舊存在，則采用差速的辦法，使機器人向右移動，同時檢測前方是否存在障礙物，直到檢測到?jīng)]有障礙物后，向前行駛，3秒后，檢測原路線是否存在障礙物，若沒有，返回原線路繼續(xù)行駛。

3.3尋跡系統(tǒng)

本產(chǎn)品采用信標尋跡的方式，通過攝像頭來捕捉地面上的標志，通過標志物的設(shè)定給機器人規(guī)劃出一條運動軌跡，通過標志物的不同來進行區(qū)分。攝像頭的選擇選用openmvH7是一款小巧，低功耗，低成本的電路板，它具有豐富的庫函數(shù)可以直接進行調(diào)用。通過Python語言的指令進行控制，可以更為簡單的完成視覺算法的解析和應(yīng)用。它具有一個SPI總線高達100Mbs速度，快速的數(shù)據(jù)處理能力，可以更好的捕捉所需要的信息。通過這款攝像頭可以識別出圖像中多達16種顏色，并且每種顏色都可以有任意數(shù)量的不同的色塊。精度很高，應(yīng)用顏色識別功能，機器人就可以通過檢測地面上標志物的顏色，向目標進行行駛，也就是說，你可以通過擺放標志物的位置，來規(guī)劃出任意一條行駛線路。當行駛到固定位置時，機器人通過掃描餐桌上的號碼進行確認送餐地點，到達目的后開啟語音系統(tǒng)，提示顧客進行取餐。

3.5語音系統(tǒng)

語音模塊采用LD3320模塊，該模塊功耗低，性價比高，該芯片集成了語音識別處理器和一些外部電路，包括AD、DA轉(zhuǎn)換器、麥克風接口、聲音輸出接口等。不需要外接任何的輔助芯片如Flash、RAM等，直接集成在現(xiàn)有的產(chǎn)品中即可以實現(xiàn)語音識別/聲控/人機對話功能。真正提供了單芯片的語音識別解決方案。在LD332X內(nèi)部，固化有高效的非特定人語音識別搜索引擎模塊和完整的非特定人語音識別特征庫，以及專為語音識別而作的硬件優(yōu)化和加速設(shè)計。通過攝像頭來識別人臉后，運行編寫好的程序，向顧客進行問候，用麥克風采集聲音信號，經(jīng)過濾波、放大處理后送入LD3320非特定語音識別模塊進行語音識別處理，處理結(jié)果通過串口送入主控芯片STM32F103C8T6中，做出不同的反應(yīng)，來完成人機交流。

4.總結(jié)

該送餐機器人通過圖像采集，識別到進一步做出相應(yīng)的反應(yīng)，采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多種復(fù)雜算法，通過功能模塊化的方式，將各個模塊進一步連成一個整體，從而實現(xiàn)項目的功能完成。這款送餐機器人不僅可以承擔冗雜單調(diào)的工作，解放勞動力，提高餐飲業(yè)的利潤，而且通過這種新穎的服務(wù)方式，可以給顧客以不一樣的體驗，通過設(shè)置不同的外觀，搭配相應(yīng)的主題，從而達到吸引流量的作用。高性能，低成本的性價比，使送餐機器人更加符合餐飲業(yè)智能化的市場需求。

參考文獻

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[3]張淑清.嵌入式單片機STM32原理及應(yīng)用

作者簡介：任喜鵬（2000-），男，漢族，吉林省汪清縣人，長春大學(xué)本科在讀，電氣工程及其自動化專業(yè)

通訊作者：程廣亮（1975-）男，漢族，吉林省長春市人，研究生碩士，講師，研究方向：工業(yè)機器人，仿真機器人

基金項目：2021年吉林省大學(xué)生實踐創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目“送餐機器人”（2021GJ008）