引言
隨著人工智能和傳感器技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人已從工廠的結(jié)構(gòu)化環(huán)境進(jìn)入人們的日常生活環(huán)境，機(jī)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(jī)器人是智能家居系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，在生活中的作用越來越重要。當(dāng)前，大部分的家庭服務(wù)機(jī)器人不具備行走功能或只具有簡(jiǎn)單的避障能力，機(jī)器人的研究很多依賴于仿真實(shí)現(xiàn)，但是現(xiàn)實(shí)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(duì)當(dāng)前家庭服務(wù)機(jī)器人的不足和現(xiàn)代智能服務(wù)機(jī)器人的要求，本文提出一種基于STM32的家庭服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該方案模擬智能家居環(huán)境，簡(jiǎn)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(diǎn)，設(shè)計(jì)出一個(gè)合適大小的輪式機(jī)器人進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期目標(biāo)并體現(xiàn)出較強(qiáng)的自主決策能力。
1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案
整個(gè)家庭服務(wù)機(jī)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(dòng)的輪式機(jī)器人、XBee協(xié)調(diào)器以及上位機(jī)。
智能家居環(huán)境設(shè)計(jì)長(zhǎng)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(gè)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(jī)器人提供準(zhǔn)確定位。輪式機(jī)器人負(fù)責(zé)往返廚房與客廳之間給服務(wù)對(duì)象運(yùn)送物品，是整個(gè)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(fù)責(zé)數(shù)據(jù)快速穩(wěn)定地傳遞。上位機(jī)主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收、處理和控制指令的下達(dá)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(jī)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(jī)器人。機(jī)器人收到任務(wù)命令后從休眠模式啟動(dòng)，讀取智能地板RFID定位信息，將該實(shí)時(shí)位置信息上傳到上位機(jī)，以顯示機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡。機(jī)器人通過傳感器模塊檢測(cè)自身姿態(tài)和周圍障礙物情況，自主決策移動(dòng)至目標(biāo)位置抓取物品，運(yùn)送到最終目標(biāo)位置給服務(wù)對(duì)象使用。其中，輪式機(jī)器人是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。
2.1 XBee協(xié)調(diào)器工作流程
XBee協(xié)調(diào)器是最先啟動(dòng)的XBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，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(diǎn)的入網(wǎng)。
首先，在XBee協(xié)調(diào)器上電復(fù)位后對(duì)包括硬件和軟件的各個(gè)模塊進(jìn)行初始化。然后，開始掃描信道、進(jìn)行能量檢測(cè)、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(jìn)入監(jiān)聽狀態(tài)，等待子節(jié)點(diǎn)發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求信號(hào)，收到入網(wǎng)請(qǐng)求后協(xié)調(diào)器允許子節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)并分配網(wǎng)絡(luò)短地址給子節(jié)點(diǎn)，這就實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)的入網(wǎng)功能。最后，XBee協(xié)調(diào)器將上位機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)送給子節(jié)點(diǎn)射頻模塊，啟動(dòng)輪式機(jī)器人，在收到來自子節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求后，將接收數(shù)據(jù)并通過串口線傳輸給上位機(jī)，這就是數(shù)據(jù)的收發(fā)功能。
