基于Gene8310的嵌入式家庭服务机器人系统设计

在此，把前进的方向作为正方向，把后退的方向作为负方向，统一起来分析，设在某一时刻，左、右行走轮的速度为vL 、vR ，左、右行走轮角速度为ωL、ωR ，在很短的时间间隔Δt 内，机器人的方向和线速度可以近似认为不改变。两行走轮与地面接触点之间的距离（即机器人两行走轮的跨距）为l。

在行走过程中，主控制系统把规划好的路径转变成随时间变化的两个独立驱动轮的角速度的控制，通过驱动器和电动机，分别去驱动两个驱动轮，两个驱动轮的角速度都要根据规划路径的变化而变化。当家庭成员发出指令让机器人去指定地点的时候，机器人根据事先规划好的路径自主到达指定的目的地。

3 无线通讯

家庭服务机器人的无线通讯指的是人与机器人的远程通讯，最好利用现有的家庭成员的物件稍加改进皆可以实现对服务机器人的操作。本设计基于当前比较普及的手机短信来实现对机器人的远程通讯，在机器人控制系统上加一个手机模块，然后通过家庭成员的手机发短信来控制机器人。

本设计采用的GPRS模块为wavecom公司的Q2501B，可以快速、安全、可靠的实现数据通信、语音传输、短消息服务，拥有Open AT指令接口，支持文本和PDU模式的短消息，可以方便的通过串口发送AT指令来操作，值得一提的是，Q2501B模块内部还集成了一个GPS模块，定位精度3m。可以方便的将机器人的位置信息通过短消息传送给终端。

机器人的远程遥控主要是通过手机短信的方式实现的，在外的家庭成员通过自己的手机给智能家庭服务机器人发送控制指令，机器人收到控制指令执行相应的动作，如图4所示。

4 人机交互

家庭服务机器人的人机交互包括家庭成员对机器人的命令以及机器人对家庭成员的反馈。本设计中的是实现人与机器人的语音交互。

本设计中家庭服务机器人可以完成人脸的识别，跟踪，将人脸用红色矩形框标示出来。如图5所示。

4.1 人脸检测

本设计采用人脸肤色模型结合相似度以及人脸轮廓来检测和定位人脸。在YCbCr 色彩空间（其中Y 表示亮度, Cb 表示饱和度，Cr 表示色调）中Y 值不同的地方，CbCr 子平面中肤色聚类区域是不同的，肤色聚类区域随Y 变化而呈现出非线性变化。考虑Y 值的影响，对YCbCr 色彩格式进行非线性分段色彩变换，再将变换后的图形投影到Cb-Cr二维子空间就可以得到实用的人脸肤色聚类模型。根据该模型，可采用基于相似度的方法来检测人脸。为了消除亮度对人脸肤色的影响，定义r=R/(R+G+B)，b=B/(R+G+B)，把三维基色空间降解成二维的半基色空间，然后用基于频域的同态滤波法对图像进行光照补偿处理。这样就能大大地提高人脸检测的准确率。

4.2 语音识别

本设计采用的语音识别引擎是基于汉语语义识别的语音识别系统，其对于汉字的识别有2000个汉字，可以满足家居生活对话的基本需求，当前机器人与人的对话可以实现生活常识、旅游常识、脑筋急转弯、背诗、聊天等功能，给家庭成员提供娱乐、教育、帮助等功能。