宋雯+郭健

摘 要：為了使人們的生活更加安全、舒適、高效、便利、節(jié)能、環(huán)保，擁有一個(gè)智能的家！我們構(gòu)想制作一個(gè)無(wú)線語(yǔ)音式管家系統(tǒng)，能通過(guò)無(wú)線控制常用家電（電視機(jī)，風(fēng)扇，空調(diào)等）打開(kāi)，能通過(guò)無(wú)線語(yǔ)音控制自動(dòng)窗簾，家用機(jī)器人動(dòng)作，可進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，完善我們的生活，通過(guò)系統(tǒng)控制家用電器，獲取需要的信息，減少人力資源的浪費(fèi)。智能家居能夠創(chuàng)造簡(jiǎn)便、舒適的生活方式，安全、便捷的生活環(huán)境，經(jīng)濟(jì)、節(jié)約的生活平臺(tái)。我們通過(guò)制作這個(gè)系統(tǒng)，降低智能生活的成本，使智能生活離我們更近。

關(guān)鍵詞：無(wú)線；語(yǔ)音式管家；家用電器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.118

1 系統(tǒng)整體概述

在此項(xiàng)目中，依據(jù)要求設(shè)計(jì)出了一個(gè)集語(yǔ)音識(shí)別、模仿人類(lèi)基本動(dòng)作的家用機(jī)器人和可控制家用電器的管家系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，采用語(yǔ)音識(shí)別和無(wú)線控制來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的各個(gè)動(dòng)作，機(jī)器人便可以完成與人類(lèi)一樣的基本動(dòng)作。，反應(yīng)迅速，同時(shí)機(jī)器人也可以依靠裝入的語(yǔ)音系統(tǒng)發(fā)出一些聲音。當(dāng)主人外出時(shí)，機(jī)器人可以自主的在家巡視，將所拍到的場(chǎng)景畫(huà)面發(fā)送給遠(yuǎn)端監(jiān)視器以方便主人查看，遠(yuǎn)程監(jiān)控還可進(jìn)行報(bào)警和阻嚇。

無(wú)線語(yǔ)音管家系統(tǒng)的制作過(guò)程主要依靠程序來(lái)控制，計(jì)算機(jī)將程序下載入進(jìn)傳感器和驅(qū)動(dòng)程序從而遠(yuǎn)程的控制機(jī)器人來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的各個(gè)動(dòng)作。機(jī)器人的設(shè)計(jì)主要包括機(jī)械和電控兩個(gè)部分。機(jī)器人的手臂、腕部、上身、彎腰、底盤(pán)、行走的電機(jī)以及傳動(dòng)系統(tǒng)，都是由電路控制的，是機(jī)器人中最重要的部分。機(jī)械部分的設(shè)計(jì)包括了機(jī)器人底盤(pán)的設(shè)計(jì)以及機(jī)器人的大小和尺寸以及最重要的電機(jī)的部分等。單片機(jī)能夠很好的實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在語(yǔ)音控制方面的能力，設(shè)計(jì)的時(shí)候利用單片機(jī)能夠很方便的實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的語(yǔ)音識(shí)別，機(jī)器人能夠依據(jù)語(yǔ)音的控制在自己的處理器中發(fā)出對(duì)應(yīng)的的指令，作出和人一樣的動(dòng)作。機(jī)器人通過(guò)各種傳感器把外部信息傳遞以單片機(jī)為控制核心的大腦，進(jìn)行判斷處理后，對(duì)應(yīng)的輸出給它的各個(gè)執(zhí)行器件。計(jì)算機(jī)通過(guò)編程和算法，同時(shí)依靠各種傳感器，使得機(jī)器人能夠做出和人一樣豐富和優(yōu)美的動(dòng)作?？傮w方案設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

2 機(jī)械部分

機(jī)器人的機(jī)械部分則主要包括：為底盤(pán)、彎腰、部臂、腕部、手部（夾持器或末端執(zhí)行器）、轉(zhuǎn)身、行走部等。在機(jī)器人的機(jī)械選材方面也比較重要，要方便機(jī)器人的設(shè)計(jì)以及方便機(jī)器人的裝配和制造。

機(jī)器人的底盤(pán)驅(qū)動(dòng)方式如圖2所示，主要采用兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和兩個(gè)萬(wàn)向輪。萬(wàn)向輪主要用于平衡運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)仍能獲得不同的方向；機(jī)器人的彎腰及轉(zhuǎn)身機(jī)構(gòu)則主要采用連桿來(lái)實(shí)現(xiàn)；機(jī)器人的手臂只要由一根橫桿來(lái)固定左右手的兩個(gè)電機(jī)，在橫桿的中間固定一個(gè)電機(jī)，這樣可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人身體和頭部的旋轉(zhuǎn)。為了考慮到機(jī)器人動(dòng)作的多樣性，在機(jī)器人的肩部和手臂上也裝上電機(jī)，機(jī)器人便可以自由的進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。由于鋁質(zhì)材料密度小，在質(zhì)量上也相比于其他的材料來(lái)說(shuō)輕的多，所以就多用鋁來(lái)作為機(jī)器人制作的主要材料。

3 硬件設(shè)計(jì)

電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用橋式換向電路和主控制電路，橋式換向電路則是由繼電器構(gòu)成，可將光電隔離器放置在繼電器和主控電路之間。由于電機(jī)在起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)電流比較大，所以電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和單片機(jī)以及傳感電路用TLP521-4光耦隔離避免電源電壓不穩(wěn)定對(duì)單片機(jī)和傳感器的工作干擾。同時(shí)還能采用相互獨(dú)立的電源供電來(lái)保證整個(gè)系統(tǒng)正常工作。

傳感器電路是機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)自主化的必須部分，將傳感器作為機(jī)器人的檢測(cè)裝置，能感受到被外部事物的信息，并將將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)部，來(lái)滿足機(jī)器人內(nèi)部對(duì)于信息的傳輸和處理。之后計(jì)算機(jī)也會(huì)對(duì)傳感器采集回來(lái)的信號(hào)進(jìn)行處理后，發(fā)送給機(jī)器人相應(yīng)的端口位置，完成相應(yīng)的動(dòng)作。

傳感器電路就是多種傳感器相互配合使用。機(jī)器人在行進(jìn)的過(guò)程中，要能夠及時(shí)的判斷出自己的位置信息，才能夠做出下一步的動(dòng)作即指令。因此機(jī)器人在接收外界信息的時(shí)候，就要有很多的傳感器和接收器。機(jī)器人身上裝有GPS定位來(lái)及時(shí)的判斷出當(dāng)前所在的位置，紅外線傳感器無(wú)線地磁波和光學(xué)測(cè)距器與機(jī)器人身上裝入的攝像頭能夠更加精確的測(cè)量出機(jī)器人的當(dāng)前位置。當(dāng)機(jī)器人在行進(jìn)的過(guò)程中產(chǎn)生劇烈的運(yùn)動(dòng)，就會(huì)有對(duì)應(yīng)的編碼器來(lái)產(chǎn)生相應(yīng)的讀數(shù)，處理器就會(huì)給定相應(yīng)的值對(duì)機(jī)器人進(jìn)行調(diào)整。機(jī)器人在身體上裝有很多的傳感器相互配合，將所收集到的位置信息及時(shí)的轉(zhuǎn)化為電信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的控制。

4 軟件設(shè)計(jì)

為了能實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的復(fù)雜控制，需要進(jìn)行相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì).由于程序量大"控制復(fù)雜"用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)控制系統(tǒng)顯然不太合適，單片機(jī)的c語(yǔ)言作為一種高級(jí)語(yǔ)言"已廣泛使用".它涉及到機(jī)器人的動(dòng)作控制，機(jī)器人的存儲(chǔ)的信息量，機(jī)器人面對(duì)外界環(huán)境的變化做的的反應(yīng)以及應(yīng)對(duì)的措施。c語(yǔ)言作為編制系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的首選語(yǔ)言，語(yǔ)法靈活，在程序控制的時(shí)候，首先對(duì)單片機(jī)就要進(jìn)行初始化，然后編入要進(jìn)行的各項(xiàng)指令。機(jī)器人要想實(shí)現(xiàn)控制，就要及時(shí)的讀取收集到的信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于機(jī)器人的控制。在設(shè)計(jì)相應(yīng)的指令的時(shí)候可以在機(jī)器人讀取到某個(gè)特定的信號(hào)的時(shí)候，做出相對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。將編譯好的程序下載進(jìn)入單片機(jī)之后，信號(hào)發(fā)送到各個(gè)端口，從而來(lái)控制機(jī)器人身上的各個(gè)傳感器，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的相應(yīng)的動(dòng)作。一個(gè)會(huì)舞蹈的機(jī)器人，則可以編寫(xiě)相應(yīng)的程序，讓機(jī)器人在接收到某個(gè)指令后，各個(gè)關(guān)節(jié)執(zhí)行預(yù)先設(shè)計(jì)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)會(huì)舞蹈的機(jī)器人。

5 結(jié)論

無(wú)線語(yǔ)音式管家系統(tǒng)，不但可以實(shí)現(xiàn)各種家用電器的控制，而且實(shí)現(xiàn)了真正的遠(yuǎn)程控制，用戶可以在任何位置通過(guò)語(yǔ)音來(lái)調(diào)整家里的用電設(shè)備，更加節(jié)能、高效、智能化、人性化。機(jī)器人部分使用了語(yǔ)音識(shí)別控制技術(shù)，方便控制機(jī)器人，可通過(guò)語(yǔ)音控制機(jī)器人跳舞，講故事，對(duì)話，動(dòng)作，也可通過(guò)無(wú)線控制機(jī)器人。