西北工業(yè)大學(xué)

陳 蜀，黃海智，白紀(jì)龍，高 原，師行健

1 作品介紹

倉鼠π家居機(jī)器人是一款集環(huán)境改善、安全監(jiān)測(cè)、室內(nèi)清潔、環(huán)境美化等功能于一體的家居服務(wù)類機(jī)器人。機(jī)器人將STM32單片機(jī)作為功能控制的核心芯片，將Jetson Nano主機(jī)作為軟件設(shè)計(jì)核心，在其基礎(chǔ)上開發(fā)出多種功能。產(chǎn)品的主要功能包括物品收納、掃地除塵、拖地清潔、甲醛檢測(cè)與吸除、家電控制、空氣加濕等。

2 產(chǎn)品功能及技術(shù)原理

功能集成是倉鼠π家居機(jī)器人產(chǎn)品的主要特色，具體如圖1所示。

圖1 產(chǎn)品功能

2.1 基礎(chǔ)功能

產(chǎn)品的全向移動(dòng)功能通過全向輪結(jié)合STM32單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)。底盤的4個(gè)全向輪分別呈45°分布，利用PID控制電機(jī)控制全向輪配合實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的定向定速移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等。產(chǎn)品為無線充電，底盤配有24 V/3 A無線充電模塊。產(chǎn)品使用雷達(dá)模塊RPlidar AI，基于ROS操作系統(tǒng)和主機(jī)Jetson Nano，通過SLAM建圖建模，借助避障算法實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃和自主導(dǎo)航。

2.2 環(huán)境美化

空氣加濕和凈化功能主要用于改善家庭的空氣質(zhì)量，提高居家舒適度?？諝鈨艋ㄟ^安裝基于空氣濾芯的通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，用于吸附房屋內(nèi)的甲醛等有害氣體?？諝饧訚衲K通過安裝超聲波空氣霧化模塊實(shí)現(xiàn)。掃地功能通過基于吸風(fēng)機(jī)的微小型吸塵機(jī)實(shí)現(xiàn)。拖地功能通過由舵機(jī)控制升降的拖把實(shí)現(xiàn)。

2.3 家電控制

倉鼠π家居機(jī)器人頭部安裝有語音模塊和紅外發(fā)射家電控制模塊，二者與STM32主控板通過串口通信實(shí)現(xiàn)空調(diào)、電視等接收紅外信號(hào)的家用電器的控制。

3 作品創(chuàng)新點(diǎn)

倉鼠π家居機(jī)器人集多種家用服務(wù)功能于一體，結(jié)合新興的機(jī)器學(xué)習(xí)，提升了家用機(jī)器人的智能化水平。同時(shí)，本產(chǎn)品以模塊化設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，可為用戶提供個(gè)性化服務(wù)。產(chǎn)品采用較為簡(jiǎn)單的技術(shù)方案，支持二次開發(fā)，用戶可根據(jù)自身功能需求增加/減少功能。

倉鼠π家居機(jī)器人的設(shè)計(jì)理念是集成智能，家居相伴，為忙于工作的上班族減緩家庭壓力，且針對(duì)性地設(shè)計(jì)面向老人與小孩的功能，從而提升家庭關(guān)愛指數(shù)。

4 應(yīng)用前景

我們對(duì)2 274名潛在用戶進(jìn)行了關(guān)于家居機(jī)器人的問卷調(diào)查。其中1 841人從未使用過家居機(jī)器人，其余443人使用過或正在使用家居機(jī)器人。其中，清潔類機(jī)器人和語音控制類機(jī)器人的使用用戶占比較大。而我們?cè)O(shè)計(jì)的倉鼠π家居機(jī)器人包含了掃地除塵功能和語音控制家電功能，順應(yīng)目前家居機(jī)器人發(fā)展的趨勢(shì)，可以滿足普通用戶對(duì)機(jī)器人的基礎(chǔ)要求。

調(diào)查過程中，用戶對(duì)家居機(jī)器人的要求如圖2～圖3所示。每個(gè)調(diào)查的潛在用戶均表示，期望家居機(jī)器人具有2種及以上功能。倉鼠π家居機(jī)器人正是一款集多種功能于一體的家居機(jī)器人，滿足了大部分潛在用戶的需求與期待。

圖2 未使用過家居機(jī)器人的用戶對(duì)機(jī)器人功能需求的情況

圖3 使用過或正在使用家居機(jī)器人的用戶對(duì)機(jī)器人功能需求的情況

2 274名調(diào)查對(duì)象中，1 994人（占比87.7%）表示，若有一個(gè)集成以上功能的家居機(jī)器人則愿意購買。根據(jù)調(diào)查對(duì)象對(duì)家居機(jī)器人的功能需求，倉鼠π家居機(jī)器人市場(chǎng)前景廣闊。