公共服務(wù)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告題 目 學(xué) 院 學(xué) 院 專 業(yè) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 年級(jí) 級(jí) 指導(dǎo)教師 畢業(yè)教務(wù)處制表畢業(yè)學(xué)生姓名： xx填寫 學(xué)號(hào)： xx填寫 專業(yè)： xx填寫 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 指導(dǎo)教師意見：（請(qǐng)對(duì)論文的學(xué)術(shù)水平做出簡(jiǎn)要評(píng)述。包括選題意義；文獻(xiàn)資料的掌握；所用資料、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算數(shù)據(jù)的可靠性；寫作規(guī)范和邏輯性；文獻(xiàn)引用的規(guī)范性等。還須明確指出論文中存在的問題和不足之處。） 指導(dǎo)教師結(jié)論： （合格、不合格）指導(dǎo)教師姓名所在單位指導(dǎo)時(shí)間畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱教師評(píng)閱意見表 學(xué)生姓名： xx填寫 學(xué)號(hào)： xx填寫 專業(yè)： xx填寫 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 農(nóng)村宅基地測(cè)量技術(shù)研究 評(píng)閱意見：

2、（請(qǐng)對(duì)論文的學(xué)術(shù)水平做出簡(jiǎn)要評(píng)述。包括選題意義；文獻(xiàn)資料的掌握；所用資料、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算數(shù)據(jù)的可靠性；寫作規(guī)范和邏輯性；文獻(xiàn)引用的規(guī)范性等。還須明確指出論文中存在的問題和不足之處。）修改意見：（針對(duì)上面提出的問題和不足之處提出具體修改意見。評(píng)閱成績(jī)合格，并可不用修改直接參加答辯的不必填此意見。）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱成績(jī) （百分制）： 評(píng)閱結(jié)論： （同意答辯、不同意答辯、修改后答辯）評(píng)閱人姓名所在單位評(píng)閱時(shí)間論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：本人所呈交的本科畢業(yè)論文農(nóng)村宅基地測(cè)量技術(shù)研究，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。論文中引用他人的文獻(xiàn)、資料均已明確注出，論文中的結(jié)論和結(jié)果為本人

3、獨(dú)立完成，不包含他人成果及使用過的材料。對(duì)論文的完成提供過幫助的有關(guān)人員已在文中說明并致以謝意。本人所呈交的本科畢業(yè)論文沒有違反學(xué)術(shù)道德和學(xué)術(shù)規(guī)范，沒有侵權(quán)行為，并愿意承擔(dān)由此而產(chǎn)生的法律責(zé)任和法律后果。 論文作者（簽字）： xx填寫日期：xx填寫年月日題目：公共服務(wù)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘? 要：本文探討了公共服務(wù)機(jī)器人的功能需求，提出了以RK3399為控制核心的公共服務(wù)機(jī)器人控制系統(tǒng)方案，采用模塊化設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種符合實(shí)際應(yīng)用需求且成本相對(duì)較低的公共服務(wù)機(jī)器人控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：公共服務(wù)機(jī)器人;控制系統(tǒng);RK33990引言近年來，隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，做為人工智能技術(shù)主要載體的公

4、共服務(wù)機(jī)器人也開始在酒店物品運(yùn)送、商場(chǎng)促銷導(dǎo)購(gòu)、政務(wù)辦理等各個(gè)領(lǐng)域得到較大規(guī)模的應(yīng)用。面部識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別及激光SLAM導(dǎo)航已成為公共服務(wù)機(jī)器人的標(biāo)配功能。這些功能在給顧客帶來較好的人機(jī)交互體驗(yàn)的同時(shí)，也提高了控制系統(tǒng)的復(fù)雜度，對(duì)控制系統(tǒng)的性能、成本提出了更高要求?；诖耍疚脑O(shè)計(jì)了一種面向公共服務(wù)機(jī)器人的控制系統(tǒng)，采用模塊化設(shè)計(jì)思路，降低控制系統(tǒng)的復(fù)雜度，充分考慮成本因素，可基本滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)卜?wù)機(jī)器人控制系統(tǒng)的需求。1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1需求分析目前用于公共服務(wù)場(chǎng)景的機(jī)器人主要有以下三種功能：（1）人機(jī)交互功能，機(jī)器人通過視覺、語(yǔ)音技術(shù)與人進(jìn)行交互;（2）自主導(dǎo)航功能，機(jī)器人通過激光S

5、LAM技術(shù)自主導(dǎo)航運(yùn)送物品以及引領(lǐng)客人到達(dá)指定地方;（3）云端功能，由于機(jī)器人本身計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力有限，為使人機(jī)交互有較好的體驗(yàn)，需要機(jī)器人連接外網(wǎng)獲取部署在云端服務(wù)器上的語(yǔ)音、視覺知識(shí)庫(kù)及其它豐富資源。1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)整個(gè)控制系統(tǒng)組成如圖1所示，將控制系統(tǒng)主要分為人機(jī)交互模塊、主控模塊、導(dǎo)航模塊、電源管理模塊、云端模塊以及遠(yuǎn)程控制模塊。人機(jī)交互模塊是機(jī)器人對(duì)外感知與實(shí)現(xiàn)的載體，其包括觸摸顯示屏、攝像頭、MIC陣列及揚(yáng)聲器等，還可擴(kuò)展熱敏打印機(jī)、條碼掃描、身份證識(shí)別儀等設(shè)備用于辦理具體的個(gè)人業(yè)務(wù)。考慮公共服務(wù)機(jī)器人需要較大屏幕進(jìn)行業(yè)務(wù)辦理等操作，本設(shè)計(jì)中屏幕選用主流的15.6寸EDP接口高清屏

6、。攝像頭主要用于人臉識(shí)別、人體跟蹤、拍照、視頻通話等，考慮到成本以及功能需求選用13Mpixel的MIPI-CSI接口攝像頭。MIC陣列主要用于音頻采集，并為語(yǔ)音識(shí)別算法提供初始音頻。為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人360聲源定位和語(yǔ)音降噪，采用6MIC陣列設(shè)計(jì)。由于模擬MIC采集的音頻信號(hào)為小信號(hào)，在傳輸過程中易受干擾，影響語(yǔ)音識(shí)別效果，所以選用I2S接口數(shù)字硅麥。為保證在嘈雜環(huán)境下機(jī)器人外放聲音能夠較清晰的被機(jī)器人周圍人員聽到，采用2x10W立體聲揚(yáng)聲器。主控模塊是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心以及人工智能技術(shù)的硬件載體，相當(dāng)于人的大腦。考慮需要運(yùn)行語(yǔ)音識(shí)別、人臉識(shí)別等人工智能算法，因此對(duì)計(jì)算能力有較高要求，所以主控模塊

7、的處理器選用瑞芯微的RK3399處理器。RK3399處理器采用目前主流的雙Cortex-A72+四Cortex-A53的大小核CPU架構(gòu)，具有ARM Mali-T860四核GPU，以及eDP、MIPI、I2S、UART等豐富接口。采用4GB DDR3+32GB EMMC，運(yùn)行Android 7.1，可以較流暢的運(yùn)行語(yǔ)音識(shí)別和人臉識(shí)別算法。通過RK3399自帶的USB及I2C接口可擴(kuò)展EC20 LTE模塊，該模塊是Cat 4無線通訊模塊，支持最大下行速率150Mbps和最大上行速率50Mbps。通過Mini PCIe連接器安裝在主控模塊板卡上。并采用自帶MDIO接口擴(kuò)展AP6356 WIFI模塊

8、，該模塊支持雙通道并行通訊，并支持藍(lán)牙4.1及WIFI 2.4Ghz和5Ghz頻段，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在WIFI和LTE間自由切換上外網(wǎng)方式連接云端模塊。為驅(qū)動(dòng)人機(jī)交互模塊的2x10W揚(yáng)聲器，需通過I2S數(shù)字音頻接口擴(kuò)展功能設(shè)置芯片AD82584的驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，并擴(kuò)展6MIC陣列和CODEC芯片TLV320ADC3101，將揚(yáng)聲器輸出音頻回采，用做語(yǔ)音識(shí)別的回聲消除。通過EDP和MIPI接口擴(kuò)展顯示屏及攝像頭。導(dǎo)航模塊主要由導(dǎo)航板和運(yùn)動(dòng)控制板組成。用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主導(dǎo)航定位、避障、自動(dòng)回充等功能。因此需外接激光雷達(dá)、紅外避障、防跌落和聲吶等多種傳感器。激光雷達(dá)具有測(cè)量功能，可將距離和角度信息輸出給導(dǎo)航

9、板，用于建立輪廓地圖及實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位。聲吶傳感器安裝在機(jī)器人前方及側(cè)前方，可探測(cè)機(jī)器人前方2m以內(nèi)障礙物，用于補(bǔ)償激光雷達(dá)掃描盲區(qū)。紅外避碰傳感器的探測(cè)距離較近，一般在10cm以內(nèi)，主要安裝與機(jī)器人前半部，安裝高度與激光雷達(dá)和聲吶錯(cuò)開，主要用于補(bǔ)償激光雷達(dá)和聲吶傳感器探測(cè)盲區(qū)。防跌落傳感器安裝于機(jī)器人底盤前半部下方，一旦機(jī)器人運(yùn)行前方出現(xiàn)臺(tái)階，將觸發(fā)對(duì)應(yīng)位置的防跌落功能，使機(jī)器人停止前進(jìn)，避免機(jī)器人跌落臺(tái)階。導(dǎo)航板將獲取到的多傳感器信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合解算，生成機(jī)器人自主規(guī)劃路徑，并控制電機(jī)完成機(jī)器人自主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航?？紤]公共服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)機(jī)器人運(yùn)行速度及定位精度要求不高，本設(shè)計(jì)中選用思嵐三角法激

10、光雷達(dá)搭配導(dǎo)航板。該激光雷達(dá)可測(cè)量范圍可達(dá)18m，基本可滿足服務(wù)機(jī)器人導(dǎo)航應(yīng)用，且價(jià)格便宜。導(dǎo)航板通過板對(duì)板連接器安裝于運(yùn)動(dòng)控制板上，與運(yùn)動(dòng)控制板單片機(jī)通過UART通訊。運(yùn)動(dòng)控制板以STM32單片機(jī)為控制核心，通過I2C接口采集聲吶數(shù)據(jù)、ADC接口采集紅外測(cè)距傳感器和防跌落傳感器數(shù)據(jù)，并通過UART將所有傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送給導(dǎo)航板。運(yùn)控控制板除與導(dǎo)航板通訊外，還提供5V穩(wěn)壓電源給導(dǎo)航板和激光雷達(dá)。導(dǎo)航板通過自帶另一路UART接口讀取激光雷達(dá)數(shù)據(jù)，并融合多傳感器數(shù)據(jù)包括讀取電機(jī)編碼器數(shù)據(jù)做控制閉環(huán)完成機(jī)器人位姿解算。將解算后下一位姿運(yùn)動(dòng)指令通過UART發(fā)送給運(yùn)動(dòng)控制板，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)完成機(jī)器人導(dǎo)航控制

11、及避障。由于有刷電機(jī)壽命較低，所以本設(shè)計(jì)中電機(jī)選取集成驅(qū)動(dòng)型無刷電機(jī)，STM32只需通過PWM調(diào)速及一路IO信號(hào)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)即可1。電源管理模塊包含電池、BMS、充電及電源轉(zhuǎn)換電路。電池由18650三元鋰電芯，4串8并組成，電量可達(dá)20Ah/14.4V。本設(shè)計(jì)中機(jī)器人自重35KG，此電量可以續(xù)航912h。BMS采用BQ40Z50+BQ2947方案。BQ40Z50可監(jiān)測(cè)電池電量、電壓、電流、溫度等參數(shù)，并通過SMBUS將參數(shù)信息發(fā)送給主控模塊。BQ2947是用于鋰電池組的過壓監(jiān)視保護(hù)器，可獨(dú)立監(jiān)控每節(jié)電池是否具有過壓狀態(tài)。充電電路采用BQ24610充電控制器+MOS管方案，BQ24610支持恒流恒壓充電，充電電流最高可達(dá)10A，即最高可0.5C充電。采用LM2596將電池電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)壓12V輸出給系統(tǒng)各模塊。云端模塊部署于云端服務(wù)器上，用于監(jiān)控機(jī)器人實(shí)時(shí)狀態(tài)，采集已接入機(jī)器人的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析等功能。還用于部署機(jī)器人云端知識(shí)庫(kù)，包括語(yǔ)音庫(kù)和人臉庫(kù)等，針對(duì)如金融、法律等不同行業(yè)配置專屬知識(shí)庫(kù)，提高機(jī)器人智能化程度。遠(yuǎn)程控制模塊，使用安卓設(shè)備如手機(jī)、平板并安裝遠(yuǎn)程控制客戶端軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的遠(yuǎn)程遙控以及調(diào)取機(jī)器人本體MIC陣列、攝像頭，與機(jī)器人本地端進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻等。2結(jié)論本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)