基于STM32的家庭服务机器人系统设计

摘要

随着电子电气的不断发展和电力电子技术的拓展应用，机器人逐渐走进了人们的生活，室内服务机器人由于贴近生活、有很大的应用需求和经济价值，逐步发展起来。当前大部分家庭服务机器人都不具备行走功能或只具有简单的避障能力等问题，因此需要一种新的家庭服务机器人系统来改善当前家庭服务机器人的功能，更好地实现智能家居环境下机器人服务任务质量。
　　近年来随着传感器技术的不断发展，使得越来越精确的传感器能用于家庭服务机器人的定位和导航之中，而无线传感器网络技术的不断成熟，能够实时控制服务机器人启动。ZigBee技术以其短距离、低功耗等特点使其能广泛地应用于无线传感器网络中。
　　本文结合家庭服务机器人系统的需要以及传感器技术和无线通信技术的理论，提出了一种基于STM32的家庭服务机器人系统。该系统的目的是实现给智能家居环境下的人物对象提供从厨房搁板或冰箱端取水杯等物品的服务任务。服务机器人通过RFID标签组成的网格化地面坐标进行定位，接收上位机发送的任务命令后，通过电子罗盘、红外传感器避障导航，自主决策完成路径规划，移动到指定房间位置端取水杯传递给服务对象。本文介绍了整个家庭服务机器人系统的设计方案并对它的工作流程以及软硬件设计进行了详细的说明。
　　家庭服务机器人系统硬件由STM32F103VCT6控制模块，RFID定位模块，电子罗盘导航模块，红外避障模块，XBee射频模块，舵机模块，电源模块等构成。关键的硬件设计给出了相应的电路原理图。
　　家庭服务机器人系统软件由上位机软件和下位机软件构成。上位机使用VisualC++语言编写，实现地板坐标信息数据库采集和命令任务选择及传输。下位机软件在MDK编程开发环境下实现，采用模块化编程思想，方便编程调试。
　　经过对各个模块和整体系统的测试，表明家庭服务机器人可以在模拟智能家居环境下进行定位、导航、避障、上下位机之间的通信以及机器人通过自主决策完成路径规划，实现了系统的基本功能，满足了系统设计的要求。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 服务机器人概述

1．2 课题研究的背景及意义

1．3 本文主要研究内容及章节安排

1．4 本章小结

第二章 家庭服务机器人系统总体设计方案

2．1 家庭服务机器人系统设计需求

2．2 家庭服务机器人系统总体设计方案选择

2．3 家庭服务机器人工作原理

2．3．1 家庭服务机器人工作流程

2．3．2 XBee协调器工作原理

2．3．3 轮式机器人工作原理

2．4 本章小结

第三章 基于STM32的家庭服务机器人系统硬件设计

3．1 轮式机器人整体结构

3．2 轮式机器人模块设计

3．2．1 主控芯片STM32F103VCT6

3．2．2 RFID定位模块

3．2．3 电子罗盘导航模块

3．2．4 红外避障模块

3．2．5 XBee射频模块

3．2．6 舵机模块

3．2．7 电源模块

3．3 本章小结

第四章 基于STM32的家庭服务机器人系统软件设计

4．1 上位机软件

4．1．1 上位机与下位机通信协议

4．1．2 地板坐标信息数据库建立

4．2 下位机软件

4．2．1 机器人模块软件设计

4．2．2 数据库坐标信息解析策略

4．3 本章小结

第五章 家庭服务机器人移动路径规划

5．1 全局路径规划

5．2 局部路径规划

5．3 本章小结

第六章 实验平台的搭建与测试

6．1 实验环境搭建

6．1．1 模拟智能家居环境

6．1．2 软件开发环境

6．2 机器人服务任务测试

6．2．1 XBee模块通信

6．2．2 家庭服务机器人定位

6．2．3 家庭服务机器人导航

6．2．4 家庭服务机器人自主路径规划

6．3 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文与成果

声明

致谢