基于STM32的智能送餐机器人设计

任喜鹏 李晓鹏 高嘉伟 刘奕男

关键词：STM32;送餐机器人;智能化

1.机器人的研究意义和现状

随着科技的发展，智能化的需求也越来越迫切，人们将简单的繁琐的工作交给机器人，解放人类的劳动能力，传统餐饮行业单纯依靠人工手段来手写点菜、记账，上菜，这样不仅浪费了大量的劳动力在这样低价值的工作上，而且员工存在疲惫，工作效率低等情况，面对这个的现状由此设计了本款送餐机器人用来解决这些问题，本产品具有送餐，迎宾，菜品介绍等功能，实现这些功能采用了寻迹，图像处理，语音控制，pwm控制等技术，成功的实现了本款产品实际的初衷。通过餐饮服务的智能化，可以降低成本，出错率也随之降低，可见研究这个送餐机器人是非常有意义的。

2.系统总体设计

智能送餐机器人的主控芯片采用STM32芯片，同时具有超声波测距模块，摄像头识别系统和语音系统，通过摄像头检测到目标位置后，返回给主控芯片，中控芯片在接收到信息传回后，通过pwm波的控制，给电机进行驱动，在机器人的运行过程中，向前发出超声波，通过接收传回的信号计算出机器人前方是否存在障碍物，如果遇到障碍物，停止，进行避障动作，遇到人时，通过摄像头进行区分，并启动语音系统，进行与顾客的沟通。

3.系统硬件设计

3.1主控芯片

主控芯片采用 STM32F103C8T6是一款由意法半导体公司（ST）推出的基于Cortex-M3内核的32位微控制器，硬件采用LQFP48封装，属于ST公司微控制器中的STM32系列，该芯片内部8MHz时钟HSI最高可倍频到64MHz，外部8MHz时钟HSE最高可倍频到72MHz，可对外部数据进行快速处理，四个定时器，3个串口通道可以同时对多个模块的传回数据进行处理，同时具有64K Flash和20K SRAM，较低的价格和优秀的性能，使其成为性价比较高的最佳选择。

3.2避障系统

超声波模块采用IO口TRIG触发测距，给至少10us的高电平信号;模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回;有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=（高电平时间*声速（340M/S））/2;本模块使用方法简单，一个控制口发一个10US以上的高电平，就可以在接收口等待高电平输出。一有输出就可以开定时器计时，当此口变为低电平时就可以读定时器的值，此时就为此次测距的时间，方可算出距离。当测得的距离小于2m时，中控芯片通过pwm控制来使机器人进行减速，当被测物体和机器人小于80cm时，机器人停止运动。等待2s，重新检测，若障碍物消失，则继续按照原定轨迹行驶，如果障碍物依旧存在，则采用差速的办法，使机器人向右移动，同时检测前方是否存在障碍物，直到检测到没有障碍物后，向前行驶，3秒后，检测原路线是否存在障碍物，若没有，返回原线路继续行驶。

3.3寻迹系统

本产品采用信标寻迹的方式，通过摄像头来捕捉地面上的标志，通过标志物的设定给机器人规划出一条运动轨迹，通过标志物的不同来进行区分。摄像头的选择选用openmvH7是一款小巧，低功耗，低成本的电路板，它具有丰富的库函数可以直接进行调用。通过Python语言的指令进行控制，可以更为简单的完成视觉算法的解析和应用。它具有一个SPI总线高达100Mbs速度，快速的数据处理能力，可以更好的捕捉所需要的信息。通过这款摄像头可以识别出图像中多达16种颜色，并且每种颜色都可以有任意数量的不同的色块。精度很高，应用颜色识别功能，机器人就可以通过检测地面上标志物的颜色，向目标进行行驶，也就是说，你可以通过摆放标志物的位置，来规划出任意一条行驶线路。当行驶到固定位置时，机器人通过扫描餐桌上的号码进行确认送餐地点，到达目的后开启语音系统，提示顾客进行取餐。

3.5语音系统

语音模块采用LD3320模块，该模块功耗低，性价比高，该芯片集成了语音识别处理器和一些外部电路，包括AD、DA转换器、麦克风接口、声音输出接口等。不需要外接任何的辅助芯片如Flash、RAM等，直接集成在现有的产品中即可以实现语音识别/声控/人机对话功能。真正提供了单芯片的语音识别解决方案。在LD332X内部，固化有高效的非特定人语音识别搜索引擎模块和完整的非特定人语音识别特征库，以及专为语音识别而作的硬件优化和加速设计。通过摄像头来识别人脸后，运行编写好的程序，向顾客进行问候，用麦克风采集声音信号，经过滤波、放大处理后送入LD3320非特定语音识别模块进行语音识别处理，处理结果通过串口送入主控芯片STM32F103C8T6中，做出不同的反应，来完成人机交流。

4.总结

该送餐机器人通过图像采集，识别到进一步做出相应的反应，采用了神经网络的多种复杂算法，通过功能模块化的方式，将各个模块进一步连成一个整体，从而实现项目的功能完成。这款送餐机器人不仅可以承担冗杂单调的工作，解放劳动力，提高餐饮业的利润，而且通过这种新颖的服务方式，可以给顾客以不一样的体验，通过设置不同的外观，搭配相应的主题，从而达到吸引流量的作用。高性能，低成本的性价比，使送餐机器人更加符合餐饮业智能化的市场需求。

参考文献

[1]张毅， 罗元， 郑太雄. 移动机器人技术及其应用[M]. 电子工业出版社.

[2]薄喜柱， 洪炳熔. 动态环境下多移动机器人路径规划的一种新方法[J]. 机器人.

[3]张淑清.嵌入式单片机STM32原理及应用

作者简介：任喜鹏（2000-），男，汉族，吉林省汪清县人，长春大学本科在读，电气工程及其自动化专业

通讯作者：程广亮（1975-）男，汉族，吉林省长春市人，研究生硕士，讲师，研究方向：工业机器人，仿真机器人

基金项目：2021年吉林省大学生实践创新创业训练项目“送餐机器人”（2021GJ008）