仓鼠π家居机器人

西北工业大学

陈 蜀，黄海智，白纪龙，高 原，师行健

1 作品介绍

仓鼠π家居机器人是一款集环境改善、安全监测、室内清洁、环境美化等功能于一体的家居服务类机器人。机器人将STM32单片机作为功能控制的核心芯片，将Jetson Nano主机作为软件设计核心，在其基础上开发出多种功能。产品的主要功能包括物品收纳、扫地除尘、拖地清洁、甲醛检测与吸除、家电控制、空气加湿等。

2 产品功能及技术原理

功能集成是仓鼠π家居机器人产品的主要特色，具体如图1所示。

图1 产品功能

2.1 基础功能

产品的全向移动功能通过全向轮结合STM32单片机控制实现。底盘的4个全向轮分别呈45°分布，利用PID控制电机控制全向轮配合实现机器人的定向定速移动、旋转等。产品为无线充电，底盘配有24 V/3 A无线充电模块。产品使用雷达模块RPlidar AI，基于ROS操作系统和主机Jetson Nano，通过SLAM建图建模，借助避障算法实现路径规划和自主导航。

2.2 环境美化

空气加湿和净化功能主要用于改善家庭的空气质量，提高居家舒适度。空气净化通过安装基于空气滤芯的通风系统实现，用于吸附房屋内的甲醛等有害气体。空气加湿模块通过安装超声波空气雾化模块实现。扫地功能通过基于吸风机的微小型吸尘机实现。拖地功能通过由舵机控制升降的拖把实现。

2.3 家电控制

仓鼠π家居机器人头部安装有语音模块和红外发射家电控制模块，二者与STM32主控板通过串口通信实现空调、电视等接收红外信号的家用电器的控制。

3 作品创新点

仓鼠π家居机器人集多种家用服务功能于一体，结合新兴的机器学习，提升了家用机器人的智能化水平。同时，本产品以模块化设计为基础，可为用户提供个性化服务。产品采用较为简单的技术方案，支持二次开发，用户可根据自身功能需求增加/减少功能。

仓鼠π家居机器人的设计理念是集成智能，家居相伴，为忙于工作的上班族减缓家庭压力，且针对性地设计面向老人与小孩的功能，从而提升家庭关爱指数。

4 应用前景

我们对2 274名潜在用户进行了关于家居机器人的问卷调查。其中1 841人从未使用过家居机器人，其余443人使用过或正在使用家居机器人。其中，清洁类机器人和语音控制类机器人的使用用户占比较大。而我们设计的仓鼠π家居机器人包含了扫地除尘功能和语音控制家电功能，顺应目前家居机器人发展的趋势，可以满足普通用户对机器人的基础要求。

调查过程中，用户对家居机器人的要求如图2～图3所示。每个调查的潜在用户均表示，期望家居机器人具有2种及以上功能。仓鼠π家居机器人正是一款集多种功能于一体的家居机器人，满足了大部分潜在用户的需求与期待。

图2 未使用过家居机器人的用户对机器人功能需求的情况

图3 使用过或正在使用家居机器人的用户对机器人功能需求的情况

2 274名调查对象中，1 994人（占比87.7%）表示，若有一个集成以上功能的家居机器人则愿意购买。根据调查对象对家居机器人的功能需求，仓鼠π家居机器人市场前景广阔。