交互式機(jī)器人小車設(shè)計(jì)方案指南

　一、項(xiàng)目概述
　　1.1 引言
　　交互式機(jī)器人小車主要是將語音的交互、視頻的傳送、動(dòng)作的捕捉等功能結(jié)于一體，幫您實(shí)現(xiàn)視覺、聽覺的拓展，無限縮短您與您家人的距離。它將采用具有超強(qiáng)的音頻解碼和流媒體處理能力的AT32UC3A0512作為核心；以Wi-Fi模塊作為傳輸和控制的介質(zhì)，從而有效保證媒體質(zhì)量；用兩驅(qū)三輪小車作為載體，充分確保小車定位與導(dǎo)航的靈活性。兩塊60mm*100mm左右的太陽能電池板，在陽光充足時(shí)可提供近2w左右的功率，讓小車可以快速完成自動(dòng)充電的過程。而自動(dòng)尋光模塊則解決了小車如何自動(dòng)充電的問題，它主要由光敏傳感器和微控制器中的蟻群算法構(gòu)成，確保小車可以快速尋找到光源最充足的地方。
　　1.2 項(xiàng)目背景/選題動(dòng)機(jī)
　　社會(huì)節(jié)奏越來越快，父母、孩子、工作似乎已很難兼顧，而我們的交互式機(jī)器人小車將為您排解這一憂慮。它可以讓您無論身在何方都可與您的孩子進(jìn)行互動(dòng)式游戲；向您遠(yuǎn)在家鄉(xiāng)的父母發(fā)出一聲深情的問候；還可在家中巡視。當(dāng)然現(xiàn)在家用機(jī)器人的安全問題已成為我們不得不面對(duì)的難題，我們的交互式機(jī)器人小車作為家用機(jī)器人中的一員，您可能也會(huì)發(fā)出它會(huì)不會(huì)泄露家庭隱私的疑問。在此我們不能保證絕對(duì)安全，但會(huì)為您構(gòu)建專門的VPN通道，將我們的機(jī)器人小車的安全做到最好。同時(shí)在能源方面，我們?cè)O(shè)計(jì)的是太陽能充電和手動(dòng)充電結(jié)合。在空閑模式時(shí)，機(jī)器人小車會(huì)自動(dòng)尋光進(jìn)行太陽能充電，這樣可以基本省去您充電的麻煩。
　　二、需求分析
　　2.1 功能要求
　?、?、對(duì)EVK1105上的USB進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)與常用免驅(qū)攝像頭的直接連接，并從中完成高分辨率的視頻圖像的信息提取。
　　②、結(jié)合Wi-Fi模塊和EVK1105板上的網(wǎng)絡(luò)模塊將我們的機(jī)器人小車連接到Internet上，當(dāng)然在其中我們會(huì)申請(qǐng)VPN通道，從而確保信息的安全。
　?、?、可以將視頻和聲音通過WiFi傳到Internet上，同時(shí)可與對(duì)應(yīng)客戶端進(jìn)行信息的傳遞。
　?、堋⒖梢詫?shí)現(xiàn)即時(shí)語音通信，如QQ、MSN軟件中的語言聊天
　　⑤、空閑時(shí)交互式機(jī)器人小車可以自動(dòng)尋光，并利用太陽能電池板對(duì)電池充電
　　⑥、攝像頭可以3自由度旋轉(zhuǎn)，并實(shí)現(xiàn)互動(dòng)式操作
　　⑦、小車可以自動(dòng)定位和導(dǎo)航，自動(dòng)躲避障礙，對(duì)障礙的盲區(qū)一般可控制到2cm范圍以內(nèi)。
　?、唷?dāng)遇到撞擊的情況，可通過振動(dòng)傳感器進(jìn)行有效檢測(cè)，再回到原位從新避過。
　　2.2 性能要求
　　充分利用EVK1105板上資源；可實(shí)現(xiàn)高清視頻的獲取及傳送；可完成即時(shí)的語音交互，延時(shí)不超過1秒；可以直接越過3cm高的臺(tái)階；可以續(xù)航10小時(shí)，陽光充足時(shí)可實(shí)現(xiàn)6小時(shí)把電充滿；鋁合金打造堅(jiān)不可摧，能承受高強(qiáng)度撞擊。
　　三、方案設(shè)計(jì)
　　3.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)原理
　　我們的交互式機(jī)器人小車主要可以分為EVK1105核心控制模塊、Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)模塊、傳感器信號(hào)采集模塊、視頻語音采集模塊、L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、太陽能充電模塊和車體模型七大模塊。具體系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如下所示：
　　
　　圖（1）：交互式小車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
　　其中Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)模塊我們暫時(shí)考慮用無線路由器再結(jié)合EVK1105上的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模塊來構(gòu)建，暫不詳述。下面將著重介紹傳感器信號(hào)采集模塊、視頻語音采集模塊、L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊（包含舵機(jī)控制）、太陽能充電模塊的基本原理：
　　3.1.1、傳感器信號(hào)采集模塊
　　在這一模塊中我們主要用到了ADXL345三軸加速度傳感器、避障用的紅外光電傳感器（經(jīng)試驗(yàn)這樣避障會(huì)產(chǎn)生較大盲區(qū)，如算法優(yōu)化不成功我們可能會(huì)以超聲波測(cè)距模塊替換）、霍爾元件、震動(dòng)傳感器、光傳感器。在這一模塊中除裝備了必要的傳感器外，我們還將為它留下充足的傳感器拓展口，以方便以后進(jìn)行功能的拓展和一些性能方面的改進(jìn)。
　　其中ADXL345是一款高精度數(shù)字式的三軸加速度傳感器，它具有在16G下高分辨率（13Bit）測(cè)量能力，同時(shí)支持SPI和I2C通信方式。有了它便可有效的檢測(cè)出小車的運(yùn)動(dòng)路徑，還確保了機(jī)器人小車行駛過程中的平穩(wěn)。具體模型如下：