admin管理员组文章数量:1605635
2024年6月20日发(作者:)
50 工程技术
一
种基于智能手机的物联网家用机器人
张鹏
(苏州工业园区服务外包职业学院,江苏苏州215123)
陶文寅
摘要:本文提出了一种低成本的易于推广的机器人设计方案;
从通信方式、功能层次、硬件模型几个方面阐述了该机器人
平台的设计及实现;经过实验证明了该机器设计方案的合理性,
实现了机器人模型。
关键词:机器人;智能手机;低成本
DOI:10.3969/j.issn.1671—6396.2013.03.024
1 引言
我国在20世纪90年代中后期就开始了智能服务机器人
的研究,但制约机器人进入普通家庭的重要因素就是成本;
另一方面,iPhone等智能手机已经是很多现代人的生活必需
品。所以,将机器人和智能手机结合起来,由智能手机代替
机器人的“大脑”来控制各种操作,是一个降低机器人硬件
成本的研究方向,这方面的研究将有利于机器人普及与推广。
2通信方式接口设计
通过智能手机来指挥机器人硬件电路,需要优先解决手
机与硬件控制电路的通信问题。本机器人通过耳机接口(音
频接口)与手机进行通信。利用该通信方式既可简化用户的
操作(只需插接),又可节约机器人的硬件成本。
iPhone等智能手机都使用3.5mm标准的插孔/插头来输
出(或接收)音频信号(或麦克风输入)。标准耳机插头电
路如图1所示,图中引脚①、②、③、④分别传输:左声道
信号、右声道信号、接地信号、麦克风信号。
图1耳机接口电路
图2耳机接口通信设计
虽然,iPhone等智能手机插入耳机后,仍然可通过程序
设置,将音频信号传输给手机自带的扬声器。但由于使用自
带扬声器时,也只能使用手机自带的麦克风进行数据采集,
这样将导致机器人信号无法输入手机。所以,外围控制电路
需要单独配备扬声器。根据耳机接口的硬件原理,可设计手
机与外围硬件电路的通信方式为:
(1)手机向引脚①(见图1)输出音频数据,如果原始
音频为双通道数据,可先将音频数据合成为单通道数据。
(2)手机向引脚②输出数字方波信号。
(3)手机从引脚④采集输入信号。实验测得iPhone手机
输出的音频信号为负电压,所以应在引脚②上外接反向电路。
耳机接口的通信电路设计模式如图2所示。为方便输
出和采集音频信号,智能手机需要统一采用44100Hz(设为
Fi)的波特率向引脚①、②(左、右声道)输出数据。而机
器人的外围控制电路则采用1470Hz(设为Fe)的采用频率
来接收引脚②的指令信号。
另外,为了防止信号抖动,发送端(手机)和接收端(控
制电路)需要对信号重新编码,接收端将以高电平(经过反
向电路后的电平)作为接收码的起始信号,并用实际信号100
代表信号0,实际信号101代表信号1,出现其他类型的实
际信号码则抛弃不用。
由于Fi/Fe=30,则可通过在手机端通过程序来控制输
出信号的时钟周期,可先对信号进行编码,然后每个码位连
续输出30帧(每个硬件时钟周期为1帧,即1帧=1/Fi)。
3硬件平台设计
本机器人借助智能手机进行中央控制,并通过手机进行
网络连接。所以机器人硬件预留插接口,便于用户将手机嵌
入。这里采用了iPhone手机作为机器人的智能控制端,机
器人的硬件模型如图3所示。
图3机器人硬件模型
机器人的硬件模型中各部分作用及功能如下所述:
(1)iPhone插槽:该插槽带有耳机插孔电路,iphone
插入后将通过耳机接口与前端处理电路进行通信。
(2)手臂支架:该支架上带有USB接口,用户可随时
更换一些特定功能的传感器,如体温测量计、血压测量计、
心跳测量计等等。
(3)行动轮:负责机器人的移动,机器人可前后移动,
也可原地转动。
(下转第57页)
中国西部科技2013年O3月第12卷第03期总第284期 57
多个相关联的数据表,这些表之间既相互独立又相互关联。
由于科研管理系统既要存储教师个人信息和科研信息,又要
进行检索和计算,因此在系统数据库设计中要涉及很多数据
表,下面给出主要数据表的设计。
4.1教师个人信息表
教师个人信息表主要用于存储教师的个人基本信息,包
括教工号、教师姓名、性别、出生日期、参加工作时间、所
在部门、职称、行政职务或兼职等字段,其中教工号为主关
键字,用来惟一标识教师的个人基本信息。
4.2论文成果表
获奖情况表主要用于存储教师所获各类奖项信息,包括
获奖编号、获奖成果名称、奖励名称、主要完成人、本人参
与排序、奖励部门、获奖时间、备注等字段。
5结束语
科研管理系统的建立后,可以帮助科研处工作人员对日
常科研工作和科研成果进行高效的管理,有助于提高学校科
研管理工作的整体水平,促进工作效率的提高。为了促进学
校科研管理工作实现进一步跨越式的发展,在科研管理中应
注意与现代管理科学有机结合,吸收先进的管理思想和管理
观念,这样才能进一步提升科研管理水平,加快科研管理纵
向发展。
参考文献
论文成果表主要用于存储教师发表的论文信息,包括论
文编号、论文名称、发表期刊、作者编号、独立完成或作者
排序、发表时间(期次)、备注等字段,其中作者编号同教
工号是相同的。
【I]李铁锋.基于J2EE的高校科研管理系统的设计与实现[J].电脑开发
与应用,2010,(5):59.61
4.3著作成果表
著作成果表主要用于存储教师参与编写的各类著作信
息,包括著作编号、著作名称、出版社、作者分工情况、完
成数量、出版时间(一版)、备注等字段。
4.4科研立项表
科研立项表主要用于存储教师主持参与的科研立项信
息,包括立项编号、项目名称、项目来源、立项时间、主持
【2】杨绍方.深入掌握J2EE编程技术[M].北京:科学出版社,2002:1—7
[3朱景德.3]SQL Server数据库系统基础[M].西安:西安电子科技大学出版
社.2008:5—9
[4邓敏,徐方.4]科研管理系统与高校科研管理信息化[J].科技创业月刊,
2010.(12):93.94
人、本人参与排序、结题时间或在研、备注等字段。
4.5获奖情况表
(上接第5O页)
【作者简介l宋爱华(1979一),女,软件工程硕士,讲师,研
究方向为计算机科学教育和软件开发。
本机器人可以接受四种指令:一是语音指令,即通过声
音来控制机器人;二是触摸指令,即通过触摸iphone屏幕来
控制机器人;三是网络指令,即通过网络或云端服务器下达
指令使机器人自动完成任务,如自动播报天气情况等等;四
是自然指令,即机器人通过传感器采集自然信号,然后对信
(4)控制电路:带有各种传感器(如红外传感器、超
声波传感器等等),并含有arm单片机,可对传感器采集的
简单信号信息直接进行处理,也可将复杂的信号信息通过耳
机接口传给iPhone。
4系统功能设计
本机器人可辅助用户(特别是老年用户)完成一些日常
工作,如寻找物体、简单医疗检测、播报相关信息、简单交
流等等,还可借助网络进行信息下载与汇总,并通过云端计
算来获取更多信息。同时,借助网络,机器人用户还可以与
息进行分析与处理。
四种指令中,语音指令和自然指令是由机器人的外围传
感器采集,经过前端处理层的单片机处理后再转发给
iPhone,由于iPhone与外围电路只有一条输入总线,即麦克
风信道(见图1的引脚④)。当输入总线忙时,需要在前端
处理层对这两种指令信号进行缓冲存储。
四种指令的处理流程如图4所示。
其他机器人用户进行诸如视频通话的网络交流。指令处理流
程如图4所示。
圈
—
r_一
圈
5结束语
本文主要介绍一种新型的低成本的智能家用机器人设
计方案。为了让普通人都可以享受科技进步的成果,降低机
器人的成本是个必由之路。
参考文献
【1】李宗玮,许方亮,马文松.基于iPhone智能手机的机器人人机交互系统
[P].中国专利.CN101977240A.2011-02—16
[21李宗玮 雷.基于智能手机的网络机器人人机交互系统【J].计算机工
程与应用.2011,(15)
[3】刘雪楠,袁瑁.家用机器人【P].中国专利,CN201940040U.2011-08.24
[4]彭琼.人性化设计指导下的家用机器人设计探讨.艺术与设计(理
论),2009,(02)
【作者简介】陶文寅(1986.),男,江苏苏州籍,硕士,工
图4指令处理流程
程师、教师,研究方向为移动技术与物联网。
版权声明:本文标题:一种基于智能手机的物联网家用机器人 内容由热心网友自发贡献,该文观点仅代表作者本人, 转载请联系作者并注明出处:https://www.elefans.com/shuma/1718859395a734592.html, 本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌抄袭侵权/违法违规的内容,一经查实,本站将立刻删除。
发表评论