交互式机器人小车设计方案指南

　一、项目概述
　　1.1 引言
　　交互式机器人小车主要是将语音的交互、视频的传送、动作的捕捉等功能结于一体，帮您实现视觉、听觉的拓展，无限缩短您与您家人的距离。它将采用具有超强的音频解码和流媒体处理能力的AT32UC3A0512作为核心；以Wi-Fi模块作为传输和控制的介质，从而有效保证媒体质量；用两驱三轮小车作为载体，充分确保小车定位与导航的灵活性。两块60mm*100mm左右的太阳能电池板，在阳光充足时可提供近2w左右的功率，让小车可以快速完成自动充电的过程。而自动寻光模块则解决了小车如何自动充电的问题，它主要由光敏传感器和微控制器中的蚁群算法构成，确保小车可以快速寻找到光源最充足的地方。
　　1.2 项目背景/选题动机
　　社会节奏越来越快，父母、孩子、工作似乎已很难兼顾，而我们的交互式机器人小车将为您排解这一忧虑。它可以让您无论身在何方都可与您的孩子进行互动式游戏；向您远在家乡的父母发出一声深情的问候；还可在家中巡视。当然现在家用机器人的安全问题已成为我们不得不面对的难题，我们的交互式机器人小车作为家用机器人中的一员，您可能也会发出它会不会泄露家庭隐私的疑问。在此我们不能保证绝对安全，但会为您构建专门的VPN通道，将我们的机器人小车的安全做到最好。同时在能源方面，我们设计的是太阳能充电和手动充电结合。在空闲模式时，机器人小车会自动寻光进行太阳能充电，这样可以基本省去您充电的麻烦。
　　二、需求分析
　　2.1 功能要求
　　①、对EVK1105上的USB进行设计，实现与常用免驱摄像头的直接连接，并从中完成高分辨率的视频图像的信息提取。
　　②、结合Wi-Fi模块和EVK1105板上的网络模块将我们的机器人小车连接到Internet上，当然在其中我们会申请VPN通道，从而确保信息的安全。
　　③、可以将视频和声音通过WiFi传到Internet上，同时可与对应客户端进行信息的传递。
　　④、可以实现即时语音通信，如QQ、MSN软件中的语言聊天
　　⑤、空闲时交互式机器人小车可以自动寻光，并利用太阳能电池板对电池充电
　　⑥、摄像头可以3自由度旋转，并实现互动式操作
　　⑦、小车可以自动定位和导航，自动躲避障碍，对障碍的盲区一般可控制到2cm范围以内。
　　⑧、当遇到撞击的情况，可通过振动传感器进行有效检测，再回到原位从新避过。
　　2.2 性能要求
　　充分利用EVK1105板上资源；可实现高清视频的获取及传送；可完成即时的语音交互，延时不超过1秒；可以直接越过3cm高的台阶；可以续航10小时，阳光充足时可实现6小时把电充满；铝合金打造坚不可摧，能承受高强度撞击。
　　三、方案设计
　　3.1 系统功能实现原理
　　我们的交互式机器人小车主要可以分为EVK1105核心控制模块、Wi-Fi无线网络模块、传感器信号采集模块、视频语音采集模块、L298N电机驱动模块、太阳能充电模块和车体模型七大模块。具体系统硬件结构框图如下所示：
　　
　　图（1）：交互式小车系统结构框图
　　其中Wi-Fi网络模块我们暂时考虑用无线路由器再结合EVK1105上的网络服务模块来构建，暂不详述。下面将着重介绍传感器信号采集模块、视频语音采集模块、L298N电机驱动模块（包含舵机控制）、太阳能充电模块的基本原理：
　　3.1.1、传感器信号采集模块
　　在这一模块中我们主要用到了ADXL345三轴加速度传感器、避障用的红外光电传感器（经试验这样避障会产生较大盲区，如算法优化不成功我们可能会以超声波测距模块替换）、霍尔元件、震动传感器、光传感器。在这一模块中除装备了必要的传感器外，我们还将为它留下充足的传感器拓展口，以方便以后进行功能的拓展和一些性能方面的改进。
　　其中ADXL345是一款高精度数字式的三轴加速度传感器，它具有在16G下高分辨率（13Bit）测量能力，同时支持SPI和I2C通信方式。有了它便可有效的检测出小车的运动路径，还确保了机器人小车行驶过程中的平稳。具体模型如下：