“随心”—AI智能家庭整理机器人

陈虹旭,牟立萍,吴天柱

（哈尔滨华德学院）

（哈尔滨九州电气集团有限公司）

一、项目简介

智能家居整理机器人作为一种新型的家居生活工具，具有自动化、智能化和高效化的特点，可以有效地解决家居生活中的整理、分类和归纳问题，是家居智能化的重要组成部分。智能家庭整理机器人可以通过智能化的传感器和控制系统，自动识别和清理家庭中的杂物，减轻人们的家务负担。

二、项目背景及意义

随着人们生活水平的提高和家庭规模的缩小，家居生活的便利性和舒适度越来越受到重视。传统的家务劳动已经无法满足现代化的需求，需要引入先进的技术手段来提高家居生活的便利性和舒适度。智能家居整理机器人作为一种新型的家居生活工具，可以有效地解决家居生活中的整理、分类和归纳问题，是家居智能化的重要组成部分。

三、关键技术及原理

3.1关键技术

高效的图像处理能力：OpenCV是一种开源的计算机视觉库，具有强大的图像处理能力，可以对家庭环境中的物品进行高效的识别和定位。

智能的机器学习算法：OpenCV可以使用机器学习算法来学习如何最好地组织家庭中的物品，从而提高整理效率和准确性。

灵活的集成能力：OpenCV可以与各种硬件和软件系统集成，包括智能家居系统、语音控制系统等，从而提高整个智能家庭系统的整体效率和便利性。

可扩展性强：OpenCV是一种开源的技术，可以通过不断的开发和改进来提高其性能和功能，从而满足不同用户的需求。

降低人工成本：OpenCV智能家庭整理机器人可以自动完成家庭整理的任务，从而降低人工成本，提高生活质量。

3.2原理

（一）机械臂机构

本机器人采用的是多轴机械臂系统，实现了旋转、平移和倾斜等运动方式如图4-1机械臂原理与实物图。采用多轴机械臂是为了使其分拣时灵活转动，不受工作环境的影响导致工作效率降低。因为多轴机械臂是一种由多个关节连接而成的机械臂。      

（二）运动机构

麦克纳姆轮（Mecanum Wheel）是一种特殊的轮子，它的轮辋上有多个斜向的小轮，可以使轮子在水平面上产生横向推力，从而实现机器人的平移和旋转。麦克纳姆轮可以在不同方向上产生推力，可以实现多向移动，具有较高的自由度和精度。麦克纳姆轮可以在不同方向上产生推力，可以避免机器人在移动时打滑，具有较高的稳定性和安全性。

（三）夹持机构

夹持器是握住物体进而操控物体的设备。它能够在执行某些动作的同时夹住和松开物体。运动设备往往模仿人体的运动，就夹持器而言，模仿的是手指的运动。

（四）控制机构

树莓派可以通过GPIO 接口、USB接口、以太网接口、HDMI接口、LCD和摄像头接口与诸多的外设进行通信。这个项目中使用的是Raspberry Pi 3B，3B有一个64位的ARMv7四核处理器，内存为1GB，还内置了Wi-Fi和蓝牙。

（五）图像处理模块

OpenCV是一个开源的计算机视觉库，提供了丰富的图像处理和计算机视觉算法，包括图像处理、特征提取、目标检测、人脸识别、运动跟踪等。OpenCV支持多种编程语言，OpenCV的视觉模块是其中最重要的部分，包括图像处理、特征提取、目标检测、人脸识别、运动跟踪等功能。

四、作品调试

4.1软件调试过程

1．可视化远程树莓派桌面按装

2．启动上位机

3．树莓派镜像烧录

4．手机端连接控制机器人

4.2实际调试过程

1．颜色识别调试：

将上机位调节好的程序指令发送给机器人，拿取一个红色的方块放在机器人摄像机能看到的位置，当检测到红色方块时机器人蜂鸣器响一声并且做出“点头”动作说明机器人颜色识别成功；若将一个蓝色方块放在机器人面前，机器人则做出“摇头”的动作这说明颜色识别不成功。

2．颜色分拣调试：

整理机器人上有颜色分拣可以通过OpenCV的视觉算法识别不同颜色，识别成功后由树莓派控制机器人夹取不同颜色的物品将其识别放到指定位置。

3．智能避障调试：

为了满足复杂家庭环境下的使用，智能整理机器人上配备有OpenCV的视觉避障系统。它可以防止机器人在工作过程中对家具的碰撞。既保证了机器人本身的安全性，也保障了家具的安全。机器人工作时，通过摄像头采集家庭环境的图片信息经过OpenCV的算法计算判断前方是否拥有障碍物。以此来达到避障的作用。

4．智能跟随调试：

为了提高整理机器人的实用性与家庭人员的互动性。整理机器人有跟随模式。机器人通过颜色识别，识别“主人”身上的衣物颜色，通过手机端开启跟随。“主人”可以通过手机端看到机器人的行驶状态。

5．树莓派摄像头循迹原理

这里设置为以黑色为循迹路线，随后开启循迹模式，而机器人也会利用摄像头传感器自动搜索和识别路线，可以看出机器人通过摄像头传感器可以捕捉到循迹画面，通过循迹原来分析，自动选择自己的路线，利用摄像头来循迹，利用摄像头读取赛道信息，通过图像处理算法识别出线条的位置和方向，分为模拟和数字，从而控制机器人沿着线条行驶。

4.3预期效果

1.整理过程中的智能避障：

在机器人工作时摄像头采集图像，利用智能避障，主动的避开家具，以免磕碰机器人与家具，使得机器人在家里能有更好的工作空间。

2.杂乱物品检测：

机器人在行驶过程中通过颜色识别来检测地上的物品，当检测到有物品时机器人树莓派控制机械臂抓取衣物并将衣物分类放到一边如图5-1

图5-1机器人发现杂物并夹取

因为继续的摄像头与机械臂爪子的原因在手机端不容易看到夹取的状态如上图所示。

 3.夹取物品，放入指定位置：

在机器人抓取完散落衣物时利用自动循迹。将衣物放入主人所指定的位置并重新开始智能避障继续以巡逻模式在家里巡航如图5-2

图5-2机器人加取衣物放入指定位置

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