小派智能机器人：与天猫精灵对接的语音控制

获奖等级：三等奖

设计者：杜畅，李炳君，张爱宾

指导教师：李航，王飞龙

大连理工大学创新创业学院，大连，116024

以皮克斯动画片片头中淘气的跳跳灯为灵感来源，设计者研发了服务日常生活的小派智能机器人（图34）。该智能机器人主要应用于用户读书写字情形下的人机交互，不仅具有台灯的基础功能，还可通过计算机视觉进行模式识别，并与AliGenie平台对接实现语音控制。此外，机器人配备一个Android端APP应用，方便用户自定义动作并进行机器人舞蹈编程。

机械部分，根据光源照射角度和移动需求等指标，机器人主体结构设计为一个五自由度的串联机械臂。采用空间并联结构，工作范围较其结构形式要大。针对机器人前伸倾倒问题，使用步进电机不仅作为机器人Z轴的旋转运动的驱动装置，还作为一定的配重跟随机器人运动，保持了机器人的稳定性，减小了机器人自重。(www.xing528.com)

电路部分，上位机采用树莓派，下位机核心采用一款AVR单片机。单片机通过解析树莓派串口发送的指令进行运动和照明控制。Android端APP通过蓝牙串口对单片机发送指令。上位机树莓派连接摄像头获取图像进行视觉识别和决策处理。此外，该智能机器人已实现与天猫精灵的对接，基于AliGenie平台完成语音对机器人的控制。智能机器人的接入方式：用户的语音指令通过天猫精灵上传阿里云语音服务器，通过解析后发送响应的协议到云服务器，然后控制云再与机器人设备进行沟通控制。

使用工具MIT APPInventor编程实现了Android端APP Demo。在用户对机器人舞蹈进行编程的界面，目前采用选择按键模式，未来将提供类似MIT APPInventor的图形化编程界面。

在算法实现上，基于神经网络的控制误差补偿提高机器人末端的定位精度；基于结合Haar特征的Adaboost级联分类器实现人脸识别；基于PID控制算法，根据控制器的参数与系统动态性能和稳态性能之间的定性关系，用实验的方法来调节控制器的参数以进行运动跟踪。

未来，本机器人将作为一种新型家用电器进入千家万户，照亮通往未来智慧家庭的道路。

图34　小派智能机器人