基于STM32的智能语音控制递送机器人设计

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

随着自动化技术与嵌入式控制技术快速发展，室内短途物资递送的智能化需求持续增长。在实验室、办公室、小型库房等室内场景，文件、小件物资的转运长期依靠人工完成，反复往返递送不仅耗费人力，也会挤占工作人员的有效工作时间，人工转运还存在遗忘任务、操作失误等问题。传统室内物资递送缺少轻量化的自动化设备，市面上成熟的大型无人配送机器人，大多面向园区、楼宇长距离配送，设备体积庞大、硬件成本高昂，部署复杂，并不适合狭小室内的定点短途递送场景。而小型简易移动设备大多只支持按键遥控，交互方式单一，缺少语音交互、自动循迹、障碍物检测与状态监测一体化功能，智能化水平有限，难以独立完成完整的递送流程。在此背景下，设计一款低成本、操作便捷的语音控制递送机器人具有较强现实价值。

本设计依托嵌入式技术搭建小型移动机器人平台，将语音识别、循迹导航、避障检测、无线通信结合在一起，实现室内预设路线自动递送作业。机器人可按照指令自主沿着路径行驶，抵达目标点位后完成模拟装卸货物，任务结束自动返回起点，全程无需人工持续操控。该机器人搭载多类感知器件实时监测运行状态，遇到障碍物自动停机并语音提示，同时具备低电量声光告警与远程通知功能，兼顾运行安全与任务可靠性。从应用层面来看，该设备能够替代人工完成小件物品定点转运，降低重复性劳动带来的人力消耗，适用于办公室、实验室等室内场景。从技术研究层面，本设计将嵌入式控制、语音识别、传感器检测技术融合，研究小型移动机器人多传感器协同控制方案，为同类小型室内递送机器人的研发提供实践参考。同时，语音交互方式降低设备操作门槛，普通使用者可以通过简单语音指令控制机器人，搭配蓝牙手机远程管控，丰富人机交互形式，兼顾自动化与人工干预能力。整套系统硬件架构简洁，开发成本较低，便于调试与二次功能拓展，对推动小型室内服务机器人的普及应用，探索低成本嵌入式机器人方案有着积极的研究意义。

1.2 国内外研究现状

国外对于递送机器人的研究起步较早，相关技术积累深厚，众多科研机构与企业聚焦室内外自主配送机器人研发。国外成熟的配送机器人产品普遍搭载多线雷达、视觉识别模块与高精度定位系统，能够实现复杂环境下自主路径规划、动态避障与多站点连续配送，机器人智能化程度高，系统稳定性强，部分产品已经在校园、社区落地使用。但这类设备大多面向室外大场景配送，整套硬件成本昂贵，控制系统复杂，需要配套服务器与地图构建系统，体积较大，不适合狭小室内短距离定点递送场景。在语音交互方向，国外研究侧重大模型自然语言交互，算法对硬件算力要求高，难以移植到低成本单片机平台，轻量化、低功耗的语音控制循迹递送机器人的相关研究较少，很难满足简易室内定点递送的需求，难以在小型场景低成本落地。

国内移动机器人行业发展速度快，高校与企业持续开展室内小车、递送机器人相关研究。国内大量研究集中在循迹小车、避障移动机器人领域，多数方案可以实现红外循迹、障碍物检测、电机运动控制等基础功能，部分方案增加蓝牙、无线通信模块，实现手机端远程控制。但现有多数小型机器人设计存在功能碎片化的问题，不少作品仅实现单独的循迹行走或者简单遥控功能，缺少语音指令交互，无法通过语音触发递送任务，难以形成一套完整的起点出发、定点卸货、自动返程的闭环递送流程。很多同类设计缺少运行状态的实时监测，无法采集电量、速度、障碍物距离信息，缺少屏幕可视化展示与低电量异常告警机制，人机交互方式单一。虽然国内已有商用大型配送机器人落地，但成本较高，而学生研究类的小型机器人大多功能集成度不足，很少将语音识别、循迹导航、自动装卸、远程监控、异常报警整合在一套低成本嵌入式系统中。因此开发一套低成本、集语音交互、循迹递送、避障告警、蓝牙远程管控一体化的小型递送机器人，能够弥补现有小型方案的功能短板，对于国内轻量化室内服务机器人的研究有补充价值。

1.3 研究内容与方法

本课题以嵌入式主控为核心开展语音控制递送机器人的软硬件整体设计，先完成系统整体方案规划，根据任务需求完成硬件器件选型，搭建包含感知采集、语音识别、电机驱动、人机交互、无线通信在内的硬件电路，完成电路焊接、硬件调试。软件部分编写底层驱动程序，实现各类传感器的数据采集，获取机器人位置、速度、电量、障碍物距离等运行信息，开发语音指令解析程序，识别预设语音指令，编写循迹导航、障碍物检测、舵机装卸货物的控制逻辑，同时实现屏幕状态显示、蓝牙通信、低电量声光告警等功能。在完成软硬件开发后，分模块单独测试各个单元运行效果，进行整机联合调试，不断优化控制程序，修正循迹偏差、避障响应、语音识别稳定性等问题，开展多次实地场景测试，验证机器人能否完成语音启动、循迹送货、定点卸货、自动返程、障碍停机与远程监控的全部任务，检验整套系统运行稳定性，完成课题设计目标。