一、研发背景

1. 社会背景

伴随社会经济活动的日益频繁，人群生活节奏加快、工作压力增大，服务机器人自动化、智能化的特性有效的迎合了人群快节奏生活，满足了人们追求高品质生活的需求。《“十四五”机器人产业发展规划》和《“十四五”智能制造发展规划》等政策不断鼓励服务机器人产业的创新发展，以便于提高家居生活的智能化水平，使得其未来将成为智能家居生活的重要组成部分。

2. 行业背景

服务机器人比较于工业机器人有着更广阔的空间。工业机器人面向制造业，对精度和稳定性要求较高。家居服务机器人则直接面对家庭或个人，在人机交互、实用性上要求较高，有着消费品的属性。伴随人工智能技术的快速发展，技术成本不断下降，拓展并增强服务机器人的精确度也更加成为自然，从而赋予服务机器人比工业机器人更大的消费属性。

二、产品简介

此次设计研发的多元化交互机器人定位为家居服务机器人。以生活助手为核心，以2C市场为消费场景，有效地处理简单的日常家居任务。贯彻国家新发展理念和响应高质量发展号召，对传统服务机器人进行功能拓展，其应用场景多元化、家居功能一体化。本产品集成安防监控、生活服务和室内环境检测于一体的多元化、多功能交互服务机器人，赋能多家居场景室内生活，使用户生活更加便利。

三、结构说明

1、结构选择与设计

  本次设计以关节坐标型作为结构形式，具有六个自由度。前三个自由度是位置控制轴，使其在家居场景下快速到达指定位置；后三个轴是姿轴，使其在进行操作时快速转换运动姿态，此结构动作灵活，它可以作上下俯仰动作并能够抓取地面上或较低位置的工件，适应于在家居多元化场景下进行拟人化机械运动。

2、机器人传动结构

1) 齿轮传动

对于机械臂中位置轴传动选用齿轮转动，利用齿轮传动传动精度高的特点满足机器人对于位置精度的需求。

2) 同步皮带传动

此传动结构主要采用人字皮带传动，具有网带牢固性强、柔性好、较远距离传动的特点，在传动时传动平稳，用于位置控制轴和姿态轴的传动连接。

四、控制说明

整体的控制系统，如图所示，主要包括上位机和机器人本体，其中机器人本体包含：移动平台、感测系统、无线通讯模块、蓝牙通讯模块、保护机构等。

五、产品总体结构

根据产品的功能需求，选用Arduino作为开发平台，以Arduino Mega 2560芯片作为主控芯片，添加2.4G无线控制器模块、电源模块、步进电机、传感器和相机等共同组成产品硬件系统。

六、产品功能简介

此次产品开发，在多元化家居场景下功能简单实用，节省用户家居时间，享受更多闲暇。主要开发以下多元化方向：

(1) 生活管理智能帮手

a. 简单家务清洁

本功能针对于家务清洁场景，可实现桌面清理与物品摆放。通过传感系统感知障碍物与高度落差，防止物品跌落受损。视觉和移动机器人模块的深度融合实现多物品、多角度的摆放与位置修正。

使用描述：用户只需构建环境地图，以保证同步定位功能与地图绘制模块的正常使用。

b. 优化家居日常

本功能针对于家居日常管理，针对人的日常习惯，代替用户处理生活琐事。根据天气状况帮助用户完成开关灯、开关窗等琐碎小事。

使用描述：用户在开启此模块时只需确定拍照位置，以保证相机模块能够定点定时检测即可。

(2) 全方位室内健康环境检测

a. 日常环境安全检测

本功能主要针对于用户室内环境的检测，本功能采用传感器检测室内CO含量和温湿度，可及时告知用户安全隐患。

使用描述：用户需绘制房间地图，机器人会自动规划地图、自动循迹，以便于充分检测室内环境，保障用户的健康安全。

(3) 家居安防智能化

a. 防盗报警

本功能主要针对于用户家居陌生人识别提醒，本功能可以识别陌生人并提醒，当检测到有人员进入时，会自动抓取面部特征并于数据库中的图像源特征进行比对。

使用描述：用户在图像库中添加照片即可完成该功能的初步设定。

b. 远程云端旋转监控

本功能主要针对于用户家居安防监控，用户可以通过手机控制机器人移动并通过相机模块监控房间。

使用说明：用户通过手机APP与机器人建立远程通讯，即可对机器人进行远程控制和实时监控。

(4) 语音交互拟人化

本功能主要实现人与机器人交流，构建语音指令库。用户选择与自己语音人设画像接近的计算机语音人格，提升情感体验。

使用说明：用户根据自我喜好设定相应的音色与语音人格，并可以自定义语音交互指令，实现与机器人语音模块的智能化交互。

七、产品特色

1) 功能多元化：

相比于传统的服务型家居机器人，此产品可应用于多元化家居场景，家居功能齐全，集成安防、服务、情感交互等家居机器人常用功能于一体并加以提升，室内环境健康指标检测为重点，实现多功能化集成，多角色演绎。

2) 体验舒适化：

快节奏的生活加快了人们追求高品质舒适生活的脚步，闲暇时享受安逸的家居生活已成为现在人群现状，本产品针对于家居场景中用户“不愿意做的事情”以及“做不到的事情”进行产品化应用，替代用户来完成日常琐碎小事，针对于家居健康指标进行智能化联调，调节温湿度智能化健康入睡，优化家居环境，改善用户家居体验，创建休闲家居氛围，满足用户追求高品质生活的需求。

3) 家居精益化：

在每个人眼中，家是温馨的港湾，而杂乱的家居环境往往影响人的居家体验，本产品对精益家居管理进行算法实现，用户通过绘制区域地图划分功能区域，产品通过对物品识别进行区域摆放，使家居环境更加整洁。