基于OriginBot的脏宝桌面清洁机器人开发实践

桌面清洁机器人脏宝Dirty Bae，基于OriginBot开源机器人平台打造，功能覆盖相当全面。从基础垃圾清理到复杂的语音交互、目标跟踪，这套方案充分拓展了桌面级机器人的能力边界。下面逐一为您详细解析。

实现功能

按具体功能分类

• 自主清理垃圾——将桌面上的大块垃圾推至地面，细小垃圾和灰尘则收集进入垃圾储藏室
• 语音控制、手机App控制、键盘控制、手势控制
• 人体跟踪、猫狗跟踪、语音交互指令（如“到杯子那里去”、“到垃圾桶那里去”、“把杯子推回来”；建图后打乱桌面物品，机器人可自动恢复原样；播报摄像头检测到的内容；发现人站在车前时播放“别挡我路”等。更多功能取决于你的想象力）

按涉及领域划分

• 语音交互：语音唤醒、语音开关机、语音控制车辆运动、语音参数调整、语音启停进程（如开启或关闭人体跟踪控制）、被识别物体的语音播报
• 感知：目标检测与分割、基于自车位置推测目标的平面位置和尺寸（结合摄像头与激光雷达）
• 定位建图：SLAM建图和地图更新（包括正障碍物如杯子，结合TOF传感器建立负障碍物如桌面边缘）
• 规划控制：导航规划、路径规划、跟踪控制

硬件组成

硬件结构图

说明

• 摄像头用于识别，激光雷达用于SLAM建图
• IMU和轮速计（编码器）用于里程计推算
• TOF传感器斜向下安装，用于提前检测车辆是否到达桌面边缘，如下图所示
• 继电器用于控制高功耗设备（语音模块可长期待机）

软件组成

Arduino

Arduino用到了两个库，这两个I2C总线设备共用一路I2C：TOF、MPU9250（IMU的校准程序位于该库的例程中；由于Nano内存有限，需要校准IMU时需先通过例程程序进行校准）。

端口定义

const uint8_t Motor1_PinA = 5;
const uint8_t Motor1_PinB = 6;
const uint8_t Motor2_PinA = 9;
const uint8_t Motor2_PinB = 10;
const uint8_t Encoder1_PinA = 2; //中断1
const uint8_t Encoder1_PinB = 4;
const uint8_t Encoder2_PinA = 3; //中断2
const uint8_t Encoder2_PinB = 7;
SoftwareSerial mySerial(12, 13); // RX, TX

通讯协议

主要协议参考自OriginBot智能机器人开源套件。差异在于：①IMU的数据发送为处理后的数据除以100，而非原始数据；②传感器反馈中不包含电压值，但包含MCU的循环时间和待转发的语音板指令；③控制器资源控制为从X3Pi接收到的、需要转发给语音板的指令信息。

语音板子

由于MCU和语音板单次最多传输4个字节，且语音板处理逻辑有限，因此MCU与语音板之间的通信只能依靠预先定义好的协议（例如 1 = 自建通道）。同时，X3Pi与语音板的通信也通过MCU中转，因此同样需要定义它们之间的协议。例如，FCOS检测算法的80种类型分别对应80个整数，从而实现对被检测目标名称的语音播报。

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