机器人通用软件架构设计方案

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1、采用分层架构,从底层硬件到上层APP,形成端-边-云协同系统。

设计原则:

  • 兼容性:复用底层(如STM32 MCU驱动、WiFi通信),扩展中医传感器(如脉搏检测器、高清摄像头)。
  • 安全性:数据加密(AES-256),合规中医隐私。
  • 可扩展性:模块化设计,支持插件式场景切换。
  • 性能:实时响应<1s,APP兼容Android 8.0+。
  • 开发工具:Kotlin主语言,Jetpack Compose UI,MQTT/RESTful通信。

总体架构概述

架构分为四层:

  • 底层硬件层:机器人核心硬件和驱动,支持感知和执行。
  • 中间服务层:API网关和AI引擎,桥接底层数据与上层逻辑。
  • 应用层:定制Android APP,针对场景开发专属模块。
  • 云服务平台层:数据存储、远程管理和大数据分析。

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  • 数据流:底层采集数据(如脉象),中间层处理AI算法,上层APP显示结果,云层存储历史数据。

  • 扩展点:底层添加中医传感器;APP模块动态加载场景插件。

  • 通信协议:MQTT实时推送(如检测结果),RESTful批量查询(如餐厅订单)。

2、功能模块详细介绍

基于MVVM模式开发APP,核心模块如下。每个模块复用底层(如SLAM用于餐厅导航),并针对场景定制。

  1. 感知与数据采集模块(Perception & Data Collection Module)

    • 职责:采集环境/用户数据,支持场景扩展。

    • 实现技术:底层使用穿山甲传感器(摄像头、红外),扩展中医脉搏传感器(集成心率/血氧模块)和高清摄像头(舌象/面象拍摄)。数据采样率>20Hz,ROS框架处理。

    • 输入/输出:输入-传感器信号;输出-原始数据(如脉象波形、图像)。

    • 场景定制

      • 中医体质检测:采集舌象、面象、脉象、体质问卷(AI辅助“望闻问切”)。
      • 学校餐厅:采集学生ID(RFID/NFC)、环境地图(避障配送)。
    • 关键特点:多模态融合(图像+生理信号),精度±5%;APP通过API调用采集。

  2. AI决策与处理模块(AI Decision & Processing Module)

    • 职责:分析数据,提供智能决策。

    • 实现技术:集成穿山甲“智多星”AI引擎,扩展深度学习模型(TensorFlow Lite边缘计算)。中医使用语义分割模型处理舌诊图像(准确率>90%);餐厅使用路径规划算法优化配送。

    • 输入/输出:输入-采集数据;输出-检测结果(如“平和质”体质类型)或路径指令。

    • 场景定制

      • 中医体质检测:辨识9种中医体质(气虚质、阳虚质等),生成报告(30秒内完成),建议饮食/养生。
      • 学校餐厅:AI点餐推荐(基于学生偏好),多机器人协作配送。
    • 关键特点:云边协同(本地处理实时任务,云端训练模型);支持离线模式。

  3. 用户交互与UI模块(User Interaction & UI Module)

    • 职责:提供友好界面,实现场景操作。

    • 实现技术:Jetpack Compose构建动态UI;语音交互(ASR/TTS,支持24语言)。

    • 输入/输出:输入-用户指令(如“开始检测”);输出-可视化报告(如体质雷达图)。

    • 场景定制

      • 中医体质检测:APP引导用户伸舌/搭脉,显示报告二维码分享;集成问诊表单(症状输入)。
      • 学校餐厅:学生APP点餐界面(菜单浏览、支付),管理员监控配送轨迹。
    • 关键特点:多角色支持(医生/学生/管理员);无障碍设计(语音导航)。

  4. 任务管理与执行模块(Task Management & Execution Module)

    • 职责:下发/监控任务,确保执行。

    • 实现技术:MQTT实时通信;PID控制器驱动底层电机。

    • 输入/输出:输入-APP任务(如“检测体质”);输出-执行反馈(如“配送完成”)。

    • 场景定制

      • 中医体质检测:机器人移动到用户旁执行检测,APP跟踪进度。
      • 学校餐厅:批量送餐任务(学生选餐后自动规划路线),支持高峰期优化。
    • 关键特点:故障重试机制;日志记录用于审计。

  5. 数据管理与云集成模块(Data Management & Cloud Integration Module)

    • 职责:存储/分析数据,支持远程管理。

    • 实现技术:Room本地数据库,OkHttp云同步;大数据分析(Hadoop-like)。

    • 输入/输出:输入-检测/运营数据;输出-趋势报告(如体质统计)。

    • 场景定制

      • 中医体质检测:云端存储历史报告,支持医院互通(辅助诊疗)。
      • 学校餐厅:分析客流/菜品偏好,优化菜单。
    • 关键特点:数据隐私(匿名化);OTA更新APP/固件。

  6. 安全与维护模块(Security & Maintenance Module)

    • 职责:确保系统安全和可维护。
    • 实现技术:OAuth2认证;Crashlytics监控。
    • 输入/输出:输入-登录凭证;输出-警报/更新。
    • 场景定制:中医数据加密传输;餐厅支付集成(微信/支付宝/银联)。
    • 关键特点:角色权限控制;自动备份。