基于Mblock的酒水服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)①

張珊

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?智能化飛速發(fā)展的今天，如何利用智能技術(shù)代替一些枯燥重復(fù)的工作，解放勞動(dòng)力是智能化發(fā)展的初衷。 巧妙利用Mblock技術(shù)，將倒水這一行為交給智能機(jī)器人去完成，為餐桌添加上智能科技的色彩。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?Mblock;酒水機(jī)器人;智能化

[中圖分類(lèi)號(hào)] ?TP242.6 ? ? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ? [文章編號(hào)] ?2096-0603（2018）27-0020-01

一、引言

隨著社會(huì)的發(fā)展、科學(xué)水平的提高和生活質(zhì)量不斷提升，人們?cè)絹?lái)越重視智能化帶來(lái)的良好體驗(yàn)，各種智能設(shè)備逐漸進(jìn)入了人類(lèi)社會(huì)，豐富的智能化在更大程度上滿(mǎn)足了人們不同的需求。中國(guó)的機(jī)器人專(zhuān)家從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)，將機(jī)器人分為兩大類(lèi)，即工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人。

所謂工業(yè)機(jī)器人就是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人;而特種機(jī)器人則是除工業(yè)機(jī)器人之外的，用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類(lèi)的各種先進(jìn)機(jī)器人，包括服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、娛樂(lè)機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)器等。比如，酒水服務(wù)機(jī)器人滿(mǎn)足了人們?cè)诰蹠?huì)上的隨時(shí)自助倒水需求，當(dāng)人們?cè)诩彝ゾ蹠?huì)、商務(wù)用餐、戶(hù)外野營(yíng)等活動(dòng)時(shí)，遇到不方便起身倒酒甚至起身影響禮節(jié)莊重的時(shí)候，酒水服務(wù)機(jī)器人就可以幫助人們解決倒酒水問(wèn)題。酒水服務(wù)機(jī)器人，其三輪設(shè)計(jì)能夠使得機(jī)器人可以360度自由移動(dòng)，非常方便、快捷。電機(jī)加舵機(jī)的應(yīng)用，使得機(jī)器人更加靈活，動(dòng)力強(qiáng)勁。同時(shí)，酒水服務(wù)機(jī)器人在移動(dòng)時(shí)還具有自動(dòng)避障功能。因此，研究酒水服務(wù)機(jī)器人具有重要意義。

二、設(shè)計(jì)構(gòu)思

本次設(shè)計(jì)的酒水服務(wù)機(jī)器人采用三個(gè)輪子、兩個(gè)電機(jī)、一個(gè)舵機(jī)、一個(gè)定制控制器、底座、一套超聲波感應(yīng)裝置、一個(gè)超聲波測(cè)距傳感器設(shè)計(jì)和一套燈帶，實(shí)現(xiàn)酒水服務(wù)機(jī)器人移動(dòng)、障礙識(shí)別和智能倒水。智能車(chē)基于Mblock（Makeblock）開(kāi)發(fā)平臺(tái)。控制中心采用Auriga控制器，舵機(jī)調(diào)試通過(guò)Mblock多功能調(diào)試軟件完成，采用圖形化機(jī)器人編程軟件完成代碼的編寫(xiě)。

酒水服務(wù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本要求有以下幾點(diǎn)：1.較強(qiáng)的穩(wěn)定性，輪子凸出在酒水服務(wù)機(jī)器人底座外部，兩個(gè)履帶輪所圍繞的面積增大，同時(shí)，運(yùn)動(dòng)、支架升起或降落時(shí)，酒水服務(wù)機(jī)器人的重心始終保持在底盤(pán)的中心。因此酒水服務(wù)機(jī)器人具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。2.高度調(diào)節(jié)性，智能照明車(chē)的升降支架采用1個(gè)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)舵機(jī)角度的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)上升或下降;自動(dòng)避障，在酒水服務(wù)機(jī)器人正面安裝了一個(gè)超聲波測(cè)距傳感器，酒水服務(wù)機(jī)器人距離障礙物小于5厘米時(shí)，酒水服務(wù)機(jī)器人將會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)動(dòng)。

酒水服務(wù)機(jī)器人的軟件編寫(xiě)采用Mblock圖形機(jī)器人開(kāi)發(fā)軟件平臺(tái)。Mblock圖形機(jī)器人開(kāi)發(fā)軟件是提供給學(xué)生開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)易機(jī)器人或其他智能科技作品的學(xué)習(xí)平臺(tái)，可在PC計(jì)算機(jī)windows7的操作系統(tǒng)環(huán)境下運(yùn)行。在Mblock中，用圖形化、可視化的方式給機(jī)器人編程，通過(guò)拖動(dòng)模塊圖標(biāo)和對(duì)模塊做屬性設(shè)置，就可以快捷地編寫(xiě)機(jī)器人的控制程序。程序編輯后，再編譯下載到控制器中運(yùn)行，機(jī)器人就可以運(yùn)動(dòng)了。Mblock軟件具有跨處理器平臺(tái)、代碼的運(yùn)行效率高、集成3D仿真、支持圖形化編程方式和C語(yǔ)言編程方式的混合開(kāi)發(fā)等特點(diǎn)。

三、酒水服務(wù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

酒水服務(wù)機(jī)器人最大的特點(diǎn)之一就是我們的酒水服務(wù)機(jī)器人可以360度自由移動(dòng)，并且可以自主避讓障礙物。在控制中心上，我們采用Auriga控制器，由于我們的機(jī)器人自身重量不輕，對(duì)于行進(jìn)過(guò)程中的速度就十分考究了。速度過(guò)快，慣性大，不利于機(jī)器人的起停準(zhǔn)確。速度過(guò)慢，使得機(jī)器人笨重，不利于復(fù)雜地形的使用。經(jīng)過(guò)一系列的分析，我們對(duì)機(jī)器人的1∶1模型進(jìn)行細(xì)致的重量估算后，通過(guò)數(shù)學(xué)建模，模擬各速度下機(jī)器人的起停狀態(tài)，將合理速度的區(qū)間進(jìn)一步縮小。最后，經(jīng)過(guò)一次次模擬不同環(huán)境的實(shí)驗(yàn)后，我們才確定了最理想的速度。

當(dāng)然，只會(huì)移動(dòng)還不能稱(chēng)得上“智能”，自動(dòng)尋路和主動(dòng)避讓障礙物也是必需的?？梢宰杂赊D(zhuǎn)動(dòng)的履帶輪是智能移動(dòng)的基礎(chǔ)，那么處于酒水服務(wù)機(jī)器人最前端，負(fù)責(zé)看清道路、指明方向的超聲波感應(yīng)器就是智能移動(dòng)的重中之重。感應(yīng)器的設(shè)定是可以識(shí)別大大小小的障礙物，感應(yīng)器運(yùn)行的原理是根據(jù)超聲波返回的數(shù)值來(lái)判斷距離的遠(yuǎn)近，進(jìn)而來(lái)識(shí)別周?chē)沫h(huán)境，然后將這些環(huán)境信息傳遞到控制器，控制器管理履帶輪，如此就完成了智能移動(dòng)的行為。理論不難理解，但是落實(shí)到實(shí)踐上，卻困難重重。首先，對(duì)于環(huán)境數(shù)據(jù)的采集樣本要足夠大，如果音波變化區(qū)間太小，那么在實(shí)踐使用中，酒水服務(wù)機(jī)器人會(huì)出現(xiàn)種種無(wú)故停止的狀況，因此對(duì)于感應(yīng)器的調(diào)試就顯得格外重要。感應(yīng)器的調(diào)試，我們是通過(guò)Mblock多功能調(diào)試軟件來(lái)完成，多組數(shù)據(jù)在實(shí)際場(chǎng)景下實(shí)驗(yàn)操作，進(jìn)行六十余組實(shí)驗(yàn)，得到最合理的數(shù)據(jù)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)效果達(dá)到了預(yù)期效果。

對(duì)于其“智能”不能夠只是表現(xiàn)在移動(dòng)方面，在設(shè)計(jì)編程上，筆者深度定制機(jī)器人行為指令，使用Mblock圖形化機(jī)器人編程，對(duì)于行為進(jìn)行編譯執(zhí)行，確保智能車(chē)能夠迅速通過(guò)控制器達(dá)到執(zhí)行的效果。

通過(guò)深入定制酒水服務(wù)機(jī)器人的行為，機(jī)器人能夠更好地工作在多復(fù)雜的環(huán)境下。同樣的，酒水服務(wù)機(jī)器人是針對(duì)聚會(huì)時(shí)分，機(jī)器人精致而凸顯科技感的造型和周身裹著的呼吸霓虹燈帶都極具烘托氣氛的作用。當(dāng)然，我們也對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了一些人體力學(xué)的設(shè)計(jì)，可拆卸、易攜帶、菱角鈍化等，使得酒水服務(wù)機(jī)器人的使用體驗(yàn)更加優(yōu)秀，更加方便，也更加安全。

四、結(jié)束語(yǔ)

像誕生于科幻小說(shuō)之中一樣，人們對(duì)機(jī)器人充滿(mǎn)了幻想。也許正是由于機(jī)器人定義的模糊，人們才有了充分的想象和創(chuàng)造空間。隨著人工智能的迅速發(fā)展，一些簡(jiǎn)單和枯燥的工作將慢慢由機(jī)器人代替，而相關(guān)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)將為我們的生活帶來(lái)便捷。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳瑤，梅濤，王曉杰，等.基于爬壁機(jī)器人的橋梁裂縫圖像檢測(cè)與分類(lèi)方法[J].中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2016（9）.

[2]王超，張益銘，宋啟祥.一種雙臂型寫(xiě)字機(jī)器人的控制方法[J].安徽科技，2016（10）.

[3]周亞麗，張奇志.半被動(dòng)雙足機(jī)器人的行走控制及設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2016（11）.

[4]王盟.基于DSP與超聲波測(cè)距的農(nóng)業(yè)機(jī)器人定位與避障控制[J].農(nóng)機(jī)化研究，2017（8）.