機(jī)器人嵌入式傳感與人機(jī)交互技術(shù)設(shè)計的分析

熊曉倩

摘 要：對機(jī)器人嵌入式傳感與人際交互技術(shù)設(shè)計進(jìn)行研究，能夠有效提高機(jī)器人的設(shè)計質(zhì)量?；诖?，本文將對機(jī)器人嵌入式傳感系統(tǒng)進(jìn)行分析，其中主要包括線圈傳感的設(shè)計、通道測速單元的設(shè)計、溫度壓力測試單元的設(shè)計3個方面內(nèi)容。并對人機(jī)交互技術(shù)設(shè)計進(jìn)行分析，其中主要包括人機(jī)交互控制技術(shù)的設(shè)計、軟件的開發(fā)設(shè)計以及遠(yuǎn)程監(jiān)控程序設(shè)計3個方面內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人嵌入式傳感 人機(jī)交互技術(shù) 遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）03（c）-0010-02

隨著時代的發(fā)展，機(jī)器人逐漸進(jìn)入了人們的生活。機(jī)器人不僅能夠代替人們進(jìn)行重復(fù)機(jī)械的工作，甚至還能夠從事一些高科技的技術(shù)工作，提高了工作質(zhì)量。機(jī)器人在今后具有較為廣闊的發(fā)展空間，其中結(jié)構(gòu)設(shè)計會向著模塊化以及重構(gòu)化的方向發(fā)展，同時機(jī)器人的控制系統(tǒng)更加精密，集成程度更高，在使用過程中的安全性以及可靠性也逐漸增強(qiáng)。在對機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計的過程中，傳感器的應(yīng)用質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，傳感器主要負(fù)責(zé)對外界環(huán)境進(jìn)行感受，其中主要包括聲音、光線、觸覺以及力量感覺等，目前機(jī)器人的傳感系統(tǒng)正逐漸向著多傳感系統(tǒng)發(fā)展。

1 機(jī)器人嵌入式傳感系統(tǒng)

1.1 線圈傳感的設(shè)計

在利用線圈對機(jī)器人進(jìn)行傳感的過程中，通常情況下每組線圈由勵磁線圈和感應(yīng)線圈構(gòu)成，其中勵磁線圈會產(chǎn)生一個恒定的磁場，感應(yīng)線圈同樣出在該磁場中，當(dāng)有金屬進(jìn)入感應(yīng)系統(tǒng)中時，磁場中會發(fā)生相應(yīng)的電動勢，進(jìn)而形成一個電信號，通過對電信號進(jìn)行分析處理的方式能夠得出其中移動物體的速度。在對線圈傳感進(jìn)行設(shè)計的過程中，需要從以下兩方面內(nèi)容進(jìn)行考慮，一方面為線圈的制作材料。在對材料進(jìn)行選擇的過程中，需要根據(jù)實際情況進(jìn)行材料選擇，其中電磁線主要分為以下幾種類型，普通漆包線、耐高溫漆包線、絕緣漆包線以及纖維漆包線等，每種類型漆包線具有的功能也不同。例如：QY型漆包線屬于耐高溫漆包線的一種，其中熱級為220，直徑在0.16mm左右。另一方面為結(jié)構(gòu)設(shè)計，在對線圈進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，需要根據(jù)單粗線圈的模式進(jìn)行設(shè)計，在此基礎(chǔ)上將勵磁線圈以及感應(yīng)線圈相互連接，在此過程中使用的連接方式為串聯(lián)。

1.2 通道測速單元的設(shè)計

通道測速單元主要由線圈傳感器以及測速單元構(gòu)成，其中線圈傳感器對其中的信號進(jìn)行檢測以及信號模塊調(diào)理，主要包括信號采集模塊、電壓保護(hù)模塊、轉(zhuǎn)換模塊、緩存模塊等。在此過程中，為了節(jié)省運行過程中的耗電量，在勵磁線圈中安裝了電源通斷模塊，在不需要勵磁線圈工作時，會自動停止供電，節(jié)省運行成本，在需要對系統(tǒng)進(jìn)行感應(yīng)測速的過程中，通過主控芯片對勵磁線圈進(jìn)行供電。在對通道測速單元進(jìn)行設(shè)計的過程中，主要包括以下幾部分，其中信號采集模塊、電壓保護(hù)模塊以及轉(zhuǎn)換模塊相互連接與信號調(diào)理模塊相連接，信號調(diào)理模塊與感應(yīng)線圈相互連接。勵磁線圈與電源通斷模塊相互連接，這種方式能夠?qū)⑾到y(tǒng)中的多種模塊進(jìn)行充分利用[1]。

1.3 溫度壓力測試單元的設(shè)計

在機(jī)器人設(shè)計過程中，溫度以及壓力的信號傳輸形式都是電信號，這種信號輸出方式與線圈傳感器的輸出方式相似，因此，可以將測速單元中的技術(shù)應(yīng)用到其中。溫度壓力測試單元傳感器主要由3個部分構(gòu)成，第一部分為2.4G無線模塊；第二部分為主控模塊；第三部分為3.3V電平轉(zhuǎn)換模塊以及信號調(diào)理模塊。在此過程中，無線模塊主要負(fù)責(zé)與測量數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和反饋，在此過程中不需要對溫度信號以及壓力信號進(jìn)行采樣，因此，節(jié)省了一定的處理時間。電平轉(zhuǎn)換模塊主要負(fù)責(zé)對系統(tǒng)提供電壓，該系統(tǒng)中的電壓為3.3V。

2 人機(jī)交互技術(shù)設(shè)計

2.1 人機(jī)交互控制技術(shù)的設(shè)計

人機(jī)交互控制單元主要包括語音模塊、功能按鍵模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊、藍(lán)牙模塊以及無線模塊等，每個模塊具有相對性的功能，其中語音模塊能夠?qū)崿F(xiàn)人與機(jī)器人之間的對話，利用無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊與用戶實現(xiàn)通信連接，保證信息數(shù)據(jù)交換的實時性。在此過程中需要從以下兩個方面內(nèi)容進(jìn)行研究，一方面是藍(lán)牙模塊的電路設(shè)計，主要將藍(lán)牙的技術(shù)特點進(jìn)行充分利用，使其成為人機(jī)交互技術(shù)中的應(yīng)用技術(shù)。藍(lán)牙在實際應(yīng)用過程中主要具有以下特點，第一，適應(yīng)性能強(qiáng)，藍(lán)牙功能幾乎每個手機(jī)中都有，因此，只要使用人員擁有手機(jī)就能夠?qū)C(jī)器人進(jìn)行控制，只要在手機(jī)中下載一個藍(lán)牙交互軟件就可以對機(jī)器人進(jìn)行控制。第二，安全性能高，在利用藍(lán)牙進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，主要使用24字節(jié)CRC校驗?zāi)Ｊ?，在這種模式中能夠?qū)鬏敂?shù)據(jù)進(jìn)行加密，因此具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性以及安全性。另一方面為GSM電路設(shè)計技術(shù)，GSM指的是移動通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)在實際應(yīng)用過程中具有較廣的覆蓋面積，在使用過程中不需要建立獨立得到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，同時對使用人數(shù)也沒有限制規(guī)定，另外還具有穩(wěn)定性強(qiáng)以及數(shù)據(jù)信息傳輸方便等特點。

2.2 軟件的開發(fā)設(shè)計

軟件開發(fā)設(shè)計主要指的是藍(lán)牙軟件的開發(fā)設(shè)計，在當(dāng)今時代中，智能手機(jī)已經(jīng)越來越普遍，每部智能手機(jī)中都具有藍(lán)牙功能，因此，在人機(jī)交互過程中利用藍(lán)牙軟件進(jìn)行互動，具有較高的應(yīng)用價值。在對藍(lán)牙交互軟件進(jìn)行設(shè)計的過程中，主要分為以下幾個階段：第一，對本地的藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行獲取，這種方式能夠在短時間內(nèi)找到與藍(lán)牙相互適應(yīng)的適配器，保證信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。第二，對遠(yuǎn)程藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行搜索，在與適應(yīng)的藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行查詢配對之后，才能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。第三，對遠(yuǎn)程藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行連接，此過程是在設(shè)備搜索之后進(jìn)行的，在連接過程中需要將服務(wù)器端代碼與客戶端代碼相互連接，只有代碼連接成功，才能夠在兩個設(shè)備之間進(jìn)行有效連接，進(jìn)而實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳輸。

2.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控程序設(shè)計

遠(yuǎn)程監(jiān)控程序能夠在對系統(tǒng)運行情況進(jìn)行及時監(jiān)控的同時，與GSM模塊相互連接，這種方式能夠?qū)⑦h(yuǎn)程監(jiān)控傳感系統(tǒng)中的測量信息進(jìn)行及時傳輸，該系統(tǒng)在運行過程中主要在Linux的平臺中實現(xiàn)。其中通信服務(wù)器負(fù)責(zé)與模塊建立連接，并將系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫中進(jìn)行存儲。Web服務(wù)器能夠?qū)刂迫藛T提供網(wǎng)頁互動頁面，將數(shù)據(jù)庫中存儲的信息進(jìn)行顯示，同時將控制人員需要進(jìn)行存儲的信息存儲到數(shù)據(jù)庫中，通過這種方式實現(xiàn)人機(jī)互動。遠(yuǎn)程監(jiān)控程序主要包括移動網(wǎng)絡(luò)、GSM模塊、電腦網(wǎng)頁交互、通信服務(wù)器、Web服務(wù)器以及數(shù)據(jù)庫組成，其中通信服務(wù)器、Web服務(wù)器以及數(shù)據(jù)庫屬于電腦LINUX服務(wù)器，主要負(fù)責(zé)將系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸，為人機(jī)交互提供一定的運行數(shù)據(jù)。由此可以看出，在對遠(yuǎn)程監(jiān)控程序進(jìn)行設(shè)計的過程中，需要對系統(tǒng)中的各個模塊進(jìn)行充分的利用，這種方式能保證遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊的設(shè)計質(zhì)量，同時還能夠提高人機(jī)交互技術(shù)的實際應(yīng)用質(zhì)量，促進(jìn)我國機(jī)器人設(shè)計行業(yè)的發(fā)展[2]。

3 結(jié)語

綜上所述，隨著人們對機(jī)器人設(shè)計質(zhì)量的要求越來越高，如何提高機(jī)器人的實際應(yīng)用質(zhì)量，成為有關(guān)人員關(guān)注的重點問題。本文通過對機(jī)器人嵌入式傳感系統(tǒng)設(shè)計與人機(jī)交互技術(shù)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，對其進(jìn)行研究，能夠有效提高機(jī)器人的設(shè)計質(zhì)量，同時提高機(jī)器人在實際應(yīng)用中的安全性以及可靠性。由此可以看出，對機(jī)器人嵌入式傳感系統(tǒng)以及人機(jī)交互技術(shù)進(jìn)行研究，能夠為今后機(jī)器人的設(shè)計應(yīng)用的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 王常磊.機(jī)器人嵌入式傳感與人機(jī)交互技術(shù)設(shè)計[D].南京理工大學(xué)，2017.

[2] 張軍.智能機(jī)器人嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用研究[D].中北大學(xué)，2005.