一種帶多種選配功能的智能機(jī)器人設(shè)計(jì)

胡徐勝 金晨

摘 要：為了提高智能機(jī)器人的控制效果，設(shè)計(jì)一種主要由單片機(jī)、傳感器和陀螺儀組成的智能取器人。通過功能設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)，對(duì)其作簡(jiǎn)單介紹。為了提高整體設(shè)計(jì)的性價(jià)比并完善其它相關(guān)功能，設(shè)計(jì)了選配功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，實(shí)用可靠，便于具體工程實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：智能機(jī)器人；避障；尋跡；傳感器.

Design of an Intelligent Robot with Multiple Selection Functions

Hu Xu-sheng，Jin Cheng

（Wanjiang University of Technology，Maanshan，Anhui 243031，China）

Abstract：In order to improve the control effect of intelligent robot， an intelligent pickup robot is designed， which is mainly composed of single chip computer， sensor and gyroscope. Through function design and mechanical design， it is briefly introduced. In order to improve the cost-effectiveness of the overall design and improve other related functions， the selection function was designed. The design of the system is simple， practical and reliable， and it is easy to realize in specific projects.

Keywords：Intelligent Robot； Obstacle Avoidance； Tracking； Sensor.

機(jī)器人是一個(gè)集環(huán)境感知、動(dòng)態(tài)決策、規(guī)劃行為控制與執(zhí)行等多功能于一體的智能化系統(tǒng)，是涉及到計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、人工智能、機(jī)械、力學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域中的前沿技術(shù)。機(jī)器人廣泛用于現(xiàn)代加工、制造、裝配等領(lǐng)域。利用它與人或生物相似的感知、規(guī)劃、動(dòng)作和協(xié)同等能力，以提高生產(chǎn)過程的自動(dòng)化，規(guī)?；陀行蛏a(chǎn)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少人身和設(shè)

備事故，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。本文提出了一種基于單片機(jī)控制的機(jī)器人系統(tǒng)，采用多傳感器使其具有自動(dòng)導(dǎo)航尋跡和搬運(yùn)功能。該機(jī)器人可模擬工業(yè)生產(chǎn)中的導(dǎo)航、搬運(yùn)動(dòng)作，具有較好的應(yīng)用價(jià)值，能夠把人類從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來。本文設(shè)計(jì)了一種多功能智能自主機(jī)器人，它不僅可以幫助人們實(shí)現(xiàn)物品移動(dòng)、取物、物品歸類放置等，還可以幫助人進(jìn)行簡(jiǎn)單的攀高作業(yè)，如取衣櫥高處的衣物、擦玻璃，甚至還可以幫老年人取報(bào)紙，讀報(bào)紙等等。當(dāng)今社會(huì)發(fā)展迅猛，科技日新月異，生活水平不斷提高，我們的國(guó)家人人都在追求高質(zhì)量的生活。所以我們是從人文角度出發(fā)，設(shè)計(jì)一個(gè)在日常生活中發(fā)揮巨大作用的設(shè)備，提高人們生活質(zhì)量，節(jié)約時(shí)間，提高效率，為人們的生活帶來便捷，豐富生活。

1.功能設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的智能自主機(jī)器人，可以代替人們完成一些日常工作，使其發(fā)揮人類助手的功能，為人們提供生活上、工作上和其他各方面的諸多便利。它具有升、降、滑行、抓、舉、舞蹈等功能，不僅可以人為操控，還可以自主識(shí)別。根據(jù)不同需求，私人定制成具有不同特色的不同版本。但我們最初主要是從人文角度出發(fā)，以方便人們，提高生活質(zhì)量為宗旨設(shè)計(jì)的。它可以遙控輸入命令，操控它進(jìn)行上升、飛行、抓取、下降等一系列動(dòng)作，幫助人們夠取物品、搬運(yùn)物品到人們手中。也可以語音識(shí)別和紅外線感應(yīng)相結(jié)合，幫助特殊的人們進(jìn)行任務(wù)。這在以下的結(jié)構(gòu)功能中將講到?？偠灾?，這就是一款智能的搬運(yùn)器，具有超強(qiáng)大功能的搬運(yùn)器，提高生活質(zhì)量。

1.1 空間感知功能

機(jī)器人主要工作地點(diǎn)為室內(nèi)，所以對(duì)家的空間感知尤為重要。在設(shè)計(jì)上，推出了迷你型、小型、中型、大型和豪華型，分別對(duì)相應(yīng)不同的室內(nèi)面積。在機(jī)器人的具體服務(wù)前，需要專業(yè)安裝人員對(duì)其工作的室內(nèi)空間實(shí)施 3D 影像和數(shù)據(jù)采集，在機(jī)器人工作時(shí)，眼睛看見的景象與數(shù)據(jù)庫(kù)匹配，確立所在的具體位置。當(dāng)主人通過語音操控時(shí)，機(jī)器人會(huì)迅速響應(yīng)，讀取位置指令和命令指令，尋找命令的目的地點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)前自身位置，合理規(guī)劃路徑，同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)行走或滑行命令，到達(dá)指定位置，開啟此次服務(wù)之旅。

1.2家務(wù)勞動(dòng)

該機(jī)器人的最基本功能就是可以代替人們，做家務(wù)，讓老年人從繁瑣的家務(wù)勞動(dòng)中解脫。機(jī)器人可以根據(jù)主人需要“學(xué)習(xí)”多種菜

譜，多種面食等基礎(chǔ)家務(wù)。定期清掃房屋。此外，機(jī)器人還可以和老年人語音聊天，語音讀報(bào)紙，陪老年人下棋等。

1.3 定時(shí)工作

智能自主機(jī)器人還可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)服務(wù)功能。客戶可以根據(jù)家庭生活習(xí)慣需要，給機(jī)器人的某項(xiàng)工作定時(shí)，讓機(jī)器人每次按時(shí)進(jìn)行相應(yīng)工作。比如給機(jī)器人定時(shí)每天早晨六點(diǎn)半取牛奶，八點(diǎn)打開窗戶等。當(dāng)定時(shí)功能被觸發(fā)時(shí)，機(jī)器人會(huì)自動(dòng)工作，不需主人重復(fù)輸入命令，從而使得客戶養(yǎng)成一個(gè)良好的生活習(xí)慣和學(xué)習(xí)習(xí)慣。

1.4其他選配功能

除了以上的基本配置以外，本文設(shè)計(jì)的機(jī)器人考慮到性價(jià)比和功能完善，還提供了很多選配功能。

（1）護(hù)理功能

針對(duì)需要護(hù)理的病患、兒童或老人，護(hù)理功能可以根據(jù)護(hù)理對(duì)象的身體健康狀況，制定一套既有針對(duì)性又靈活多變的健康提醒護(hù)理系統(tǒng)。根據(jù)護(hù)理對(duì)象的不同設(shè)計(jì)了病人、兒童和老人三種護(hù)理模式，將西醫(yī)的一些基本檢查方式，如血壓、血糖檢測(cè)，設(shè)計(jì)到機(jī)器人中，可以定期自動(dòng)檢查護(hù)理對(duì)象的身體狀況，并提醒其注意飲食、運(yùn)動(dòng)等習(xí)慣，改善其生活質(zhì)量，從而做到疾病提前預(yù)防。

（2）運(yùn)動(dòng)功能

針對(duì)需要陪伴的對(duì)象，運(yùn)動(dòng)功能可以根據(jù)護(hù)理對(duì)象的身體健康狀況，制定運(yùn)動(dòng)計(jì)劃并實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)在線監(jiān)控。同樣該項(xiàng)功能也根據(jù)護(hù)理對(duì)象的不同設(shè)計(jì)了兒童、少年、青年、壯年、老人五種模式，每種模式里又根據(jù)人的性別、體重、身高設(shè)計(jì)了各種子模式，考慮到體重與身高的比值基本上體現(xiàn)了肥胖程度，所以該設(shè)計(jì)會(huì)根據(jù)陪伴對(duì)象給出不同的運(yùn)動(dòng)建議，包括運(yùn)動(dòng)時(shí)間、運(yùn)動(dòng)類型、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)頻次等。

2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

這是一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)器人，各個(gè)部件既分工又統(tǒng)一。

（1）、手臂與手掌

手臂與手掌可以模仿人類來做一些動(dòng)作，具有很強(qiáng)的靈活性，與傳統(tǒng)機(jī)器人的手的最大區(qū)別在于安裝設(shè)計(jì)了很多合適的傳感器，可以實(shí)現(xiàn)溫度觸感、濕度觸感和震動(dòng)觸感。

（2）、螺旋槳

采用螺旋槳實(shí)現(xiàn)機(jī)器人能夠到達(dá)高處，能夠?qū)崿F(xiàn)高處取物和簡(jiǎn)單的登高作業(yè)功能。

（3）紅外感應(yīng)與溫度感應(yīng)

為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人躲避障礙和實(shí)現(xiàn)路徑的合理與優(yōu)化，裝置了各種感應(yīng)器，主要有紅外感應(yīng)器和溫度感應(yīng)器。機(jī)身前方、后方、左右側(cè)面分別設(shè)置兩個(gè)紅外傳感器。前后放置傳感器是為了當(dāng)遇到物體時(shí)能夠迅速作出反應(yīng)，左右的感應(yīng)器是為了判斷路徑是否能順利通過。溫度感應(yīng)器：主人不在家時(shí)，可以提前輸入命令，機(jī)器人根據(jù)溫度變化，做出反應(yīng)，執(zhí)行命令。

（4）陀螺儀

為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人能夠保持并提高智能機(jī)器人的平衡能力，安裝了陀螺儀以保持運(yùn)動(dòng)過程中的動(dòng)態(tài)平衡。

3. 結(jié)束語

此機(jī)器人結(jié)合了飛行、地上行走、紅外感應(yīng)、平衡保持功能，大大的提高了使用者的生活品質(zhì)。智能自主機(jī)器人涉及機(jī)械設(shè)計(jì)與制造、電氣硬件設(shè)計(jì)與選型、電子軟件設(shè)計(jì)與控制、檢測(cè)與傳感器、智能算法融合等方面。此機(jī)器人設(shè)計(jì)合理、應(yīng)用廣泛，具有很強(qiáng)的靈活性和可擴(kuò)展性，具有很高的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可行性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 董玉紅，侯春陽，田素玲. 基于MATLAB/Statenow 的助老服務(wù)機(jī)器人邏輯控制仿真[J].應(yīng)用科技，2010.37（11）：10-13.

[2] 張彥富，孫曉曼. 一種多功能智能自主機(jī)器人[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013.（11）：26.

作者簡(jiǎn)介：

胡徐勝（1982-），男，安徽太湖人，副教授，碩士，主要從事電氣自動(dòng)化、智能控制研究。

*基金項(xiàng)目：安徽省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201714203018）

皖江工學(xué)院校級(jí)科研項(xiàng)目（WG18024）