基于MDH模型的導(dǎo)盲機器人定位精度檢測系統(tǒng)設(shè)計

張國明

(廣東工商職業(yè)技術(shù)大學(xué) 計算機應(yīng)用技術(shù)系，廣東 肇慶 526060)

0 引言

隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，智能機器人逐漸進入人們的生活，甚至成為盲人生活中不可或缺的一部分，為此，對于機器人的定位精度檢測則成為了當(dāng)今智能機器人技術(shù)領(lǐng)域中較為關(guān)鍵的課題[1]。

為進一步的提高盲人的生活質(zhì)量，消除其心理差異，各國對于導(dǎo)盲機器人的研究從未中斷，其技術(shù)難點在于導(dǎo)盲機器人的定位精度檢測[2]。

傳統(tǒng)導(dǎo)盲機器人定位精度檢測系統(tǒng)能夠?qū)C器人系統(tǒng)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)掌握，同時采用模型數(shù)據(jù)位置精準(zhǔn)檢測，在實驗中將課題構(gòu)建的模型與傳統(tǒng)技術(shù)對比操作，得出采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)檢測手段完成對定位精度的檢測，但無法確保系統(tǒng)操作過程的安全，且研究設(shè)計投入成本較大，系統(tǒng)運行時間較長，不具備數(shù)據(jù)處理功能，無法篩選收集數(shù)據(jù)完整度，檢測準(zhǔn)確率較低，為此，針對上述問題，本文設(shè)計了基于MDH模型的導(dǎo)盲機器人定位精度檢測系統(tǒng)[3]。

本文系統(tǒng)設(shè)計分為硬件設(shè)計與應(yīng)用程序設(shè)計兩部分，在硬件設(shè)計中采用智能化數(shù)據(jù)采集器初步收集數(shù)據(jù)，同時查找相關(guān)定位精度數(shù)據(jù)，利用S18-2VNDL-2M傳感器集中處理數(shù)據(jù)的傳輸與過濾，完善系統(tǒng)傳輸功能，并在此基礎(chǔ)上精度檢測的研究，實現(xiàn)系統(tǒng)硬件的設(shè)計，在應(yīng)用程序設(shè)計中選擇不同的設(shè)計方法綜合性整合與解析定位數(shù)據(jù)，實現(xiàn)系統(tǒng)的整體設(shè)計。

該系統(tǒng)設(shè)計在一定程度上完善了系統(tǒng)工作程序，簡便系統(tǒng)工作步驟，為數(shù)據(jù)研究提供良好的工作狀態(tài)，提升了系統(tǒng)的檢測準(zhǔn)確率，能夠更好的為使用者所使用。

1 基于MDH模型的導(dǎo)盲機器人定位精度檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計

為進一步強化本文基于MDH模型的導(dǎo)盲機器人定位精度檢測系統(tǒng)設(shè)計的定位精度檢測效果，本文加強系統(tǒng)硬件設(shè)計，并將其分為定位信號采集模塊、傳感模塊及精度檢測模塊[4]。

1.1 定位信號采集模塊

在系統(tǒng)硬件設(shè)計中，為集中數(shù)據(jù)處理模式，采集定位信號的，本文選用KX-8295W智能化數(shù)據(jù)采集器，在系統(tǒng)采集的同時定位標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，采集器示意圖如圖1所示。

圖1 采集器示意圖

此采集器具備1個wifi上行接口、1個RS485上行口，4個RS485下行接口，能夠較為精準(zhǔn)的完成對定位信號的數(shù)據(jù)接入，實現(xiàn)多口數(shù)據(jù)收集操作，支持大容量存儲介質(zhì)，具備歷史存儲功能，遠程傳輸與控制定位信號，并精準(zhǔn)分析定位信號數(shù)據(jù)，實現(xiàn)定位信號的基礎(chǔ)解析[5]。

采集器系統(tǒng)支持ModBus-RT協(xié)議、DL/T645-97/07協(xié)議、CJ/T188-2004，自定義協(xié)議，可根據(jù)不同的定位信號可視化的配置管理，在不同程度上系統(tǒng)計算操作，并以此分析信號與研究的契合程度。同時支持與多個服務(wù)器之間的聯(lián)系與系統(tǒng)通信，具備大儲量空間，內(nèi)部存儲量默認32M，可擴展至1G[6]。其內(nèi)部連接示意圖如圖2所示。

圖2 內(nèi)部連接示意圖

內(nèi)部配置多種模塊及默認模板，可直接批量添加設(shè)備,并采集數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)狀態(tài)不穩(wěn)定的狀況下，可自動恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)連接，同時建立可靠的TCP連接，以此保證系統(tǒng)的安全運行狀態(tài)[7]。

同時設(shè)置RS485串口波特率，以此完善系統(tǒng)硬件定位信號的采集功能，分為不定期采集與整點采集，將定位信號轉(zhuǎn)化不同的數(shù)據(jù)采集集合，簡便標(biāo)準(zhǔn)處理過程，通過傳輸信道儲存過濾數(shù)據(jù)，將影響因素排除在外，進而更好地實現(xiàn)對系統(tǒng)硬件中定位信號采集模塊的設(shè)計[8]。

1.2 傳感模塊

在實現(xiàn)對定位信號采集模塊的設(shè)計后，進一步強化對收集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸操作，為此，本文設(shè)計傳感模塊，并選用S18-2VNDL-2M傳感器實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳感操作，并設(shè)計傳感器圖圖3所示。

圖3 傳感器圖

在數(shù)據(jù)傳感的同時綜合分析數(shù)據(jù)，選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳感通道，并設(shè)置固定的傳接口，在傳輸數(shù)據(jù)的同時，安裝傳輸控制裝置，以免產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失狀況，減少系統(tǒng)工作量，優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)模型系統(tǒng)，控制傳感器的電源范圍為10～30 Vdc之間，可選用SPDT(單刀雙擲)NPN或PNP實現(xiàn)輸出操作[9]。

由于傳感器的材質(zhì)為完全地環(huán)氧基樹脂材料，能夠提供優(yōu)越的耐久性，甚至可在惡劣的環(huán)境下精準(zhǔn)傳感，其元件開關(guān)為18 mm的螺紋塑料外殼圓柱形光電開關(guān)，能夠同時完成對直板式和非區(qū)域式的檢測模式的轉(zhuǎn)換，具備先進的自診斷報警輸出，可由雙LED指示燈指示傳感器狀態(tài)，以此了解傳感器的工作狀況，以便及時采取保護措施[10]。

其允許通過的電流范圍為交流電20～250 V，輸出模式為SPST(單刀單擲)固態(tài)繼電器輸出，負載300 mA，能夠精準(zhǔn)完成數(shù)據(jù)傳感，并在傳感的同時判別定位數(shù)據(jù)精度，選擇符合系統(tǒng)條件的精度數(shù)據(jù)，將選擇后的數(shù)據(jù)存儲至中心系統(tǒng)，以便后續(xù)模塊研究操作。將其工作溫度控制在-40～70 ℃之間，由此確保正常的系統(tǒng)工作狀態(tài)，實現(xiàn)對導(dǎo)盲機器人定位精度檢測硬件系統(tǒng)的傳感模塊設(shè)計[11]。

1.3 精度檢測模塊

在完成上述硬件設(shè)計后，檢測系統(tǒng)精度模塊的研究，選擇無接觸式檢測裝置，利用激光檢測儀檢測機器人位置定位數(shù)據(jù)，同時利用三角測量原理指揮數(shù)據(jù)運行，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)上獲取相關(guān)的檢測數(shù)據(jù)，利用T1500X22110-P1500450GD激光發(fā)射器，將可見光打出，并根據(jù)光折射的角度精度數(shù)據(jù)位置分析，判斷理想數(shù)據(jù)位置，并綜合性處理折射鏡頭內(nèi)部數(shù)據(jù)，收集系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息，在完成對放大器件的元件檢驗后，根據(jù)目標(biāo)數(shù)據(jù)的位置交換數(shù)據(jù)信息位置，當(dāng)位置信息發(fā)生改變時，目標(biāo)數(shù)據(jù)的位置則會隨其改變，其激光發(fā)射器圖示如圖4所示。

控制可變化量處于穩(wěn)定區(qū)間內(nèi)，設(shè)置區(qū)間可靠參數(shù)檢測功能，選用固定式檢測器，檢測定位精度數(shù)據(jù)空間，由此測量導(dǎo)盲機器人在不同空間位置的運動狀態(tài)，以便整體信息的獲取以及定位數(shù)據(jù)的判斷，設(shè)置三維變量坐標(biāo)，根據(jù)不同的采集信息與數(shù)據(jù)空間位置強化坐標(biāo)檢測性能，將導(dǎo)盲機器人至中心檢測器之間的距離作為系統(tǒng)檢測的差距數(shù)值，并研究數(shù)值間的差異，將差異標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化，根據(jù)反射原理確定導(dǎo)盲機器人位于三維坐標(biāo)軸之上，設(shè)計三位坐標(biāo)軸如圖5所示。

圖4 激光發(fā)射器圖 圖5 三維坐標(biāo)軸圖

并通過對照原理設(shè)置相同數(shù)量的檢測點，一次性查找檢測數(shù)據(jù)信息，完成對精度檢測模塊的理想設(shè)計與研究[12]。

2 基于MDH模型的導(dǎo)盲機器人定位精度檢測系統(tǒng)應(yīng)用程序設(shè)計

在完成對系統(tǒng)的硬件設(shè)計后，以獲取的設(shè)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)用程序，設(shè)計流程圖如圖6所示。

圖6 應(yīng)用程序設(shè)計流程圖

本文系統(tǒng)控制定位精度數(shù)據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用程序，配備相應(yīng)的通信接口傳輸定位數(shù)據(jù)，同時輔助系統(tǒng)操控，實時監(jiān)控定位數(shù)據(jù)，并設(shè)計如下的應(yīng)用程序研究步驟。

2.1 應(yīng)用程序數(shù)據(jù)通信設(shè)計

改造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信方式，選擇規(guī)格相符的傳感器操作標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)不同的模擬量輸出數(shù)據(jù)應(yīng)用程序選擇，不斷整改數(shù)據(jù)通信功能，在完成通信轉(zhuǎn)換后，對通信規(guī)格設(shè)定，設(shè)置通信速度在112 000～112 500 bit/s之間，總長度為6 bit，并校驗總系統(tǒng)，利用不同的指令代碼編寫通信數(shù)據(jù)編寫，通過編寫后的數(shù)據(jù)應(yīng)用程序的設(shè)計，選取傳輸編碼與讀寫指令相同向量參數(shù)，將參數(shù)分類，劃分至兩個相等的數(shù)據(jù)空間，并記錄系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)參數(shù)，以此作為應(yīng)用程序改造的數(shù)據(jù)信息來源以供后續(xù)研究操作。在數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序指令中添加研究所需輸送指令，由此獲取相應(yīng)的指令字符串，并轉(zhuǎn)換系統(tǒng)字符串，獲得相應(yīng)的應(yīng)用程序通信數(shù)據(jù)，以此完成對系統(tǒng)的通信數(shù)據(jù)改造[13]。

2.2 應(yīng)用程序濾波處理設(shè)計

在實現(xiàn)程序的通信功能后，需要濾除采集樣本的噪聲信號，進而獲取更加精確的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)。本文在數(shù)據(jù)中位值中加入平均濾波整合操作，選擇適用于研究的濾波器，輔助數(shù)字濾波形式，不斷完善系統(tǒng)自身過濾功能，以便濾波功能的運行，同時加大對干擾信號的隨機篩選力度，將無關(guān)因素過濾，消除偶然因素引起的濾波干擾，抑制周期干擾，保證系統(tǒng)應(yīng)用程序處于安穩(wěn)狀態(tài)，獲取濾波后的數(shù)據(jù)波形，設(shè)計脈沖式應(yīng)用程序處理方案，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可處理數(shù)據(jù)，簡化數(shù)據(jù)濾波難度，進而縮減系統(tǒng)操作時間，選用平滑度較高的濾波數(shù)值，結(jié)合算術(shù)平均濾波法，在采樣數(shù)據(jù)周期內(nèi)取n個數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，去除數(shù)據(jù)中的倆端數(shù)值，將剩余數(shù)值收至儲存系統(tǒng)中，完成對應(yīng)用程序的濾波處理[14]。設(shè)置其處理過程圖如圖7所示。

圖7 處理過程圖

2.3 應(yīng)用程序數(shù)據(jù)傳輸與檢測設(shè)計

利用系統(tǒng)的控制器與處理終端無線傳輸定位數(shù)據(jù)，同時選取無線AP對處理終端接入操作，為每個數(shù)據(jù)配備不同的處理模板，在接入信息網(wǎng)絡(luò)后，加強數(shù)據(jù)傳輸保護力度，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩ㄟ^配置IP定位，傳輸定位精度數(shù)據(jù)，并整合系統(tǒng)數(shù)據(jù)，獲取相應(yīng)的精度檢測數(shù)據(jù)，在傳輸?shù)倪^程中保護應(yīng)用程序信息并檢測到達數(shù)據(jù)，完成對系統(tǒng)應(yīng)用程序的設(shè)計[15]。

3 實驗研究

3.1 實驗?zāi)康?/h3>

為了檢測本文基于MDH模型的導(dǎo)盲機器人定位精度檢測系統(tǒng)設(shè)計的檢測效果，對比傳統(tǒng)定位精度檢測系統(tǒng)，并分析實驗結(jié)果。

3.2 實驗參數(shù)設(shè)置

針對MDH模型的模型構(gòu)建復(fù)雜性以及導(dǎo)盲機器人研究的標(biāo)準(zhǔn)特殊性，需對其實驗參數(shù)的設(shè)置，如表1所示。

3.3 實驗結(jié)果與分析

根據(jù)上述導(dǎo)盲機器人定位精度檢測系統(tǒng)設(shè)計的實驗參數(shù)進行對比實驗，將本文基于MDH模型的導(dǎo)盲機器人定位精度檢測系統(tǒng)設(shè)計的檢測效果與傳統(tǒng)定位精度檢測系統(tǒng)設(shè)計的檢測效果比較，得到的定位精準(zhǔn)率對比圖與檢測準(zhǔn)確率對比圖如圖8～9所示。

表1 實驗參數(shù)

1)定位精準(zhǔn)率對比圖

圖8 定位精準(zhǔn)率對比圖

對比圖8可知，在相同的參數(shù)條件下，本文模型構(gòu)建研究的定位精準(zhǔn)率較高，傳統(tǒng)模型構(gòu)建的定位精準(zhǔn)率較低。造成此種差異的主要原因在于本文系統(tǒng)硬件設(shè)計部分對硬件元件模塊劃分，選用KX-8295W智能化數(shù)據(jù)采集器，在數(shù)據(jù)采集初級階段加強對數(shù)據(jù)的初始化處理，同時強化系統(tǒng)過濾功能，改善系統(tǒng)內(nèi)部存儲空間數(shù)量，在系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)的過程中完善系統(tǒng)自主保護功能，并不斷穩(wěn)定系統(tǒng)狀態(tài)，控制系統(tǒng)處于標(biāo)準(zhǔn)信息主導(dǎo)層面，以此解決系統(tǒng)元件老化問題，在標(biāo)準(zhǔn)實驗的基礎(chǔ)上利用采集器不同的采集模式對采集數(shù)據(jù)集中處理，整合處理信息，以此降低數(shù)據(jù)采集時間消耗率，同時對數(shù)據(jù)的定位點分析，有利于對定位數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)分析，提升定位精準(zhǔn)率，保護系統(tǒng)基本操作功能。

2)檢測準(zhǔn)確率對比圖

圖9 檢測準(zhǔn)確率對比圖

對比圖9可知，在檢測時間為10 d時，本文基于MDH模型的導(dǎo)盲機器人定位精度檢測系統(tǒng)的檢測準(zhǔn)確率為58%，傳統(tǒng)定位精度檢測系統(tǒng)的檢測準(zhǔn)確率為40%，在檢測時間為20 d時，本文基于MDH模型的導(dǎo)盲機器人定位精度檢測系統(tǒng)的檢測準(zhǔn)確率為59%，傳統(tǒng)定位精度檢測系統(tǒng)的檢測準(zhǔn)確率為36%。

由于本文選用S18-2VNDL-2M傳感器數(shù)據(jù)傳感操作，對收集的定位精度信息系統(tǒng)過濾，排除了無關(guān)因素的干擾，降低了干擾信號的影響程度，利用相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳感模式疏通數(shù)據(jù)傳輸通道，減少數(shù)據(jù)傳輸時間，提升系統(tǒng)工作效率，并不斷強化了系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳感操作，在傳感的基礎(chǔ)上增強系統(tǒng)主導(dǎo)性能，加大數(shù)據(jù)保護力度，為研究提供完整的數(shù)據(jù)討論基礎(chǔ)，有利于數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)傳輸，避免因傳輸過程中的不當(dāng)操作造成的數(shù)據(jù)丟失狀況，提高系統(tǒng)檢測準(zhǔn)確率。

在以后的實驗中，隨著檢測時間的不斷增加，本文定位精度檢測系統(tǒng)的檢測準(zhǔn)確率不斷提高，且一直位于傳統(tǒng)定位精度檢測系統(tǒng)上方。除以上原因外，本文應(yīng)用程序設(shè)計中對應(yīng)用程序分為三方面操作，不斷完善應(yīng)用程序數(shù)據(jù)的通信方式，并利用模擬量通信數(shù)據(jù)輸出操作，在實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的同時設(shè)定通信規(guī)格，以此增強系統(tǒng)的通信功能，輔助校驗操作，劃分數(shù)據(jù)空間，轉(zhuǎn)化為不同的數(shù)據(jù)參考數(shù)值，進一步加強數(shù)據(jù)濾波處理，過濾不完整的定位精度信息，挑選符合系統(tǒng)研究條件的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信息，加大數(shù)據(jù)信號篩選力度，提升系統(tǒng)的傳輸與檢測技能，無線網(wǎng)絡(luò)處理，提高系統(tǒng)安全性，增強定位精度的檢測準(zhǔn)確率，經(jīng)過以上對比分析可知，本文基于MDH模型的導(dǎo)盲機器人定位精度檢測系統(tǒng)設(shè)計的定位精準(zhǔn)率與檢測準(zhǔn)確率均高于傳統(tǒng)導(dǎo)盲機器人定位精度檢測系統(tǒng)設(shè)計。在較高程度上完成了對系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，提升系統(tǒng)檢測性能，并提供了較高的實驗利用價值。

4 結(jié)論

本文在傳統(tǒng)導(dǎo)盲機器人定位精度檢測系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上提出了一種新式基于MDH模型的導(dǎo)盲機器人定位精度檢測系統(tǒng)設(shè)計，該檢測系統(tǒng)設(shè)計的檢測效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)檢測系統(tǒng)設(shè)計。

本文系統(tǒng)硬件設(shè)計部分對系統(tǒng)定位信號采集模塊、傳感模塊及精度檢測模塊的設(shè)計，選用KX-8295W智能化數(shù)據(jù)采集器與S18-2VNDL-2M傳感器完成對定位精度數(shù)據(jù)的收集與傳輸，并根據(jù)反射原理利用T1500X22110-P1500450GD激光發(fā)射器對導(dǎo)盲機器人的位置定位精度檢測，提升系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力，完成整體硬件設(shè)計，應(yīng)用程序設(shè)計部分進行了應(yīng)用程序數(shù)據(jù)通信、濾波處理、數(shù)據(jù)傳輸與檢測設(shè)計，在硬件設(shè)計數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上提升整體系統(tǒng)的應(yīng)用程序處理性能，加強對導(dǎo)盲機器人的定位精度檢測操作，提升檢測的準(zhǔn)確性，縮短了檢測所需時間，實現(xiàn)對系統(tǒng)的整體設(shè)計。

相較于傳統(tǒng)檢測系統(tǒng)設(shè)計，本文檢測系統(tǒng)能夠在較高程度上實現(xiàn)對系統(tǒng)的主動性保護，提高檢測系統(tǒng)的基礎(chǔ)性能，強化研究能力，具備廣闊的使用前景。