基于慧魚模型的人工智能設(shè)計

唐菲蔓　劉玉婷　周晨曦

摘 要：慧魚模型誕生于1964年的德國，作為一種新的教學(xué)體系，為創(chuàng)新教育和實驗創(chuàng)新提供了最佳載體?；诨埕~模型，在不影響模型組合精度的前提下，保證反復(fù)的拆裝;組件工業(yè)由燕尾槽專利設(shè)計，六面拼接，獨特設(shè)計，可實現(xiàn)任意組合和展開。因此慧魚模型可以廣泛用于機械設(shè)計制造方面。信息時代以來，人工智能開始迅猛發(fā)展，得益于慧魚模型的獨特設(shè)計，其在人工智能的應(yīng)用也越來越廣泛。本文將對基于慧魚模型的人工智能設(shè)計予以闡述，希望能夠為之后用于人工智能提供參考。

1 引言

模塊化的慧魚模型，又稱工程積木，是一種具有可組裝性、靈活性和系統(tǒng)性的創(chuàng)新性教學(xué)型工具。其具有一般工程機械制造所需的各種不同型號和尺寸的零件?；埕~模型由機械部件、微型電機、傳感器（光、熱、磁、觸敏等）、氣動部件、計算機接口板和控制軟件等組成，具有簡單、穩(wěn)定、系統(tǒng)、靈活的優(yōu)點。該模型是展示科學(xué)原理和技術(shù)過程的理想型教學(xué)工具，為創(chuàng)新教育和創(chuàng)新實驗提供了最佳載體。除此之外，隨著生活水平的提高，人民的生活開始發(fā)生著翻天覆地的變化，新的生活習(xí)慣逐漸養(yǎng)成，而這種生活習(xí)慣也帶來了新的不便利、比如停車位緊張等等，本文將闡述基于慧魚模型設(shè)計下的人工智能是如何應(yīng)用于這些方面的，為之后的人工智能設(shè)計提供參考和支持。

2 在運動方面的應(yīng)用

越來越多的人開始在業(yè)余時間選擇各種各樣的體育活動。高爾夫一直被認(rèn)為是一種高雅的體育活動，因為它對球場的要求很苛刻，普通人很難玩。為了讓更多的人接觸到這項運動，近年來室內(nèi)高爾夫墊變得流行起來。由于其設(shè)備簡單、折疊方便等諸多優(yōu)點，得到了廣泛的應(yīng)用。但是，每次擊球時都不方便撿起球。針對這種不方便，通過慧魚模型而專門設(shè)計了此機器人，它的功能是把洞內(nèi)或洞外的球撿起來，再把球放回原處。

2.1高爾夫機器人的工作機制

首先在孔上安裝了一個光電傳感器。當(dāng)球落入洞內(nèi)時，光電傳感器被覆蓋，控制系統(tǒng)得到信號放下驅(qū)動塊臂。然后機器人會停下來執(zhí)行程序，即撿起洞中的球。高爾夫球最終將被拿起并送回起始點。如果球不在洞中，光電傳感器將不會接受機器人執(zhí)行程序沿軌跡尋找球的任何指令。機器人上有一個磁傳感器，當(dāng)它感受到來自球的磁信號時，機器人會停下來執(zhí)行撿球的程序。然后機器人把它送回初始點。最后控制系統(tǒng)將回到初始狀態(tài)。這就是高爾夫智能機器人的工作機制。

2.2機械臂機制

機械臂的總長度為510毫米，包括橫梁、機械臂前面的夾持器、機械臂后面的電池和終端磁傳感器。與兩指的機械夾持結(jié)構(gòu)相比，四指夾持結(jié)構(gòu)要重一些。為了避免機器人向后或向前傾斜，我們將較重的電池放在手臂的后部，使其能夠保持手臂的穩(wěn)定。機械手通過升降結(jié)構(gòu)的傳動沿垂直方向移動，行走距離為135毫米。

3 在采摘水果中的應(yīng)用

目前，我國水果采摘以手工采摘為主。利用各種采摘的輔助設(shè)備，可以極大的提高采摘效率，降低水果的損壞率，節(jié)約勞動力成本，顯著的提高果農(nóng)的經(jīng)濟效益。為了提高采摘效率，通過設(shè)計基于慧魚模型的采摘機機械臂可以有效地解決采摘效率低、損壞嚴(yán)重的問題。

3.1機械臂的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

在將撿拾器準(zhǔn)確地送到拾取物體位置的整個過程中，機械臂需要牢固的穩(wěn)定而不晃動，快速準(zhǔn)確定位，可以為后續(xù)的揀選工作奠定基礎(chǔ)。揀選作業(yè)中最耗時的環(huán)節(jié)即是機械手的運動過程是。機械手的自由度越高，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，控制系統(tǒng)的控制難度越大，成本也越高。因此，除了機械手的強度和剛度外，還應(yīng)盡可能的考慮減少機械手的自由度，而采摘器可以避免樹枝和未成熟果實到采摘對象的位置。設(shè)計的機械臂分為主支架、轉(zhuǎn)臂、傳動系統(tǒng)和控制單元。

3.2機械臂主支架結(jié)構(gòu)設(shè)計

機械臂的主要支撐是旋轉(zhuǎn)臂在揀選過程中驅(qū)動機器的載體，對整個機械臂起支撐作用。為了減少設(shè)備的整體空間和自重，主支架采用兩段式設(shè)計，每段主支架采用4個20cm長的鋁合金型材。兩機械臂主支撐中心傳動部分選用傳動精度高的絲杠。第二節(jié)主支架與第一節(jié)主支架中間的螺釘、轉(zhuǎn)臂底端與第二節(jié)主支架中的螺釘通過螺母連接，并組合成具有自鎖功能的螺釘螺母結(jié)構(gòu)。

3.3機械臂旋轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)設(shè)計

為了保證整個裝置在揀選過程中的穩(wěn)定性，選擇了重量輕、強度高的氣動裝置作為旋轉(zhuǎn)臂的驅(qū)動部分。由氣泵電機驅(qū)動，兩側(cè)導(dǎo)軌支撐引導(dǎo)，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)臂20-25cm伸縮運動。兩側(cè)導(dǎo)軌在揀選作業(yè)中形成一對力，平衡旋轉(zhuǎn)臂運動時產(chǎn)生的彎矩。轉(zhuǎn)臂底部的蝸輪與第二主支架上的轉(zhuǎn)臂運動的蝸桿結(jié)合，形成具有自鎖功能的蝸輪蝸桿機構(gòu)，防止運行中停電造成安全隱患。

總結(jié)

除了上述所表明的例子以外，其他應(yīng)用實例還有很多。比如應(yīng)用于仿生機器人，利用慧魚的創(chuàng)新組合模型進(jìn)行了六足昆蟲仿生機器人的仿真設(shè)計，并開發(fā)了相應(yīng)的支持程序，使其完成了預(yù)定的功能和動作，能夠滿足教學(xué)和科研實踐的需要。此外，解決了現(xiàn)有公交投幣機無法擴展和排列紙幣、無法識別紙幣真?zhèn)蔚膯栴}，在慧魚模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種智能化的公交投幣機，它具有紙幣自動開發(fā)、硬幣分類高效、真?zhèn)沃悄茏R別和硬幣應(yīng)急一體化等優(yōu)點，具有廣闊的應(yīng)用前景。紐扣電池作為一種電池，具有不可替代的地位和廣泛的應(yīng)用。但傳統(tǒng)的紐扣電池檢測方法單一，效率低下，不合格電池利用率高。為了提高電池檢測的工作效率，降低不合格電池的利用率，改進(jìn)電池的檢測模式，可以通過慧魚設(shè)計一種替代傳統(tǒng)電池檢測方法的工作。整個系統(tǒng)的工作是利用送料裝置、測試裝置和接收裝置三個分支來完成的，從而達(dá)到測試的目的。通過本系統(tǒng)的設(shè)計，可以降低電池測試過程中的不合格率，提高測試的連續(xù)性，消除手工測試的弊端。總之，基于慧魚的機械設(shè)計總類繁多，廣闊的應(yīng)用于各方面，能使機械水平更加提升，促進(jìn)人工智能的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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