智能機器人操作系統設計的幾個亮點

王子祺

我們的機器人本次試驗任務的路線如下圖所示。共分4次任務，分別用不同顏色框來表示。在這次智能機器人操作系統中我們做了幾種新的嘗試，取得了不錯的效果，現在介紹如下。

“狀態機”的運用有效提高操作效率

在操作智能機器人的過程中，操作人員常需在各種不同的程序中來回切換，操作工作的繁瑣可想而知。

為了降低操作人員切換程序時繁瑣的操作，我們制作了一個新的操作系統來簡化原有的操作，從而縮短操作時間，提高效率。為了達到這個目的，我們在程序中使用了“狀態機”。

狀態機是一種概念性機器，它能采取某種操作來響應一個外部事件。具體采取的操作不僅能取決于接收到的事件，還取決于各個事件的發生順序。之所以狀態機能做到這一點，是因為機器在跟蹤一個內部狀態，它會在收到事件后進行更新。為一個事件而響應的行動不僅取決于事件本身，還取決于機器的內部狀態。另外，采取的行動還會決定并更新機器的狀態。這樣一來，任何邏輯都可建成一系列事件/狀態組合。

狀態機可歸納為4個要素，即“現態”“條件”“動作”“次態”。這樣的歸納，主要是出于對狀態機的內在因果關系考慮。“現態”和“條件”是因，“動作”和“次態”是果。詳解如下：

①現態：是指當前所處的狀態。

②條件：又稱為“事件”，當一個條件被滿足，將會觸發一個動作，或者執行一次狀態的遷移。

③動作：條件滿足后執行的動作。動作執行完畢后，可以遷移到新的狀態，也可以仍舊保持原狀態。動作不是必需的，當條件滿足后，也可以不執行任何動作，直接遷移到新狀態。

④次態：條件滿足后要遷往的新狀態。“次態”是相對于“現態”而言的，“次態”一旦被激活，就轉變成新的“現態”了。

狀態轉移示意圖：

線性加速模塊

當面對較長距離又需要以較快的速度通過時，線形加速模塊可以幫助我們完成這項任務。它相較于直接輸入功率運行的電機模塊的好處是，整個操作過程中車體移動比較穩定，不會有劇烈晃動的情況出現。

陀螺儀傳感器自檢模塊

對于此次試驗場地的特殊性（場地線較直）而又因為光電傳感器對結構要求較高，所以我們使用了對整體結構要求較小的陀螺儀代替了一個光感儀。然而因為未知原因，陀螺儀在某些情況下讀數會不準確，我們采用了陀螺儀自檢模塊，就是在問題出現時可以即時進行修改，從而避免之后程序的不準確。

自動測光值模塊

在實驗過程中有時光感可能讀出不同的值，從而造成程序運行效果不理想。因此我們需要一種能監測機器人所在位置的光值的模塊。但與以前的版本不同的是，因為我們實現了操作系統，所以無論機器人在哪里我們都可以事實測量機器人所在位置的光值。這極大地增強了循線，直角校正的穩定性和可靠性。

程序主要分為兩部分：實時測量當時的光值，對讀取的光值進行處理。

（說明：為了彌補使用不同光感而產生的誤差，所以我們對左右兩個光值進行分別處理。因此有左光感黑/白，右光感黑/白，4個數值要進行處理。上圖僅展示了部分程序。）