一種帶多種選配功能的智能機器人設計

胡徐勝 金晨

摘 要：為了提高智能機器人的控制效果，設計一種主要由單片機、傳感器和陀螺儀組成的智能取器人。通過功能設計和機械設計，對其作簡單介紹。為了提高整體設計的性價比并完善其它相關功能，設計了選配功能。系統(tǒng)設計簡單，實用可靠，便于具體工程實現(xiàn)。

關鍵詞：智能機器人；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.

機器人是一個集環(huán)境感知、動態(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)，是涉及到計算機、自動控制、人工智能、機械、力學等多學科領域中的前沿技術。機器人廣泛用于現(xiàn)代加工、制造、裝配等領域。利用它與人或生物相似的感知、規(guī)劃、動作和協(xié)同等能力，以提高生產(chǎn)過程的自動化，規(guī)模化和有序生產(chǎn)，降低勞動強度，減少人身和設

備事故，從而提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。本文提出了一種基于單片機控制的機器人系統(tǒng)，采用多傳感器使其具有自動導航尋跡和搬運功能。該機器人可模擬工業(yè)生產(chǎn)中的導航、搬運動作，具有較好的應用價值，能夠把人類從繁重的體力勞動中解放出來。本文設計了一種多功能智能自主機器人，它不僅可以幫助人們實現(xiàn)物品移動、取物、物品歸類放置等，還可以幫助人進行簡單的攀高作業(yè)，如取衣櫥高處的衣物、擦玻璃，甚至還可以幫老年人取報紙，讀報紙等等。當今社會發(fā)展迅猛，科技日新月異，生活水平不斷提高，我們的國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)，設計一個在日常生活中發(fā)揮巨大作用的設備，提高人們生活質(zhì)量，節(jié)約時間，提高效率，為人們的生活帶來便捷，豐富生活。

1.功能設計

本文所設計的智能自主機器人，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)量為宗旨設計的。它可以遙控輸入命令，操控它進行上升、飛行、抓取、下降等一系列動作，幫助人們夠取物品、搬運物品到人們手中。也可以語音識別和紅外線感應相結(jié)合，幫助特殊的人們進行任務。這在以下的結(jié)構功能中將講到。總而言之，這就是一款智能的搬運器，具有超強大功能的搬運器，提高生活質(zhì)量。

1.1 空間感知功能

機器人主要工作地點為室內(nèi)，所以對家的空間感知尤為重要。在設計上，推出了迷你型、小型、中型、大型和豪華型，分別對相應不同的室內(nèi)面積。在機器人的具體服務前，需要專業(yè)安裝人員對其工作的室內(nèi)空間實施 3D 影像和數(shù)據(jù)采集，在機器人工作時，眼睛看見的景象與數(shù)據(jù)庫匹配，確立所在的具體位置。當主人通過語音操控時，機器人會迅速響應，讀取位置指令和命令指令，尋找命令的目的地點，結(jié)合當前自身位置，合理規(guī)劃路徑，同時自動啟動行走或滑行命令，到達指定位置，開啟此次服務之旅。

1.2家務勞動

該機器人的最基本功能就是可以代替人們，做家務，讓老年人從繁瑣的家務勞動中解脫。機器人可以根據(jù)主人需要“學習”多種菜

譜，多種面食等基礎家務。定期清掃房屋。此外，機器人還可以和老年人語音聊天，語音讀報紙，陪老年人下棋等。

1.3 定時工作

智能自主機器人還可以實現(xiàn)定時服務功能。客戶可以根據(jù)家庭生活習慣需要，給機器人的某項工作定時，讓機器人每次按時進行相應工作。比如給機器人定時每天早晨六點半取牛奶，八點打開窗戶等。當定時功能被觸發(fā)時，機器人會自動工作，不需主人重復輸入命令，從而使得客戶養(yǎng)成一個良好的生活習慣和學習習慣。

1.4其他選配功能

除了以上的基本配置以外，本文設計的機器人考慮到性價比和功能完善，還提供了很多選配功能。

（1）護理功能

針對需要護理的病患、兒童或老人，護理功能可以根據(jù)護理對象的身體健康狀況，制定一套既有針對性又靈活多變的健康提醒護理系統(tǒng)。根據(jù)護理對象的不同設計了病人、兒童和老人三種護理模式，將西醫(yī)的一些基本檢查方式，如血壓、血糖檢測，設計到機器人中，可以定期自動檢查護理對象的身體狀況，并提醒其注意飲食、運動等習慣，改善其生活質(zhì)量，從而做到疾病提前預防。

（2）運動功能

針對需要陪伴的對象，運動功能可以根據(jù)護理對象的身體健康狀況，制定運動計劃并實現(xiàn)運動在線監(jiān)控。同樣該項功能也根據(jù)護理對象的不同設計了兒童、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、身高設計了各種子模式，考慮到體重與身高的比值基本上體現(xiàn)了肥胖程度，所以該設計會根據(jù)陪伴對象給出不同的運動建議，包括運動時間、運動類型、運動強度、運動頻次等。

2.結(jié)構設計

這是一個結(jié)構復雜的機器人，各個部件既分工又統(tǒng)一。

（1）、手臂與手掌

手臂與手掌可以模仿人類來做一些動作，具有很強的靈活性，與傳統(tǒng)機器人的手的最大區(qū)別在于安裝設計了很多合適的傳感器，可以實現(xiàn)溫度觸感、濕度觸感和震動觸感。

（2）、螺旋槳

采用螺旋槳實現(xiàn)機器人能夠到達高處，能夠?qū)崿F(xiàn)高處取物和簡單的登高作業(yè)功能。

（3）紅外感應與溫度感應

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

（4）陀螺儀

為了實現(xiàn)機器人能夠保持并提高智能機器人的平衡能力，安裝了陀螺儀以保持運動過程中的動態(tài)平衡。

3. 結(jié)束語

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

參考文獻：

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

作者簡介：

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

*基金項目：安徽省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（201714203018）

皖江工學院校級科研項目（WG18024）