智能取物機(jī)器人的設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究①

王培松 馬世強(qiáng)＊ 吳泊力 楊明欽 于淼

(長(zhǎng)春大學(xué)機(jī)械與車輛工程學(xué)院 吉林長(zhǎng)春 130022)

1 智能取物機(jī)器人的產(chǎn)生背景

隨著我國(guó)老齡化進(jìn)程的不斷加快，老年人由于年齡的增加，導(dǎo)致腿腳不方便，在拿放東西上顯得尤為吃力；同時(shí)，殘疾人由于身體缺陷，在日常生活中更是有很多不便。同樣對(duì)于忙于工作的年輕人來(lái)說(shuō)，生活中的瑣碎事會(huì)占用他們很大一部分休息時(shí)間。而傳統(tǒng)意義上的機(jī)器人，在操作、維護(hù)等方面并不方便以上人群的日常使用。所以，智能取物機(jī)器人的出現(xiàn)，將可以通過(guò)一系列特殊的功能，使智能更加生活化，為更多人提供便利，解決生活上的困難。

2 智能取物機(jī)器人的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)工作原理

機(jī)器人通過(guò)圖像傳送到控制系統(tǒng)，進(jìn)行移動(dòng)，尋找目標(biāo)后，根據(jù)具體操作要求進(jìn)行升降，語(yǔ)音系統(tǒng)與其溝通，完成拿取任務(wù)后放入貨箱，返航。

2.2 機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及創(chuàng)新

（1）運(yùn)動(dòng)部件的整合。從現(xiàn)代化發(fā)展的角度來(lái)看，數(shù)控電機(jī)技術(shù)已非常完善，各種大功率小體數(shù)字控制電機(jī)也開(kāi)始走向成熟，在這些電機(jī)、舵機(jī)的帶動(dòng)下，機(jī)器人的各個(gè)運(yùn)動(dòng)體將會(huì)更加靈活而合理地展現(xiàn)在眾人面前。例如:機(jī)器人的操作手指都可以做得更加合理而又靈活，同時(shí)也可以模擬和完成人類手指的各種基本動(dòng)作。同時(shí)機(jī)器人的各種運(yùn)動(dòng)體也能更加完美地實(shí)現(xiàn)人體的各種運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。

圖1 取物機(jī)器人結(jié)構(gòu)外觀

(2）機(jī)器人的控制。機(jī)器人的各種微小型動(dòng)作都會(huì)經(jīng)機(jī)器人的大腦CPU中央處理器來(lái)由各個(gè)部件控制程序體來(lái)完成，以電腦技術(shù)和程序來(lái)實(shí)現(xiàn)程序化控制。

(3)機(jī)器人的感觀。機(jī)器人的感觀由攝像頭來(lái)完成，攝像頭拍攝下的圖片經(jīng)CPU處理后與機(jī)器人存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比來(lái)實(shí)現(xiàn)智能化的記憶和讀取應(yīng)對(duì)及調(diào)動(dòng)相應(yīng)肢體的動(dòng)作，以及后繼的連網(wǎng)搜索相應(yīng)的機(jī)器人應(yīng)對(duì)化肢體化和語(yǔ)言化的對(duì)答。同時(shí)它可以通過(guò)機(jī)載體網(wǎng)絡(luò)連接終端服務(wù)器來(lái)搜索答案以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人模擬人類的功能。

（4）機(jī)器人的動(dòng)能。原始機(jī)器人的原始動(dòng)能一般設(shè)計(jì)為燃料發(fā)動(dòng)機(jī)、電能發(fā)動(dòng)機(jī)這兩種。出于對(duì)智能取物機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用中的各種環(huán)境考慮，既要滿足續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，還要小型、輕量化。綜合市場(chǎng)上現(xiàn)有的多種化學(xué)電池能源，最后采用倍率高、安全性強(qiáng)的航模鋰電池作為本款機(jī)器人的動(dòng)力能源。

（5）機(jī)器人的伸縮架。當(dāng)前智能家用儀器普遍僅是小型、微型，很難自主完成較高平臺(tái)工作任務(wù)，設(shè)備中加進(jìn)伸縮架結(jié)構(gòu)可以使機(jī)器操作平臺(tái)在指令下提高到需要的高度進(jìn)行操作，完成一般機(jī)器難以達(dá)到的工作內(nèi)容。

圖2 機(jī)械操作手

圖3 伸縮架結(jié)構(gòu)

圖4 麥克納姆輪結(jié)構(gòu)

（6）運(yùn)動(dòng)輪的創(chuàng)新。傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)輪僅適用于平坦水平地面，并且只能進(jìn)行前后簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)。本款設(shè)計(jì)采用麥克納姆輪（麥輪）取代傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)輪，實(shí)現(xiàn)前行、斜行、橫移、旋轉(zhuǎn)及組合運(yùn)動(dòng)等多種方式，更靈活方便的實(shí)現(xiàn)全方位移動(dòng)功能，賦予機(jī)器人運(yùn)動(dòng)多元化。

3 智能取物機(jī)器人的應(yīng)用研究

3.1 助老方面

智能取物機(jī)器人將廣泛應(yīng)用于養(yǎng)老行業(yè)，人工智能與人工服務(wù)相結(jié)合致力于養(yǎng)老行業(yè)的發(fā)展。通過(guò)語(yǔ)音控制可以使智能取物機(jī)器人幫助老人拿任何東西，還可以通過(guò)記憶功能定時(shí)幫老人送水、送飯。老人還可以通過(guò)語(yǔ)音遙控，協(xié)助老人完成去廁所、穿衣服等日常行為。

3.2 助殘方面

智能取物機(jī)器人不僅將廣泛應(yīng)用在幫助殘疾人方面。對(duì)于盲人，取物機(jī)器人不僅可以在他們的語(yǔ)音操控下，幫助他們拿取物品，還可以在他們過(guò)馬路等時(shí)候，充當(dāng)指路人，為他們看清路況，協(xié)助他們過(guò)馬路等等。智能取物機(jī)器人的功能將不只局限于取物，將在助殘方面提供更多便利。

3.3 智能家居

智能取物機(jī)器人將增加其功能應(yīng)用于家居方面，主人不僅可以根據(jù)智能機(jī)器人隨時(shí)監(jiān)控家里的情況，還可以遠(yuǎn)程對(duì)機(jī)器人進(jìn)行操控。通過(guò)手機(jī)，對(duì)智能取物機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。智能取物機(jī)器人在智能家居方面的功能也不只局限于整理物品，將物品歸位這一單一功能，將全程模擬真人收拾家務(wù)。

4 結(jié)語(yǔ)

智能取物機(jī)器人是科技不斷發(fā)展的產(chǎn)物，將大大造福于人類。在這個(gè)老齡化進(jìn)程飛速的今天，智能取物機(jī)器人在養(yǎng)老行業(yè)的應(yīng)用不僅緩解了子女及護(hù)理工作人員的負(fù)擔(dān)，在一定程度上還可以及時(shí)滿足老人的各種自我需求；在助殘方面將彌補(bǔ)殘疾人的身體缺陷，可以充當(dāng)盲人的眼睛、充當(dāng)腿腳不便人的雙腿，為他們適應(yīng)生活提供便利和協(xié)助；在智能家居方面的應(yīng)用將大大緩解年輕人的生活壓力，使年輕人有更多的精力時(shí)間投入到工作和其他活動(dòng)中。智能取物機(jī)器人隨著科技的不斷進(jìn)步，其功能也將不斷完善，將廣泛應(yīng)用于人們的生產(chǎn)生活中，為人們創(chuàng)造更大的財(cái)富價(jià)值。