基于知識庫人工智能機器人設計

萬新峰

（德州科技職業學院，山東德州 251200）

0 引言

由于傳統知識庫機器人對外界感應效果低，在搜集、組織知識和信息時存在許多問題，不能滿足采集需求，因此提出了基于知識庫人工智能機器人的設計。人工智能機器人總體架構包括感知層、網絡層、云技術層和應用層，實現對知識和信息的正確分析和判斷。

隨著科學技術和計算機技術的迅速發展，人工智能技術得到了前所未有的提升，人工智能在社會各領域發揮了重要的作用[1]。現代智能機器人可以完成人類在復雜惡劣環境下無法完成的任務，能夠進行精密復雜數據的分析，實現精準信息采集、準確監測相關參數和全方位查看周圍環境，工作效率高，節省了大量人力成本。智能知識庫具有智能性知識管理系統，能夠對知識庫中的知識進行查詢、插入、修改和刪除，有效控制知識安全、知識共享、并發控制、故障恢復等，解決了傳統機器人知識庫管理困難，查找緩慢、效率低，缺乏安全保障等問題，提高了知識庫管理系統的水平[2]。

1 機器人結構配置設計

在知識庫人工智能機器人設計中，通過構建操作能力強、感知能力強的機器人功能，建立高靈活性的硬、軟件系統，利用攝像頭對指標數據特征進行全方位的采集，通過客戶端將不同數據連接起來，從而不斷獲取服務器傳回的相關數據，相關硬件設備將獲取的當前數據特征進行檢測與判斷，為機器人提供穩定可靠的運行[3]。

知識庫人工智能機器總體結構配置主要包括應用層、感知層、網絡層、云技術層4 個部分。其中，應用層位于總體架構的最頂層，負責信息交互，由移動終端、調度中心、管理軟件等組成的，軟件系統將獲取的信息進行可視化處理后，提供給用戶精準可靠的數據；感知層是機器人總體架構的核心層，將感知采集的環境信息進行傳輸；網絡層將感知層的數據信息安全可靠的傳輸到各個層次之中，實現機器人系統與移動端的連接；在局域網支持下，云技術層將軟硬件資源與關聯知識庫統一起來，利用虛擬化技術，避免數據存儲轉發流程，可直接訪問服務器就能快速準確地獲取機器人系統所感知的實時數據和歷史數據，實現數據存儲、分析、交流與共享，具有成本低、效率高的優點[4-6]。

1.1 硬件結構設置

知識庫人工智能機器人可實現多個模態下的參數采集、數據處理與信息傳輸（圖1）。

在機器人結構配置中主要包括傳感器模塊、攝像頭模塊、嵌入式微處理器、環境感知模塊、電源模塊和移動終端等。機器人控制系統通過識別數據特征進行指令傳達后，驅動機構按照控制系統發出的指令信號執行相應的動作。結構還設置了實時監控檢測裝置，可將監測的信息反饋給控制系統，通過與設定信息比較后，對執行機構進行調整，確保機器人動作符合預定的要求[7]。遠程視頻服務擴展了視頻監控應用的范圍，可以準確獲取外界情況的變化，及時調整機器人的動作以適應外界環境的變化，提高了機器人運動的精度。將PC 機通過局域網與服務器直接連接，可以進行遠程控制與播放，提高了信息反饋效率，而機器人系統中每個模塊都包含了一個或多個線程，這些線程可以根據需求進行有用線程啟動或無用線程阻塞，有效提升了機器人系統工作的效率[8]。

1.1.1 微處理器

機器人系統微處理器采用32 位以上S3C2416XH40 型號微處理器，這種嵌入式結構與功能硬件的有效融合，可以去除冗余數據、降低功耗，滿足機器人系統應用要求。其內部集成芯片選用通用CPU 板卡，負責信號處理、語音合成、數據特征識別等，具有體積小、重量輕、可靠性強的優點，可以進行實時多任務的操作能力，任務完成效率高。

圖1 機器人結構配置

1.1.2 集線器

USB 集線器是一個移動電源，作為提供擴展通訊設備可以為機器人移動終端充電，能夠將一個接口擴展為多個實現并聯分流。電源適配器在標準220 V 電壓下，計算機USB 接口是通過主板上USB 集線器芯片擴展的，如果USB 集線器不帶外接電源，將會增加連接移動硬盤的供電負擔，產生的功耗較大，當USB 集線器帶外接電源，那么USB 網卡能夠正常工作，功耗較小。

1.1.3 電機驅動板

機器人電機驅動板采用L298N 型號的配套裝置，驅動芯片可同時控制兩個直流減速電機，具有過熱自斷功能和反饋檢測功能。L298N 型號直流電機驅動板作為電機驅動器，在電壓范圍5～50 V 內提供2～3 A 電流，能夠驅動直流電機和步進電機，通過主控芯片對控制電平進行設定，確保電機的正常運轉，操作簡單，速度高，能夠滿足直流電機驅動需求。

1.1.4 機器人結構

機器人結構包括機械手、行走移動機構、傳感器、控制部分、信息處理部分等，在交互環境下，機械手可以完成各種各種，機器人靠移動機構來行走。人工智能機器人依靠傳感器來感知自身和周圍環境變化，控制系統協調控制機器人的動作，信息處理裝置負責信息機械合理的采集、分析和判斷，并作出實時決策方案。

1.1.5 環境感知模塊

環境感知模塊可進行多模態環境下參數的采集、處理與更新，為用戶提供精準可靠的定位感知服務，可在多個終端、網絡情況下為特定用戶提供實時數據。多模態環境感知模塊通過對不同環境信息進行不同模態的處理方式，利用關聯知識庫將數據型消息進行簡化顯示，根據環境模態特點分別對速度模態、精準度模態、思維模態數據信息轉變為容易被人理解的信息模式，獲取的數據信息速度快、精準性高、可靠性強，可以應對各種復雜惡劣的工作環境，提高了機器人的工作效率。

1.2 機器人系統關鍵技術

知識庫人工智能機器人系統通過攝像頭傳輸數據，移動終端接收信息并處理信息后，在移動APP 上顯示。在設計中需要明確模態數據關聯知識庫種類、存儲方式和檢索方法，以實現最優配置，關聯知識庫將配置的相關文件、獲取的關鍵字相關聯，聯性，通過對將配置信息、變更信息和版本信息處理后存儲到數據庫中。一旦機器人檢測異常情況，那么需在已經構建的數據關聯數據庫中檢索并處理數據，根據異常數據相關關鍵詞檢索，對負荷要求的數據按照摘要形式展現出來供用戶挑選，模態數據匹配結果受關鍵字選擇影響，必須進行正確無誤的匹配選擇，避免影響機器人的運作。

1.2.1 基于知識庫信息采集

（1）視頻采集。在S3C2416XH40 型號嵌入式微處理器下，設置了視頻內核驅動設備，提供視頻采集需求。驅動設備可以進行統一編程接口，同時也可提供無線電通信數據接口，利用相關程序控制攝像頭位置，并選擇合理的攝像角度，實時采集不同方向和范圍的信息。接口編程將采集的視頻圖像進行閾值比較，判斷圖像是否出現變化，視頻采集過程中采取雙緩沖邊傳輸邊采集的方式，提高了視頻采集的速度，經過內設的內存緩沖池中JPEG 壓縮后，將有用數據全部保存到緩沖池中，獲取全部視頻采集結果。

（2）指標數據采集。指數數據采集是將傳感器發送過來的采集信號進行采集，并將這些采集數據作為檢測對象指標，采集速度快、質量高，數據經過校準檢測后結果精準可靠。具體采集流程為：從知識庫中定義接收中斷級，中斷CAN（Controller Area Network，控制器局域網絡）接收，查看CAN 總線是否出現接收中斷現象。如果中斷，則從知識庫接收緩沖區域讀取新信息并保存，否則無法采集指標數據。數據采集過程中需要預熱在進行采集，一旦監測到有故障信息時，觸發CAN 接收中斷，機器人將會停止運行，避免發生意外事故。

1.2.2 機器人移動控制

知識庫機器人移動過程中受移動終端APP 的控制，通過移動終端獲取機器人實施準確位置，再通過GPS（Global Positioning System，全球定位系統）將維度信息發送到移動客戶端，并對運行狀態圖進行實時顯示。移動終端APP 通過構造坐標系對數據圖形化進行處理，當感知機器人所傳回的實施數據超過設定的閾值時，移動終端將發出震動或界面提示等預警動作。由于不同工作環境的影響，機器人在信息傳輸過程中受到噪聲污染等外界因素的干擾，導致檢測效果不精準產生較大誤差，因此采取了超聲避障設計，降低噪聲的影響（圖2）。

通過有效規避噪聲污染和外界因素的干擾，提高了不同模態下關聯知識庫人工智能機器人的工作效率。移動機器人結構設計中，采用數字控制上層的方式，利用直流電機控制機器人的下層行動，在雙橋直流電機驅動芯片強大的驅動能力下，通過電機開關、電機轉向組合來調速控制機器人的行為，確保機器人正確有效地進行左轉、右轉、后退、前進和轉彎等一系列規范動作。

圖2 超聲避障流程設計

2 結束語

知識庫作為收集、處理、分享全部知識的信息系統，在當今知識密集型時代下，信息的管理尤為重要。為實現高效的知識存儲、流轉和共享的系統，設計了知識庫人工智能機器人的管理策略，提高了知識的收集、管理和推送，滿足了現代知識管理效益最大化的需求。智能型知識庫的人工智能機器人在作業過程中發揮了重要作用，通過對獲取的知識進行處理與存儲后，再將這些海量、及時有效的數據提供給用戶。知識庫人工智能型機器人系統的設計，實現了智能化知識采集、知識轉換、知識分享等功能，并結合多模態信息融合技術，優化自然語言處理、連續語音識別等相關應用和處理技術，大大提高了知識庫的管理效率。