一种带多种选配功能的智能机器人设计

胡徐胜 金晨

摘 要：为了提高智能机器人的控制效果，设计一种主要由单片机、传感器和陀螺仪组成的智能取器人。通过功能设计和机械设计，对其作简单介绍。为了提高整体设计的性价比并完善其它相关功能，设计了选配功能。系统设计简单，实用可靠，便于具体工程实现。

关键词：智能机器人；避障；寻迹；传感器.

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.

机器人是一个集环境感知、动态决策、规划行为控制与执行等多功能于一体的智能化系统，是涉及到计算机、自动控制、人工智能、机械、力学等多学科领域中的前沿技术。机器人广泛用于现代加工、制造、装配等领域。利用它与人或生物相似的感知、规划、动作和协同等能力，以提高生产过程的自动化，规模化和有序生产，降低劳动强度，减少人身和设

备事故，从而提高劳动生产率，降低生产成本。本文提出了一种基于单片机控制的机器人系统，采用多传感器使其具有自动导航寻迹和搬运功能。该机器人可模拟工业生产中的导航、搬运动作，具有较好的应用价值，能够把人类从繁重的体力劳动中解放出来。本文设计了一种多功能智能自主机器人，它不仅可以帮助人们实现物品移动、取物、物品归类放置等，还可以帮助人进行简单的攀高作业，如取衣橱高处的衣物、擦玻璃，甚至还可以帮老年人取报纸，读报纸等等。当今社会发展迅猛，科技日新月异，生活水平不断提高，我们的国家人人都在追求高质量的生活。所以我们是从人文角度出发，设计一个在日常生活中发挥巨大作用的设备，提高人们生活质量，节约时间，提高效率，为人们的生活带来便捷，丰富生活。

1.功能设计

本文所设计的智能自主机器人，可以代替人们完成一些日常工作，使其发挥人类助手的功能，为人们提供生活上、工作上和其他各方面的诸多便利。它具有升、降、滑行、抓、举、舞蹈等功能，不仅可以人为操控，还可以自主识别。根据不同需求，私人定制成具有不同特色的不同版本。但我们最初主要是从人文角度出发，以方便人们，提高生活质量为宗旨设计的。它可以遥控输入命令，操控它进行上升、飞行、抓取、下降等一系列动作，帮助人们够取物品、搬运物品到人们手中。也可以语音识别和红外线感应相结合，帮助特殊的人们进行任务。这在以下的结构功能中将讲到。总而言之，这就是一款智能的搬运器，具有超强大功能的搬运器，提高生活质量。

1.1 空间感知功能

机器人主要工作地点为室内，所以对家的空间感知尤为重要。在设计上，推出了迷你型、小型、中型、大型和豪华型，分别对相应不同的室内面积。在机器人的具体服务前，需要专业安装人员对其工作的室内空间实施 3D 影像和数据采集，在机器人工作时，眼睛看见的景象与数据库匹配，确立所在的具体位置。当主人通过语音操控时，机器人会迅速响应，读取位置指令和命令指令，寻找命令的目的地点，结合当前自身位置，合理规划路径，同时自动启动行走或滑行命令，到达指定位置，开启此次服务之旅。

1.2家务劳动

该机器人的最基本功能就是可以代替人们，做家务，让老年人从繁琐的家务劳动中解脱。机器人可以根据主人需要“学习”多种菜

谱，多种面食等基础家务。定期清扫房屋。此外，机器人还可以和老年人语音聊天，语音读报纸，陪老年人下棋等。

1.3 定时工作

智能自主机器人还可以实现定时服务功能。客户可以根据家庭生活习惯需要，给机器人的某项工作定时，让机器人每次按时进行相应工作。比如给机器人定时每天早晨六点半取牛奶，八点打开窗户等。当定时功能被触发时，机器人会自动工作，不需主人重复输入命令，从而使得客户养成一个良好的生活习惯和学习习惯。

1.4其他选配功能

除了以上的基本配置以外，本文设计的机器人考虑到性价比和功能完善，还提供了很多选配功能。

（1）护理功能

针对需要护理的病患、儿童或老人，护理功能可以根据护理对象的身体健康状况，制定一套既有针对性又灵活多变的健康提醒护理系统。根据护理对象的不同设計了病人、儿童和老人三种护理模式，将西医的一些基本检查方式，如血压、血糖检测，设计到机器人中，可以定期自动检查护理对象的身体状况，并提醒其注意饮食、运动等习惯，改善其生活质量，从而做到疾病提前预防。

（2）运动功能

针对需要陪伴的对象，运动功能可以根据护理对象的身体健康状况，制定运动计划并实现运动在线监控。同样该项功能也根据护理对象的不同设计了儿童、少年、青年、壮年、老人五种模式，每种模式里又根据人的性别、体重、身高设计了各种子模式，考虑到体重与身高的比值基本上体现了肥胖程度，所以该设计会根据陪伴对象给出不同的运动建议，包括运动时间、运动类型、运动强度、运动频次等。

2.结构设计

这是一个结构复杂的机器人，各个部件既分工又统一。

（1）、手臂与手掌

手臂与手掌可以模仿人类来做一些动作，具有很强的灵活性，与传统机器人的手的最大区别在于安装设计了很多合适的传感器，可以实现温度触感、湿度触感和震动触感。

（2）、螺旋槳

采用螺旋桨实现机器人能够到达高处，能够实现高处取物和简单的登高作业功能。

（3）红外感应与温度感应

为了实现机器人躲避障碍和实现路径的合理与优化，装置了各种感应器，主要有红外感应器和温度感应器。机身前方、后方、左右侧面分别设置两个红外传感器。前后放置传感器是为了当遇到物体时能够迅速作出反应，左右的感应器是为了判断路径是否能顺利通过。温度感应器：主人不在家时，可以提前输入命令，机器人根据温度变化，做出反应，执行命令。

（4）陀螺仪

为了实现机器人能够保持并提高智能机器人的平衡能力，安装了陀螺仪以保持运动过程中的动态平衡。

3. 结束语

此机器人结合了飞行、地上行走、红外感应、平衡保持功能，大大的提高了使用者的生活品质。智能自主机器人涉及机械设计与制造、电气硬件设计与选型、电子软件设计与控制、检测与传感器、智能算法融合等方面。此机器人设计合理、应用广泛，具有很强的灵活性和可扩展性，具有很高的技术可行性和经济可行性。

参考文献：

[1] 董玉红，侯春阳，田素玲. 基于MATLAB/Statenow 的助老服务机器人逻辑控制仿真[J].应用科技，2010.37（11）：10-13.

[2] 张彦富，孙晓曼. 一种多功能智能自主机器人[J]. 科技创新与应用，2013.（11）：26.

作者简介：

胡徐胜（1982-），男，安徽太湖人，副教授，硕士，主要从事电气自动化、智能控制研究。

*基金项目：安徽省大学生创新创业训练计划项目（201714203018）

皖江工学院校级科研项目（WG18024）