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智能機(jī)器人是人工智能領(lǐng)域的一項(xiàng)新技術(shù)，它可以代替人來進(jìn)行一些特殊的工作，比如為人們提供舒適優(yōu)美的居住環(huán)境。而機(jī)器人所能做的工作也是多種多樣。近年來有不少研究人員在研究智能機(jī)器人的過程中提出了許多解決方案，而對于當(dāng)前我國目前在發(fā)展自動駕駛方面所面臨的一系列技術(shù)瓶頸，智能安保機(jī)器人便在其中起到了一定的作用。為了進(jìn)一步提高安保機(jī)器人系統(tǒng)安全性，提高對高危人群巡邏頻次。本文以美國MobileLink公司智能安保機(jī)器人FZ100X為原型設(shè)計(jì)了一款智能安保機(jī)器人系統(tǒng)，其主要由運(yùn)動控制模塊、信號采集模塊、安全防護(hù)管理系統(tǒng)(SMART)、人機(jī)交互模塊和任務(wù)管理器五部分組成。

一、作者簡介

李婧畢業(yè)于浙江大學(xué)，海外求學(xué)的經(jīng)歷使其具有雙贏開放的格局和廣闊的視野，作為新時(shí)代成功的青年女性企業(yè)家，李婧在創(chuàng)業(yè)過程中有擔(dān)當(dāng)、有作為，苦干實(shí)干，承擔(dān)著新時(shí)代企業(yè)的社會責(zé)任，本著傳統(tǒng)的匠人精神與高科技創(chuàng)新進(jìn)行融合，積極定位市場走向，并與其他企業(yè)進(jìn)行廣泛交流。在創(chuàng)業(yè)過程中，李婧依靠著一系列投資，并依靠政府支持，在與專業(yè)人員進(jìn)行深入交流后，李婧掌握了市場動態(tài)，進(jìn)行了一系列的發(fā)明創(chuàng)造，推動了中國制造業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。

1.運(yùn)動控制模塊

運(yùn)動控制模塊由FZ100X運(yùn)動控制電路組成，F(xiàn)Z100X運(yùn)動控制電路采用 MobileLink公司的 Activision II系統(tǒng)，該設(shè)計(jì)芯片為STM32F103C6A1。由于FZ100X采用了3D圖形化編程模型，因此本設(shè)計(jì)在使用該軟件編程的時(shí)候，采用了基于 Simulink公司基于 CAN的 Python編程語言對FZ100X-4進(jìn)行編程。在FZ100X-4底層采用了STM32F103C6A1作為運(yùn)動控制電路，該芯片為 ARM微控制器模塊，具備64個(gè)ARM核。在設(shè)計(jì)FZ100X運(yùn)動控制過程中，F(xiàn)Z100X主要采用兩種控制方式來完成對其運(yùn)動的控制。一種是在該機(jī)器人進(jìn)行上坡、轉(zhuǎn)彎、避讓行人等一系列動作時(shí)直接使用步進(jìn)電機(jī)控制；另一種方式是利用步進(jìn)電機(jī)帶動機(jī)器人左右兩個(gè)車輪做上下運(yùn)動。在運(yùn)行過程中該機(jī)器人首先在移動過程中依靠其自身的慣性進(jìn)行原地踏步或倒車等動作，再通過對機(jī)器人周圍環(huán)境的采集得到環(huán)境信息進(jìn)而將這一信息反饋給傳感器處理以實(shí)現(xiàn)自身移動方向和速度的控制。

2.信號采集模塊

信號采集模塊主要是為了采集FZ100X運(yùn)動軌跡中的運(yùn)動軌跡數(shù)據(jù)。信號采集模塊包括兩個(gè)部分:RS232口和RS485口。RS232口與RS485口相互連接 RS為單片機(jī)Cortex-M0核心主控制器，用于采集FZ100X運(yùn)動軌跡中的RS232數(shù)據(jù)；RS485口為單片機(jī)Cortex-M0核心主控制器用于采集 SMART控制系統(tǒng)對FZ100 X運(yùn)動軌跡的控制信息。在測試環(huán)境下完成了一系列的信號采集任務(wù)。例如，分別連接三個(gè)RS-232口與一組不同網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，分別在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)信息至FZ100X運(yùn)動軌跡上和在 SMART服務(wù)器端傳輸數(shù)據(jù)。

3.人機(jī)交互模塊

人機(jī)交互模塊是本系統(tǒng)人機(jī)交互的核心，負(fù)責(zé)控制無人機(jī)完成各種操作，并能通過通信模塊將任務(wù)狀態(tài)發(fā)送給預(yù)先設(shè)置好的 OS系統(tǒng)處理器。在系統(tǒng)的人機(jī)交互功能中，OS控制模塊負(fù)責(zé)通過通訊模塊發(fā)送給智能機(jī)器人信號進(jìn)行控制，并接收、反饋各種控制信息。同時(shí)對各種通訊協(xié)議進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化，保證通訊質(zhì)量及效率。人機(jī)交互模塊是一個(gè)由計(jì)算機(jī)控制中心系統(tǒng)，它是完成智能機(jī)器人功能定位及任務(wù)狀態(tài)發(fā)送的重要模塊。人機(jī)交互模塊作為 SMART中的關(guān)鍵器件。本文采用基于ARMCortex-M3處理器開發(fā)的ARMCortex-M3與Android操作系統(tǒng)對接的嵌入式操作系統(tǒng) OS系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)交互。

4.任務(wù)管理器

任務(wù)管理器是對機(jī)器人的基本控制和信息管理模塊。由系統(tǒng)內(nèi)核控制執(zhí)行命令、監(jiān)視機(jī)器人的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人任務(wù)進(jìn)程的有效監(jiān)控和調(diào)度。本系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，SMART將獲取到系統(tǒng)主程序編譯后分配給各分片處理單元，并同時(shí)完成以下動作：如語音對話、相機(jī)拍照、掃描、視頻通訊等：用戶在FZ100X進(jìn)入其工作狀態(tài)前需設(shè)定好進(jìn)入相機(jī)拍照的時(shí)間，如拍攝照片時(shí)長不足，則鏡頭不能有效移動。在拍攝過程中，F(xiàn)Z100X可將拍攝照片通過發(fā)送到 FLASH中進(jìn)行曝光，此功能可有效提高相機(jī)的曝光率。

5.統(tǒng)性能測試

本系統(tǒng)主要測試了本系統(tǒng)的性能，本設(shè)計(jì)采用 ARM架構(gòu)的ARM處理器LINUX，使用5G高速網(wǎng)絡(luò)和基于802.11 b/g/n的IP地址碼。在完成以上測試之后，利用Ubuntu完成了APP平臺的設(shè)計(jì)。該手機(jī) App采用移動電話技術(shù)，可以連接到智能機(jī)器人，并且提供了豐富的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與功能，包括遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控應(yīng)用和手機(jī)視頻通話應(yīng)用。APP采用手機(jī)端的 APP瀏覽器版本，并支持 TCP/IP協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn) APP端與服務(wù)器端的信息傳輸，可以同時(shí)監(jiān)控多個(gè)應(yīng)用與 PC端的信息。而 APP客戶端能夠?qū)φ麄€(gè)家庭進(jìn)行遠(yuǎn)程看護(hù)，并能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸與回放。另外 APP客戶端可以對手機(jī)客戶端管理權(quán)限進(jìn)行配置，并能遠(yuǎn)程訪問家庭中其它設(shè)備。