導語(yu)：如何才能寫(xie)好(hao)一篇(pian)機器人設計，這就需要搜(sou)集整(zheng)理更多的資料和(he)文獻，歡迎閱讀由公務員之家(jia)整(zheng)理的十篇(pian)范文，供你借(jie)鑒。

篇1

可以攀爬樓梯，進入危險火場執行消防作業：排出濃煙、噴灑水霧降溫、噴射水柱、泡沫滅火，甚至可以排除障礙，救出被困人員；這一段描述的不是科幻電影的場景，而是今天正在消防部隊服役的真實的產品——消防機器人

消防機器人是一種用于消防作戰的消防車輛，它可以經遙控進入消防員無法靠近的危險場所：如高溫、濃煙、毒氣、易爆等惡劣環境中進行消防作業，有效保護消防員的人身安全，提高了消防作戰效率；其消防功能主要有：在遠距離遙控模式下進入火災現場向火場噴灑水霧，排除煙塵，噴射水柱或泡沫滅火等；它可以前后行進，原地自轉，跨越障礙，翻陡坡、爬樓梯等靈活動作；消防機器人的誕生是科技與人性化產品設計理念的發展成果。

[緣起]

我(wo)們看到的(de)這款由海倫哲企業(ye)生(sheng)產(chan)銷售，上(shang)海轱轆軒(xuan)工業(ye)設(she)(she)計有(you)限(xian)公司(si)進行工業(ye)設(she)(she)計的(de)產(chan)品(pin)在今(jin)年剛揭曉的(de)2012年中(zhong)國創新(xin)設(she)(she)計紅星獎(jiang)中(zhong)摘得(de)至尊金(jin)獎(jiang)，評(ping)委對其功能化的(de)產(chan)品(pin)設(she)(she)計語義形態給出很高的(de)評(ping)價(jia)，這是對該產(chan)品(pin)在研發中(zhong)導入工業(ye)設(she)(she)計，提(ti)升產(chan)品(pin)綜合(he)價(jia)值的(de)肯(ken)定(ding)和鼓(gu)勵。

關于消(xiao)(xiao)(xiao)防(fang)機(ji)器(qi)人(ren)(ren)的(de)設(she)(she)計(ji)(ji)故事是追溯到2011年10月(yue)，這(zhe)家(jia)以(yi)(yi)創新(xin)(xin)精(jing)神(shen)聞名行業(ye)的(de)企業(ye)實施了消(xiao)(xiao)(xiao)防(fang)產(chan)品科(ke)研戰略，其中一(yi)(yi)(yi)項目標是希望(wang)將其新(xin)(xin)研發(fa)的(de)消(xiao)(xiao)(xiao)防(fang)機(ji)器(qi)人(ren)(ren)能夠(gou)以(yi)(yi)一(yi)(yi)(yi)種前衛的(de)面(mian)貌打入市(shi)場(chang)，打破了現有消(xiao)(xiao)(xiao)防(fang)產(chan)品的(de)同(tong)質(zhi)化狀態，并以(yi)(yi)此(ci)構建優(you)秀品質(zhi)的(de)企業(ye)產(chan)品形象(xiang)體系。海(hai)(hai)倫哲企業(ye)委托轱轆軒工(gong)(gong)業(ye)設(she)(she)計(ji)(ji)團(tuan)隊(dui)為(wei)其新(xin)(xin)研發(fa)的(de)消(xiao)(xiao)(xiao)防(fang)機(ji)器(qi)人(ren)(ren)進行產(chan)品的(de)全(quan)新(xin)(xin)概念設(she)(she)計(ji)(ji)；經過溝(gou)通，工(gong)(gong)業(ye)設(she)(she)計(ji)(ji)團(tuan)隊(dui)明(ming)確了海(hai)(hai)倫哲企業(ye)對該產(chan)品的(de)工(gong)(gong)業(ye)設(she)(she)計(ji)(ji)要(yao)求：一(yi)(yi)(yi)種顛覆傳統、全(quan)新(xin)(xin)面(mian)貌的(de)消(xiao)(xiao)(xiao)防(fang)機(ji)器(qi)人(ren)(ren)；并通過工(gong)(gong)業(ye)設(she)(she)計(ji)(ji)以(yi)(yi)及相關技術(shu)從(cong)外(wai)觀(guan)形態、色(se)彩(cai)視覺、人(ren)(ren)機(ji)工(gong)(gong)程以(yi)(yi)及材料工(gong)(gong)藝(yi)等全(quan)方面(mian)對產(chan)品優(you)化，讓消(xiao)(xiao)(xiao)防(fang)作戰變(bian)得更(geng)安全(quan)、更(geng)迅捷、更(geng)有效。

[設計(ji)前(qian)溝(gou)通(tong)學習]

轱轆軒對(dui)(dui)工(gong)(gong)(gong)業設(she)(she)計工(gong)(gong)(gong)作(zuo)的(de)(de)(de)(de)理解(jie)是工(gong)(gong)(gong)業設(she)(she)計一定要(yao)(yao)融入企(qi)業產(chan)(chan)(chan)品研發(fa)(fa)體系，而不應當(dang)是所謂的(de)(de)(de)(de)技術外(wai)包，獨自蒙頭做方案，因(yin)為(wei)工(gong)(gong)(gong)業設(she)(she)計的(de)(de)(de)(de)每(mei)個細(xi)節必然會關乎生產(chan)(chan)(chan)企(qi)業內(nei)(nei)對(dui)(dui)應的(de)(de)(de)(de)生產(chan)(chan)(chan)環(huan)節或研發(fa)(fa)、銷售部(bu)門；工(gong)(gong)(gong)業設(she)(she)計師的(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)內(nei)(nei)容更恰(qia)當(dang)的(de)(de)(de)(de)說是以產(chan)(chan)(chan)品形態創新為(wei)目(mu)標(biao)的(de)(de)(de)(de)綜合(he)(he)協調與策劃。在工(gong)(gong)(gong)作(zuo)開始之(zhi)前(qian)，工(gong)(gong)(gong)業設(she)(she)計團(tuan)隊先深(shen)入企(qi)業生產(chan)(chan)(chan)車間，了解(jie)消(xiao)防產(chan)(chan)(chan)品生產(chan)(chan)(chan)的(de)(de)(de)(de)一般流程，常用材料(liao)、工(gong)(gong)(gong)藝，同時(shi)(shi)不時(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)向一線(xian)生產(chan)(chan)(chan)人(ren)員請(qing)教各種(zhong)疑問和即時(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)設(she)(she)想；同時(shi)(shi)，與研發(fa)(fa)人(ren)員溝通(tong)(tong)了解(jie)其功能原理以及模(mo)塊組合(he)(he)關系，探討各種(zhong)變更的(de)(de)(de)(de)可(ke)能，明確可(ke)變動(dong)結(jie)構與不可(ke)變動(dong)的(de)(de)(de)(de)結(jie)構或布(bu)局；還與商務采購部(bu)門溝通(tong)(tong)關于產(chan)(chan)(chan)品選配的(de)(de)(de)(de)外(wai)購件的(de)(de)(de)(de)選用規則、價(jia)格區間、選配參數等(deng)。這些學習與溝通(tong)(tong)是后(hou)續設(she)(she)計工(gong)(gong)(gong)作(zuo)沿著正確合(he)(he)理的(de)(de)(de)(de)方向進行的(de)(de)(de)(de)首(shou)要(yao)(yao)前(qian)提(ti)。

[趨向研究]

之(zhi)后轱轆(lu)軒(xuan)工業設計(ji)團隊便開始了全面(mian)的(de)(de)(de)研討并(bing)付諸(zhu)于(yu)(yu)設計(ji)實踐，按轱轆(lu)軒(xuan)的(de)(de)(de)設計(ji)流(liu)程，首先要做(zuo)的(de)(de)(de)是產(chan)品(pin)(pin)(pin)趨向(xiang)(xiang)研究，關于(yu)(yu)產(chan)品(pin)(pin)(pin)趨向(xiang)(xiang)研究，主要是分析該類(lei)產(chan)品(pin)(pin)(pin)的(de)(de)(de)現(xian)狀與發(fa)(fa)展歷(li)史(shi)，尤其是其產(chan)品(pin)(pin)(pin)語義形態(tai)的(de)(de)(de)發(fa)(fa)展歷(li)程，結合當(dang)下社會文化(hua)、經濟環境(jing)等因素(su)，探尋產(chan)品(pin)(pin)(pin)發(fa)(fa)展的(de)(de)(de)趨向(xiang)(xiang)，推演產(chan)品(pin)(pin)(pin)的(de)(de)(de)前沿狀態(tai)。

相比一(yi)(yi)般產(chan)(chan)品(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)，這(zhe)類設(she)(she)(she)(she)(she)備車輛產(chan)(chan)品(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)的工(gong)業(ye)設(she)(she)(she)(she)(she)計更多(duo)(duo)的是(shi)(shi)(shi)受(shou)到來(lai)(lai)(lai)自諸多(duo)(duo)國標(biao)的、行業(ye)的標(biao)準法規的限制，同(tong)時(shi)復雜(za)多(duo)(duo)變且要求(qiu)高可(ke)(ke)(ke)靠的的功(gong)能狀態(tai)決定了一(yi)(yi)直以(yi)(yi)來(lai)(lai)(lai)造(zao)型與結構(gou)(gou)的高沿襲狀態(tai)，這(zhe)樣以(yi)(yi)來(lai)(lai)(lai)看(kan)似(si)留給工(gong)業(ye)設(she)(she)(she)(she)(she)計師發揮(hui)的余地不是(shi)(shi)(shi)很多(duo)(duo)，但這(zhe)不是(shi)(shi)(shi)平庸(yong)的理由，轱轆軒(xuan)是(shi)(shi)(shi)相信產(chan)(chan)品(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)是(shi)(shi)(shi)有靈(ling)魂(hun)(hun)(hun)的，產(chan)(chan)品(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)的形(xing)態(tai)語言是(shi)(shi)(shi)可(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)傳遞出產(chan)(chan)品(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)的內(nei)在(zai)靈(ling)魂(hun)(hun)(hun)的，而(er)有生命力的產(chan)(chan)品(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)往(wang)往(wang)是(shi)(shi)(shi)有著獨特的內(nei)在(zai)品(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)格和靈(ling)魂(hun)(hun)(hun)；在(zai)這(zhe)一(yi)(yi)方(fang)面(mian)，產(chan)(chan)品(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)靈(ling)魂(hun)(hun)(hun)的提(ti)煉更多(duo)(duo)的是(shi)(shi)(shi)以(yi)(yi)產(chan)(chan)品(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)的社會角(jiao)色、功(gong)能角(jiao)色為(wei)整體對(dui)(dui)象(xiang)，結合使用(yong)環境、社會環境對(dui)(dui)它(ta)的定義來(lai)(lai)(lai)探(tan)討它(ta)“本(ben)來(lai)(lai)(lai)應該的樣子”或我們稱之(zhi)為(wei)　“天籟之(zhi)形(xing)”的最佳設(she)(she)(she)(she)(she)想，這(zhe)是(shi)(shi)(shi)自上而(er)下的設(she)(she)(she)(she)(she)計構(gou)(gou)思；另外一(yi)(yi)方(fang)面(mian)，是(shi)(shi)(shi)以(yi)(yi)產(chan)(chan)品(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)內(nei)部(bu)構(gou)(gou)造(zao)為(wei)單元，探(tan)討更多(duo)(duo)種(zhong)“同(tong)樣合理的可(ke)(ke)(ke)能”或“有沒有更合理的可(ke)(ke)(ke)能”，這(zhe)是(shi)(shi)(shi)自下而(er)上的設(she)(she)(she)(she)(she)計構(gou)(gou)思；兩(liang)個方(fang)向(xiang)(xiang)的設(she)(she)(she)(she)(she)計構(gou)(gou)思互相修正推(tui)演(yan)出更為(wei)出色的產(chan)(chan)品(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)設(she)(she)(she)(she)(she)計趨向(xiang)(xiang)。

從社會功(gong)(gong)能(neng)的(de)角度(du)定義，消防機器人(ren)應(ying)當是針對(dui)現代社會頻發的(de)火災(zai)、化(hua)學泄漏(lou)甚至(zhi)核事(shi)故等(deng)不適合搶險救(jiu)援(yuan)人(ren)員靠近的(de)各類(lei)災(zai)害救(jiu)援(yuan)，而不止是火災(zai)；這樣產品形(xing)態的(de)功(gong)(gong)能(neng)語義就(jiu)顯得尤為(wei)重要，設計(ji)應(ying)當強化(hua)風(feng)筒、水炮(pao)、泡沫(mo)炮(pao)以及履帶等(deng)功(gong)(gong)能(neng)形(xing)態，在(zai)此基礎(chu)上還必須通(tong)過(guo)覆(fu)蓋件的(de)形(xing)態將各部件串聯形(xing)成協調的(de)整(zheng)體；經過(guo)頭腦風(feng)暴，最后趨向(xiang)研究鎖定了“雙翼(yi)”的(de)視覺聯想概念：翼(yi)，本意(yi)(yi)為(wei)鳥類(lei)的(de)翅膀，如今其通(tong)感意(yi)(yi)向(xiang)已(yi)經更側(ce)重如：

“飛(fei)(fei)翔”——飛(fei)(fei)機的(de)側(ce)翼；

“威力”——翼虎：添(tian)上翅膀的老虎；

“保護(hu)”——翼護(hu)：保護(hu)、佐助(zhu)之意；

“神奇(qi)”——翼(yi)神：傳說中巨大的(de)神……

而這些通(tong)感(gan)意(yi)向與(yu)消(xiao)防機器人的搶險救援功能特征趨于(yu)接(jie)近，經過與(yu)企業(ye)營銷部門的溝通(tong)，該(gai)概(gai)念(nian)(nian)獲得了初(chu)步認(ren)可；同時(shi)，工(gong)業(ye)設(she)計團隊與(yu)企業(ye)研發部門討論確定了針對(dui)該(gai)概(gai)念(nian)(nian)調(diao)整優化的最新結構和布局，工(gong)業(ye)設(she)計工(gong)作很快進入外觀造型階(jie)段。

篇2

機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)是自動執行(xing)(xing)(xing)(xing)工作(zuo)(zuo)的(de)(de)機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)裝置，可(ke)協助人(ren)(ren)(ren)類(lei)工作(zuo)(zuo)，以提(ti)高工作(zuo)(zuo)的(de)(de)精(jing)度(du)和(he)效(xiao)率，在(zai)一些(xie)危險、惡劣、任務繁重(zhong)的(de)(de)環(huan)境(jing)下，機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)更具(ju)有(you)(you)人(ren)(ren)(ren)類(lei)無(wu)可(ke)比擬的(de)(de)優勢(shi)［1］。近年來，作(zuo)(zuo)為(wei)機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)發(fa)展的(de)(de)新階段(duan)，移(yi)(yi)動機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)技術發(fa)展迅速(su)，應用(yong)(yong)(yong)領域日益(yi)廣泛。移(yi)(yi)動機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)的(de)(de)行(xing)(xing)(xing)(xing)進(jin)(jin)(jin)方(fang)(fang)式(shi)主要有(you)(you)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)式(shi)、腿(tui)式(shi)和(he)履(lv)(lv)帶式(shi)3種(zhong)［2］。輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)式(shi)結(jie)構(gou)(gou)行(xing)(xing)(xing)(xing)進(jin)(jin)(jin)速(su)度(du)最快，但其地(di)形(xing)(xing)(xing)適應能力(li)(li)最差，只能在(zai)較(jiao)(jiao)平穩的(de)(de)地(di)形(xing)(xing)(xing)環(huan)境(jing)下行(xing)(xing)(xing)(xing)走［3］;腿(tui)式(shi)結(jie)構(gou)(gou)具(ju)有(you)(you)很強的(de)(de)越(yue)障(zhang)能力(li)(li)，可(ke)在(zai)各種(zhong)地(di)形(xing)(xing)(xing)環(huan)境(jing)下行(xing)(xing)(xing)(xing)走，但其行(xing)(xing)(xing)(xing)進(jin)(jin)(jin)速(su)度(du)較(jiao)(jiao)慢(man)且控制(zhi)復(fu)(fu)雜;履(lv)(lv)帶式(shi)結(jie)構(gou)(gou)具(ju)有(you)(you)牽引性能好，不(bu)易打滑，地(di)形(xing)(xing)(xing)適應能力(li)(li)強，但其質(zhi)量較(jiao)(jiao)大，運動慣(guan)性大，振(zhen)動較(jiao)(jiao)大，行(xing)(xing)(xing)(xing)進(jin)(jin)(jin)速(su)度(du)較(jiao)(jiao)慢(man)。為(wei)適應復(fu)(fu)雜地(di)形(xing)(xing)(xing)環(huan)境(jing)，機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)多(duo)采(cai)用(yong)(yong)(yong)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)履(lv)(lv)式(shi)、輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)腿(tui)式(shi)或輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)履(lv)(lv)腿(tui)式(shi)等復(fu)(fu)合移(yi)(yi)動機(ji)(ji)(ji)(ji)構(gou)(gou)，復(fu)(fu)合移(yi)(yi)動機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)平臺在(zai)不(bu)同環(huan)境(jing)下可(ke)采(cai)用(yong)(yong)(yong)不(bu)同的(de)(de)行(xing)(xing)(xing)(xing)進(jin)(jin)(jin)策略，極(ji)大地(di)提(ti)高了(le)(le)機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)的(de)(de)前進(jin)(jin)(jin)速(su)度(du)和(he)地(di)形(xing)(xing)(xing)適應能力(li)(li)，成為(wei)移(yi)(yi)動機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)發(fa)展的(de)(de)一個方(fang)(fang)向(xiang)。文(wen)中提(ti)出了(le)(le)一種(zhong)8輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)腿(tui)式(shi)移(yi)(yi)動機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)平臺。該平臺在(zai)平整地(di)形(xing)(xing)(xing)環(huan)境(jing)下采(cai)用(yong)(yong)(yong)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)式(shi)行(xing)(xing)(xing)(xing)進(jin)(jin)(jin)方(fang)(fang)式(shi)，在(zai)非(fei)平整地(di)形(xing)(xing)(xing)環(huan)境(jing)下采(cai)用(yong)(yong)(yong)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)腿(tui)復(fu)(fu)合行(xing)(xing)(xing)(xing)進(jin)(jin)(jin)方(fang)(fang)式(shi)，具(ju)備較(jiao)(jiao)強的(de)(de)地(di)形(xing)(xing)(xing)適應能力(li)(li)。文(wen)中針對(dui)該平臺進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)(xing)了(le)(le)結(jie)構(gou)(gou)設(she)計和(he)運動學(xue)(xue)分(fen)析，并對(dui)逆運動學(xue)(xue)分(fen)析結(jie)果進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)(xing)了(le)(le)仿真驗證(zheng)。

18輪腿移動(dong)機器(qi)人平臺設(she)計

文中研(yan)究(jiu)的移動機器人平(ping)(ping)臺(tai)(tai)的工(gong)作環境是野(ye)外(wai)、非平(ping)(ping)整地形，要求機器人平(ping)(ping)臺(tai)(tai)可(ke)上(shang)、下40°斜坡，并(bing)可(ke)實(shi)現坡上(shang)制動，具有一定的跨(kua)越臺(tai)(tai)階(jie)能力，并(bing)可(ke)調整起橫滾角。為兼(jian)顧機器人平(ping)(ping)臺(tai)(tai)的行(xing)進(jin)速度和(he)越障能力，機器人平(ping)(ping)臺(tai)(tai)采(cai)用輪腿復合式結構，該平(ping)(ping)臺(tai)(tai)具有結構簡單、控制容易(yi)及耗能較低(di)等(deng)特點。

1．18輪(lun)腿(tui)(tui)(tui)(tui)移(yi)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)平(ping)(ping)(ping)臺(tai)(tai)(tai)的(de)(de)(de)整體(ti)結(jie)(jie)構設計(ji)8輪(lun)腿(tui)(tui)(tui)(tui)式移(yi)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)平(ping)(ping)(ping)臺(tai)(tai)(tai)有8輪(lun)8腿(tui)(tui)(tui)(tui)，其(qi)結(jie)(jie)構前(qian)(qian)后左右分別對稱，主要由機(ji)(ji)架1、前(qian)(qian)部(bu)輪(lun)腿(tui)(tui)(tui)(tui)系(xi)統(tong)2、后部(bu)輪(lun)腿(tui)(tui)(tui)(tui)系(xi)統(tong)3和(he)(he)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)系(xi)統(tong)4構成，如圖1所示。其(qi)中(zhong)前(qian)(qian)部(bu)輪(lun)腿(tui)(tui)(tui)(tui)系(xi)統(tong)和(he)(he)后部(bu)輪(lun)腿(tui)(tui)(tui)(tui)系(xi)統(tong)在結(jie)(jie)構上(shang)完全相同(tong)，均由一(yi)(yi)個擺(bai)腿(tui)(tui)(tui)(tui)電機(ji)(ji)、一(yi)(yi)個張腿(tui)(tui)(tui)(tui)電機(ji)(ji)和(he)(he)一(yi)(yi)系(xi)列傳(chuan)動(dong)(dong)(dong)系(xi)統(tong)組成，主要實(shi)(shi)現(xian)(xian)機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)平(ping)(ping)(ping)臺(tai)(tai)(tai)的(de)(de)(de)擺(bai)腿(tui)(tui)(tui)(tui)和(he)(he)張腿(tui)(tui)(tui)(tui)兩個動(dong)(dong)(dong)作，進(jin)而(er)使機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)平(ping)(ping)(ping)臺(tai)(tai)(tai)實(shi)(shi)現(xian)(xian)越障和(he)(he)保持(chi)平(ping)(ping)(ping)穩，機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)平(ping)(ping)(ping)臺(tai)(tai)(tai)輪(lun)腿(tui)(tui)(tui)(tui)與軸之(zhi)間的(de)(de)(de)安裝(zhuang)采(cai)用(yong)花鍵連接。驅(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)系(xi)統(tong)由左右2個電機(ji)(ji)構成，分別通過(guo)鏈(lian)傳(chuan)動(dong)(dong)(dong)帶動(dong)(dong)(dong)其(qi)對應的(de)(de)(de)一(yi)(yi)側車(che)輪(lun)轉(zhuan)動(dong)(dong)(dong)，從而(er)實(shi)(shi)現(xian)(xian)機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)平(ping)(ping)(ping)臺(tai)(tai)(tai)的(de)(de)(de)前(qian)(qian)進(jin)、后退和(he)(he)轉(zhuan)向等動(dong)(dong)(dong)作。8個車(che)輪(lun)均為驅(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)輪(lun)，車(che)輪(lun)直徑為200mm，正(zheng)常行駛下采(cai)用(yong)輪(lun)式行進(jin)。當遇到高于(yu)輪(lun)子半徑且低于(yu)250mm高的(de)(de)(de)障礙時，通過(guo)前(qian)(qian)后腿(tui)(tui)(tui)(tui)協調(diao)擺(bai)動(dong)(dong)(dong)來實(shi)(shi)現(xian)(xian)越障;當遇到高于(yu)250mm的(de)(de)(de)障礙時，可(ke)實(shi)(shi)現(xian)(xian)差速(su)轉(zhuan)向。輪(lun)腿(tui)(tui)(tui)(tui)之(zhi)間的(de)(de)(de)角度(du)可(ke)以調(diao)節，進(jin)而(er)調(diao)整機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)的(de)(de)(de)橫滾角，在遇到左右高度(du)不同(tong)的(de)(de)(de)地形時，可(ke)以通過(guo)調(diao)整輪(lun)腿(tui)(tui)(tui)(tui)之(zhi)間的(de)(de)(de)角度(du)來保持(chi)機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)的(de)(de)(de)平(ping)(ping)(ping)穩。

1．28輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)腿(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)移(yi)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)平(ping)臺(tai)的(de)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)腿(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)系(xi)(xi)(xi)統(tong)設計(ji)機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)平(ping)臺(tai)的(de)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)腿(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)系(xi)(xi)(xi)統(tong)由(you)結構完全相同的(de)前(qian)部(bu)(bu)(bu)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)腿(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)系(xi)(xi)(xi)統(tong)和(he)(he)后部(bu)(bu)(bu)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)腿(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)系(xi)(xi)(xi)統(tong)構成(cheng)，主(zhu)(zhu)要(yao)完成(cheng)機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)平(ping)臺(tai)的(de)腿(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)部(bu)(bu)(bu)轉(zhuan)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)，結合車輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)轉(zhuan)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)以實(shi)現平(ping)臺(tai)越障和(he)(he)保持平(ping)穩。下(xia)面以前(qian)部(bu)(bu)(bu)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)腿(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)系(xi)(xi)(xi)統(tong)為例來說明輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)腿(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)系(xi)(xi)(xi)統(tong)的(de)結構特點(dian)，前(qian)部(bu)(bu)(bu)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)腿(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)系(xi)(xi)(xi)統(tong)由(you)4條輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)腿(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)、1根主(zhu)(zhu)軸(zhou)、1根套(tao)(tao)軸(zhou)、傳動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)系(xi)(xi)(xi)統(tong)和(he)(he)2個電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)組成(cheng)，輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)腿(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)系(xi)(xi)(xi)統(tong)的(de)結構簡(jian)圖如圖3所示。機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)平(ping)臺(tai)的(de)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)腿(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)系(xi)(xi)(xi)統(tong)主(zhu)(zhu)要(yao)有張(zhang)(zhang)合和(he)(he)擺(bai)腿(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)兩個運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)，分別由(you)2臺(tai)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)帶動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)。張(zhang)(zhang)合運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)即主(zhu)(zhu)軸(zhou)和(he)(he)套(tao)(tao)軸(zhou)同速(su)(su)(su)反向轉(zhuan)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)，由(you)張(zhang)(zhang)腿(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)控制(zhi);擺(bai)腿(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)即主(zhu)(zhu)軸(zhou)和(he)(he)套(tao)(tao)軸(zhou)同速(su)(su)(su)同向轉(zhuan)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)，由(you)擺(bai)腿(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)控制(zhi)。2臺(tai)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)相互配合，從(cong)而使輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)腿(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)系(xi)(xi)(xi)統(tong)實(shi)現2種動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)作(zuo)。當(dang)機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)平(ping)臺(tai)要(yao)做擺(bai)腿(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)時(shi)(shi)，張(zhang)(zhang)腿(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)不(bu)供電(dian)(dian)，主(zhu)(zhu)軸(zhou)和(he)(he)套(tao)(tao)軸(zhou)相對靜止，擺(bai)腿(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)轉(zhuan)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)，帶動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)張(zhang)(zhang)腿(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)、主(zhu)(zhu)軸(zhou)和(he)(he)套(tao)(tao)軸(zhou)同速(su)(su)(su)同向轉(zhuan)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)，從(cong)而實(shi)現擺(bai)腿(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong);當(dang)機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)平(ping)臺(tai)要(yao)做張(zhang)(zhang)合腿(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)時(shi)(shi)，擺(bai)腿(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)不(bu)供電(dian)(dian)，從(cong)而使張(zhang)(zhang)腿(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)相對于機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)平(ping)臺(tai)保證靜止，張(zhang)(zhang)腿(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)轉(zhuan)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)，帶動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)主(zhu)(zhu)軸(zhou)和(he)(he)配置同速(su)(su)(su)方向轉(zhuan)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)，從(cong)而實(shi)現腿(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)(tui)的(de)張(zhang)(zhang)合運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)。

1．38輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)腿移動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)機器(qi)(qi)人(ren)平臺(tai)(tai)的(de)(de)驅(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)系統設計(ji)機器(qi)(qi)人(ren)平臺(tai)(tai)的(de)(de)驅(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)系統由(you)(you)2臺(tai)(tai)電(dian)機和(he)兩套(tao)(tao)(tao)(tao)鏈(lian)(lian)(lian)傳動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)系統組成，左右(you)對稱，每個(ge)電(dian)機通(tong)(tong)過(guo)(guo)一套(tao)(tao)(tao)(tao)鏈(lian)(lian)(lian)傳動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)系統帶(dai)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)一側的(de)(de)4個(ge)車輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)，通(tong)(tong)過(guo)(guo)2臺(tai)(tai)電(dian)機的(de)(de)配合(he)(he)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)帶(dai)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)機器(qi)(qi)人(ren)平臺(tai)(tai)實現前進(jin)、后退、轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)向等動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)作(zuo)。其機構簡圖如圖4所(suo)示(shi)。圖4中，前大鏈(lian)(lian)(lian)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)和(he)后大鏈(lian)(lian)(lian)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)為復(fu)合(he)(he)鏈(lian)(lian)(lian)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)，由(you)(you)3個(ge)單排鏈(lian)(lian)(lian)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)復(fu)合(he)(he)而成，復(fu)合(he)(he)鏈(lian)(lian)(lian)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)只套(tao)(tao)(tao)(tao)裝在套(tao)(tao)(tao)(tao)軸(zhou)上，可繞套(tao)(tao)(tao)(tao)軸(zhou)自由(you)(you)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)且不受(shou)干涉(she)，和(he)套(tao)(tao)(tao)(tao)軸(zhou)有相同的(de)(de)旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)中心(xin)線。機器(qi)(qi)人(ren)平臺(tai)(tai)的(de)(de)驅(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)系統的(de)(de)傳動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)過(guo)(guo)程為:首先(xian)驅(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)電(dian)機帶(dai)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)主動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)鏈(lian)(lian)(lian)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)，主動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)鏈(lian)(lian)(lian)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)再通(tong)(tong)過(guo)(guo)鏈(lian)(lian)(lian)條(tiao)帶(dai)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)復(fu)合(he)(he)鏈(lian)(lian)(lian)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)，然后復(fu)合(he)(he)鏈(lian)(lian)(lian)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)通(tong)(tong)過(guo)(guo)鏈(lian)(lian)(lian)條(tiao)再帶(dai)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)小(xiao)鏈(lian)(lian)(lian)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)，進(jin)而帶(dai)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)了(le)車輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)，從而實現了(le)一個(ge)電(dian)機帶(dai)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)腿末端的(de)(de)4個(ge)車輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)。由(you)(you)于(yu)電(dian)機要通(tong)(tong)過(guo)(guo)鏈(lian)(lian)(lian)傳動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)帶(dai)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)車輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)正反轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)，為避(bi)免鏈(lian)(lian)(lian)條(tiao)松(song)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)，添加(jia)張緊(jin)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)。

28輪腿移(yi)動(dong)機器人平臺(tai)運動(dong)學(xue)分析

2．1建立(li)(li)坐(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)(biao)(biao)(biao)系(xi)(xi)(xi)(xi)機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)平(ping)臺(tai)(tai)(tai)(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)位姿(zi)(zi)可(ke)用機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)平(ping)臺(tai)(tai)(tai)(tai)上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)某個(ge)(ge)參考(kao)點(dian)位姿(zi)(zi)表(biao)(biao)示(shi)(shi)(shi)，文中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)建立(li)(li)一(yi)(yi)系(xi)(xi)(xi)(xi)列坐(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)(biao)(biao)(biao)系(xi)(xi)(xi)(xi)來(lai)表(biao)(biao)示(shi)(shi)(shi)機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)平(ping)臺(tai)(tai)(tai)(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)各(ge)個(ge)(ge)機(ji)(ji)(ji)(ji)構(gou)(gou)之間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)移動(dong)和(he)旋轉(zhuan)(zhuan)關系(xi)(xi)(xi)(xi)［5］。依(yi)照直角(jiao)坐(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)(biao)(biao)(biao)變換法，文中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)建立(li)(li)坐(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)(biao)(biao)(biao)系(xi)(xi)(xi)(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)準則(ze)為:X軸(zhou)、Y軸(zhou)與(yu)Z軸(zhou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)建立(li)(li)按(an)照右(you)(you)(you)手法則(ze)，機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)平(ping)臺(tai)(tai)(tai)(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)向運(yun)動(dong)為繞(rao)(rao)Z軸(zhou)旋轉(zhuan)(zhuan)，俯仰運(yun)動(dong)為繞(rao)(rao)Y軸(zhou)旋轉(zhuan)(zhuan)，橫滾(gun)運(yun)動(dong)為繞(rao)(rao)X軸(zhou)旋轉(zhuan)(zhuan)。由于(yu)(yu)機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)平(ping)臺(tai)(tai)(tai)(tai)為對稱式(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)構(gou)(gou)，因此只建立(li)(li)機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)平(ping)臺(tai)(tai)(tai)(tai)一(yi)(yi)側(ce)(ce)各(ge)機(ji)(ji)(ji)(ji)構(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)坐(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)(biao)(biao)(biao)系(xi)(xi)(xi)(xi)即可(ke)。建立(li)(li)機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)平(ping)臺(tai)(tai)(tai)(tai)右(you)(you)(you)側(ce)(ce)輪(lun)(lun)腿系(xi)(xi)(xi)(xi)統各(ge)機(ji)(ji)(ji)(ji)構(gou)(gou)坐(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)(biao)(biao)(biao)系(xi)(xi)(xi)(xi)如圖5所示(shi)(shi)(shi)。坐(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)(biao)(biao)(biao)系(xi)(xi)(xi)(xi)O－XYZ表(biao)(biao)示(shi)(shi)(shi)機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)平(ping)臺(tai)(tai)(tai)(tai)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)心點(dian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)坐(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)(biao)(biao)(biao)系(xi)(xi)(xi)(xi);坐(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)(biao)(biao)(biao)系(xi)(xi)(xi)(xi)A－X1Y1Z1，E－X5Y5Z5分別(bie)(bie)(bie)(bie)表(biao)(biao)示(shi)(shi)(shi)機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)平(ping)臺(tai)(tai)(tai)(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)前軸(zhou)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)心點(dian)和(he)后(hou)軸(zhou)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)心點(dian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)坐(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)(biao)(biao)(biao)系(xi)(xi)(xi)(xi);坐(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)(biao)(biao)(biao)系(xi)(xi)(xi)(xi)B－X2Y2Z2，F－X6Y6Z6分別(bie)(bie)(bie)(bie)表(biao)(biao)示(shi)(shi)(shi)前后(hou)軸(zhou)右(you)(you)(you)側(ce)(ce)端點(dian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)坐(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)(biao)(biao)(biao)系(xi)(xi)(xi)(xi);坐(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)(biao)(biao)(biao)系(xi)(xi)(xi)(xi)C－X3Y3Z3，D－X4Y4Z4，G－X7Y7Z7，H－X8Y8Z8分別(bie)(bie)(bie)(bie)表(biao)(biao)示(shi)(shi)(shi)右(you)(you)(you)側(ce)(ce)4個(ge)(ge)車輪(lun)(lun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)動(dong)軸(zhou)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)心點(dian)坐(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)(biao)(biao)(biao)系(xi)(xi)(xi)(xi)，坐(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)(biao)(biao)(biao)系(xi)(xi)(xi)(xi)之間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)相對變化關系(xi)(xi)(xi)(xi)如表(biao)(biao)1所示(shi)(shi)(shi)［6］。ψ，φ，θ分別(bie)(bie)(bie)(bie)表(biao)(biao)示(shi)(shi)(shi)各(ge)機(ji)(ji)(ji)(ji)構(gou)(gou)在直角(jiao)坐(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)(biao)(biao)(biao)系(xi)(xi)(xi)(xi)OXY中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)分別(bie)(bie)(bie)(bie)繞(rao)(rao)Z軸(zhou)、Y軸(zhou)、X軸(zhou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)角(jiao);α1，α2，α3分別(bie)(bie)(bie)(bie)表(biao)(biao)示(shi)(shi)(shi)機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)平(ping)臺(tai)(tai)(tai)(tai)在大地坐(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)(biao)(biao)(biao)系(xi)(xi)(xi)(xi)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)相對于(yu)(yu)水平(ping)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)偏轉(zhuan)(zhuan)角(jiao)、俯仰角(jiao)和(he)橫滾(gun)角(jiao);α4，α5，α6，α7分別(bie)(bie)(bie)(bie)表(biao)(biao)示(shi)(shi)(shi)右(you)(you)(you)側(ce)(ce)4條輪(lun)(lun)腿相對于(yu)(yu)大地坐(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)(biao)(biao)(biao)系(xi)(xi)(xi)(xi)水平(ping)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)傾角(jiao)。

2．2正運動學分析為(wei)了推(tui)導(dao)(dao)機器人平臺運動學模型，做如下(xia)假設:(1)車(che)輪與(yu)地(di)面(mian)為(wei)點(dian)接觸(chu);(2)車(che)輪與(yu)地(di)面(mian)直接無相對滑(hua)動;(3)機器人平臺整體、車(che)輪與(yu)地(di)面(mian)的(de)接觸(chu)點(dian)均為(wei)剛(gang)體。由表1推(tui)導(dao)(dao)的(de)坐(zuo)標變換關(guan)系(xi)，以右側第3輪為(wei)例，推(tui)導(dao)(dao)車(che)輪位姿參(can)數(shu)與(yu)機器人平臺上參(can)考點(dian)位姿參(can)數(shu)之間的(de)關(guan)系(xi)［7］。

2．3逆(ni)運動(dong)(dong)學分析已知機(ji)(ji)器(qi)人平(ping)臺參考(kao)點的位(wei)(wei)(wei)姿(zi)(zi)，求各個輪(lun)腿(tui)末端的位(wei)(wei)(wei)姿(zi)(zi)，即為運動(dong)(dong)學逆(ni)解。一(yi)(yi)般情況(kuang)(kuang)(kuang)下，如若運動(dong)(dong)學正(zheng)解唯一(yi)(yi)，則逆(ni)解不(bu)唯一(yi)(yi)，即在(zai)文中研究的情況(kuang)(kuang)(kuang)下，已知工作平(ping)臺參考(kao)點的位(wei)(wei)(wei)姿(zi)(zi)，則有多(duo)個輪(lun)腿(tui)末端位(wei)(wei)(wei)姿(zi)(zi)與之相對(dui)應。但由于(yu)機(ji)(ji)器(qi)人平(ping)臺的結構特殊(shu)性，其左右兩(liang)側(ce)輪(lun)腿(tui)的相互制約，輪(lun)腿(tui)末端的位(wei)(wei)(wei)姿(zi)(zi)一(yi)(yi)般情況(kuang)(kuang)(kuang)下不(bu)會有多(duo)個。但在(zai)機(ji)(ji)器(qi)人跨越高于(yu)一(yi)(yi)定(ding)高度的障礙時(shi)，機(ji)(ji)器(qi)人將會采取擺腿(tui)越障，這種(zhong)情況(kuang)(kuang)(kuang)下輪(lun)腿(tui)之間的制約因(yin)素就會被削弱，將會產(chan)生(sheng)多(duo)個與機(ji)(ji)器(qi)人平(ping)臺參考(kao)點相對(dui)應的位(wei)(wei)(wei)姿(zi)(zi)［8］。由正(zheng)運動(dong)(dong)學結果可得。

2．4逆運動學分析結果驗(yan)證為(wei)(wei)驗(yan)證上述計算(suan)的(de)正確性，用MATLAB軟(ruan)件中的(de)二維繪圖(tu)功能對運動學逆解(jie)的(de)結果進(jin)行(xing)(xing)驗(yan)證。初(chu)始參數(shu)(shu)設(she)定(ding)為(wei)(wei):［XPYPZP］T=［000］T，α2=0°，α6∈［26°，64°］。因為(wei)(wei)機器(qi)人(ren)平(ping)臺(tai)輪腿系統(tong)的(de)特殊(shu)構造，一側(ce)腿張開另一側(ce)腿就(jiu)會同時合(he)攏，兩側(ce)腿系統(tong)之間相互制(zhi)約，為(wei)(wei)了避(bi)免產生干涉(she)，取(qu)α6∈［26°，64°］。由機器(qi)人(ren)平(ping)臺(tai)參數(shu)(shu)可(ke)知:L1=600mm，L7=345mm，L8=230mm，將上述參數(shu)(shu)代入式(7)可(ke)求(qiu)得機器(qi)人(ren)右側(ce)第3條輪腿末(mo)端(duan)位姿矩陣:［XYZ］T=［345－230cosα6，300，－230sinα6］T(8)利用MATLAB進(jin)行(xing)(xing)運算(suan)即可(ke)得到機器(qi)人(ren)平(ping)臺(tai)輪腿末(mo)端(duan)運動軌跡，如圖(tu)6所示。

篇3

我們設計的(de)(de)輸電(dian)線(xian)(xian)路除冰(bing)機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)采用(yong)除冰(bing)桿敲(qiao)擊(ji)式除冰(bing),不傷(shang)導線(xian)(xian),安全有(you)效,采用(yong)三手臂(bei)(bei)(bei)通過(guo)旋轉伸縮動(dong)(dong)作(zuo)進行(xing)越(yue)(yue)(yue)障(zhang)(zhang),操(cao)作(zuo)簡單(dan)可行(xing),結合(he)輔助(zhu)設備(bei)上下(xia)線(xian)(xian)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)置(zhi)進行(xing)上、下(xia)線(xian)(xian)安裝(zhuang)(zhuang)(zhuang),操(cao)作(zuo)方便。除冰(bing)機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)主(zhu)要分(fen)為(wei)機(ji)(ji)械(xie)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)和(he)(he)(he)(he)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)兩部(bu)分(fen)。機(ji)(ji)械(xie)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)包括行(xing)走裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)置(zhi)、除冰(bing)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)置(zhi)和(he)(he)(he)(he)越(yue)(yue)(yue)障(zhang)(zhang)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)置(zhi)3部(bu)分(fen);控(kong)(kong)(kong)制(zhi)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)包括主(zhu)控(kong)(kong)(kong)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)、驅動(dong)(dong)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)、無(wu)線(xian)(xian)操(cao)作(zuo)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)和(he)(he)(he)(he)狀態(tai)(tai)信(xin)(xin)(xin)息(xi)反(fan)(fan)饋(kui)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)4部(bu)分(fen)。機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)通過(guo)前(qian)、后(hou)(hou)臂(bei)(bei)(bei)上的(de)(de)滾輪可沿(yan)導線(xian)(xian)行(xing)走;在越(yue)(yue)(yue)障(zhang)(zhang)時,中間(jian)(jian)手臂(bei)(bei)(bei)可夾(jia)緊導線(xian)(xian)保(bao)證機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)的(de)(de)穩定性(xing)和(he)(he)(he)(he)可靠性(xing);前(qian)、后(hou)(hou)臂(bei)(bei)(bei)之(zhi)間(jian)(jian)可相(xiang)對移動(dong)(dong)調(diao)整間(jian)(jian)距(ju);前(qian)、后(hou)(hou)臂(bei)(bei)(bei)各(ge)有(you)1個移動(dong)(dong)和(he)(he)(he)(he)旋轉自由度,結合(he)中間(jian)(jian)手臂(bei)(bei)(bei)通過(guo)動(dong)(dong)作(zuo)規劃可以實(shi)(shi)現越(yue)(yue)(yue)障(zhang)(zhang);除冰(bing)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)置(zhi)采用(yong)3個除冰(bing)桿從上方交(jiao)替(ti)敲(qiao)擊(ji)的(de)(de)方式,以較小的(de)(de)能量(liang)消(xiao)耗達到除冰(bing)的(de)(de)效果。控(kong)(kong)(kong)制(zhi)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)的(de)(de)主(zhu)控(kong)(kong)(kong)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)負責接(jie)(jie)收無(wu)線(xian)(xian)操(cao)作(zuo)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)發出(chu)的(de)(de)指(zhi)(zhi)令(ling),并將(jiang)新指(zhi)(zhi)令(ling)傳送(song)給(gei)驅動(dong)(dong)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai);驅動(dong)(dong)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)接(jie)(jie)收到指(zhi)(zhi)令(ling)實(shi)(shi)時控(kong)(kong)(kong)制(zhi)各(ge)電(dian)機(ji)(ji)的(de)(de)轉動(dong)(dong);無(wu)線(xian)(xian)操(cao)作(zuo)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)負責將(jiang)工作(zuo)人(ren)(ren)(ren)員(yuan)的(de)(de)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)信(xin)(xin)(xin)息(xi)直(zhi)接(jie)(jie)發送(song)給(gei)主(zhu)控(kong)(kong)(kong)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai);狀態(tai)(tai)信(xin)(xin)(xin)息(xi)反(fan)(fan)饋(kui)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)負責將(jiang)機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)各(ge)部(bu)件的(de)(de)位置(zhi)狀態(tai)(tai)實(shi)(shi)時反(fan)(fan)饋(kui)給(gei)主(zhu)控(kong)(kong)(kong)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai),為(wei)下(xia)一(yi)步動(dong)(dong)作(zuo)提供(gong)狀態(tai)(tai)信(xin)(xin)(xin)息(xi)。在實(shi)(shi)際操(cao)作(zuo)中,除冰(bing)機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)通過(guo)地面(mian)遙控(kong)(kong)(kong)和(he)(he)(he)(he)程序自動(dong)(dong)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)相(xiang)結合(he)的(de)(de)方式實(shi)(shi)現作(zuo)業。

2機械系統

2.1行走(zou)(zou)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)行走(zou)(zou)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)作為(wei)機(ji)(ji)器(qi)人前(qian)進(jin)(jin)(jin)的動力裝(zhuang)置(zhi)(zhi),需要保證機(ji)(ji)器(qi)人能(neng)夠(gou)在導線(xian)上(shang)(shang)平穩快速前(qian)進(jin)(jin)(jin)。由于(yu)高壓輸(shu)電(dian)(dian)導線(xian)結構特殊,機(ji)(ji)器(qi)人采用滾(gun)(gun)動原(yuan)理進(jin)(jin)(jin)行移(yi)動。行走(zou)(zou)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)主要包(bao)括電(dian)(dian)機(ji)(ji)、支撐(cheng)(cheng)軸承、行走(zou)(zou)輪(lun)(lun)、絲(si)桿、導向桿、夾(jia)(jia)緊(jin)塊、圓錐滾(gun)(gun)輪(lun)(lun)、支撐(cheng)(cheng)板等。行走(zou)(zou)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)與(yu)手臂外筒固(gu)定(ding)連接,行走(zou)(zou)電(dian)(dian)機(ji)(ji)驅(qu)(qu)動滾(gun)(gun)輪(lun)(lun)旋轉帶動整(zheng)個機(ji)(ji)器(qi)前(qian)進(jin)(jin)(jin),夾(jia)(jia)緊(jin)電(dian)(dian)機(ji)(ji)驅(qu)(qu)動夾(jia)(jia)緊(jin)塊夾(jia)(jia)緊(jin)導線(xian)。設(she)計結構圖如(ru)圖3所示。機(ji)(ji)器(qi)人前(qian)臂在進(jin)(jin)(jin)行越障(zhang)時,重(zhong)心(xin)會出(chu)現(xian)向前(qian)偏移(yi),后臂可能(neng)向上(shang)(shang)抬升(sheng)脫離導線(xian),使機(ji)(ji)器(qi)人前(qian)臂出(chu)現(xian)一定(ding)程度的向下傾斜,可能(neng)無法(fa)順利越障(zhang)。后臂越障(zhang)時,也(ye)會出(chu)現(xian)同樣的現(xian)象(xiang)。為(wei)了避免上(shang)(shang)述問題的發(fa)生,在行走(zou)(zou)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)上(shang)(shang)增加夾(jia)(jia)緊(jin)機(ji)(ji)構輔(fu)助越障(zhang)。該機(ji)(ji)構的夾(jia)(jia)緊(jin)滾(gun)(gun)輪(lun)(lun)設(she)計為(wei)上(shang)(shang)小(xiao)下大的圓錐形,可以保證在夾(jia)(jia)緊(jin)導線(xian)時手臂不會向上(shang)(shang)抬升(sheng)脫離導線(xian)。

2.2越(yue)(yue)障(zhang)裝置據前(qian)(qian)述可(ke)知,國內的(de)除冰機(ji)器(qi)人(ren)很多都無法越(yue)(yue)障(zhang),大(da)大(da)影響(xiang)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)實用(yong)性。機(ji)器(qi)人(ren)能否自(zi)主越(yue)(yue)障(zhang)已成為(wei)除冰機(ji)器(qi)人(ren)結構(gou)設計的(de)關鍵之一。本文中我們設計的(de)機(ji)器(qi)人(ren)具有越(yue)(yue)障(zhang)裝置,能順利越(yue)(yue)過絕緣(yuan)子(zi)、線(xian)(xian)夾(jia)(jia)、防震錘和直(zhi)線(xian)(xian)塔等一般物。越(yue)(yue)障(zhang)裝置包括行(xing)走(zou)(zou)(zou)箱、前(qian)(qian)后(hou)旋(xuan)轉(zhuan)伸縮手臂(bei)(bei)和中間(jian)(jian)(jian)夾(jia)(jia)緊(jin)手臂(bei)(bei)4個主要部件,各部件設計結構(gou)圖(tu)如圖(tu)4~圖(tu)6所示。具體越(yue)(yue)障(zhang)動(dong)(dong)作(zuo)規(gui)劃(hua)(前(qian)(qian)臂(bei)(bei)越(yue)(yue)絕緣(yuan)子(zi)為(wei)例(li))為(wei):(1)機(ji)器(qi)人(ren)中間(jian)(jian)(jian)手臂(bei)(bei)前(qian)(qian)進(jin)至極限位置。(2)前(qian)(qian)后(hou)臂(bei)(bei)同(tong)時收縮,中間(jian)(jian)(jian)臂(bei)(bei)抬升(sheng)夾(jia)(jia)緊(jin)導(dao)線(xian)(xian)。(3)前(qian)(qian)臂(bei)(bei)升(sheng)高,行(xing)走(zou)(zou)(zou)輪(lun)脫(tuo)離導(dao)線(xian)(xian)。(4)前(qian)(qian)臂(bei)(bei)旋(xuan)轉(zhuan)180°,行(xing)走(zou)(zou)(zou)輪(lun)等偏離導(dao)線(xian)(xian)。(5)行(xing)走(zou)(zou)(zou)箱錯動(dong)(dong),前(qian)(qian)臂(bei)(bei)前(qian)(qian)進(jin)至障(zhang)礙物另一側。(6)前(qian)(qian)臂(bei)(bei)旋(xuan)轉(zhuan)180°,行(xing)走(zou)(zou)(zou)輪(lun)位于(yu)導(dao)線(xian)(xian)上(shang)方(fang)。(7)前(qian)(qian)臂(bei)(bei)收縮,行(xing)走(zou)(zou)(zou)輪(lun)等回(hui)落至導(dao)線(xian)(xian)上(shang)。此(ci)時前(qian)(qian)臂(bei)(bei)成功越(yue)(yue)障(zhang)。后(hou)臂(bei)(bei)越(yue)(yue)障(zhang)動(dong)(dong)作(zuo)規(gui)劃(hua)與前(qian)(qian)臂(bei)(bei)基(ji)本一致。

2.3除(chu)(chu)冰(bing)(bing)(bing)(bing)(bing)裝置目(mu)前,國(guo)內可采用的(de)(de)(de)(de)機(ji)械除(chu)(chu)冰(bing)(bing)(bing)(bing)(bing)方式(shi)有敲(qiao)擊(ji)、沖(chong)擊(ji)、銑削(xue)、切(qie)削(xue)、鏟(chan)刮、振(zhen)動(dong)等[1]33-34。本(ben)團隊(dui)在實驗(yan)室進行(xing)了敲(qiao)擊(ji)、銑削(xue)和切(qie)削(xue)3種(zhong)方式(shi)的(de)(de)(de)(de)除(chu)(chu)冰(bing)(bing)(bing)(bing)(bing)實驗(yan),通(tong)(tong)過(guo)分析比較發現(xian)敲(qiao)擊(ji)除(chu)(chu)冰(bing)(bing)(bing)(bing)(bing)相(xiang)對更安(an)全有效(xiao)。該除(chu)(chu)冰(bing)(bing)(bing)(bing)(bing)裝置結構(gou)簡(jian)單,原理是電(dian)機(ji)通(tong)(tong)過(guo)凸輪(lun)機(ji)構(gou)帶動(dong)除(chu)(chu)冰(bing)(bing)(bing)(bing)(bing)桿上(shang)下運(yun)動(dong),通(tong)(tong)過(guo)3個除(chu)(chu)冰(bing)(bing)(bing)(bing)(bing)桿從上(shang)方交替(ti)敲(qiao)擊(ji)覆冰(bing)(bing)(bing)(bing)(bing)的(de)(de)(de)(de)方式(shi),以較小(xiao)的(de)(de)(de)(de)能(neng)量消耗實現(xian)較好的(de)(de)(de)(de)除(chu)(chu)冰(bing)(bing)(bing)(bing)(bing)效(xiao)果。設置的(de)(de)(de)(de)限位導輪(lun),可以避免除(chu)(chu)冰(bing)(bing)(bing)(bing)(bing)桿損傷高壓輸(shu)電(dian)線。除(chu)(chu)冰(bing)(bing)(bing)(bing)(bing)裝置通(tong)(tong)過(guo)滑塊導軌機(ji)構(gou)與機(ji)器(qi)人手臂活動(dong)連接,設置的(de)(de)(de)(de)吸(xi)振(zhen)彈(dan)簧和滑塊配合,可始終(zhong)使限位導輪(lun)壓緊在高壓輸(shu)電(dian)線上(shang),并可以吸(xi)收除(chu)(chu)冰(bing)(bing)(bing)(bing)(bing)桿敲(qiao)擊(ji)除(chu)(chu)冰(bing)(bing)(bing)(bing)(bing)時產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)能(neng)量,減小(xiao)振(zhen)動(dong)對機(ji)器(qi)人其他部件的(de)(de)(de)(de)影響,遇到帶坡度的(de)(de)(de)(de)導線時,還能(neng)實時調整(zheng)除(chu)(chu)冰(bing)(bing)(bing)(bing)(bing)裝置相(xiang)對手臂的(de)(de)(de)(de)高度,保證除(chu)(chu)冰(bing)(bing)(bing)(bing)(bing)效(xiao)果。相(xiang)對目(mu)前廣泛(fan)使用的(de)(de)(de)(de)直流熱力(li)融(rong)冰(bing)(bing)(bing)(bing)(bing)技術(shu),具有除(chu)(chu)冰(bing)(bing)(bing)(bing)(bing)效(xiao)果明顯、成(cheng)本(ben)低、易操(cao)作(zuo)的(de)(de)(de)(de)優點。除(chu)(chu)冰(bing)(bing)(bing)(bing)(bing)裝置如圖7所示。

2.4機(ji)器人(ren)仿真(zhen)分(fen)析我們(men)通過仿真(zhen)分(fen)析以(yi)驗證(zheng)機(ji)器人(ren)能(neng)(neng)越(yue)(yue)障的(de)可(ke)行(xing)性。用Pro/E進行(xing)三(san)維建模,在ADAMS中(zhong)按照預定的(de)行(xing)走越(yue)(yue)障動作(zuo)規(gui)劃進行(xing)運(yun)動學仿真(zhen)分(fen)析。這(zhe)里以(yi)前臂(bei)(bei)(bei)跨(kua)越(yue)(yue)FR3型防(fang)(fang)震錘(chui)為(wei)例，機(ji)器人(ren)能(neng)(neng)否(fou)成功跨(kua)越(yue)(yue)防(fang)(fang)震錘(chui)有兩個(ge)指標(biao),一是越(yue)(yue)障時(shi)前臂(bei)(bei)(bei)橫向(xiang)(xiang)(X軸)是否(fou)與防(fang)(fang)震錘(chui)發生碰撞;二是前臂(bei)(bei)(bei)縱(zong)向(xiang)(xiang)(Z軸)能(neng)(neng)否(fou)完(wan)全跨(kua)過防(fang)(fang)震錘(chui)。防(fang)(fang)震錘(chui)中(zhong)心(xin)點坐標(biao)為(wei)(-309,190,-669),由圖(tu)8可(ke)知越(yue)(yue)障時(shi)前臂(bei)(bei)(bei)中(zhong)心(xin)距(ju)防(fang)(fang)震錘(chui)中(zhong)心(xin)125mm,由于前臂(bei)(bei)(bei)最寬邊130mm,防(fang)(fang)震錘(chui)直徑57mm,故(gu)極限位置有31.5mm間(jian)隙,指標(biao)一滿(man)(man)足(zu);由圖(tu)9可(ke)知前臂(bei)(bei)(bei)跨(kua)越(yue)(yue)距(ju)離為(wei)440mm,完(wan)全可(ke)以(yi)跨(kua)越(yue)(yue)防(fang)(fang)震錘(chui),指標(biao)二滿(man)(man)足(zu)。綜上可(ke)知,除(chu)冰機(ji)器人(ren)能(neng)(neng)跨(kua)越(yue)(yue)障礙物。故(gu)機(ji)器人(ren)機(ji)構設計合理,越(yue)(yue)障動作(zuo)規(gui)劃可(ke)行(xing)。

2.5機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)上(shang)(shang)下(xia)(xia)(xia)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)順利(li)上(shang)(shang)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)安裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)是進行(xing)(xing)除(chu)(chu)冰作業的前(qian)提(ti)(ti)。機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)約45kg,檢(jian)修(xiu)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)員(yuan)無法徒手(shou)攜帶(dai)機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)安全上(shang)(shang)下(xia)(xia)(xia)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)安裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang),同時(shi)考慮到機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)出現故障時(shi)能夠方便及時(shi)下(xia)(xia)(xia)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)維修(xiu)等要求,我們設(she)計了該上(shang)(shang)下(xia)(xia)(xia)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi),以(yi)解決(jue)除(chu)(chu)冰機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)的上(shang)(shang)下(xia)(xia)(xia)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)安裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)問題。上(shang)(shang)下(xia)(xia)(xia)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)包括固(gu)(gu)聯滑(hua)輪(lun)、吊(diao)(diao)籃(lan)(lan)、提(ti)(ti)升(sheng)(sheng)(sheng)繩(sheng)、防晃繩(sheng)、配重塊(kuai)等。固(gu)(gu)聯滑(hua)輪(lun)是用“Z”形鋼(gang)筋將兩(liang)個滑(hua)輪(lun)固(gu)(gu)接,防止(zhi)相(xiang)對移動。在吊(diao)(diao)籃(lan)(lan)正下(xia)(xia)(xia)方添(tian)加配重塊(kuai),上(shang)(shang)下(xia)(xia)(xia)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)安裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)時(shi)可降低重心,更加平穩。該裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)結構簡單,功效明顯。機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)上(shang)(shang)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)動作規劃如下(xia)(xia)(xia):(1)將固(gu)(gu)聯滑(hua)輪(lun)在導(dao)(dao)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)上(shang)(shang)安裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)好,放下(xia)(xia)(xia)提(ti)(ti)升(sheng)(sheng)(sheng)繩(sheng)并(bing)系(xi)在吊(diao)(diao)籃(lan)(lan)上(shang)(shang),同時(shi)在吊(diao)(diao)籃(lan)(lan)上(shang)(shang)系(xi)上(shang)(shang)防晃繩(sheng),將機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)前(qian)后手(shou)臂外轉180°并(bing)放入吊(diao)(diao)籃(lan)(lan)。(2)緩(huan)慢(man)提(ti)(ti)升(sheng)(sheng)(sheng)吊(diao)(diao)籃(lan)(lan)至行(xing)(xing)走輪(lun)高于導(dao)(dao)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)(xian),機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)手(shou)臂內旋180°,使行(xing)(xing)走輪(lun)位于導(dao)(dao)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)正上(shang)(shang)方。(3)緩(huan)慢(man)放松提(ti)(ti)升(sheng)(sheng)(sheng)繩(sheng)讓(rang)行(xing)(xing)走輪(lun)自動掛(gua)上(shang)(shang)導(dao)(dao)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)(xian),放下(xia)(xia)(xia)吊(diao)(diao)籃(lan)(lan),線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)上(shang)(shang)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)員(yuan)適當調整(zheng),保證機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)初始狀態,卸下(xia)(xia)(xia)滑(hua)輪(lun),完成除(chu)(chu)冰機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)的上(shang)(shang)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)工作。機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)下(xia)(xia)(xia)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)原理與上(shang)(shang)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)一(yi)樣。采用上(shang)(shang)下(xia)(xia)(xia)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)安裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren),既方便快捷,又(you)安全有效,是一(yi)種(zhong)可行(xing)(xing)的除(chu)(chu)冰機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)上(shang)(shang)下(xia)(xia)(xia)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)安裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)方式。野外現場除(chu)(chu)冰機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)上(shang)(shang)下(xia)(xia)(xia)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)安裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)試(shi)驗(yan)如圖12所示(shi)。

3控制系統

高壓輸(shu)電(dian)線(xian)路(lu)除冰機器(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)主要采用人(ren)(ren)(ren)(ren)機結(jie)合、局部智能的控制方式[10]。機器(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)在高壓輸(shu)電(dian)線(xian)路(lu)上除冰時可(ke)以(yi)在3種(zhong)狀態下工作,即全手動、單流(liu)程自(zi)動以(yi)及多流(liu)程自(zi)動。操作人(ren)(ren)(ren)(ren)員(yuan)根據實際需要可(ke)通過遙控鍵盤(pan)進行無(wu)間隙切換。控制系統的結(jie)構框圖如圖13所(suo)示,主要包括(kuo)主控模塊(kuai)(MCU2)、無(wu)線(xian)操作模塊(kuai)(MCU1)、驅(qu)動模塊(kuai)、狀態信息反饋(kui)模塊(kuai)等(deng)。機器(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)電(dian)源系統采用12V鋰電(dian)池供電(dian),具有體積小、容(rong)量(liang)大(da)、質量(liang)輕、壽命長等(deng)優點。

3.1主控(kong)(kong)模塊(kuai)(kuai)主控(kong)(kong)模塊(kuai)(kuai)即主控(kong)(kong)制器(qi)模塊(kuai)(kuai),本系統采用(yong)AVR系列單(dan)片機(ji)Mega128,原理圖(tu)(tu)如(ru)圖(tu)(tu)14所(suo)示,包(bao)括(kuo)程(cheng)(cheng)序(xu)下載接口、復(fu)位電(dian)路、以(yi)(yi)及時鐘電(dian)路等。機(ji)器(qi)人(ren)主控(kong)(kong)模塊(kuai)(kuai)主要負(fu)責接收無線操作模塊(kuai)(kuai)發出(chu)的(de)控(kong)(kong)制指令(ling)(ling),根據(ju)除冰機(ji)器(qi)人(ren)動(dong)作規(gui)劃,將(jiang)處理后(hou)的(de)新指令(ling)(ling)傳(chuan)送給驅動(dong)模塊(kuai)(kuai)來控(kong)(kong)制電(dian)動(dong)機(ji)轉動(dong),以(yi)(yi)實現(xian)機(ji)器(qi)人(ren)各種動(dong)作。在主控(kong)(kong)制器(qi)得到(dao)發送過來的(de)控(kong)(kong)制指令(ling)(ling)時,首(shou)先對(dui)該指令(ling)(ling)進(jin)行一(yi)次有效性判斷,如(ru)果得到(dao)的(de)指令(ling)(ling)存(cun)在誤碼(ma)或亂碼(ma),則(ze)舍棄該指令(ling)(ling),以(yi)(yi)防(fang)止機(ji)器(qi)人(ren)發生錯誤動(dong)作。主控(kong)(kong)制器(qi)程(cheng)(cheng)序(xu)可(ke)以(yi)(yi)實現(xian)單(dan)流(liu)(liu)程(cheng)(cheng)自動(dong)、多(duo)流(liu)(liu)程(cheng)(cheng)自動(dong)以(yi)(yi)及所(suo)有流(liu)(liu)程(cheng)(cheng)全手(shou)動(dong)等工作模態(tai)無隙切換(huan)。其軟(ruan)件設計流(liu)(liu)程(cheng)(cheng)如(ru)圖(tu)(tu)15所(suo)示。

3.2無(wu)線(xian)操作模(mo)(mo)(mo)塊操作人員與機(ji)(ji)器(qi)(qi)人之間的(de)(de)(de)通(tong)信(xin)全(quan)部由(you)無(wu)線(xian)鍵(jian)(jian)(jian)盤(pan)發(fa)(fa)(fa)出,主(zhu)要(yao)包括機(ji)(ji)器(qi)(qi)人工(gong)(gong)作方(fang)式選擇、電(dian)機(ji)(ji)正反(fan)轉狀態控(kong)制、故障急停等。為方(fang)便控(kong)制電(dian)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)正、反(fan)轉和(he)停止3種狀態,本(ben)系統選用(yong)單刀三擲開(kai)關,開(kai)關的(de)(de)(de)每一(yi)個(ge)(ge)狀態分(fen)別與電(dian)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)狀態相(xiang)對應。由(you)于每個(ge)(ge)按(an)(an)鍵(jian)(jian)(jian)有3個(ge)(ge)擋位(wei),需(xu)要(yao)單片(pian)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)兩個(ge)(ge)I/O端口作為鍵(jian)(jian)(jian)值信(xin)息(xi)(xi)通(tong)道,系統共(gong)設計了16個(ge)(ge)按(an)(an)鍵(jian)(jian)(jian),另外加(jia)上(shang)無(wu)線(xian)發(fa)(fa)(fa)射(she)(she)的(de)(de)(de)引腳,因此至(zhi)少(shao)需(xu)要(yao)單片(pian)機(ji)(ji)有34個(ge)(ge)獨立引腳。系統選用(yong)AVR系列的(de)(de)(de)單片(pian)機(ji)(ji)Mega128作為主(zhu)控(kong)芯(xin)(xin)片(pian),該芯(xin)(xin)片(pian)內(nei)部含有豐富(fu)的(de)(de)(de)硬件資源,能(neng)夠(gou)十分(fen)方(fang)便的(de)(de)(de)與無(wu)線(xian)收(shou)發(fa)(fa)(fa)模(mo)(mo)(mo)塊APC220進(jin)行(xing)通(tong)信(xin)。APC220模(mo)(mo)(mo)塊是高(gao)度集成的(de)(de)(de)半雙(shuang)工(gong)(gong)微功率(lv)(lv)無(wu)線(xian)數據傳(chuan)輸模(mo)(mo)(mo)塊,其(qi)嵌入(ru)了高(gao)速單片(pian)機(ji)(ji)和(he)高(gao)性(xing)能(neng)射(she)(she)頻(pin)芯(xin)(xin)片(pian)。采用(yong)高(gao)效(xiao)的(de)(de)(de)循環交織糾檢錯編碼(ma)(ma),抗干擾和(he)靈(ling)敏度都大(da)大(da)提高(gao),最大(da)可以(yi)(yi)糾正24bits連續突(tu)發(fa)(fa)(fa)錯誤。與單片(pian)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)連接(jie)原理(li)圖(tu)如圖(tu)16所(suo)示。為使無(wu)線(xian)鍵(jian)(jian)(jian)盤(pan)發(fa)(fa)(fa)射(she)(she)的(de)(de)(de)性(xing)能(neng)更加(jia)穩定(ding),系統在鍵(jian)(jian)(jian)盤(pan)信(xin)息(xi)(xi)之前加(jia)上(shang)了一(yi)個(ge)(ge)字(zi)節校驗(yan)密碼(ma)(ma),只有當接(jie)受端得到了以(yi)(yi)該密碼(ma)(ma)開(kai)頭的(de)(de)(de)信(xin)息(xi)(xi)才視為有效(xiao),否則機(ji)(ji)器(qi)(qi)人不接(jie)受該信(xin)息(xi)(xi)。實驗(yan)表明(ming),這種方(fang)法(fa)能(neng)讓機(ji)(ji)器(qi)(qi)人安(an)全(quan)可靠的(de)(de)(de)工(gong)(gong)作,有效(xiao)地(di)降(jiang)低了控(kong)制出錯率(lv)(lv)。其(qi)軟件設計流程如圖(tu)17所(suo)示。

3.3電(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)模(mo)塊電(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)模(mo)塊采用(yong)(yong)Freescale公司的(de)(de)(de)MC3386,該驅(qu)(qu)動(dong)(dong)可以(yi)同時驅(qu)(qu)動(dong)(dong)兩個(ge)(ge)電(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji),最大驅(qu)(qu)動(dong)(dong)峰值(zhi)電(dian)流可達6A,為(wei)得(de)到更好(hao)的(de)(de)(de)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)性(xing)能,本系統將每(mei)個(ge)(ge)芯片(pian)(pian)上的(de)(de)(de)兩個(ge)(ge)通道并聯在(zai)一起去驅(qu)(qu)動(dong)(dong)一個(ge)(ge)電(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)。使(shi)用(yong)(yong)該芯片(pian)(pian)可以(yi)方便(bian)地進(jin)(jin)行(xing)(xing)正、反轉和剎車等控(kong)制,同時也可以(yi)使(shi)用(yong)(yong)脈沖寬(kuan)度調(diao)制(PWM)對電(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)進(jin)(jin)行(xing)(xing)調(diao)速,機(ji)(ji)(ji)(ji)器人前后臂的(de)(de)(de)升降(jiang)旋(xuan)轉就(jiu)運用(yong)(yong)了PWM進(jin)(jin)行(xing)(xing)調(diao)速。每(mei)個(ge)(ge)芯片(pian)(pian)使(shi)用(yong)(yong)單片(pian)(pian)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)兩個(ge)(ge)I/O端口進(jin)(jin)行(xing)(xing)操作,實驗表明(ming)使(shi)用(yong)(yong)MC33886作為(wei)除冰機(ji)(ji)(ji)(ji)器人的(de)(de)(de)動(dong)(dong)力電(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)能夠(gou)完成機(ji)(ji)(ji)(ji)器人的(de)(de)(de)各種動(dong)(dong)作,性(xing)能良好(hao)。

3.4狀態(tai)信(xin)息反(fan)饋(kui)模(mo)塊當(dang)機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)在(zai)高(gao)空(kong)的(de)(de)(de)高(gao)壓輸(shu)電(dian)(dian)(dian)線路上作業時(shi)(shi),人(ren)(ren)(ren)眼無法看清楚,而機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)的(de)(de)(de)每(mei)個(ge)動作必須在(zai)掌(zhang)控中(zhong),因此機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)的(de)(de)(de)每(mei)個(ge)動作是(shi)否完成(cheng)必須有(you)(you)明確(que)的(de)(de)(de)反(fan)饋(kui)信(xin)息。本系統采用(yong)(yong)金屬接(jie)近開(kai)關(guan)作為機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)行程信(xin)息反(fan)饋(kui)的(de)(de)(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi),當(dang)有(you)(you)金屬靠近接(jie)近開(kai)關(guan)約2~3mm時(shi)(shi),在(zai)電(dian)(dian)(dian)路作用(yong)(yong)下(圖(tu)19),接(jie)近開(kai)關(guan)便(bian)向單(dan)(dan)(dan)片(pian)機(ji)(ji)發出一(yi)(yi)個(ge)高(gao)電(dian)(dian)(dian)平(ping)信(xin)號,當(dang)在(zai)其接(jie)觸頭2~3mm范圍內(nei)沒有(you)(you)金屬時(shi)(shi),接(jie)近開(kai)關(guan)向單(dan)(dan)(dan)片(pian)機(ji)(ji)發出一(yi)(yi)個(ge)低電(dian)(dian)(dian)平(ping)信(xin)號。TLP521是(shi)一(yi)(yi)個(ge)光耦合(he)器(qi)(qi)(qi)件(jian),使(shi)用(yong)(yong)該芯片(pian)的(de)(de)(de)作用(yong)(yong)有(you)(you)兩個(ge):一(yi)(yi)是(shi)將12V的(de)(de)(de)高(gao)電(dian)(dian)(dian)平(ping)轉換(huan)為單(dan)(dan)(dan)片(pian)機(ji)(ji)能夠讀取的(de)(de)(de)3~5V;二是(shi)起(qi)到光電(dian)(dian)(dian)隔離的(de)(de)(de)作用(yong)(yong),防止電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)工作時(shi)(shi)對單(dan)(dan)(dan)片(pian)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)正常工作產(chan)生(sheng)影響。實(shi)驗效果(guo)表明,使(shi)用(yong)(yong)接(jie)近開(kai)關(guan)作為機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)狀態(tai)反(fan)饋(kui)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)能夠準(zhun)(zhun)確(que)的(de)(de)(de)監控機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)的(de)(de)(de)動作流程,為實(shi)現機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)自動除冰和越(yue)障提供了(le)準(zhun)(zhun)確(que)的(de)(de)(de)反(fan)饋(kui)信(xin)息。

4結論

篇4

關鍵(jian)詞：自(zi)閉癥兒童；陪(pei)護機器人(ren)；情感(gan)特征；產(chan)品設計(ji)

檢 索：.cn

中圖分類號(hao)：TB472 文獻標志碼：A 文章編號(hao)：1008-2832（2016）10-0116-03

Research on the Companion Robot Based on the Emotional Characteristics of the Autistic Children

ZHAO Fang-hua， YANG Xi， ZHANG Wei-wei， LI Hao（School of Architecture&Art Design of Hebei University of Technology，Tianjin 300401，china）

Abstract ：Autistic children lack ability about getting along with people and learning actively ， while the products for this group are more important increasingly. The companion robot， whit the intelligent design， provides a good communication method for the autistic children. This paper analyzes the existing basic characteristics of the companion robot， and studies the emotional characteristics and needs of the children with autism， designs a companion robot with the color， shape， and the pattern of interaction， in order to improve the users’experience， then， makes a proposal for the design of the products the are used by the children with autism.

Key words ：children with autism； companion robot； emotional characteristics； product design

Internet ：.cn

一、前言

近年(nian)來，國內外(wai)研(yan)究(jiu)者對于自(zi)閉(bi)癥(zheng)(zheng)陪(pei)護機(ji)(ji)器(qi)人(ren)進行了不同方(fang)面的(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)探析(xi)，機(ji)(ji)器(qi)人(ren)技術的(de)(de)(de)(de)開發(fa)與應用為自(zi)閉(bi)癥(zheng)(zheng)兒(er)(er)(er)童(tong)社交技能的(de)(de)(de)(de)訓(xun)練提(ti)(ti)供了新的(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)方(fang)向，陪(pei)護機(ji)(ji)器(qi)人(ren)對于促進自(zi)閉(bi)癥(zheng)(zheng)兒(er)(er)(er)童(tong)的(de)(de)(de)(de)恢復治療變得越來越重(zhong)要。全(quan)(quan)球(qiu)現有孤獨(du)癥(zheng)(zheng)患(huan)者3500萬，其中(zhong)(zhong)(zhong)40%是兒(er)(er)(er)童(tong)，中(zhong)(zhong)(zhong)國孤獨(du)癥(zheng)(zheng)患(huan)兒(er)(er)(er)數(shu)達100多萬，且呈逐(zhu)年(nian)上升趨勢。隨(sui)著該群體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)數(shu)量(liang)逐(zhu)年(nian)增加(jia)，他們(men)的(de)(de)(de)(de)特(te)殊要求(qiu)也(ye)逐(zhu)漸(jian)凸顯出來，對自(zi)閉(bi)癥(zheng)(zheng)兒(er)(er)(er)童(tong)陪(pei)護產(chan)(chan)品(pin)(pin)的(de)(de)(de)(de)相關(guan)設計也(ye)提(ti)(ti)出了更(geng)高的(de)(de)(de)(de)要求(qiu)。陪(pei)護機(ji)(ji)器(qi)人(ren)在設計過程中(zhong)(zhong)(zhong)，需(xu)關(guan)注(zhu)自(zi)閉(bi)癥(zheng)(zheng)兒(er)(er)(er)童(tong)的(de)(de)(de)(de)情(qing)(qing)感(gan)特(te)征、喜好傾向和心(xin)理需(xu)求(qiu)，根(gen)據這些情(qing)(qing)感(gan)要素(su)進行設計，通過產(chan)(chan)品(pin)(pin)外(wai)觀(guan)的(de)(de)(de)(de)色彩、造(zao)(zao)型(xing)、產(chan)(chan)品(pin)(pin)的(de)(de)(de)(de)功(gong)能以(yi)及交互方(fang)面營造(zao)(zao)良好的(de)(de)(de)(de)氛圍，使(shi)患(huan)兒(er)(er)(er)產(chan)(chan)生親(qin)切、輕(qing)松、愉悅、依(yi)賴等不同的(de)(de)(de)(de)心(xin)理情(qing)(qing)緒，并且要避(bi)免產(chan)(chan)品(pin)(pin)的(de)(de)(de)(de)色彩、造(zao)(zao)型(xing)給(gei)患(huan)兒(er)(er)(er)帶來失落、抑郁等負面的(de)(de)(de)(de)心(xin)理。使(shi)產(chan)(chan)品(pin)(pin)能夠(gou)促進患(huan)兒(er)(er)(er)注(zhu)意力集(ji)中(zhong)(zhong)(zhong)，激(ji)發(fa)患(huan)兒(er)(er)(er)參與的(de)(de)(de)(de)興趣(qu)，全(quan)(quan)面提(ti)(ti)升產(chan)(chan)品(pin)(pin)的(de)(de)(de)(de)使(shi)用體(ti)(ti)驗。

二、自(zi)閉(bi)癥兒童陪(pei)護機(ji)器人(ren)應用(yong)實例(li)

國外應用于實(shi)踐的(de)(de)機(ji)器(qi)人(ren)實(shi)例證實(shi)陪(pei)護機(ji)器(qi)人(ren)對于自閉(bi)癥兒童(tong)治療恢復(fu)起到有效的(de)(de)作(zuo)用，大大改善(shan)其行為結果。目前較(jiao)有代表性的(de)(de)自閉(bi)癥陪(pei)護機(ji)器(qi)人(ren)有3款。

第一，Nao是一款功能豐富的人(ren)形機(ji)器(qi)人(ren)，可以擬人(ren)講話、做出動(dong)作，并且可以識(shi)別出人(ren)的面部和語音，為自閉癥(zheng)兒童克服社(she)交障礙提供了幫助(zhu)。（圖1）

第二，Milo機(ji)(ji)器人(ren)通(tong)過(guo)語(yu)音、動(dong)作可(ke)以與自閉癥(zheng)兒(er)童產生交流互動(dong)，造(zao)型擬人(ren)可(ke)愛，可(ke)提供(gong)給(gei)患兒(er)一定的社會互動(dong)過(guo)程(cheng)，培(pei)養其正(zheng)常(chang)的溝通(tong)能力。自閉癥(zheng)兒(er)童通(tong)過(guo)使用Milo機(ji)(ji)器人(ren)，有利于(yu)其順利地掌握溝通(tong)技能。（圖2）

第三，Leka是一(yi)個能夠(gou)移動的球形機器人(ren)。患(huan)兒可以在無(wu)人(ren)看護下(xia)單獨與(yu) Leka玩耍(shua)。Leka具有聲、光、震動等功(gong)能，促(cu)進培養患(huan)兒對(dui)四周圍的感知能力，使其得(de)以發展(zhan)良好的社(she)交技能。（圖3）

以上3款產品各具(ju)特色(se)，其共(gong)同點是造型(xing)及(ji)行為方式親和、擬(ni)人化，都(dou)具(ju)備語音、圖畫交(jiao)流顯示的載(zai)體，且肢體設計(ji)都(dou)能與患兒(er)產生良好的互動，幫助患兒(er)取得更好的療效。以此做借(jie)鑒，引入設計(ji)實例中，并對(dui)產品的色(se)彩選擇、造型(xing)及(ji)動作交(jiao)互作出更為詳(xiang)盡(jin)的設計(ji)。

三、自閉癥兒童情感特征研究

為(wei)使陪護機器人能夠為(wei)自閉癥(zheng)兒童帶來(lai)親切(qie)、輕松(song)、愉悅的(de)感(gan)覺，營造適宜(yi)、富有(you)安全感(gan)的(de)環(huan)境氛圍，從以(yi)下幾點情感(gan)特征分析出(chu)發，為(wei)設計增添(tian)有(you)利依(yi)據。

（一(yi)）感(gan)知覺(jue)障礙：一(yi)些自閉癥(zheng)兒(er)(er)(er)童對光、噪音、觸覺(jue)或痛覺(jue)等感(gan)覺(jue)刺(ci)激(ji)反應(ying)(ying)特殊，有(you)些表現為(wei)過度遲鈍(dun)，有(you)些則反應(ying)(ying)過度敏(min)感(gan)。因(yin)此機器人(ren)的(de)色彩(cai)、造(zao)型需選(xuan)用處于中(zhong)等程度的(de)設計(ji)元素，避免(mian)極(ji)端反應(ying)(ying)。色彩(cai)設計(ji)中(zhong)可以通(tong)過研(yan)究(jiu)自閉癥(zheng)兒(er)(er)(er)童的(de)色彩(cai)偏好應(ying)(ying)用到產品中(zhong)，造(zao)型應(ying)(ying)選(xuan)擇簡潔、輕松的(de)體態(tai)，以滿足自閉癥(zheng)兒(er)(er)(er)童的(de)情感(gan)需求，促進其(qi)治療效果。

（二(er)）社會交(jiao)往障礙：自閉(bi)癥兒(er)童(tong)難(nan)以對(dui)父母(mu)或(huo)其他親人產生(sheng)依戀感，也不(bu)能(neng)建立伙(huo)伴關系(xi)，導(dao)致感情(qing)和社會互動方面困難(nan)，不(bu)能(neng)與人產生(sheng)正常的(de)溝通互動。因此(ci)針對(dui)該(gai)人群的(de)產品設計(ji)中需要加入圖片交(jiao)換(huan)溝通系(xi)統的(de)應(ying)用模塊(kuai)，以幫(bang)助(zhu)自閉(bi)癥兒(er)童(tong)更好地掌(zhang)握(wo)溝通技能(neng)。

（三）興(xing)趣(qu)(qu)和行(xing)為(wei)異常：自閉(bi)癥兒(er)童很少主動追求事(shi)物，難有(you)(you)興(xing)趣(qu)(qu)愛好；有(you)(you)些自閉(bi)癥兒(er)童伴有(you)(you)自傷行(xing)為(wei)，甚至(zhi)傷害他人，這種行(xing)為(wei)伴有(you)(you)持續性(xing)，需(xu)要(yao)來自家庭和看護者的(de)持續照料。因(yin)此陪(pei)護機器(qi)人的(de)造型設計(ji)上應注重(zhong)其陪(pei)伴性(xing)、親和性(xing)，增強一定的(de)安全感氛圍。

四、設計實例

通過實例及(ji)(ji)情感特(te)征(zheng)(zheng)分析，明確了設計(ji)構思(si)的方(fang)向：一款適合自(zi)(zi)閉(bi)癥兒(er)童情感特(te)征(zheng)(zheng)的陪(pei)(pei)護機(ji)器(qi)人(ren)。將該群體特(te)殊的色(se)彩偏好以及(ji)(ji)其情感特(te)征(zheng)(zheng)、精神(shen)需求融(rong)入到設計(ji)的色(se)彩選擇(ze)及(ji)(ji)造型呈現中，探討(tao)其在自(zi)(zi)閉(bi)癥兒(er)童陪(pei)(pei)護機(ji)器(qi)人(ren)設計(ji)中的思(si)路(lu)和方(fang)法(fa)。

（一(yi)）以(yi)改善感知(zhi)覺(jue)障(zhang)礙(ai)為目的的配色選擇

色(se)(se)彩對(dui)大腦產生(sheng)重要影(ying)響，對(dui)自閉(bi)癥(zheng)(zheng)(zheng)兒童的認知(zhi)活動(dong)發揮著強有力的作用(yong)，首次正式(shi)研究自閉(bi)癥(zheng)(zheng)(zheng)群體顏(yan)色(se)(se)感知(zhi)的美國(guo)(guo)研究者Ludlow發現(xian)，如果用(yong)顏(yan)色(se)(se)（藍色(se)(se)和紫色(se)(se)等）鏡片覆蓋文本(ben)將提高自閉(bi)癥(zheng)(zheng)(zheng)兒童的閱讀速度高達13%。國(guo)(guo)內曹漱芹等人采用(yong)對(dui)偶比(bi)較法針對(dui)4-6.5歲漢語自閉(bi)癥(zheng)(zheng)(zheng)幼(you)兒進行的顏(yan)色(se)(se)偏好(hao)(hao)研究中(zhong)，發現(xian)自閉(bi)癥(zheng)(zheng)(zheng)幼(you)兒在總體上偏好(hao)(hao)冷(leng)色(se)(se)，其(qi)(qi)顏(yan)色(se)(se)偏好(hao)(hao)的順(shun)序為：綠、藍、紅(hong)、紫、橙、黃，其(qi)(qi)顏(yan)色(se)(se)偏好(hao)(hao)順(shun)序顯(xian)著不同于(yu)普(pu)通(tong)幼(you)兒。

基(ji)于以(yi)上色(se)彩(cai)(cai)(cai)偏好(hao)研究(jiu)結(jie)果，結(jie)合患兒情感(gan)特征分析，機器人應盡量避免過(guo)于艷麗(li)、強烈的(de)色(se)彩(cai)(cai)(cai)，亦不(bu)能色(se)彩(cai)(cai)(cai)過(guo)于單調(diao)，呆板(ban)。其色(se)彩(cai)(cai)(cai)設計在(zai)視(shi)覺、心理(li)因素上要充分滿足(zu)患兒的(de)特定需求，尋找有利(li)于患兒身心發展(zhan)的(de)色(se)彩(cai)(cai)(cai)，達到舒適、明快(kuai)、整(zheng)體(ti)的(de)形象(xiang)呈現(xian)。如(ru)此(ci)提高患兒的(de)對機器人的(de)色(se)彩(cai)(cai)(cai)敏感(gan)度，使其感(gan)知覺障礙得以(yi)改善。該設計實(shi)例中(zhong)，為符合自閉癥兒童色(se)彩(cai)(cai)(cai)偏好(hao)，選用低明度的(de)藍色(se)、綠(lv)色(se)和粉色(se)與銀白(bai)色(se)搭配(pei)，簡(jian)潔明快(kuai)，色(se)調(diao)偏冷，使患兒得以(yi)舒適的(de)視(shi)覺體(ti)驗(yan)。（圖4）

（二）以改善社會交往障礙(ai)、興趣和行(xing)為(wei)異常為(wei)目的(de)的(de)造(zao)型設(she)計

為(wei)了改善自(zi)閉癥兒童的(de)社(she)會(hui)交(jiao)往障礙(ai)、興趣和行為(wei)異常這些情(qing)感特征上的(de)缺陷，那么在造(zao)型設(she)(she)計(ji)上應(ying)充分(fen)滿(man)足自(zi)閉癥兒童的(de)精(jing)神(shen)需求，提升機器(qi)(qi)人(ren)的(de)形(xing)象(xiang)吸引力和象(xiang)征意(yi)義，以產(chan)生良好的(de)交(jiao)流互動。從機器(qi)(qi)人(ren)形(xing)象(xiang)呈現、圖片語音及(ji)動作的(de)交(jiao)互方(fang)式(shi)這三個(ge)方(fang)面對造(zao)型進行設(she)(she)計(ji)。

1.造(zao)型簡潔(jie)親和(he)化

有(you)研究表(biao)(biao)示(shi)(shi)，自閉(bi)(bi)癥(zheng)患兒之所以不(bu)愿意與外界交流(liu)，其中一個(ge)原(yuan)因在(zai)于難以識(shi)別人類(lei)復(fu)(fu)雜的(de)(de)行為(wei)表(biao)(biao)情(qing)。但機(ji)器(qi)(qi)(qi)人沒有(you)太復(fu)(fu)雜的(de)(de)面部(bu)表(biao)(biao)情(qing)，自閉(bi)(bi)癥(zheng)兒童(tong)面對(dui)機(ji)器(qi)(qi)(qi)比(bi)面對(dui)人群時反應更為(wei)自然(ran)。因此，頭部(bu)也采(cai)用(yong)簡潔(jie)的(de)(de)形態(tai)并加(jia)以微笑(xiao)的(de)(de)可愛表(biao)(biao)情(qing)，整體簡化了機(ji)器(qi)(qi)(qi)人體態(tai)上的(de)(de)裝(zhuang)飾，下身采(cai)用(yong)滾(gun)輪式(shi)移動(dong)方(fang)式(shi)，亦可降(jiang)低制作(zuo)成本，為(wei)自閉(bi)(bi)癥(zheng)兒童(tong)群體設計(ji)呈現出友(you)好、親和、簡潔(jie)整體的(de)(de)小伙伴形象(xiang)，以促進自閉(bi)(bi)癥(zheng)兒童(tong)更順利(li)地與機(ji)器(qi)(qi)(qi)人互(hu)動(dong)，逐步培養鍛(duan)煉其溝通交流(liu)能力，該(gai)機(ji)器(qi)(qi)(qi)人造型(xing)方(fang)案如圖5所示(shi)(shi)。

2.加強溝通互(hu)動能力的屏幕設計

根據2014年(nian)1月(yue)美國公布(bu)的(de)《自(zi)(zi)閉癥兒童、青少年(nian)的(de)以循證為基礎的(de)實踐》這一報告(gao)，圖片交(jiao)(jiao)換溝(gou)(gou)通(tong)系(xi)統被列為有(you)實證證實的(de)、有(you)效的(de)循證實踐之一。自(zi)(zi)閉癥兒童在圖片提示(shi)條件下對(dui)情緒的(de)認(ren)知優于(yu)在語(yu)言(yan)提示(shi)條件下對(dui)情緒的(de)認(ren)知，表(biao)明(ming)圖片可(ke)以幫助他們(men)理(li)解情緒。因此設定陪(pei)護機 器人胸前的(de)屏幕用來實施圖片交(jiao)(jiao)換溝(gou)(gou)通(tong)系(xi)統，通(tong)過圖片、視 覺符號和自(zi)(zi)然語(yu)言(yan)的(de)刺激(ji)來幫助自(zi)(zi)閉癥兒童更(geng)好地掌(zhang)握溝(gou)(gou)通(tong)的(de)技能，改善其社(she)會(hui)交(jiao)(jiao)往障礙(ai)。

3.動作交互(hu)日常化

由(you)于自閉癥兒(er)童(tong)面對機器(qi)人(ren)更為(wei)(wei)自然(ran)直接，陪護機器(qi)人(ren)的(de)肢體動(dong)作(zuo)設計盡量(liang)地滿足動(dong)作(zuo)種類豐富、能(neng)順利地完成擁抱、手(shou)勢舞(wu)蹈、舉手(shou)等常(chang)見(jian)社交互動(dong)動(dong)作(zuo)，為(wei)(wei)自閉癥兒(er)童(tong)帶來(lai)情(qing)感關(guan)懷的(de)同時，目的(de)是培養促進自閉癥兒(er)童(tong)能(neng)在(zai)日常(chang)生(sheng)活中與周圍進行正常(chang)的(de)社交互動(dong)，充分(fen)地改善其(qi)興(xing)趣和(he)行為(wei)(wei)上的(de)異(yi)常(chang)，擴展患兒(er)的(de)情(qing)感世(shi)界及(ji)興(xing)趣范圍。

五、總結

自(zi)閉(bi)癥(zheng)(zheng)兒童陪護機器(qi)人(ren)作(zuo)為一種工業性(xing)產品(pin)，情感因(yin)素的(de)考(kao)慮應作(zuo)為設(she)(she)計(ji)的(de)重點(dian)，方案中(zhong)陪護機器(qi)人(ren)的(de)設(she)(she)計(ji)從(cong)自(zi)閉(bi)癥(zheng)(zheng)兒童的(de)情感特征出(chu)發，并結(jie)合(he)自(zi)閉(bi)癥(zheng)(zheng)兒童的(de)色彩、造(zao)(zao)型偏好需求(qiu)設(she)(she)計(ji)了(le)新(xin)的(de)設(she)(she)計(ji)方案。設(she)(she)計(ji)中(zhong)除了(le)對(dui)機器(qi)人(ren)的(de)色彩、造(zao)(zao)型上(shang)的(de)考(kao)慮，還應該對(dui)其材質、動作(zuo)實現的(de)方式以及(ji)用戶數(shu)據進(jin)行深入分析，開(kai)發出(chu)更加完善、科(ke)學的(de)自(zi)閉(bi)癥(zheng)(zheng)兒童陪護機器(qi)人(ren)。

參考文獻：

[1]范曉壯.機器人用(yong)于自閉癥譜系障礙兒童(tong)社交技能(neng)干預研究的(de)綜述[J].現代(dai)特(te)殊教(jiao)育（高教(jiao)），2015（7）.

[2]陳東帆，李睿強，韓琨(kun).人形機器人技(ji)術在孤(gu)獨(du)癥(zheng)兒童干預(yu)中的應用(yong)[J].中國康(kang)復理論與實踐(jian)，2015（11）：1325-1328.

[3]王(wang)輝.自閉癥(zheng)兒童的心理行為特征及診斷與(yu)評估[J].現代特殊教育，2007（8）.

篇5

本文通(tong)過(guo)(guo)研究仿(fang)人(ren)機器(qi)人(ren)運(yun)(yun)動過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)規劃以及(ji)伺(si)(si)服(fu)電(dian)機控(kong)制的基(ji)(ji)本原理和(he)方法(fa), 給出了Biped型機器(qi)人(ren)設計(ji)的整(zheng)體方案。所述(shu)的機器(qi)人(ren)采用基(ji)(ji)于(yu)STC89C52單(dan)片機的高(gao)精(jing)(jing)度(du)(du)伺(si)(si)服(fu)控(kong)制系統，減少了傳(chuan)統控(kong)制方法(fa)不穩(wen)(wen)定性對系統精(jing)(jing)度(du)(du)的影響(xiang)。同時，選用了TR213高(gao)精(jing)(jing)度(du)(du)伺(si)(si)服(fu)電(dian)機，使機器(qi)人(ren)的運(yun)(yun)動機構(gou)在運(yun)(yun)行(xing)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中協調、平(ping)穩(wen)(wen)。并通(tong)過(guo)(guo)單(dan)自(zi)由度(du)(du)調試(shi)、多自(zi)由度(du)(du)調試(shi)、運(yun)(yun)動過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)規劃等實(shi)驗驗證了系統的可(ke)行(xing)性，所設計(ji)的機械結(jie)構(gou)及(ji)控(kong)制方法(fa)真(zhen)正地實(shi)現了Biped型機器(qi)人(ren)控(kong)制的高(gao)精(jing)(jing)度(du)(du)、高(gao)穩(wen)(wen)定性和(he)智能化。 

1 整體結構(gou)設(she)計 

根(gen)據仿人(ren)機(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)的行(xing)走、前進、后退、重(zhong)心(xin)偏移和(he)上下樓(lou)梯等運動(dong)過程要求(qiu)，Biped型機(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)主要由機(ji)(ji)(ji)械結構、高精(jing)度伺服電機(ji)(ji)(ji)、伺服控制系統(tong)和(he)驅動(dong)系統(tong)等部分組成。 

由于人體為(wei)左右(you)對稱結(jie)構(gou)，為(wei)了達到仿(fang)人運動(dong)的(de)(de)目的(de)(de)，Biped型機(ji)器人也采(cai)用相同(tong)的(de)(de)對稱結(jie)構(gou)，如(ru)圖(tu)1所(suo)示。 

以機(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)行走(zou)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)的(de)右(you)腿向(xiang)前移(yi)動過(guo)(guo)(guo)程(cheng)為例(li)，在(zai)此過(guo)(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)包(bao)括(kuo)重(zhong)(zhong)心左(zuo)移(yi)，右(you)腿抬(tai)起(qi)前移(yi)，右(you)腿放下(xia)和(he)重(zhong)(zhong)心恢復四個(ge)階(jie)段。為了實現動作要(yao)求，機(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)需(xu)要(yao)踝關(guan)(guan)節(jie)、膝(xi)關(guan)(guan)節(jie)和(he)髖關(guan)(guan)節(jie)6個(ge)自由度配合完(wan)成，其(qi)各關(guan)(guan)節(jie)的(de)轉動角度范圍如(ru)表1所示。從表中(zhong)(zhong)可以看出，踝關(guan)(guan)節(jie)1、2可以通過(guo)(guo)(guo)轉動完(wan)成整體結(jie)構(gou)重(zhong)(zhong)心沿y軸方向(xiang)的(de)移(yi)動控制(zhi)，保持機(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)在(zai)動作過(guo)(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)的(de)重(zhong)(zhong)心穩定；膝(xi)關(guan)(guan)節(jie)3、4和(he)髖關(guan)(guan)節(jie)5、6通過(guo)(guo)(guo)配合轉動改變機(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)沿z軸方向(xiang)的(de)雙(shuang)腳高度以及雙(shuang)腳沿x軸方向(xiang)的(de)前后位置控制(zhi)，實現機(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)的(de)動作要(yao)求；另(ling)外，雙(shuang)足機(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)各個(ge)關(guan)(guan)節(jie)角的(de)運(yun)動范圍都大于人(ren)(ren)類各個(ge)關(guan)(guan)節(jie)角度的(de)運(yun)動范圍，可以滿足模仿人(ren)(ren)類動作的(de)關(guan)(guan)節(jie)角度范圍要(yao)求。 

2 高精度伺服(fu)電機的轉動控制 

Biped型機(ji)(ji)(ji)器人的(de)各關節的(de)位置采用TR213高精度(du)(du)伺(si)(si)服(fu)電機(ji)(ji)(ji)的(de)轉(zhuan)動(dong)進行驅動(dong)和控(kong)制(zhi)，并由STC89C52單片機(ji)(ji)(ji)產生周(zhou)期為20ms，脈(mo)(mo)寬(kuan)(kuan)為0.5ms-2.5ms的(de)脈(mo)(mo)沖寬(kuan)(kuan)度(du)(du)調制(zhi)（PWM）信號，該脈(mo)(mo)沖寬(kuan)(kuan)度(du)(du)與(yu)電機(ji)(ji)(ji)轉(zhuan)動(dong)的(de)偏轉(zhuan)角(jiao)(jiao)度(du)(du)成(cheng)正比，通(tong)過不(bu)同(tong)的(de)脈(mo)(mo)沖輸入寬(kuan)(kuan)度(du)(du)可精確(que)地(di)控(kong)制(zhi)伺(si)(si)服(fu)電機(ji)(ji)(ji)的(de)轉(zhuan)動(dong)角(jiao)(jiao)度(du)(du)，其驅動(dong)分(fen)辨率達到1μs，角(jiao)(jiao)度(du)(du)分(fen)辨率可達0.09°，伺(si)(si)服(fu)電機(ji)(ji)(ji)的(de)轉(zhuan)動(dong)角(jiao)(jiao)度(du)(du)控(kong)制(zhi)原(yuan)理如(ru)圖2所(suo)示。 

位于伺服電(dian)(dian)機(ji)(ji)內部的(de)(de)齒輪組(zu)將電(dian)(dian)機(ji)(ji)的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)動速度(du)成大(da)倍數(shu)縮小(xiao)，并(bing)將電(dian)(dian)機(ji)(ji)的(de)(de)輸出(chu)扭矩放大(da)倍數(shu)后(hou)輸出(chu)；電(dian)(dian)位器和(he)齒輪組(zu)的(de)(de)末級一起轉(zhuan)(zhuan)動，測量舵(duo)機(ji)(ji)軸轉(zhuan)(zhuan)動角度(du)；電(dian)(dian)路板檢測并(bing)根(gen)據電(dian)(dian)位器判斷舵(duo)機(ji)(ji)轉(zhuan)(zhuan)動角度(du)，然后(hou)控制(zhi)舵(duo)機(ji)(ji)轉(zhuan)(zhuan)動到目標角度(du)或(huo)保持在目標角度(du)，其內部電(dian)(dian)路如圖3所(suo)示。 

PWM信(xin)號(hao)進(jin)入信(xin)號(hao)解調(diao)芯片BA6688后(hou)(hou)將產生直流偏置電壓(ya)(ya)信(xin)號(hao)，該(gai)信(xin)號(hao)和芯片內部(bu)5K電位(wei)(wei)器(qi)所產生的(de)(de)(de)基準電壓(ya)(ya)信(xin)號(hao)進(jin)行比較(jiao)，將得(de)(de)到(dao)的(de)(de)(de)脈沖進(jin)行展(zhan)寬后(hou)(hou)輸入至芯片BAL6686，芯片根據展(zhan)寬后(hou)(hou)的(de)(de)(de)脈沖信(xin)號(hao)驅動(dong)(dong)伺(si)(si)服電機(ji)(ji)轉(zhuan)動(dong)(dong)，在此(ci)過(guo)程中，伺(si)(si)服電機(ji)(ji)的(de)(de)(de)轉(zhuan)動(dong)(dong)將帶(dai)動(dong)(dong)電位(wei)(wei)器(qi)發生變(bian)化從而改變(bian)電壓(ya)(ya)差的(de)(de)(de)大(da)小，直到(dao)壓(ya)(ya)差為0時(shi)，伺(si)(si)服電機(ji)(ji)轉(zhuan)動(dong)(dong)到(dao)指定位(wei)(wei)置后(hou)(hou)停止(zhi)轉(zhuan)動(dong)(dong)。另外，解調(diao)后(hou)(hou)的(de)(de)(de)直流偏置電壓(ya)(ya)通過(guo)與在電位(wei)(wei)器(qi)上(shang)得(de)(de)到(dao)反(fan)(fan)饋電壓(ya)(ya)進(jin)行比較(jiao)可得(de)(de)到(dao)正負(fu)電壓(ya)(ya)差，BA6688將該(gai)電壓(ya)(ya)差輸送的(de)(de)(de)PWM信(xin)號(hao)給電機(ji)(ji)驅動(dong)(dong)電路BAL6686以驅動(dong)(dong)伺(si)(si)服電機(ji)(ji)正反(fan)(fan)轉(zhuan)。疊(die)加在5K電位(wei)(wei)器(qi)上(shang)的(de)(de)(de)另外一個(ge)信(xin)號(hao)Motor Back EMF信(xin)號(hao)將會使伺(si)(si)服電機(ji)(ji)產生一個(ge)反(fan)(fan)向電動(dong)(dong)勢，通過(guo)和給定的(de)(de)(de)基準電壓(ya)(ya)進(jin)行比較(jiao)可以改變(bian)伺(si)(si)服電機(ji)(ji)的(de)(de)(de)轉(zhuan)速，從而控(kong)制機(ji)(ji)器(qi)人的(de)(de)(de)動(dong)(dong)作速度。 

3 伺服控制系統(tong) 

Biped型(xing)機(ji)器(qi)(qi)人的(de)(de)(de)(de)伺服電(dian)機(ji)控制主要是(shi)通(tong)過STC89C52單片(pian)(pian)機(ji)所產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)PWM信(xin)(xin)號(hao)(hao)來實現(xian)。由555定(ding)時(shi)(shi)器(qi)(qi)組成的(de)(de)(de)(de)振(zhen)蕩器(qi)(qi)作為時(shi)(shi)間(jian)(jian)基準信(xin)(xin)號(hao)(hao)，通(tong)過對(dui)其產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)脈沖信(xin)(xin)號(hao)(hao)進(jin)行計數來產生(sheng)PWM脈沖信(xin)(xin)號(hao)(hao)，并(bing)由I/O口進(jin)行多路(lu)(lu)輸(shu)出(chu)(chu)，輸(shu)出(chu)(chu)后的(de)(de)(de)(de)信(xin)(xin)號(hao)(hao)經過整形處理，產生(sheng)標準的(de)(de)(de)(de)PWM脈寬調(diao)制信(xin)(xin)號(hao)(hao)，以(yi)提高機(ji)器(qi)(qi)人動(dong)作的(de)(de)(de)(de)精度和穩定(ding)性(xing)。同時(shi)(shi)，STC89C52單片(pian)(pian)機(ji)上的(de)(de)(de)(de)FLASH為程序存(cun)儲(chu)提供了足(zu)夠的(de)(de)(de)(de)空間(jian)(jian)，還(huan)可以(yi)使用其串口和在線(xian)燒錄功能與上位機(ji)進(jin)行通(tong)信(xin)(xin)來完成對(dui)多路(lu)(lu)伺服電(dian)機(ji)轉(zhuan)動(dong)的(de)(de)(de)(de)控制。 

4 驅動系統 

為(wei)了使Biped型機(ji)(ji)器(qi)人具有(you)足(zu)夠的(de)驅(qu)動(dong)(dong)能力，在(zai)設(she)計中采(cai)用具有(you)較大(da)輸出扭矩(ju)的(de)TR213伺服電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)，該(gai)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)的(de)供(gong)電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓為(wei)4.8-7.2V，最(zui)大(da)輸出扭矩(ju)為(wei)13kg·cm，當(dang)其(qi)(qi)空載(zai)時(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)流很小，可以忽略不計，但當(dang)其(qi)(qi)動(dong)(dong)態負(fu)荷扭矩(ju)達(da)到最(zui)大(da)時(shi)(shi)驅(qu)動(dong)(dong)電(dian)(dian)(dian)(dian)流可達(da)2A，但由于Biped型機(ji)(ji)器(qi)人的(de)6個自(zi)由度一般不會全部同時(shi)(shi)工(gong)作在(zai)最(zui)大(da)負(fu)荷狀態下(xia)，根據(ju)測(ce)試表明，在(zai)正常情況(kuang)下(xia)每個伺服電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)流小于0.5A，因此，采(cai)用電(dian)(dian)(dian)(dian)流為(wei)10A的(de)直(zhi)流穩(wen)壓電(dian)(dian)(dian)(dian)源為(wei)其(qi)(qi)供(gong)電(dian)(dian)(dian)(dian)，即可滿足(zu)其(qi)(qi)驅(qu)動(dong)(dong)要求(qiu)。伺服電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)控制電(dian)(dian)(dian)(dian)路與伺服電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)驅(qu)動(dong)(dong)電(dian)(dian)(dian)(dian)路采(cai)用分開供(gong)電(dian)(dian)(dian)(dian)模(mo)式(shi)，由7805穩(wen)壓芯片為(wei)其(qi)(qi)提供(gong)穩(wen)定電(dian)(dian)(dian)(dian)壓，以減小伺服電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓波(bo)動(dong)(dong)對(dui)其(qi)(qi)造成的(de)干(gan)擾，來(lai)提高控制精度。 

結語 

理論(lun)與實驗表明，所設計(ji)的(de)(de)Biped型(xing)機器人(ren)具有控制(zhi)精度高、穩(wen)定性好和結構簡單等特點。通過(guo)高精度伺(si)服電機和控制(zhi)系(xi)統有效地(di)減少了(le)系(xi)統不穩(wen)定性對(dui)機器人(ren)運動過(guo)程(cheng)造(zao)成的(de)(de)影響(xiang)，為仿(fang)人(ren)機器人(ren)的(de)(de)開(kai)發和設計(ji)提供了(le)一種比較理想的(de)(de)方(fang)法與解決(jue)方(fang)案(an)。 

參考(kao)文獻 

[1] 史(shi)耀強.雙足(zu)機器(qi)人步行仿(fang)真(zhen)與實驗研(yan)究(jiu) [D].上海：上海交通大(da)學，2008. 

篇6

【摘要】為了提高機(ji)器魚研發的靈(ling)活性(xing)(xing)，在此提出一種基于FPGA的自(zi)主視覺機(ji)器魚設計(ji)(ji)方案。該(gai)設計(ji)(ji)方案借(jie)助FPGA技術處理紅外傳感(gan)器返回的數據(ju)信(xin)息(xi)，并利用FPGA具有(you)的并行性(xing)(xing)、高速性(xing)(xing)、靈(ling)活性(xing)(xing)等(deng)特(te)點精準(zhun)地控制舵(duo)機(ji)完成相應動作。該(gai)設計(ji)(ji)方案有(you)很高的可(ke)行性(xing)(xing)，相比之下有(you)更好的實時性(xing)(xing)和精準(zhun)度。

 

【關鍵詞】FPGA；機器魚；紅外傳感器；自主視覺(jue)

隨(sui)著仿生學(xue)(xue)、機(ji)器(qi)人學(xue)(xue)、流體力學(xue)(xue)和(he)控(kong)制(zhi)科學(xue)(xue)的(de)不斷融(rong)合與發展，仿生機(ji)器(qi)魚(yu)的(de)研(yan)制(zhi)成為了(le)機(ji)器(qi)人研(yan)究領(ling)域的(de)熱點(dian)之一。同時，隨(sui)著對于(yu)仿生機(ji)器(qi)魚(yu)的(de)研(yan)究日益進步，機(ji)器(qi)魚(yu)所賦(fu)予的(de)任務也(ye)(ye)隨(sui)之增多，對于(yu)機(ji)器(qi)魚(yu)核心芯片(pian)的(de)處理速(su)度的(de)要求也(ye)(ye)越來越高(gao)。而以往的(de)機(ji)器(qi)魚(yu)對芯片(pian)的(de)處理速(su)度與精(jing)度要求并不高(gao)，使得機(ji)器(qi)魚(yu)的(de)執行(xing)動作并不盡如人意(yi)，由此在機(ji)器(qi)魚(yu)中應(ying)用具有并行(xing)性(xing)、高(gao)速(su)性(xing)、靈活性(xing)的(de)FPGA芯片(pian)已經成為必(bi)然，它(ta)也(ye)(ye)必(bi)將(jiang)使得機(ji)器(qi)魚(yu)的(de)研(yan)究更上(shang)一層(ceng)樓(lou)。

 

1.系統硬件設計

本系統的(de)硬件(jian)框圖如圖1，系統采用FPGA芯(xin)片為(wei)控(kong)制(zhi)處理中心，紅外傳(chuan)感器模塊(kuai)負(fu)責傳(chuan)回前方(fang)的(de)通道信息(xi)，信息(xi)數據由FPGA芯(xin)片接收后，輸出PWM波(bo)控(kong)制(zhi)舵(duo)(duo)(duo)機做出相對(dui)應的(de)動(dong)作(zuo)。整個(ge)(ge)(ge)魚(yu)體分為(wei)動(dong)作(zuo)部分和(he)魚(yu)頭，動(dong)作(zuo)部分由三個(ge)(ge)(ge)舵(duo)(duo)(duo)機（兩個(ge)(ge)(ge)大舵(duo)(duo)(duo)機、一(yi)個(ge)(ge)(ge)小舵(duo)(duo)(duo)機）組(zu)成(cheng)，魚(yu)頭主要(yao)是(shi)控(kong)制(zhi)芯(xin)片、通信模塊(kuai)和(he)電(dian)池電(dian)源(yuan)部分組(zu)成(cheng)。

 

1.1 FPGA模塊

本方案使用的(de)Altera公司的(de)芯(xin)片(pian)EP1-C3T144c8，其系(xi)(xi)統集成度高，可操作(zuo)(zuo)性強，低功耗，十分(fen)適合機(ji)器魚這(zhe)類小型機(ji)器魚的(de)運作(zuo)(zuo)。利用其公司的(de)開發軟件quartus II及(ji)其輔助開發軟件可以實現數據的(de)高速傳(chuan)輸、處理、編碼功能。在(zai)系(xi)(xi)統中，FPGA芯(xin)片(pian)作(zuo)(zuo)為主控(kong)部分(fen)，負責(ze)紅外傳(chuan)感器信(xin)息(xi)接(jie)收、通信(xin)模塊的(de)信(xin)息(xi)接(jie)收發送、舵(duo)機(ji)控(kong)制任務，如圖2所示(shi)。

 

1.2 紅外傳感器模塊(kuai)

紅(hong)外傳感(gan)器(qi)是遠距離(li)紅(hong)外傳感(gan)器(qi)PIR D205B，它是利用材(cai)料(liao)自發極化(hua)隨溫(wen)度(du)變化(hua)的(de)(de)(de)特征來探測紅(hong)外線的(de)(de)(de)輻射，采(cai)用四(si)靈敏元(yuan)設計(ji)，抑制環境溫(wen)度(du)變化(hua)產生的(de)(de)(de)干擾(rao)，提高了信號輸(shu)出強度(du)，增加了多方向靈敏度(du)，兼有單元(yuan)和雙元(yuan)熱釋電紅(hong)外傳感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)優點(dian)，傳感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)工作更加穩定。

 

1.3 通信(xin)模塊(kuai)、電(dian)源模塊(kuai)

作為在(zai)水下獨立運(yun)作的(de)平(ping)臺，電(dian)源和(he)通(tong)信是十(shi)分重要的(de)。通(tong)信采用nRF2401 2.4GHz無線收發芯片完成視頻(pin)(pin)數據(ju)及命令信息的(de)無線傳輸(shu)。nRF2401是一款單片射頻(pin)(pin)收發芯片，工作在(zai)2.4GHz～2.5GHz ISM頻(pin)(pin)段(duan)，該芯片內置(zhi)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)合(he)成器、功(gong)率(lv)(lv)放大器、晶振和(he)調制解調器等功(gong)能模(mo)塊(kuai)(kuai)，其輸(shu)出功(gong)率(lv)(lv)和(he)通(tong)信頻(pin)(pin)道等參數都(dou)可(ke)以通(tong)過程序進(jin)行配(pei)置(zhi)。考慮(lv)到(dao)系統的(de)電(dian)源要求以及電(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)可(ke)重復性利用，選擇(ze)用四(si)節(jie)可(ke)充電(dian)電(dian)池(chi)(chi)(chi)作為電(dian)源模(mo)塊(kuai)(kuai)。選擇(ze)的(de)類(lei)型是三洋愛樂普五(wu)號(hao)低放電(dian)充電(dian)池(chi)(chi)(chi)。

 

1.4 舵機模塊

機(ji)(ji)器(qi)魚(yu)舵(duo)(duo)(duo)機(ji)(ji)組是(shi)由三(san)個舵(duo)(duo)(duo)機(ji)(ji)構(gou)成，分別(bie)采用(yong)futaba公司的(de)futaba S3102（一號(hao)舵(duo)(duo)(duo)機(ji)(ji)）及futaba S3003（二號(hao)，三(san)號(hao)舵(duo)(duo)(duo)機(ji)(ji)）。以魚(yu)體波函數為核心算法的(de)機(ji)(ji)器(qi)魚(yu)魚(yu)體，在(zai)三(san)個舵(duo)(duo)(duo)機(ji)(ji)的(de)運作下完成相(xiang)應動作，進而來實現仿生機(ji)(ji)器(qi)魚(yu)的(de)游動。其中，FPGA通過所執(zhi)行(xing)的(de)程序計算出各個關節的(de)轉動角度，以此產生十五位的(de)不同(tong)占(zhan)空比(bi)的(de)PWM波，控制舵(duo)(duo)(duo)機(ji)(ji)旋轉，繼而控制“魚(yu)體”擺動[3]。

 

2.系統軟件設計

軟件體系的設計是系統(tong)(tong)研制的核心內容。其系統(tong)(tong)結構圖(tu)如圖(tu)3。

2.1 紅外模塊

如圖(tu)4所示，紅(hong)外(wai)測(ce)(ce)(ce)(ce)距傳(chuan)感(gan)器利用(yong)紅(hong)外(wai)信(xin)(xin)號(hao)遇(yu)(yu)到障礙(ai)物(wu)距離的(de)不(bu)同(tong)反射(she)的(de)強度也不(bu)同(tong)的(de)原理，進行障礙(ai)物(wu)遠近的(de)檢測(ce)(ce)(ce)(ce)。紅(hong)外(wai)測(ce)(ce)(ce)(ce)距傳(chuan)感(gan)器具有(you)一對紅(hong)外(wai)信(xin)(xin)號(hao)發(fa)射(she)與接(jie)收(shou)二極管(guan)(guan)，發(fa)射(she)管(guan)(guan)發(fa)射(she)特定頻率的(de)紅(hong)外(wai)信(xin)(xin)號(hao)，當紅(hong)外(wai)的(de)檢測(ce)(ce)(ce)(ce)方向遇(yu)(yu)到障礙(ai)物(wu)時，紅(hong)外(wai)信(xin)(xin)號(hao)反射(she)回(hui)來(lai)被(bei)接(jie)收(shou)管(guan)(guan)接(jie)收(shou)，經(jing)過處理后，通過數字傳(chuan)感(gan)接(jie)口返回(hui)到機器魚主機機器魚即可(ke)利用(yong)紅(hong)外(wai)的(de)返回(hui)信(xin)(xin)號(hao)來(lai)識別周圍環境的(de)變化。

 

2.2 舵機模塊

標準(zhun)的(de)舵(duo)機(ji)(ji)(ji)有3條導線(xian)(xian)：電(dian)源線(xian)(xian)、地線(xian)(xian)和控(kong)制線(xian)(xian)，電(dian)源線(xian)(xian)和地線(xian)(xian)用于提供舵(duo)機(ji)(ji)(ji)內部的(de)電(dian)機(ji)(ji)(ji)和控(kong)制電(dian)路需要的(de)能源。而控(kong)制線(xian)(xian)輸(shu)入(ru)的(de)是(shi)一個可調制的(de)方波脈(mo)沖信號，一般周期在20ms（即頻率為(wei)50Hz）。當方波的(de)脈(mo)沖寬(kuan)度改(gai)變時，舵(duo)機(ji)(ji)(ji)轉軸的(de)角度發生改(gai)變，度變化(hua)與(yu)脈(mo)沖寬(kuan)度的(de)變化(hua)成正比[4]。兩者關系可如圖5所示。

 

3.結束語

本文介紹了(le)基于紅(hong)外傳感器(qi)與(yu)FPGA技術(shu)設(she)(she)(she)計的(de)一種具(ju)有(you)自(zi)主(zhu)運動(dong)能(neng)(neng)力的(de)仿生機(ji)器(qi)魚。其通(tong)過紅(hong)外傳感技術(shu)使機(ji)器(qi)魚具(ju)有(you)了(le)自(zi)主(zhu)視(shi)覺功能(neng)(neng)，又通(tong)過FPGA技術(shu)精準輸出PWM波，提(ti)(ti)(ti)高了(le)機(ji)器(qi)魚的(de)智能(neng)(neng)度(du)與(yu)動(dong)作靈活度(du)。此設(she)(she)(she)計為后續自(zi)主(zhu)機(ji)器(qi)魚的(de)開發(fa)提(ti)(ti)(ti)供了(le)一定(ding)的(de)幫(bang)助(zhu)(zhu)，相(xiang)信隨著機(ji)器(qi)魚的(de)開發(fa)加(jia)深(shen)，機(ji)器(qi)魚的(de)研究與(yu)設(she)(she)(she)計會(hui)更加(jia)智能(neng)(neng)化(hua)，功能(neng)(neng)也會(hui)越來越完備，并會(hui)為人類探索、發(fa)現海(hai)洋提(ti)(ti)(ti)供更多的(de)幫(bang)助(zhu)(zhu)與(yu)便利。

 

參考文獻

[1]周志(zhi)強，王志(zhi)良，張雪元，黃(huang)海歡(huan).仿生機(ji)器魚(yu)的設計及其(qi)運動(dong)控(kong)制研究[J].微計算機(ji)信息(xi)[J].（嵌入式與(yu)SOC）2006，22（6-2卷）.

[2]萬少云，向強.基于TMS320F2812的自主視覺機(ji)器魚(yu)控制系(xi)統設計(ji)[J].西(xi)南民族大學學報自然科學版，2011（37）.

[3]趙(zhao)康，丁(ding)勇，蔣(jiang)玉蓮(lian).基于802.11b與安(an)卓手機操控(kong)機器魚的研(yan)究[J].電子元器件應用，2012，14（7）.

[4]駱涵秀(xiu)，李世倫，朱捷(jie).機電控(kong)制[M].杭州：浙江(jiang)大學出版社，1994：31-63.

作者簡介：

篇7

P鍵詞：樹(shu)莓派；Arduino；人臉(lian)識(shi)別；WiFi

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.09.197

1 系統總體設計

移(yi)動式家庭服務機(ji)器(qi)人由(you)(you)樹莓(mei)派做中央處理器(qi)，Arduino mega2560為輔助控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)單元，樹莓(mei)派主(zhu)控(kong)臉部(bu)識別、OLED顯示(shi)、語音交互模(mo)塊、聲音功放模(mo)塊；Arduino mega2560負責六自由(you)(you)度機(ji)械手、溫(wen)濕度和有(you)害氣(qi)體檢測、掃地機(ji)器(qi)人和麥克拉姆輪底(di)盤控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)，Arduino mega2560將采集到的控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)信(xin)息送給(gei)樹莓(mei)派，完成整個系(xi)統的運行和控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)。通過樹莓(mei)派控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)藍牙(ya)模(mo)塊和WIFI模(mo)塊，可(ke)以(yi)實現手機(ji)APP控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)，系(xi)統總體設(she)計框圖(tu)(tu)如圖(tu)(tu)1所示(shi)。

本設計(ji)以(yi)(yi)樹(shu)莓(mei)派(pai)中央處理器和(he)Arduino芯(xin)片為(wei)數(shu)(shu)據處理和(he)控(kong)(kong)制核心，采用藍牙(ya)通(tong)信(xin)(xin)，WiFi通(tong)信(xin)(xin)和(he)手機APP遠程通(tong)信(xin)(xin)來控(kong)(kong)制，能(neng)(neng)夠實現清潔室內衛生，改(gai)善室內空氣質量(liang)，巡視室內安全(quan)情況(kuang)以(yi)(yi)及(ji)實現語(yu)音控(kong)(kong)制、語(yu)音交流、人(ren)(ren)臉識(shi)別與追蹤等(deng)功(gong)(gong)能(neng)(neng)；通(tong)過樹(shu)莓(mei)派(pai)強大的(de)網(wang)路(lu)功(gong)(gong)能(neng)(neng)通(tong)過互聯網(wang)獲(huo)取(qu)天氣、交通(tong)路(lu)況(kuang)資訊等(deng)，并且通(tong)過喇叭把獲(huo)取(qu)的(de)咨詢信(xin)(xin)息進行實時語(yu)音播(bo)報(bao)，以(yi)(yi)便(bian)提醒人(ren)(ren)們的(de)穿衣指數(shu)(shu)和(he)交通(tong)路(lu)況(kuang)；同時還具(ju)有自主巡航的(de)功(gong)(gong)能(neng)(neng)，機器人(ren)(ren)通(tong)過麥(mai)克拉姆輪和(he)光電(dian)編碼電(dian)機配合(he)實現全(quan)方位移(yi)動功(gong)(gong)能(neng)(neng)，利用攝像頭即可通(tong)過面部識(shi)別、安防監(jian)控(kong)(kong)，可以(yi)(yi)將(jiang)識(shi)別的(de)人(ren)(ren)臉信(xin)(xin)息通(tong)過微(wei)信(xin)(xin)、app、網(wang)頁實時反饋給用戶。

2 硬件電路設計

語(yu)音(yin)(yin)識別采用(yong)的(de)語(yu)音(yin)(yin)控制模塊，能(neng)夠相(xiang)對精準識別人(ren)的(de)語(yu)音(yin)(yin)，將聲音(yin)(yin)信(xin)息(xi)轉換為(wei)數字信(xin)號送入樹莓派中央處理器(qi)進行識別來完成(cheng)(cheng)相(xiang)應(ying)的(de)功(gong)能(neng)； 人(ren)臉(lian)識別模塊采用(yong)高清攝像頭采集(ji)圖(tu)像信(xin)息(xi)，將采集(ji)到的(de)信(xin)息(xi)送入樹莓派來完成(cheng)(cheng)人(ren)臉(lian)識別和跟蹤功(gong)能(neng)，同(tong)時(shi)將圖(tu)像信(xin)息(xi)通(tong)過網(wang)(wang)絡送到用(yong)戶的(de)手機app上顯(xian)示(shi)或在網(wang)(wang)頁(ye)上顯(xian)示(shi)，同(tong)時(shi)可以將采集(ji)到的(de)圖(tu)像信(xin)息(xi)存儲在內(nei)存卡上，方便用(yong)戶在需要的(de)時(shi)候(hou)查詢。

底盤采用Arduino mega2560控制光電(dian)編碼(ma)電(dian)機來(lai)驅動(dong)麥克拉(la)姆輪來(lai)實現移(yi)動(dong)控制，能夠實現全方位運動(dong)，可(ke)以前進、橫移(yi)、斜行、旋轉等(deng)多種運動(dong)方式，非常適合在空間(jian)有限的室內(nei)移(yi)動(dong)，通過樹莓派發送的語音指(zhi)令實現可(ke)以自主(zhu)巡(xun)視運動(dong)，也可(ke)采用藍牙(ya)APP來(lai)操作其(qi)運行。

OLED來實(shi)現機器人的臉部表情，實(shi)現個性化和卡通化的設計，在語音互(hu)動的時(shi)候實(shi)現表情的變化，以便能更好的獲得用戶(hu)的喜愛和認可。

3 軟件設計

軟件設計主要(yao)采(cai)用Liunx嵌入(ru)式(shi)系(xi)統來實(shi)現綜合控制，采(cai)用多任務操作(zuo)模式(shi)，程(cheng)序(xu)模塊主要(yao)包括主程(cheng)序(xu)、人(ren)臉識(shi)別和跟(gen)蹤子(zi)(zi)(zi)程(cheng)序(xu)、語音識(shi)別子(zi)(zi)(zi)程(cheng)序(xu)、機(ji)械手和底(di)盤運動子(zi)(zi)(zi)程(cheng)序(xu)及溫濕度和有害氣體檢(jian)測子(zi)(zi)(zi)程(cheng)序(xu)。主程(cheng)序(xu)流程(cheng)圖如(ru)圖2所示，人(ren)臉識(shi)別和跟(gen)蹤子(zi)(zi)(zi)程(cheng)序(xu)流程(cheng)圖如(ru)圖3所示。

參考文獻：

[1]Charies Bell著，張佳進，陳立(li)暢，等(deng)譯.學Arduino和樹莓派玩轉傳感器(qi)網絡[M].人民郵電(dian)出(chu)版(ban)社，2015（04）.

[2]柯博文.樹莓派實戰指南――完全掌握100個精彩案例[M].清華大學出(chu)版社，2015（06）.

篇8

【關鍵詞(ci)】人性化(hua) 設計 家用機器(qi)人

從小看機(ji)器(qi)人科幻電(dian)影，玩變形(xing)金剛，參(can)加汽(qi)車模型(xing)制做和看機(ji)器(qi)人大賽，對機(ji)器(qi)人制作的強烈興趣和熱愛早已植入(ru)我內心。加之家(jia)用(yong)機(ji)器(qi)人設(she)計(ji)屬(shu)于服務現代及未(wei)來家(jia)庭生(sheng)活的重要(yao)項目，逐漸與(yu)人之間形(xing)成(cheng)一種(zhong)十(shi)分密(mi)切的關(guan)系，所以探討人性化引導下(xia)的家(jia)用(yong)機(ji)器(qi)人設(she)計(ji)十(shi)分必要(yao)。

一、機器人概述

在汽車(che)、核工業(ye)、采(cai)礦、石化等(deng)工業(ye)生(sheng)產(chan)領域，較(jiao)常(chang)使(shi)用機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)進行部分或全(quan)部的操作(zuo)。通(tong)常(chang)機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)設計(ji)(ji)包括機(ji)(ji)(ji)械手、控制機(ji)(ji)(ji)構、作(zuo)業(ye)對(dui)象、使(shi)用環境。隨(sui)著(zhu)對(dui)機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)功(gong)能(neng)要求(qiu)的增多，其(qi)已經(jing)由純(chun)粹的機(ji)(ji)(ji)械手臂(bei)、鏈桿結(jie)構轉變為形態多樣且運用仿生(sheng)設計(ji)(ji)的可(ke)行走機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)。工業(ye)、軍用機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)造(zao)型簡單，類似于(yu)交通(tong)工具以及(ji)機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)，特種機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)則造(zao)型多樣，例如，醫用口腔手術(shu)機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)類似于(yu)人(ren)的手臂(bei)，隨(sui)著(zhu)科技的發展，其(qi)功(gong)能(neng)越來越多，設計(ji)(ji)越來越豐富。未來機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)涉及(ji)機(ji)(ji)(ji)械、電子(zi)，是我們所學(xue)(xue)的物理學(xue)(xue)、數學(xue)(xue)、計(ji)(ji)算機(ji)(ji)(ji)學(xue)(xue)、生(sheng)物學(xue)(xue)、心理學(xue)(xue)等(deng)學(xue)(xue)科的綜合應用，是機(ji)(ji)(ji)械、電子(zi)、控制、檢測、通(tong)信和計(ji)(ji)算機(ji)(ji)(ji)知識的優化結(jie)合，所以機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)市場有(you)充分的發展空(kong)間(jian)。

二、家用機器人

（一）分類

在科技發展過程中各種服務型(xing)(xing)(xing)(xing)機器人(ren)應用(yong)而(er)生(sheng)，成為(wei)人(ren)們(men)家(jia)庭生(sheng)活的重要(yao)組成部分(fen)，并以(yi)其多樣(yang)化的服務改變著人(ren)們(men)的生(sheng)活工作方式。其中仿動物型(xing)(xing)(xing)(xing)、仿人(ren)型(xing)(xing)(xing)(xing)、類人(ren)型(xing)(xing)(xing)(xing)、仿植物型(xing)(xing)(xing)(xing)都是家(jia)用(yong)機器人(ren)的主要(yao)類型(xing)(xing)(xing)(xing)。

（二）存在問題

與(yu)工業用(yong)機(ji)器(qi)人(ren)相比，家(jia)(jia)用(yong)機(ji)器(qi)人(ren)在功能(neng)定義、范圍上都有著自身的特點，方便(bian)、服務人(ren)類家(jia)(jia)庭生活是(shi)其(qi)主要目的，按其(qi)功能(neng)可以(yi)(yi)分為清潔型(xing)、家(jia)(jia)電管理(li)型(xing)、看護照(zhao)顧型(xing)、家(jia)(jia)用(yong)娛樂(le)型(xing)、安全(quan)警衛型(xing)等(deng)，所(suo)以(yi)(yi)在具體設計時需要對其(qi)功能(neng)以(yi)(yi)及怎樣使(shi)其(qi)明白、接受、執行人(ren)類命令等(deng)進(jin)行有效考慮。

家(jia)用機(ji)器人(ren)的(de)(de)造型仍(reng)然沒有將親和力凸顯(xian)出來，會使人(ren)產(chan)生一種冷漠的(de)(de)感覺，所以在對(dui)家(jia)用機(ji)器人(ren)進行設計的(de)(de)時候(hou)需(xu)要有效了解人(ren)的(de)(de)心(xin)理接(jie)受程度(du)以及各方面的(de)(de)喜好。

家用機器人在本質(zhi)上(shang)是一種人造(zao)機器，所(suo)選擇的(de)材料(liao)(liao)也大(da)多為工(gong)業以及軍用的(de)金(jin)屬、塑料(liao)(liao)材料(liao)(liao)。而其所(suo)使用的(de)金(jin)屬材料(liao)(liao)會給(gei)人一種冰冷的(de)感(gan)覺，塑料(liao)(liao)會給(gei)人一種木訥的(de)感(gan)覺，所(suo)以在親和力方面會有(you)一種欠缺。

三(san)、人(ren)性化引導下(xia)家(jia)用機器人(ren)設計

在滿(man)足物質需(xu)求(qiu)的(de)(de)前(qian)提下(xia)，重(zhong)視(shi)精神以及情感需(xu)要(yao)是(shi)(shi)人(ren)性(xing)化(hua)(hua)設計所追求(qiu)的(de)(de)，以人(ren)為中心是(shi)(shi)其(qi)核心，即(ji)人(ren)是(shi)(shi)其(qi)設計制造(zao)過程中應(ying)該考(kao)慮的(de)(de)第(di)一要(yao)素(su)。人(ren)性(xing)化(hua)(hua)追求(qiu)產品設計的(de)(de)趣味和娛樂(le)性(xing)，滿(man)足人(ren)們幽默、愉悅的(de)(de)心理需(xu)求(qiu)，追求(qiu)深入人(ren)心的(de)(de)設計，尤(you)其(qi)對于殘疾人(ren)傾(qing)注了更多的(de)(de)熱情，同(tong)時也追求(qiu)與人(ren)體結構相適應(ying)的(de)(de)造(zao)型(xing)形式。

現(xian)(xian)代設計是科(ke)學(xue)與(yu)藝(yi)術(shu)以(yi)及技術(shu)與(yu)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)有(you)效(xiao)(xiao)結(jie)合，在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)科(ke)技的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)支(zhi)撐下(xia)(xia)(xia)(xia)，設計的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)構(gou)、性(xing)能(neng)較為良好(hao)，在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)藝(yi)術(shu)和(he)(he)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)支(zhi)撐下(xia)(xia)(xia)(xia)，設計的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)美感(gan)不斷(duan)增強。家(jia)(jia)用(yong)(yong)機(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)屬于高(gao)科(ke)技發展的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)產(chan)物，其(qi)(qi)小型化(hua)、行動敏捷化(hua)、輕(qing)巧化(hua)等都(dou)離不開人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)性(xing)化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)引導(dao)。在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)性(xing)化(hua)指導(dao)下(xia)(xia)(xia)(xia)，家(jia)(jia)用(yong)(yong)機(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)設計可以(yi)通過(guo)(guo)以(yi)下(xia)(xia)(xia)(xia)方(fang)式進(jin)行。首先(xian)利用(yong)(yong)形(xing)式要(yao)素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)變化(hua)，例(li)如色彩、裝飾、造型、材料等，使人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)們(men)產(chan)生(sheng)一(yi)種(zhong)(zhong)(zhong)積極的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)情感(gan)體(ti)驗和(he)(he)心理(li)感(gan)受。其(qi)(qi)中(zhong)(zhong)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)色彩上，要(yao)使其(qi)(qi)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)體(ti)現(xian)(xian)機(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)高(gao)科(ke)技時代感(gan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)同時將(jiang)家(jia)(jia)用(yong)(yong)親和(he)(he)性(xing)有(you)效(xiao)(xiao)體(ti)現(xian)(xian)出來(lai)。冷暖要(yao)合理(li)搭配，黑白(bai)灰也要(yao)協調(diao)應(ying)(ying)用(yong)(yong)，對此，可以(yi)有(you)效(xiao)(xiao)參考日本(ben)、韓國等的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)家(jia)(jia)電產(chan)品設計，例(li)如圖1中(zhong)(zhong)，在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)仿人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)型的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)造型設計中(zhong)(zhong)，使人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)有(you)一(yi)種(zhong)(zhong)(zhong)愉悅的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)感(gan)受。在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)造型設計上，通常可以(yi)有(you)效(xiao)(xiao)運用(yong)(yong)仿動物、仿植物等自然要(yao)素(su)，賦予人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)們(men)一(yi)種(zhong)(zhong)(zhong)親切感(gan)，從而(er)避免出現(xian)(xian)排斥純機(ji)(ji)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)現(xian)(xian)象。其(qi)(qi)可愛的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)態(tai)，會(hui)使人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)們(men)較為容易接(jie)受。在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)材質上，最好(hao)使用(yong)(yong)質感(gan)和(he)(he)視覺感(gan)染力都(dou)較強的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)材料，要(yao)通過(guo)(guo)自然材料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)運用(yong)(yong)和(he)(he)調(diao)整使其(qi)(qi)更(geng)具自然情趣，在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)情感(gan)上擁有(you)共鳴。其(qi)(qi)次要(yao)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)功能(neng)開發過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)使人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)、機(ji)(ji)、環境系統協調(diao)統一(yi)，操(cao)作(zuo)宜人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)化(hua)，從而(er)適應(ying)(ying)于人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)們(men)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)理(li)和(he)(he)精(jing)神需求。通過(guo)(guo)對家(jia)(jia)用(yong)(yong)機(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)功能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)有(you)效(xiao)(xiao)拓展，家(jia)(jia)務清(qing)潔、家(jia)(jia)庭看(kan)護、休閑娛(yu)樂(le)等功能(neng)都(dou)得(de)以(yi)實現(xian)(xian)，操(cao)作(zuo)也更(geng)加方(fang)便(bian)。再(zai)次可以(yi)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)家(jia)(jia)用(yong)(yong)機(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)設計過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)，有(you)效(xiao)(xiao)運用(yong)(yong)更(geng)多語義(yi)符號、界面、以(yi)及標識(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)象化(hua)和(he)(he)規范化(hua)，使得(de)效(xiao)(xiao)率得(de)以(yi)提升，并將(jiang)親切溫馨(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)感(gan)覺以(yi)及人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)道主義(yi)真情都(dou)有(you)效(xiao)(xiao)凸顯出來(lai)，這(zhe)樣可以(yi)使操(cao)作(zuo)錯誤有(you)效(xiao)(xiao)避免。除此之外，在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)性(xing)化(hua)引導(dao)下(xia)(xia)(xia)(xia)，針對殘疾人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)家(jia)(jia)用(yong)(yong)機(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)設計，也將(jiang)以(yi)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)為本(ben)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)則有(you)效(xiao)(xiao)體(ti)現(xian)(xian)出來(lai)。例(li)如在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)德國，設計的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)家(jia)(jia)用(yong)(yong)機(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)，可以(yi)方(fang)便(bian)盲人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)進(jin)行有(you)效(xiao)(xiao)閱讀，這(zhe)種(zhong)(zhong)(zhong)家(jia)(jia)用(yong)(yong)機(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)其(qi)(qi)外形(xing)小巧輕(qing)便(bian)，只(zhi)要(yao)用(yong)(yong)手拿著即可閱讀，可以(yi)有(you)效(xiao)(xiao)防止(zhi)心理(li)障礙(ai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)出現(xian)(xian)。

中(zhong)國(guo)逐(zhu)漸進入老齡化社會，所以居家(jia)養老也(ye)很(hen)需(xu)要(yao)開發家(jia)庭(ting)機器人(ren)(ren)服務。為了使其更好地服務老年(nian)人(ren)(ren)，在設(she)計過程中(zhong)，首先確(que)保(bao)其智(zhi)能(neng)化，即擁有(you)監督、提醒老年(nian)人(ren)(ren)做一(yi)些事情(qing)的功(gong)能(neng)，其次(ci)為了使老年(nian)人(ren)(ren)對其產生一(yi)種親切(qie)感(gan)，最好設(she)計成仿(fang)人(ren)(ren)型的，最后為了避免(mian)家(jia)庭(ting)信息(xi)的外(wai)泄(xie)、經常出現(xian)故障等情(qing)境的出現(xian)，使且擁有(you)必要(yao)的使用期限，要(yao)確(que)保(bao)其安全(quan)、可靠(kao)性(xing)。

說：人(ren)民對(dui)美好(hao)(hao)生活(huo)的(de)(de)(de)向往是(shi)我們的(de)(de)(de)奮斗目標，機(ji)(ji)器人(ren)會帶給人(ren)們更美好(hao)(hao)的(de)(de)(de)未來，智(zhi)能家用(yong)(yong)機(ji)(ji)器人(ren)發展前景無(wu)限廣闊，靠我們新的(de)(de)(de)一(yi)代(dai)努力學習(xi)拼(pin)搏奮斗，我們年輕人(ren)要(yao)(yao)創造更輝煌的(de)(de)(de)世界。因此依據人(ren)性化原則進行家用(yong)(yong)機(ji)(ji)器人(ren)設(she)計十(shi)分必要(yao)(yao)。

四、結語

好(hao)的(de)設計在(zai)設計產品(pin)的(de)過程中也(ye)十分注重(zhong)人(ren)(ren)(ren)(ren)與(yu)人(ren)(ren)(ren)(ren)、人(ren)(ren)(ren)(ren)與(yu)產品(pin)關系以及人(ren)(ren)(ren)(ren)的(de)生活方式(shi)的(de)設計，人(ren)(ren)(ren)(ren)、機、環(huan)境、社會的(de)互促共生關系已經成為一種趨勢，家用機器(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)的(de)設計要充(chong)分尊重(zhong)人(ren)(ren)(ren)(ren)性化(hua)原則，而我(wo)們有責任不斷探索科學知識，研究發(fa)展高端(duan)機器(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)技術，為家用服務。

篇9

關(guan)鍵詞：服(fu)務；機器人；控制；科技

1.引言

隨(sui)著社(she)(she)會的(de)(de)(de)發展，科技水平的(de)(de)(de)提高，機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)逐漸的(de)(de)(de)走(zou)進(jin)我們(men)的(de)(de)(de)生活。生活中服務(wu)(wu)機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)備(bei)受人(ren)(ren)(ren)(ren)們(men)喜愛。工(gong)廠巡檢機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)的(de)(de)(de)面孔，餐廳有送餐機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)，并(bing)且在(zai)一些大型(xing)的(de)(de)(de)場(chang)所（商場(chang)、酒店、會所）也可(ke)以(yi)看(kan)到服務(wu)(wu)機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)的(de)(de)(de)身(shen)影。服務(wu)(wu)型(xing)機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)在(zai)當(dang)前(qian)的(de)(de)(de)社(she)(she)會是備(bei)受歡迎的(de)(de)(de)。在(zai)互聯網(wang)的(de)(de)(de)時代下，機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)也可(ke)以(yi)受網(wang)絡的(de)(de)(de)控制(zhi)進(jin)而(er)提升(sheng)它(ta)的(de)(de)(de)功能，因此本文提出(chu)基于(yu)網(wang)絡控制(zhi)機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)設計思(si)想。

2.總(zong)體(ti)方案的設計

本文(wen)提出利(li)(li)用網(wang)絡控(kong)制系統來(lai)對機(ji)器人進(jin)行(xing)控(kong)制操作(zuo)。其(qi)具有兩種控(kong)制模(mo)式(shi)：一種是(shi)利(li)(li)用上位機(ji)的控(kong)制通(tong)過(guo)網(wang)絡對機(ji)器人進(jin)行(xing)控(kong)制，另一種是(shi)利(li)(li)用語(yu)音(yin)(yin)模(mo)塊通(tong)過(guo)語(yu)音(yin)(yin)識別算法(fa)來(lai)對機(ji)器人進(jin)行(xing)控(kong)制。而機(ji)器人的整體架構是(shi)基于總線(xian)控(kong)制思想進(jin)行(xing)設計(ji)的。

該控制(zhi)系統(tong)架構采用(yong)設(she)備、信息、控制(zhi)三層總線控制(zhi)模(mo)式，實(shi)現(xian)機器人控制(zhi)系統(tong)功能(neng)設(she)計(ji)，并(bing)利用(yong)相關的控制(zhi)協議，分類、分級處理各種信息，滿足(zu)模(mo)塊化(hua)設(she)計(ji)，簡化(hua)系統(tong)結構和功能(neng)配置需求。

3.系統控制的(de)基本(ben)原理

利(li)用Labview上位(wei)機(ji)(ji)(ji)運用TCP/IP協(xie)議，通過局域網(wang)與(yu)主(zhu)芯片(pian)(pian)進行數據傳輸，主(zhu)芯片(pian)(pian)通過485的(de)(de)(de)通訊協(xie)議對子(zi)芯片(pian)(pian)通信(xin)，實現對機(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)的(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)(zhi)。機(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)還可以(yi)檢測當前環(huan)境信(xin)息，如溫(wen)度、濕度等，并通過語(yu)音(yin)(yin)播報或直觀的(de)(de)(de)顯示(shi)在(zai)(zai)(zai)該界(jie)面(mian)上。通過上位(wei)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)語(yu)音(yin)(yin)輸入窗(chuang)口，可以(yi)輸入文字，并發送給機(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)系統，使得機(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)在(zai)(zai)(zai)緊(jin)急(ji)情況下(xia)可以(yi)通過控(kong)制(zhi)(zhi)人(ren)員的(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)(zhi)而說出(chu)相應的(de)(de)(de)語(yu)句。在(zai)(zai)(zai)上位(wei)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)界(jie)面(mian)上有測試(shi)(shi)數據的(de)(de)(de)輸出(chu)窗(chuang)口，可以(yi)得到下(xia)位(wei)機(ji)(ji)(ji)對上位(wei)機(ji)(ji)(ji)測試(shi)(shi)結果的(de)(de)(de)反饋。

4.系統的軟硬(ying)件組成

4.1硬件組成

系(xi)統供電(dian)(dian)是(shi)利用12V電(dian)(dian)源(yuan)通過穩壓(ya)芯片(pian)LM7805轉換為(wei)5V電(dian)(dian)源(yuan)供電(dian)(dian)使用。按照DC/DC變換的原理來設計電(dian)(dian)路(lu)，其電(dian)(dian)路(lu)圖如圖3所示。

4.2軟件組成

根據機(ji)器(qi)(qi)人(ren)控制(zhi)原理，軟件(jian)系統(tong)主要由主程序、語音辨識(shi)、電機(ji)驅(qu)動、傳感器(qi)(qi)程序四部分組成(cheng)。主程序進行(xing)系統(tong)初始化，包括I/O口的(de)輸(shu)入或輸(shu)出設(she)定(ding)，語音辨識(shi)運行(xing)進行(xing)語音算法處理，電機(ji)驅(qu)動負(fu)責(ze)整個機(ji)器(qi)(qi)人(ren)的(de)運動控制(zhi)，傳感部分負(fu)責(ze)環境參數(shu)測(ce)量(liang)。

4.3語(yu)音識別算法

語音(yin)辨識算(suan)法(fa)是(shi)本(ben)設計的(de)(de)核心(xin)部(bu)分，通(tong)過對(dui)語音(yin)算(suan)法(fa)的(de)(de)改(gai)進(jin)，本(ben)機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)系統在(zai)人(ren)(ren)機(ji)(ji)交互功能上(shang)有明顯提升，更適(shi)合服務環境的(de)(de)應用。以下對(dui)機(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren)語音(yin)辨識算(suan)法(fa)進(jin)行分析(xi)。

4.3.1改進的維納濾波(bo)器算法(fa)

由于語音(yin)信號(hao)是(shi)(shi)隨機(ji)信號(hao)，若用一個固定的(de)噪(zao)聲譜(pu)去估(gu)計先(xian)驗(yan)信噪(zao)比(bi)(bi)是(shi)(shi)不合(he)理的(de)。為解決這一問題，本文(wen)采(cai)用基于譜(pu)嫡及先(xian)驗(yan)信噪(zao)比(bi)(bi)估(gu)計的(de)改進維納濾波器(qi)算(suan)法，此算(suan)法對(dui)帶噪(zao)語音(yin)信號(hao)通(tong)過譜(pu)墑進行(xing)端(duan)點檢(jian)測，并根(gen)據檢(jian)測結果對(dui)無聲段的(de)噪(zao)聲功率(lv)譜(pu)進行(xing)動(dong)態(tai)更新，從而(er)得到期望(wang)的(de)先(xian)驗(yan)信噪(zao)比(bi)(bi)，提高(gao)除噪(zao)性能。改進維納濾波器(qi)的(de)算(suan)法流程圖如圖4所示。

4.3.2算法步驟描述

（1）預處理

輸入帶噪(zao)(zao)語(yu)音信號，將輸信號進行分幀與加窗處理，利用譜減(jian)法降低噪(zao)(zao)聲，以提高輸入語(yu)音信號的(de)信噪(zao)(zao)比。在起始(shi)階段，算出前幀信號的(de)噪(zao)(zao)聲功率譜，做為動態估算的(de)初值。

（2）端點檢測

將噪音(yin)(yin)信號利用(yong)譜墑法(fa)(fa)進行端點(dian)檢測，記錄(lu)語(yu)音(yin)(yin)信號有聲(sheng)段的(de)起始點(dian)和結束(shu)點(dian)。該步從(cong)源頭上抑(yi)制噪聲(sheng)對語(yu)音(yin)(yin)識別系統的(de)干擾，降低噪聲(sheng)對語(yu)音(yin)(yin)信號端點(dian)檢測的(de)影響。端點(dian)檢測的(de)閾(yu)值（Ts）可以通過下面的(de)方(fang)法(fa)(fa)獲得，即：

式(shi)3中α是(shi)一個經驗值，通(tong)常情況下(xia)約等于1.25。如果(guo)(guo)檢測結果(guo)(guo)表明(ming)，當前(qian)(qian)的(de)輸(shu)入(ru)語音(yin)幀(zhen)是(shi)在有聲(sheng)段，則(ze)進入(ru)圖4中的(de)步(bu)驟(zou)(zou)（3），進一步(bu)對該幀(zhen)信號(hao)進行降噪處理。如果(guo)(guo)檢測結果(guo)(guo)表明(ming)，當前(qian)(qian)輸(shu)入(ru)語音(yin)幀(zhen)處于無聲(sheng)段，則(ze)進入(ru)步(bu)驟(zou)(zou)（4），對該幀(zhen)信號(hao)進行噪聲(sheng)功率譜的(de)動態更新。

（3）維納濾波降噪

先(xian)估算當前幀的(de)(de)先(xian)驗信噪比(bi)，再通過(guo)公式計算維納濾波器的(de)(de)增益(yi)(yi)。然(ran)后將當前幀的(de)(de)功(gong)率譜乘以濾波器增益(yi)(yi)。即(ji)輸出降噪后的(de)(de)語(yu)音信號(hao)，可通過(guo)降噪后的(de)(de)語(yu)音信號(hao)功(gong)率譜通過(guo)傅里葉逆變換得到。

（4）噪聲功率譜更新(xin)

將當前(qian)幀數據與上一幀無聲片段的數據進行加權處(chu)理，即

式4中，第一(yi)項是由當前(qian)(qian)幀(zhen)數(shu)據(ju)估計的(de)(de)噪聲(sheng)(sheng)功(gong)率譜(pu)(pu)，并且是用于調整(zheng)(zheng)當前(qian)(qian)幀(zhen)與(yu)前(qian)(qian)一(yi)幀(zhen)功(gong)率譜(pu)(pu)加權時權重的(de)(de)調整(zheng)(zheng)因子。顯然，無聲(sheng)(sheng)片段(duan)噪聲(sheng)(sheng)功(gong)率譜(pu)(pu)的(de)(de)動態更新可(ke)通過上式的(de)(de)加權平(ping)均實(shi)現(xian)。

5.結論

本(ben)文(wen)提出的(de)基于網絡控(kong)制的(de)服(fu)務(wu)型機(ji)器(qi)人，在控(kong)制方法、語音(yin)辨(bian)識方面作了有益的(de)設計(ji)和(he)改(gai)進(jin)，更(geng)適(shi)合服(fu)務(wu)行業的(de)特(te)點，能更(geng)好發(fa)揮(hui)服(fu)務(wu)機(ji)器(qi)人的(de)優勢，具有巨大社會(hui)和(he)經濟價值。

參考文獻：

[1].黃敦華，李勇，薛梅.校園(yuan)內(nei)導游服務型自(zi)主移動機(ji)器人設(she)計與(yu)實現(xian)[J].制造業自(zi)動化(hua)，2010，38（12）.13-16

[2].劉海濱(bin).魯棒(bang)性語音識(shi)別的特征提取與模型自適應算法研究[D].東南大學博士學位論(lun)文(wen)，2004.

[3].徐玉華，張崇(chong)巍，徐海琴.基于激光(guang)測距儀的移(yi)動機器人新方法[J].機器人，2010，32（2）.25-28

篇10

關鍵詞：機器人；彈(dan)跳運動(dong)；輪式移動(dong)；結(jie)構設計

0 引言

輪式(shi)移動(dong)(dong)機(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)在空間(jian)探索、海洋開發、家庭應用(yong)等領域發揮著(zhu)重要(yao)作用(yong)。在相對(dui)較為(wei)平坦的環境(jing)中，僅需(xu)要(yao)機(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)有(you)較為(wei)靈活的移動(dong)(dong)能(neng)力(li)，而當遇到(dao)(dao)地形崎嶇、較大障礙物(wu)或溝渠時，一(yi)般的移動(dong)(dong)機(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)的運動(dong)(dong)就會(hui)受到(dao)(dao)嚴重的限制。在復(fu)雜的環境(jing)中，如地震救災，機(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)要(yao)有(you)對(dui)地面較強的通過(guo)能(neng)力(li)和對(dui)環境(jing)的適應能(neng)力(li)。在實(shi)際(ji)的應用(yong)中，為(wei)了越過(guo)障礙物(wu)，要(yao)求機(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)具有(you)一(yi)定的跳(tiao)躍(yue)能(neng)力(li)[1～3]。

彈(dan)(dan)跳(tiao)機器(qi)(qi)人可(ke)(ke)以(yi)輕而易舉的(de)(de)(de)越過與(yu)自身尺寸相當的(de)(de)(de)，甚至數倍于自身尺寸的(de)(de)(de)障礙物或溝渠，因此更適合(he)復雜和(he)不(bu)可(ke)(ke)預測的(de)(de)(de)環境[4]。但是，單純的(de)(de)(de)機器(qi)(qi)人彈(dan)(dan)跳(tiao)運動會消耗(hao)大量(liang)的(de)(de)(de)能(neng)量(liang)，且元件的(de)(de)(de)磨損程度(du)會比較嚴重，而輪(lun)式(shi)(shi)移動可(ke)(ke)以(yi)適應(ying)相對(dui)較為平坦的(de)(de)(de)地形。因此，將彈(dan)(dan)跳(tiao)運動和(he)輪(lun)式(shi)(shi)移動結合(he)，針對(dui)不(bu)同的(de)(de)(de)地形，選(xuan)擇(ze)適合(he)的(de)(de)(de)運動方式(shi)(shi)，既(ji)可(ke)(ke)以(yi)節省能(neng)源，延長(chang)元件使(shi)用壽命，又可(ke)(ke)以(yi)使(shi)機器(qi)(qi)人的(de)(de)(de)適用范圍更廣泛(fan)[5]。

本文構建了(le)一個具(ju)有跳(tiao)躍能力的(de)輪式(shi)移動機器(qi)(qi)人，該機器(qi)(qi)人是在(zai)彈(dan)(dan)跳(tiao)機器(qi)(qi)人MSU jumper[6]的(de)基礎上(shang)進(jin)行了(le)結構優化和(he)運動方(fang)式(shi)的(de)結合(he)設計(ji)，采(cai)用仿生設計(ji)方(fang)法和(he)3D打印的(de)制(zhi)造技術，實現電動彈(dan)(dan)跳(tiao)與輪式(shi)集成機器(qi)(qi)人形(xing)小(xiao)、質輕這一優化目標(biao)。

1復合機器人工作原(yuan)理

1.1復(fu)合(he)機(ji)器人(ren)結(jie)構組成(cheng)

復合(he)機(ji)器(qi)人結(jie)構(gou)，其彈跳(tiao)機(ji)構(gou)由3部(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)組成(cheng)：主(zhu)體(ti)結(jie)構(gou)、傳動(dong)部(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)、壓(ya)縮(suo)釋(shi)放機(ji)構(gou)。主(zhu)體(ti)部(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)由上腿，下腿、壓(ya)縮(suo)板和(he)底板四部(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)組成(cheng)，形(xing)成(cheng)了六桿機(ji)構(gou)。壓(ya)縮(suo)和(he)釋(shi)放機(ji)構(gou)套在(zai)傳動(dong)部(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)的(de)輸出(chu)軸上，用以完(wan)成(cheng)彈跳(tiao)機(ji)構(gou)的(de)壓(ya)縮(suo)和(he)釋(shi)放動(dong)作。輪式移(yi)動(dong)部(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)整體(ti)是三輪式結(jie)構(gou)，包括兩個(ge)前輪、兩個(ge)直流減速電機(ji)和(he)一個(ge)輔助(zhu)支撐(cheng)輪及其支架。同時(shi)，三輪式移(yi)動(dong)結(jie)構(gou)被選為彈跳(tiao)機(ji)器(qi)人的(de)移(yi)動(dong)平臺(tai)，實現平坦(tan)路面的(de)輪式移(yi)動(dong)功(gong)能。

1.2復合(he)機器人的(de)工作(zuo)原(yuan)理

電(dian)動(dong)彈跳輪(lun)式移動(dong)復合機器人具有兩種運動(dong)方(fang)式：一種是彈跳運動(dong)方(fang)式；另一種是輪(lun)式移動(dong)方(fang)式。在(zai)工(gong)作(zuo)執行(xing)開始時，機器人根據路(lu)況會進行(xing)運動(dong)方(fang)式的(de)選(xuan)擇，選(xuan)擇情況如下：

（1）當是平坦路面時(shi)，機器(qi)人選擇輪(lun)式移動(dong)(dong)運(yun)動(dong)(dong)方式，彈跳(tiao)機構保持初始(shi)狀態，通過機器(qi)人前輪(lun)驅動(dong)(dong)，使機器(qi)人到(dao)達工作目(mu)的地。

（2）當遇到較高障(zhang)礙物(wu)時，機(ji)器人選擇彈跳運動方(fang)式(shi)。經過(guo)彈跳運動，機(ji)器人完成(cheng)躍過(guo)障(zhang)礙物(wu)任務，并執行接下來的任務，最終達(da)到工(gong)作目的地。

2復合機器人的結構設(she)計(ji)

電動(dong)彈跳輪式(shi)復合機器(qi)人的設計不僅要實現彈跳高度和運(yun)動(dong)方式(shi)良好(hao)結(jie)合性的目(mu)標(biao)，而且要實現機器(qi)人微型化和重(zhong)量輕的目(mu)標(biao)。

2.1彈跳(tiao)機構設計

彈(dan)跳機(ji)(ji)構(gou)(gou)(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)設(she)計(ji)包括(kuo)三部分(fen)：六桿蓄能(neng)(neng)機(ji)(ji)構(gou)(gou)(gou)(gou)設(she)計(ji)、傳動部分(fen)設(she)計(ji)和壓縮(suo)(suo)―釋(shi)放機(ji)(ji)構(gou)(gou)(gou)(gou)設(she)計(ji)。為(wei)(wei)了簡(jian)化(hua)機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人的(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)，機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人彈(dan)跳主(zhu)體部分(fen)選(xuan)擇六桿蓄能(neng)(neng)機(ji)(ji)構(gou)(gou)(gou)(gou)，而(er)且四腿(tui)長度相等。六桿機(ji)(ji)構(gou)(gou)(gou)(gou)扭簧的(de)(de)(de)(de)壓縮(suo)(suo)初始(shi)角為(wei)(wei)75°，壓縮(suo)(suo)終止角為(wei)(wei)15°，壓縮(suo)(suo)量為(wei)(wei)60°，為(wei)(wei)了減(jian)(jian)(jian)(jian)輕(qing)機(ji)(ji)構(gou)(gou)(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)整體重量，六桿蓄能(neng)(neng)機(ji)(ji)構(gou)(gou)(gou)(gou)中的(de)(de)(de)(de)上腿(tui)、下腿(tui)、壓縮(suo)(suo)板和底板四部分(fen)均(jun)采用(yong)腹板―加強筋結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)。傳動部分(fen)選(xuan)擇現(xian)成的(de)(de)(de)(de)減(jian)(jian)(jian)(jian)速(su)電機(ji)(ji)，將減(jian)(jian)(jian)(jian)速(su)器(qi)(qi)(qi)和電機(ji)(ji)集成一體，這樣(yang)不僅能(neng)(neng)夠節省空間(jian)、提高效率，而(er)且可以大大減(jian)(jian)(jian)(jian)輕(qing)機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人整體重量。減(jian)(jian)(jian)(jian)速(su)電機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)減(jian)(jian)(jian)(jian)速(su)比(bi)為(wei)(wei)300，外置嚙合齒輪組的(de)(de)(de)(de)減(jian)(jian)(jian)(jian)速(su)比(bi)為(wei)(wei)6，總減(jian)(jian)(jian)(jian)速(su)比(bi)為(wei)(wei)1800。同(tong)樣(yang)為(wei)(wei)了減(jian)(jian)(jian)(jian)輕(qing)機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人的(de)(de)(de)(de)重量和簡(jian)化(hua)機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人的(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)，將壓縮(suo)(suo)―釋(shi)放機(ji)(ji)構(gou)(gou)(gou)(gou)兩者設(she)計(ji)為(wei)(wei)一體結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)，下面主(zhu)要介紹壓縮(suo)(suo)、釋(shi)放機(ji)(ji)構(gou)(gou)(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)和工(gong)作原理。

圖1所(suo)示為壓(ya)縮(suo)釋放機構(gou)(gou)工作原理圖，該結構(gou)(gou)由(you)離(li)合(he)件(jian)、插(cha)(cha)銷(xiao)和魚線繩(sheng)三部(bu)(bu)分組成。插(cha)(cha)銷(xiao)1安裝(zhuang)于傳動(dong)機構(gou)(gou)的輸出軸(zhou)，其伸出部(bu)(bu)分位于離(li)合(he)件(jian)2的180°槽內，離(li)合(he)件(jian)安裝(zhuang)于輸出軸(zhou)上，離(li)合(he)件(jian)的內孔和輸出軸(zhou)之間(jian)采用間(jian)隙配合(he)方式。

當六桿(gan)機(ji)構(gou)壓(ya)縮初始狀(zhuang)(zhuang)態(tai)時(shi)，插銷1與離(li)合件2的溝槽側面接觸(chu)。壓(ya)縮開(kai)始后，在傳動機(ji)構(gou)的帶(dai)動下，插銷1帶(dai)動離(li)合件做逆時(shi)針旋轉(zhuan)。離(li)合機(ji)構(gou)旋轉(zhuan)180°后，離(li)合件2的末(mo)端(duan)上升到(dao)最高點(dian)。此(ci)時(shi)，六桿(gan)機(ji)構(gou)處于最大程度壓(ya)縮狀(zhuang)(zhuang)態(tai)，離(li)合件2和插銷1兩者(zhe)之間處于自由狀(zhuang)(zhuang)態(tai)。當輸出軸繼續轉(zhuan)動微(wei)小(xiao)角度后，離(li)合件2在插銷1的微(wei)小(xiao)干(gan)擾和魚線(xian)繩(sheng)3的拉力作用下，迅速旋轉(zhuan)回到(dao)初始位置，從而使得(de)彈跳機(ji)構(gou)釋放能(neng)量。

插銷1保(bao)(bao)證(zheng)(zheng)了離合(he)件2的單(dan)向旋轉，離合(he)件2達到最(zui)高(gao)點可以在魚線繩3的作用下短暫(zan)鎖定，離合(he)件2的180°缺口保(bao)(bao)證(zheng)(zheng)了突(tu)然釋放。該機(ji)構(gou)改進MSU jumper的單(dan)向軸(zhou)承，實現了單(dan)向軸(zhou)承的功能，同時也減輕了機(ji)器人的重量。

2.2輪式移動結(jie)構設(she)計

基于電(dian)動(dong)(dong)彈跳輪式(shi)復合機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)人的(de)(de)穩(wen)(wen)定(ding)性和平(ping)衡(heng)性，機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)人輪式(shi)移動(dong)(dong)部分整體(ti)設計成三輪結構。兩(liang)(liang)前(qian)(qian)輪采用(yong)各自驅(qu)(qu)動(dong)(dong)方(fang)式(shi)，方(fang)便(bian)機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)人移動(dong)(dong)的(de)(de)調整和轉(zhuan)向，兩(liang)(liang)前(qian)(qian)輪由兩(liang)(liang)個(ge)直(zhi)流(liu)減速電(dian)機(ji)(ji)(ji)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)，車輪直(zhi)接安裝在減速電(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)D字輸出軸上(shang)。輔助支撐輪起平(ping)衡(heng)作用(yong)，維持機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)人的(de)(de)穩(wen)(wen)定(ding)性。

3復合機器人(ren)試驗分析與改(gai)進

3.1試驗分析

圖(tu)3.1所示為(wei)一組機(ji)(ji)器(qi)人彈跳試(shi)驗(yan)結(jie)果圖(tu)，在無控(kong)制系統的(de)(de)狀態下，電源直接帶(dai)動(dong)(dong)機(ji)(ji)器(qi)人電機(ji)(ji)，進行彈跳和(he)輪(lun)式移動(dong)(dong)試(shi)驗(yan)。機(ji)(ji)器(qi)人的(de)(de)整(zheng)體重(zhong)量為(wei)85g，彈跳最高高度(du)為(wei)21cm，從壓縮開始到(dao)彈跳離(li)地的(de)(de)時間為(wei)4s。試(shi)驗(yan)結(jie)果驗(yan)證了壓縮釋放機(ji)(ji)構設計和(he)輪(lun)式移動(dong)(dong)與(yu)彈跳運動(dong)(dong)結(jie)合的(de)(de)可行性。

同時，機器(qi)(qi)人試(shi)驗結果也出(chu)現(xian)了諸(zhu)多問題。彈跳結束后(hou)，機器(qi)(qi)人容易傾倒，無法恢復行走狀態(tai)；機器(qi)(qi)人行走時的(de)重心不(bu)穩；能量利用率(lv)不(bu)高(gao)。當機器(qi)(qi)人釋放的(de)過程中，能量會大(da)量損失(shi)。

3.2復合機器人改(gai)進

基(ji)于(yu)上述分析，電動彈(dan)跳輪式(shi)(shi)復合機(ji)器(qi)(qi)人(ren)的(de)上下兩部(bu)分的(de)質量分配可以(yi)繼續(xu)優化。考慮到(dao)機(ji)器(qi)(qi)人(ren)重心不穩的(de)問題，可以(yi)改變(bian)機(ji)器(qi)(qi)人(ren)輪式(shi)(shi)和(he)彈(dan)跳機(ji)構的(de)結合方式(shi)(shi)。因此，機(ji)器(qi)(qi)人(ren)可以(yi)做如下改進(jin)：

（1）選擇壓縮(suo)板(ban)作為機器(qi)人(ren)輪式移動平臺(tai)，使得機器(qi)人(ren)上半部分分配(pei)更多重量，以減少跳躍過程的能(neng)力損失。

（2）在機器人選擇(ze)輪(lun)式移(yi)動(dong)運動(dong)時，彈跳機構處于完全(quan)壓縮狀態，以提高機器人的穩定性。