浅谈移动机器人机电控制系统安装

浅谈移动机器人机电控制系统安装

卢庆棠

引言机器人的前身其实是自动化生产机械设备，工厂的自动化生产机器只能在程序作用下不断重复某一工作过程，还需要有工作人员对设备进行定期维修和养护。现代化机器人区别于机械生产设备的关键是，机器人在人工智能技术的作用下，使得其拥有一定的思考能力，并配上与人类相似的外表。在执行某项指令时，机器人会根据具体情况进行选择性处理。这些行为动作主要依靠编程和机电控制系统，想要实现人工智能还需在机电设计上继续努力。1机器人发展历程及分类相关介绍1.1定义及发展历程概述移动机器人，顾名思义是移动的、能够行走的机器。其庞大的程序编程就相当于人类的大脑，能够自发地进行某项工作，同时人们还能通过遥控设备实现对机器人的指挥。它的存在是为了代替人们完成无法完成的工作，金属是不怕火、不怕高的，因此在消防工作和建筑高空作业中使用会得到较好的效果。同时也能用在居家生活中，为人们分担繁杂的家务，还能起到解决突发事件并及时发出警报的作用，使人们的人身安全得到更大程度的保证。智能机器的从上世纪六十年代就开始发展，起初研究的目的是为代替人类进行月球探测工作。当时国外某些国家已经成功研制出自动探测机器人，并实现对其它星球土质的开采。在认识到智能机器的优势后，在往后十年的发展中日本又研制出智能机器，并在外部构造上模仿人类，成功完成海洋探测任务。可见移动机器人在各个领域都能得到有效应用，此后的几十年时间全球科学家都致力于对人工智能的研究和突破，并取得了很大突破，机器人也在冶金、石油及矿山的开采中得到大量运用。目前机器人的应用还在向各个领域不断渗透，在服务行业、建筑业、医疗行业都得到有效应用。机器人强大的功能已经得到了我国的高度重视，可见其发展前景是相当广阔的。1.2对机器人的分类介绍机器人的分类方式很多，下面介绍几种主要的分类方式。按照其工作场合的不同，可将其大致分为室内工作与室外工作；按照其行走方式的不同，研究出轮式、步行式等；按照不同的内部构造，可分为水平式、垂直式等[1]；此外，不同行业的机器人使用也非常广泛，例如在航天业、医疗业等。在为人们生活带来便利的同时，也极大的促进科学的进步与发展。2控制系统中软硬件的设计安装概述2.1控制系统硬件相关介绍硬件系统主要是机器人对外界环境声音的感知力。通常机器人在正常工作时，需要像人一样对外界发生的各类事物进行感知，并记下事情发生的全过程，再经过思考找出最合适的解决办法。超声波探测技术在机器人上的使用，能使其“看到”周围的环境。超声探测装置安装在机器人的胸腔，此位置与其行走方向一致能够准确探测正常人类视线范围之内的障碍物。超声波技术需要结合红外线测距仪器才能完成相应工作。其主要工作原理如下：在机器人发生行走动作时，红外线测量仪器能够探测周围一定距离的环境，若出现障碍物就将该信息传给超声探测装置。相关装置就像他侧方向精确的发射超声波，将发射回来的波段进行处理和成像，最终识别障碍物的具体形状。在这一过程中，需要硬件系统控制设备反复发送波段，才能保证探测结果准确无误。目前的技术水平，超声波能够探测的安全距离还较短。不能做到及时避免危险，同时机器人的反应速度及动作灵敏程度还不够，需要进一步研究改进。2.2控制系统软件安装相关介绍软件系统是机器人全身重要的组成成分，直接影响到其执行命令的准确程度，以及对外界环境的感知。机器人的软件系统主要包括以下几方面的安装设计：自动化系统，该系统结构遍布机器人全身，起到协调肢体动作并促进其进行一系列行为活动，整个行动过程都是自动化完成的；核心系统，该系统是安装在机器人的头部，相当于人类的大脑。接收到的外界所有信息都会反馈到“大脑”，在其庞大的数据库比照和计算下，得出最佳的解决方案；驱动系统，该系统通常安装在不易受到外界影响的部位。任何装置都需要有动力来源，无论是对环境的感知、分析还是最终的动作，都需要动力才能驱动机器人行动。因此通常在机器人设计时，研究人员会留出充电部位以便能够充电使其获得能量；最后是执行系统，执行系统与自动化系统相辅相成，能够保证执行动作的准确程度[2]。相当于自动化系统的监督装置，在自动运行出现误差时，执行系统可及时强行改正。3机电系统的安装设计概述3.1模拟人的动作安装设计人类移动是依靠双体的行走能力，不断重复跨步的动作达到有效地移动。在行走过程中，当一只脚离开地面另一只脚必然会停留在地面上，这中间存在很小和时间间隙，在双腿交换的瞬间会出现极为短暂的双脚落地现象，我们称这一现象为双腿使用相。在行走动作发生时，极大部分时间都要依靠单腿支撑来完成行走、转向等基本工作，这时单腿被称作支撑相。通过研究人类的行走规律，对行走动作进行分解后，在机器人的移动上进行模拟使用。通常使用的居家机器人会模拟人类外观进行设计，这能够使机器人在最大程度上能够协助人类完成简单的家务等工作，方便人们的生活[3]。此外，在石油、矿产的开采中需要的是钻井机器人、在海洋探测中需要的是蟹行机器人、在山地探测中需要使用履带式机器人。总之不同的工况下需要不同类型的机器人才能很好的完成工作。3.2控制系统安装设计控制系统是机电安装设计的核心内容，控制系统由多个电机和移动控制器组成，还有CPU处理系统，完成相关动作的分析以及发布号令，也就是上文提到的软件设计中的一项系统。当探测到外界环境后，CPU经过大量的数据对比或经过精密的计算，就能得出最佳的行走路线。分析完成后向控制器发出相关指令，控制器将命令转换成PWM信号输送到功率放大器，实现对机器人动作的控制。在控制器与功率放大器之间存在微处理器，可对PWM信号的传输进行以下各项准备工作：将超声波探测装置检测到的波段及周期进行有效记录；将寄存器预先接通，方便信号的存储；对探测装置有启动作用。PWM信号是数字信号，由于目前研究水平的局限性，机器人只能对简单的数字信号加以识别和分析[4]。因此探测系统会将感受到的声音、图像等信息转换成数字信号供机器人理解，只要信号传输不失真，机器人就能正常工作。4结束语本文通过对机器人概念及大致发展情况、硬件和软件的设计以及机电控制系统设计安装的详细介绍，使人们对智能机器人有了系统的认识和了解。从中也能看出科技的强大，未来人们的生活极有可能向着智能化、自动化的方向发展。未来的机器人不仅能够代替人们无法完成的工作，还可能加入天气、危险的预测及警报功能，总之智能化机器人还有很广阔的发展空间。参考文献[1]梁栋,尹晓红,王梦晴.移动机器人研究现状及发展趋势[J].科技信息,2014(9):33-37.[2]王云磊,祁宇明,丁大宝.移动机器人控制系统的设计[J].机械工程与自动化,2017(6):157-158.[3]李瑞峰,黄超,孙中远.两轮驱动移动机器人控制系统的研制[J].机械设计与制造,2011(6):157-159.[4]杨淦.基于无线网络控制的移动机器人设计[D].河北工业大学,2014:1-70.