家用安保机器人（通用4篇）
家用安保机器人 篇1
家庭服务机器人是机器人的发展方向, 是我国进一步加强机器人技术研究的突破口, 是我国“十一五”期间机器人技术的发展重点。当前面向家庭服务机器人的研究还有很多方面需要研究。
1 我国家用机器人现状
随着科技发展, 机器人慢慢出现在我们的生活当中, 有些已经进入了我们的家庭, 比如智能轮椅机器人、智能穿戴机器人、智能玩具机器人等。我国相对于国外的机器人研究起步较晚, 一些核心技术和重要的零部件等都不能自主研发, 所以长期以来都处于相对落后的水平。
2 家用机器人发展所需要的技术
家用机器人作为机器人产业的一个分支, 它的技术集成需要多方面领域同步发展。
2.1 自主移动技术
家用机器人要想在室内环境中可以自由自主移动, 就需要对应的自主移动技术及其机构。或许由于各自功能不同需要其他的辅助技术, 但是作为需要移动的功能模块来说, 有一些共同问题, 比如如何使自主移动所需要的方向控制、行动驱动和位置传感能够标准化、机器人在移动过程中对问题的实时处理、整体机构的通信集成如何处理等。
2.2 移动和作业机构
不同的家用机器人功能作用不同, 其工作环境也不一样, 这样就需要有适应其工作环境的移动和作业机构。当机器人想要完成一件事情的时候, 它可能需要的不只是单独的一种机构, 而是需要将移动和作业机构顺畅有序的相互结合。所以家用机器人的执行和驱动机构应该满足多功能和一体化的要求。所以要研发出真正能够做事情的家庭机器人, 就必须使其一定能够和作业机构能够适应家庭的环境及作业任务需求。
2.3 感知技术
机器人全身上下不具备人体所特有的神经系统和感觉系统。但是作为家庭机器人, 它需要在家庭环境中对周围能够准确及时的反映出相关信息并处理。所以, 它就需要具备相当的感知能力, 而传感器则相当于机器人的“神经系统”。通过传感器, 家用机器人在环境中进行作业的时候, 可以及时的获取周围环境所传递出的感知信息, 这样机器人就能够及时的做出反映。要想提高家用机器人的智能化水平, 我们就需要开发出多种传感系统和元器件, 以便于对多种信息进行综合处理。这也会是在家用机器人中感知技术的一个发展方向。
2.4 交互技术
要想使交互技术领域能够持久发展, 则需要注意对视觉和听觉综合的交互结合需求。之所以适用交互技术, 就是要把机器人看成是朋友, 赋予其独特的情感, 就好比人与人之间能够依靠语言来交流一样。所以我们要突破当前语言技术和视觉技术的水平限制, 要能逐步建立起人于家用机器人之间的交互平台。
2.5 自主技术
家用机器人要想提高其实用性, 就需要使其能够适应变化不同的环境, 而且其所应用能够的环境基本上是半模块化的。这就要求机器人对于不同任务也要能够很好适应并处理。但是问题就在于机器人的设计者不可能会跟在机器人身边来发布指令, 这就需要机器人能够具有自我技术, 自主技术的目标是赋予机器人以思维。
2.6 网络通信技术
当今时代, 网络技术比较发达。人们对家用机器人的功能不仅仅满足于在现场的发布指令, 更需要通过网络通信的技术进行远程操控。而网络通信和机器人的结合给机器人技术的发展提供了更为广阔的空间。通过网络操作, 使人能够对机器人进行遥控操作, 这能够弥补当前机器人发展中存在的不成熟之处。尤其是对于家用机器人来说, 主人要想进行什么事情, 只需要远程遥控发射出一个信号, 机器人就能够独立自主的完成, 而这些就需要导航和定位等技术进行支持。
3 我国家用机器人发展趋势
3.1 老龄化社会和残疾人需要家用机器人服务
当今中国, 需要面对的新挑战是人口的老龄化加剧, 以及残疾人的比重越来越高。我们可以预想的到, 随着时间推移, 在未来我们需要投入大量的人力物理财力来护理老年人和残疾人, 而这也会成为我国的重要负担。如果我们能够提供许多专门做护理工作的家用机器人, 来照料老年人和残疾人的饮食起居, 这不仅可以使他们生活的质量得到提高, 也可以缓解目前国家和社会的压力。
3.2 日常生活娱乐的需求
我们目前的娱乐生活中, 采用的大都是比较传统, 比较单一的方式。随着时代发展, 机器人慢慢进入我们生活, 此时在家用机器人中就可以出现专门提供我们娱乐的智能机器人。
3.3 新的生活方式的需求
家用机器人不同于其他机器人之处就在于其能够为广大普通家庭所服务, 所以它能够成为大众化的消费产品。而且家用机器人也有望推动国民经济进一步发展, 而这也是美国等发达国家发展家用机器人的原因所在。
4 发展家用机器人的建议
4.1 进行模块化结构的研究
我国机器人产业起步较晚, 一些从事家用服务机器人制造生产的企业单位基本上还是处于发展初期。一些技术只是处于研发阶段或者进行试验, 并没有能够独立自主的生产出有鲜明特色的家用机器人, 为了能够提高企业的竞争力和机器人的科技含量, 我们需要对家用机器人进行整体模块化的研究。
4.2 关注家用机器人产业市场
家用机器人产业要发展就需要相关的产业链。在这个产业链中, 主要有软件市场和传感器市场。要想在这个市场上占据一席之地, 把握好家用机器人的产业方向, 就需要对软件市场的方向把握准确。而在家用机器人的元器件中, 核心的传感器大部门依赖进口, 而且价格不菲, 而且核心技术发达国家不会传授给我们, 这也制约了我们的发展。
4.3 加强产学研之间的结合
要想提高我国机器人的技术水平, 就要促进大学的学术研究和企业的生产相结合, 双方技术共享, 信息互通。共同开发各功能模块部件, 国家要鼓励大学或研究单位将科技成果产业化, 加强产学研结合, 共同促进我国家用机器人的发展。
5 结语
随着家用机器人技术的革新与突破, 其正成为一个新兴发展的产业。而要想使家用机器人能够得到更多人的承认, 得到更广泛的只用, 就需要生产厂家与科研机构共同努力。本文通过对家用机器人的技术分析和发展趋势进行研究, 提出了一些建议。我们可以结合当前的社会环境和技术水平, 先把握好低端机器人的市场运作, 再稳步发展高端市场, 使我国家用机器人能够出现更好的发展局面。
摘要：本文通过对家用机器人的现状了解, 分析相关的技术要求, 寻找发掘家用机器人所必备的技术条件和功能模块。结合我国将来需求, 进行未来的发展方向分析。
关键词：家用机器人,技术水平,模块,发展
家用安保机器人 篇2
本次由中国机器人产业联盟发布的3项标准集中在工业机器人领域, 分别为《弧焊机器人系统通用技术条件》《定重式灌装机器人通用技术条件》《工业机器人专用电缆》。其中, 《定重式灌装机器人通用技术条件》已由国家标准委审核通过, 将作为国家标准发布。
同时, 中国机器人产业联盟正针对服务机器人编制相关标准, 配合有关部门加快推进标准制定。通过标准体系的引导, 家用机器人也有望更加安全、“靠谱”。
国产工业机器人产量有多大?未来发展挑战何在?国家统计局公布数据, 今年1月到11月, 我国工业机器人产量为6.4万台, 比2015年全年产量增长逾90%。
2016年国产工业机器人销量保持增长势头。中国机器人产业联盟14日在此次中国机器人产业推进大会上发布数据:上半年累计销售19257台, 按可比口径计算较上年增长37.7%, 已连续多年保持了较高的增长速度。
作为我国经济转型、优化调整的重要支撑, “国产工业机器人在中国市场销售良好。”中国机器人产业联盟执行理事长宋晓刚介绍说, 3C制造业 (计算机制造、通信设备制造和其他电子设备制造业) 以及汽车制造业是国内产机器人的主要市场。数据显示, 2016年上半年有43%的国产工业机器人销往华东地区。
值得注意的是, 尽管经历了强劲、快速的发展势头, 我国机器人产业起步晚, 原有的一些标准已经滞后, 能够覆盖和引导产业发展的标准体系尚不完善。在此次中国机器人产业推进大会上, 中国机器人产业联盟同时发布了3项机器人标准, 并宣布已对17项标准进行立项编制。
“产业联盟可以在推动行业自律方面发挥更大作用。”工业和信息化部装备工业司副司长孙峰表示, 当务之急是建立有利于机器人研发、创新和有序竞争的行业环境, 引导产业健康发展。
据悉, 国家机器人检测与评定中心已于2015年成立, 多部委正联动推进建立我国机器人产业标准、检测认证体系, 未来将推进国家采信与市场采信双轮驱动, 构建社会共治的新格局。
机器人是先进制造业的关键支撑装备。中国机器人产业联盟标准工作组副组长、北京机械工业自动化研究所副总工程师谢兵兵认为, 机器人产业创新快、市场需求旺盛, 需要由政府主导制定的标准和市场自主制定的标准共同构成的新型标准体系。
家用安保机器人 篇3
根据“十二五”国家发展规划,家庭信息数字化、全智能化将成为我国信息产业发展的重点[1,2]。智能家庭安保信息系统将作为一个新兴产业重要分支出现。智能安保机器人已经从定点作业发展模式转变为智能自主作业发展模式。智能安保机器人主要分为轮式类型的机器人和仿生多足机器人。与轮式类型的机器人相比,仿生多足机器人的运动灵活性和适应性更强,在军事、抢险救灾等领域都有更广泛的实际应用价值[3~8]。在安保机器人领域,家具之间的沟隙(如两张桌子之间沟隙),楼梯等都是非结构家庭环境常见地形,而轮式机器人无法跨越或者在这样的环境行动,仿生昆虫多足式安保机器人通过足端设置传感器,获取准确的地面的信息,调整其步态,并需要迅速准确地改变运动形态,从而完成在这些环境的跨越和工作。本课题机器人是家庭安保机器人,考虑销售成本,这类机器人一定是小型低成本的机器人。本文主要研究小型的仿生昆虫多足家庭安保机器人(以下简称家庭安保机器人)的足端轨迹规划及其实现,以便这种低成本的机器人可以在家庭复杂多变的环境中运行。
1 家庭安保机器人基本机械结构
为了提高机器人适应家庭复杂的运动环境,节约机器人的制造成本,安保机器人采用蜂窝型躯体、仿生昆虫六足关节式的机械结构。蜂窝型躯体的机器人在大量节省制造材料的条件下增大安保机器人的肢节空间,也可以使得安保机器人具有很好的运动稳定性和适应性。仿生昆虫六足关节式结构运用了动物形态仿生学的理念,这样安保机器人在运动稳定性上可进一步提高。安保机器人智能感知控制系统实现对安保机器人的每个足尖点准确地控制,为此研发小组在机器人的六足上各安装了一台低成本的小型直流发电机,此外,为了安保机器人能快速地感应复杂环境,安装了多个足端压力传感器。但是为了减少生产成本,提高产品在市场上竞争力,这种家庭安保机器人的足端压力传感器只能使用普通电阻材料,工作温度范围为-25℃~65℃,不过这样温度的范围已经可以适应大部分的家庭温度环境。
2 预处理足端传感器信号
由于家庭复杂的环境,造成了家庭安保机器人的足端压力传感器包含了很多突变的不平稳噪声,加上为了节约制造成本采用了普通压力传感器,这些不平稳噪声有时候会变成尖峰很高的噪声,必须进行信号的过滤处理,以免影响足端信息处理的效果[9,10]。家庭安保机器人足端压力传感器的输入信号采用基于Mallat小波的快速算法进行去噪,具体的设计原理与步骤如下。
1)信号分解过程处理。根据Mallat小波的快速算法原理,利用合理的小波基函数对家庭安保机器人足端压力传感器的输入信号进行多层次小波分解。
设家庭安保机器人足端压力传感器的输入信号为Signal(n),根据Mallet小波的快速算法原理,有i0(n)=Signal(n),则信号分解工程由式(1)表示:
其中:为家庭安保机器人的分解半带低通滤波器的冲激响应;为家庭安保机器人的分解半带高通滤波器的冲激响应;j为分解尺度;另外ij+1和lj+1分别表示在尺度j+1上家庭安保机器人的概貌部分和细节部分。
2)高频低频信息处理。由于家庭安保机器人节约了材料制造成本,虽然足端压力传感器的输入的信号的频率段有0~500Hz,存在高频噪音和高达75Hz的工频干扰,而家庭安保机器人有用的频段只是集中在0~200Hz的区间内。可以采用强制阀值和软阀值相结合的处理方法来处理家庭安保机器人足端压力传感器输出的有用信号和干扰及噪声信号。首先把第1层的高频系数直接设置为0,也就是分解的高频部分采用了强制阀值的处理方式;而2~4层的信号由于即含有有用信号也还有噪声信号,所以对这些的高频系数只能采取软阀值处理,使得三层的噪声逐次衰弱;最后全部保留第4层分解出的低频信息。
3)Mallat小波重构处理。Mallat小波重构可以用式(2)表示:
其中:r为家庭安保机器人的分解半带低通滤波器的冲激响应;t为家庭安保机器人的分解半带高通滤波器的冲激响应。
3 家庭安保机器人足端轨迹规划策略
本文的仿生昆虫家庭安保机器人足端轨迹规划策略主要是针对家庭安保机器人遇到家具之间的沟隙(如两张桌子之间沟隙),根据足端压力传感器的反馈信息快速并准确地选择落足点的位置。
家庭安保机器人的足端轨迹规划系统在硬件设计和智能工程计算等方面都大量运用了动物形态仿生学的理念。硬件设计方面:家庭安保机器人的足端压力器用于感受地面的变化,相当于动物神经感觉末梢部分;家庭安保机器人的智能工程信息处理芯片和信息转换模块类似于动物小脑部分;起到连接通讯作用是CAN总线,相当于动物脊髓,将智能工程信息处理芯片和信息转换模块与家庭安保机器人的直流电机驱动器和串口(相当于动物运动神经部分作用)连接起来;直流电机输起到送动力作用,相当于动物的肌肉部分。在智能工程计算方面:家庭安保机器人的信息处理芯片和信息转换模块独自完成规划机器人的落足点轨迹的工程,然后信息处理芯片和信息转换模块通过CAN总线与直流电机驱动器直接通信控制直流电动机;家庭安保机器人的主控器(相当于人的大脑的作用)完全没有参与整个决策系统,系统只是信息处理芯片和信息转换模块与电机驱动器之间通信传输,大大减轻了主控器的负担,从而提升了机器人反应的实时与有效性。
家庭安保机器人的足端轨迹规划过程是指家庭安保机器人的智能工程信息处理芯片和信息转换模块根据足端压力传感器的反馈的家庭环境信息,智能选择合适的足端落脚点的过程。首先假设家庭安保机器人Tj时刻家庭安保机器人的支撑足的足端压力传感器的反馈值为r(Tj),而下一个支撑足的足端压力传感器的反馈值为r(Tj+1),Tj和Tj+1满足:
其中δT为家庭安保机器人以三角步态行进时的完整步态周期。
假设R为家庭安保机器人的足点与地面接触时足端压力传感器的反馈阀值,则Tj+1成为可靠落足点条件为:
反之:
则认为Tj+1时刻足端下方有沟隙,不是可靠的落足点,需要快速地搜索一个新的可靠的落足点。
家庭安保机器人新的落足点搜索顺序如下。
1)家庭安保机器人的左侧搜索顺序是“前-左”;
2)家庭安保机器人的右侧搜索顺序是“前-右”。
家庭安保机器人按照新的落足点搜索顺序进行搜索,若搜索到新的落足点条件满足式(4)的条件,则可以确定新的合理的落足点,然后停止搜索;反之若无法搜索到合理的落足点,机器人停止运动,在Tj原地不动。整个搜索过程如图1所示。
4 家庭安保机器人足端轨迹规划的实现仿真实验
要确定家庭安保机器人的足端轨迹规划的各足端压力传感器的合理阀值,需要知道家庭安保机器人在平面运动行进时各足的受力情况。如图2所示为家庭安保机器人右侧三足在平面上的行进过程所采集到的压力信号图。根据动物形态仿生学原理,设定三足的阀值较为合理值为:前足:40N;中足:60N;后足:30N。
家庭安保机器人足端轨迹规划实现的流程图如图3所示,家庭安保机器人利用智能工程信息处理芯片和信息转换模块(相当于动物小脑部分)完成这个系统,而不需要主控制程序参加,减少了主控制器的运算压力。家庭安保机器人的仿真实验结果如图4所示。由仿真实验结果可以看出,家庭安保机器人准确地探测到两张桌子之间沟隙存在,并快速找到合理的落足点,这次仿真实验证明了家庭安保机器人适应家庭环境能力较强,足端轨迹规划策略的有效性和实效性都较好。
5 结论
家庭安保机器人已经成为国家发展规划“十二五”中家庭信息数字化、全智能领域重点发展方向之一。本文研究了家庭安保机器人在复杂家庭环境下足端轨迹规划问题。第一步,利用小波快速算法对家庭安保机器人的足端压力传感器的输入信号进行去噪处理;第二步,提出了类似于动物仿生学的家庭安保机器人足端轨迹规划策略,家庭安保机器人落足点的合理选取直接由信息处理芯片和信息转换模块(类似小脑)来完成,减轻了主控制器(类似大脑)运算压力,从而达到提高信息处理速度;最后,通过仿真实验证明了家庭安保机器人足端轨迹规划的合理性与有效性。下一步工作重点是在家庭安保机器人成本进一步控制情况下,进一步提高家庭安保机器人的运行速度,随着新材料和新算法的进一步完善,这样的想法是可以实现的。
摘要：随着人民生活水平提高,家庭安保问题越来越被重视。由于家庭居住环境非常复杂,一般轮式机器人很难适应这样复杂的运动环境。本文提出足端压力传感器的昆虫仿生机器人在复杂家庭居住环境运动,采用小波快速算法去除噪声,运用动物形态仿生学的理念的家庭安保机器人在家庭环境下运动轨迹策略;在所提出策略中,家庭安保机器人运用了动物形态仿生学小脑与大脑控制部分之间分离原理,减少主控制大脑的运算负荷,提升家庭安保机器人信息处理的实效性,使得家庭安保机器人可以较好适应家庭较复杂环境。最后通过仿真实验证明家庭安保机器人在家庭环境下运动轨迹策略的合理性和实效性。
关键词：动物形态仿生学,家庭安保机器人,传感器,运动轨迹
参考文献
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家用安保机器人 篇4
关键词：家用吸尘机器人,竞赛策略,运动路线
0 引言
江苏省大学生机器人大赛由江苏省教育厅主办, 每两三年举办一次。其中家用吸尘组机器人竞赛的场地如图1所示, 图中 (1) 为出发点; (2) 是固定的档板障碍; (3) 是自由摆放的障碍; (4) 是斜坡; (5) 是台子; (6) 圆柱形障碍。
比赛规则是在3min内, 让机器人自由行走, 最终计算得分S=总面积*V-碰撞次数*0.1。当机器人在台上行走的面积超过台面面积的70%时, V=1.2;如果在条件一的基础上机器人在3min内回到起点, V=1.5;如果机器人能爬上白色的小台子并且能在其上遍历小台子总面积的1/3以上则最后成绩将会被乘以一个值为1.2的系数;在前一个条件下如果机器人还能安定下来, 最终成绩将会被乘以一个值为1.3的系数;在前两个条件下如果机器人在规定时间内还能返回起点, 则成绩将会被乘以一个值为1.5的系数。
1 策略设计
很多高校, 特别是专科学校, 很难自己设计和制作机器人硬件, 通常会购买“广茂达”公司的机器人半成品, 然后再配置各种传感器, 并进行程序控制。由于“广茂达”机器人的硬件性能有一定的限制, 例如该产品未提供中断接口, 所以在程序设计及传感器的选择上, 需要更加精心。
本文介绍使用“广茂达”吸尘机器人进行比赛的策略, 具体的传感器配置方案如图2所示。
根据竞赛规则, 这里将机器人的运动阶段分为上平台前、在平台上、下平台后三个阶段。各阶段的运动路线如图3-图5所示。
1.1 机器人上台前的运动策略
如图3所示, 机器人上台前要进行4次折反运动, 在运动过程中, 通过指南针传感器来控制方向, 通过红外线来判断前方障碍, 通过机器人自带的光栅传感器来大致判断机器人走过的距离。4次折反运动后, 机器人将利用PSD传感器沿左侧墙壁爬上平台, 最终通过灰度传感器来判断是否登上平台。具体的程序策略流程如图6所示。
1.2 机器人在平台上的运动策略
如图4所示, 机器人在登上平台后, 先利用PSD传感器沿左边墙壁前进, 当灰度传感器检测到台边后, 再利用指南针传感器定位, 并进行3次折反运动。运动过程中, 需要通过灰度及红外传感器来判断平台边缘及墙壁, 3次折反运动后, 机器人将通过PSD沿右侧墙壁行走, 最终利用灰度传感器判断是否走下平台。具体的程序策略流程如图7所示。
1.3 机器人下平台后的运动策略
如图5所示, 机器人下平台后的运动策略比较简单, 先利用指南针传感器定位, 移动一段距离后, 再利用PSD传感器沿左边墙壁前进, 当灰度传感器检测出发点区域后, 程序停止即可。具体的程序策略流程如图8所示。
2 结语
本文介绍了一种家用吸尘机器人竞赛的比赛策略, 文章首先将机器人竞赛的运动过程分成三个阶段, 然后分别介绍了三个阶段中机器人的理想运动路线, 以及具体的策略方案。在实际竞赛过程中, 采用策略所收获的成绩十分理想。
参考文献
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