張 磊，喬 棟，衛(wèi)瑞棋

（山西大同大學(xué)建筑與測(cè)繪工程學(xué)院， 山西 大同 037004）

機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。它既可以接受人類(lèi)指揮，又可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類(lèi)的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)，或者危險(xiǎn)的工作。它是高級(jí)整合控制論、機(jī)械電子、計(jì)算機(jī)、材料和仿生學(xué)的產(chǎn)物。在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)甚至軍事等領(lǐng)域中均有重要用途。我國(guó)的機(jī)器人專(zhuān)家從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)，將機(jī)器人分為兩大類(lèi)，即工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人就是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人。而特種機(jī)器人則是除工業(yè)機(jī)器人之外的、用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類(lèi)的各種先進(jìn)機(jī)器人。然而，現(xiàn)有的機(jī)器人專(zhuān)用控制器上缺少有助于提供不同類(lèi)型或功能控制元件安裝區(qū)域及便于查找或維修電控元件的裝置，還有的機(jī)器人專(zhuān)用控制器上缺少有助于各種功能的箱體導(dǎo)線接頭快速連接的裝置，不能滿(mǎn)足實(shí)際情況的需求。

1 機(jī)器人專(zhuān)用控制器的設(shè)計(jì)

擬設(shè)計(jì)的機(jī)器人專(zhuān)用控制器，包括控制箱、連接座、中轉(zhuǎn)箱和設(shè)備箱，控制箱連接分配箱，分配箱與中轉(zhuǎn)箱通過(guò)接頭器套相連接，連接座位于分配箱左端。

作為本設(shè)計(jì)的優(yōu)選技術(shù)方案，所述接頭器套上設(shè)有螺紋和導(dǎo)向槽，螺紋為細(xì)牙螺紋，導(dǎo)向槽位于螺紋的兩側(cè)，導(dǎo)向槽內(nèi)設(shè)有耐磨涂層，耐磨涂層的端部設(shè)有限位柱；中轉(zhuǎn)箱上設(shè)有卡緊組件；設(shè)備箱內(nèi)設(shè)有防銹涂層，防銹涂層上設(shè)有阻燃涂層，阻燃涂層上設(shè)有包裹層，包裹層為高分子聚合物膜。

現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，操作人員首先將裝置整體安裝到合適位置，再將裝置整體固定；其次，將不同類(lèi)型或功能控制元件和便于查找或維修電控元件分別安裝在控制箱、中轉(zhuǎn)箱、設(shè)備箱和分配箱內(nèi)；最后，將各種功能的箱體導(dǎo)線接頭通過(guò)連接座、接頭器套和卡緊組件快速連接，即可進(jìn)行機(jī)器人控制元件安裝工作。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本設(shè)計(jì)的有益效果：通過(guò)設(shè)置控制箱、中轉(zhuǎn)箱、設(shè)備箱和分配箱有助于提供不同類(lèi)型或功能控制元件安裝區(qū)域及便于查找或維修電控元件。通過(guò)設(shè)置連接座、接頭器套和卡緊組件有助于各種功能的箱體導(dǎo)線接頭快速連接，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

具體實(shí)施方式：為了使本設(shè)計(jì)的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，結(jié)合圖1及實(shí)施例，對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)例僅僅用以解釋本設(shè)計(jì)，并不用于限定本設(shè)計(jì)。

圖1為本設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 機(jī)器人控制器結(jié)構(gòu)示意圖

本設(shè)計(jì)有一種機(jī)器人專(zhuān)用控制器，包括控制箱1、連接座2、中轉(zhuǎn)箱3和設(shè)備箱4。設(shè)備箱4內(nèi)設(shè)有防銹涂層，防銹涂層上設(shè)有阻燃涂層，阻燃涂層上設(shè)有包裹層，包裹層為高分子聚合物膜，控制箱1、中轉(zhuǎn)箱3、設(shè)備箱4和分配箱5有助于提供不同類(lèi)型或功能控制元件安裝區(qū)域及便于查找或維修電控元件。

控制箱1連接分配箱5，分配箱5與中轉(zhuǎn)箱3通過(guò)接頭器套6相連接，連接座2、接頭器套6和卡緊組件7有助于各種功能的箱體1導(dǎo)線接頭快速連接，接頭器套6上設(shè)有螺紋和導(dǎo)向槽，螺紋為細(xì)牙螺紋，導(dǎo)向槽位于螺紋的兩側(cè)，導(dǎo)向槽內(nèi)設(shè)有耐磨涂層，耐磨涂層的端部設(shè)有限位柱，連接座2位于分配箱5左端，中轉(zhuǎn)箱3上設(shè)有卡緊組件7。

現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，操作人員首先將裝置整體安裝到合適位置，再將裝置整體固定；其次，將不同類(lèi)型或功能控制元件和便于查找或維修電控元件分別安裝在控制箱1、中轉(zhuǎn)箱3、設(shè)備箱4和分配箱5內(nèi)；最后，將各種功能的箱體導(dǎo)線接頭通過(guò)連接座2、接頭器套6和卡緊組件7快速連接，即可進(jìn)行機(jī)器人控制元件安裝工作。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 基本情況

本項(xiàng)目研發(fā)的類(lèi)人型智能格斗機(jī)器人是以北魏中期都城平成武士為主題背景設(shè)計(jì)而成，將類(lèi)人型機(jī)器人與體感技術(shù)組合的新型機(jī)器人，它充分利用和發(fā)揮了類(lèi)人型機(jī)器人的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)互動(dòng)的發(fā)展。該功能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)在于精巧而獨(dú)特的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和良好的動(dòng)作控制驅(qū)動(dòng)。對(duì)機(jī)器人而言，關(guān)鍵在于機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)單元的優(yōu)化設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)出來(lái)的主要功能是完成激烈的格斗表演。根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容和需求確定機(jī)器人設(shè)計(jì)方案，利用舵機(jī)驅(qū)動(dòng)和舵機(jī)控制板控制來(lái)實(shí)現(xiàn)格斗動(dòng)作表演，根據(jù)體感模擬器的指令，設(shè)計(jì)的具有人體功能、模擬格斗動(dòng)作的新型類(lèi)人型機(jī)器人“平城武士”，參考人體的結(jié)構(gòu)完成基本動(dòng)作：可以前進(jìn)后退，左右側(cè)行，左右轉(zhuǎn)彎，低姿行走和高姿行走躲避攻擊，也可進(jìn)行簡(jiǎn)單的格斗動(dòng)作行走頻率為每秒兩步，舉手投足、轉(zhuǎn)圈、頭部動(dòng)作靈活、并具備的語(yǔ)音功能。通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，可以與“平城武士”進(jìn)行簡(jiǎn)單的人機(jī)對(duì)話(huà)。其足部采用類(lèi)三角結(jié)構(gòu)，具有極強(qiáng)的抗壓效果，且穩(wěn)定性強(qiáng)。

2.2 特性說(shuō)明

1）運(yùn)動(dòng)性能。機(jī)器人應(yīng)該具有較好的機(jī)動(dòng)性和靈活性，能夠平穩(wěn)快速的完成前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向等動(dòng)作，此外要確保機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，避免出現(xiàn)翻倒的情況。

2）堅(jiān)固性。在機(jī)械設(shè)計(jì)上，應(yīng)使機(jī)器人具有較好的堅(jiān)固性，在機(jī)器人做舞蹈動(dòng)作或行進(jìn)過(guò)程中，各種接插件不能松動(dòng)、脫落。

3）可靠性。由于機(jī)器人控制系統(tǒng)元器件眾多，有來(lái)自各方面的干擾，這些干擾對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件線路和軟件程序設(shè)計(jì)都提出了一定的要求。

4）可維護(hù)性。對(duì)于一個(gè)裝置而言，可維護(hù)性是十分重要的。維護(hù)應(yīng)該包括硬件維護(hù)和軟件維護(hù)。因此在硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮便于安裝拆卸、調(diào)試檢測(cè)；軟件上采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以便于測(cè)試、升級(jí)。

5）經(jīng)濟(jì)性。選用合適的控制方案，選用性?xún)r(jià)比高的功能器件，既滿(mǎn)足系統(tǒng)的功能要求，又可以節(jié)約成本。從以上分析可以看出，在機(jī)器人的體積和重量受限的前提下，要設(shè)計(jì)具有上述功能的機(jī)器人，其關(guān)鍵在于采用高集成度、微型化技術(shù)和解決結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題。

6）技術(shù)普及化。制作詳細(xì)的教程，出售散件，把相關(guān)技術(shù)簡(jiǎn)單化，便于學(xué)習(xí)和普及。

2.3 方案介紹

目前國(guó)內(nèi)外類(lèi)人型機(jī)器人的研究是獨(dú)立進(jìn)行的，并未進(jìn)行組合研究。平城武士格斗機(jī)器人是將類(lèi)人型機(jī)器人與體感技術(shù)結(jié)合在一起的格斗機(jī)器人，外觀采用3D打印材料，機(jī)身由鋁合金板材、不銹鋼薄片、舵機(jī)、控制器及其支架等材料設(shè)計(jì)完成。新型機(jī)器人“武士”的設(shè)計(jì)，是充分的利用和發(fā)揮類(lèi)人型機(jī)器人和體感技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。該功能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)是精巧而獨(dú)特的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和良好的控制器驅(qū)動(dòng)。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)用了類(lèi)人的機(jī)械結(jié)構(gòu)。

平城武士格斗機(jī)器人有自動(dòng)、遙控和人機(jī)互動(dòng)三種操作方式。自動(dòng)模式可以將預(yù)先編寫(xiě)好的動(dòng)作程序通過(guò)控制器向機(jī)器人發(fā)送指令，使其跟隨音樂(lè)自主表演；遙控模式可以由用戶(hù)通過(guò)手柄向機(jī)器人發(fā)送指令從而讓其做出相應(yīng)動(dòng)作，可以實(shí)現(xiàn)高、中、低姿態(tài)的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎等；在互動(dòng)模式上，采用體感技術(shù)，進(jìn)行完美的人機(jī)互動(dòng)。三種模式可以根據(jù)需求隨意切換，方便并富有樂(lè)趣。

從技術(shù)的角度來(lái)看，采用交互方式，有別于目前主流的按鍵（鍵盤(pán)鼠標(biāo)，遙控器等）和觸摸（平板、智能手機(jī)等）交互方式，在很多科幻片里面，都可以看到體感交互技術(shù)的展示，如《少數(shù)派報(bào)告》中的經(jīng)典片段。這項(xiàng)技術(shù)能夠帶來(lái)全新的體驗(yàn)，能夠完成其他技術(shù)無(wú)法完成的。體感技術(shù)可使機(jī)器人自然地與周邊的裝置或環(huán)境進(jìn)行互動(dòng)，這種交互方式顯然要比按鍵交互和觸摸交互更加有優(yōu)勢(shì)一些。但是其特點(diǎn)并不是為了替代前兩者而存在的。它能夠更容易的被人們使用，接受并掌握，這樣才有利于它的普及。這就要求對(duì)體感技術(shù)交互技術(shù)提出了更高的要求，對(duì)其準(zhǔn)確性、智能性要求更高。

3 結(jié)論

1）本設(shè)計(jì)涉及一種機(jī)器人專(zhuān)用控制器，包括控制箱、連接座、中轉(zhuǎn)箱和設(shè)備箱，有助于提供不同類(lèi)型或功能控制元件安裝區(qū)域及便于查找或維修電控元件。

2）設(shè)計(jì)一中類(lèi)人形機(jī)器人，獨(dú)特的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和良好的控制器驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)體感互動(dòng)。