王 丹 高慧瑤 劉 帥

沈陽工學(xué)院 遼寧 撫順113122

隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，人們的物質(zhì)生活日益豐盈，生活環(huán)境大大改善，生活方式與娛樂方式逐漸發(fā)生轉(zhuǎn)變。高爾夫作為一種優(yōu)雅的休閑娛樂活動(dòng)，廣受現(xiàn)代人們的好評與歡迎，且逐漸普及到群眾中，成為人們?nèi)粘Ｐ蓍e的主要方式之一。但是，高爾夫球場面積較大，人們?nèi)糇约簱烨騽t需要消耗大量的體力，若依靠工作人員撿球，則需要支付一定的費(fèi)用，不利于提高高爾夫運(yùn)動(dòng)的性價(jià)比?；诖朔N情況，高爾夫收球機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生，能夠有效解決當(dāng)下的“撿球問題”，進(jìn)一步提升高爾夫球場的服務(wù)水平，同時(shí)提高經(jīng)營經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)健康發(fā)展。

一、高爾夫收球機(jī)器人選擇的路徑及其規(guī)劃

高爾夫收球機(jī)器人被定義為“智能服務(wù)機(jī)器人”，就是指應(yīng)用于高爾夫球場具有撿球、收球能力的機(jī)器人；在實(shí)際過程中，工作人員可以根據(jù)高爾夫收球機(jī)器人自帶的傳感綜合系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，促使機(jī)器人能夠自動(dòng)完成規(guī)定線路的撿球工作。關(guān)于高爾夫收球機(jī)器人的路徑規(guī)劃問題，工作人員要分別開展高爾夫收球機(jī)器人的初始點(diǎn)及其回歸設(shè)計(jì)，工作人員利用特定的算法繞開障礙物，提高機(jī)器人的工作效率。在這一過程中，高爾夫收球機(jī)器人需要同時(shí)具備定位系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、規(guī)劃與決策系統(tǒng)。

一般情況下，在高爾夫球場中，障礙物存在的概率較少，且需要機(jī)器人利用現(xiàn)有環(huán)境信息優(yōu)化工作效率，促使其同時(shí)滿足以下指標(biāo)：

第一，合理性。工作人員要保證機(jī)器人運(yùn)行路徑的合理性，且保證任何設(shè)置的路徑對于高爾夫收球機(jī)器人而言都是可行的。

第二，完備性。若存在一條能夠從起點(diǎn)到終點(diǎn)的無障礙路徑，且通過一定的算法能夠的得到；若客觀環(huán)境中不存在這種條件，則不能夠利用算法得到。

第三，最優(yōu)性。在高爾夫收球機(jī)器人的路徑規(guī)劃過程中，工作人員要保證其在某側(cè)測度方面是最優(yōu)的，比如：時(shí)間測度、距離測度、能量消耗測度。

二、高爾夫收球機(jī)器人規(guī)劃設(shè)計(jì)

(一)明確設(shè)計(jì)要求。在高爾夫收球機(jī)器人規(guī)劃設(shè)計(jì)中，工作人員首先要明確設(shè)計(jì)要求，控制測試場地規(guī)格參數(shù)，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證高爾夫收球機(jī)器人路徑設(shè)計(jì)的目的性。舉例分析，若高爾夫球場的規(guī)格參數(shù)為200 m*500 m，且場地整體情況較為空曠，不存在環(huán)境改動(dòng)與障礙物；因此，工作人員要明確記錄已知環(huán)境條件，這樣就能夠直接實(shí)現(xiàn)躲避障礙物的功能。工作人員需要同時(shí)考慮場中的球的數(shù)量變量與速度變量，在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(如圖1)條件下，利用攝像頭實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取與更新，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析與智能化決策，隨時(shí)調(diào)整路徑方案，以此提高收球機(jī)器人的路徑運(yùn)行效率，避免由于大量無效移動(dòng)浪費(fèi)機(jī)器人的能源。

(二)規(guī)劃控制系統(tǒng)。在高爾夫收球機(jī)器人規(guī)劃設(shè)計(jì)中，工作人員要科學(xué)合理規(guī)劃收球機(jī)器人的控制系統(tǒng)，形成有效的控制方案，實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人路徑的規(guī)劃。在實(shí)際過程中，工作人員要結(jié)合高爾夫球場收球機(jī)器人的運(yùn)行需求、功能設(shè)計(jì)與任務(wù)，全面分析收球機(jī)器人控制系統(tǒng)的整體方案，比如：利用GPS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的智能定位，利用電子羅盤實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自動(dòng)導(dǎo)航，利用攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)環(huán)境信息數(shù)據(jù)的收集與更新，利用電路傳感器完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析等。此外，在路徑規(guī)劃的過程中，工作人員利用攝像機(jī)與電子羅盤相結(jié)合，促使機(jī)器人在實(shí)行路徑任務(wù)的過程中能夠明確辨認(rèn)方向，促使機(jī)器人能夠遵循算法按照預(yù)先設(shè)計(jì)的地點(diǎn)前進(jìn)，以此實(shí)現(xiàn)路徑任務(wù)的執(zhí)行功能。

(三)優(yōu)化控制流程。在高爾夫收球機(jī)器人規(guī)劃設(shè)計(jì)中，工作人員要優(yōu)化機(jī)器人的路徑控制流程。在機(jī)器人運(yùn)行的過程中，工作人員可以將以上多種系統(tǒng)同時(shí)安裝于機(jī)器人中，促使機(jī)器人能夠利用這些系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對周邊圖像信息的手機(jī)，修改環(huán)境信息，明確不同環(huán)境下的路徑算法指引，同時(shí)產(chǎn)生指令傳遞給下位機(jī)，促使下位機(jī)接收上位機(jī)指令的同時(shí)完成運(yùn)行活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化智能控制，保證收球機(jī)器人作業(yè)的流暢性與穩(wěn)定性。此外，工作人員還可以引進(jìn)路徑規(guī)劃算法，結(jié)合背包問題與數(shù)字金字塔問題，有效降低路徑規(guī)劃的復(fù)雜程度，提高路徑規(guī)劃的有效性。

圖1 高爾夫收球機(jī)器人結(jié)構(gòu)

(四)PID的實(shí)現(xiàn)。在高爾夫收球機(jī)器人規(guī)劃設(shè)計(jì)中，工作人員可以引進(jìn)PID技術(shù)。在這一技術(shù)的應(yīng)用過程中，高爾夫收球機(jī)器人能夠通過GPS系統(tǒng)獲取明確的位置，將這一位置作為初始點(diǎn)，之后按照規(guī)劃路徑算法進(jìn)行計(jì)算，得到目標(biāo)點(diǎn)。工作人員可以結(jié)合機(jī)器人的偏離角情況，若偏離角最大，則可以調(diào)節(jié)兩輪之間的速度，提高兩輪之間額度速度差，以此促使機(jī)器人能夠按照正確的規(guī)劃路徑形式；若偏離角較小，則可以利用PID 進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制兩輪之間的速度比，從而控制兩輪的轉(zhuǎn)速差，以此保證機(jī)器人能夠按照正常的路徑行駛。

結(jié)語

綜上所述，高爾夫收球機(jī)器人是現(xiàn)代社會特有的產(chǎn)物，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值，能夠有效促進(jìn)高爾夫球場的健康發(fā)展。為了在最大程度上發(fā)揮高爾夫收球機(jī)器人的應(yīng)用價(jià)值，工作人員要明確高爾夫收球機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求，遵循科學(xué)原則規(guī)劃機(jī)器人的控制系統(tǒng)，簡化控制流程，實(shí)現(xiàn)PID，以此全面提升高爾夫收球機(jī)器人的應(yīng)用性能。