黃麗娟，劉小紅，唐啟濤，和振鵬，游喜濤，袁 練

（湖南信息學(xué)院，湖南 長沙 410151)

1 設(shè)計總體模塊分析

設(shè)計一款智能環(huán)衛(wèi)小車，機器人按工作需要布設(shè)在城市樓宇的各個站點，于北斗導(dǎo)航下在規(guī)劃路線進行巡回式和用戶呼叫式（手機APP）工作，并通過SCADA系統(tǒng)實時在線監(jiān)控管理，通過紅外光幕與機器視覺進行辨識目標(biāo)和動作。其所需要的主要技術(shù)分析如下。

機器的控制系統(tǒng)（CS）：控制機器人的動力、吸盤機械爪動作、LED，本設(shè)計采用B&R X90嵌入式移動控制器，可滿足性能要求。

機器導(dǎo)航指引系統(tǒng)：本設(shè)計采用北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)為整個機器提供實時位置信息和導(dǎo)航路線規(guī)劃，依托北斗定位精準(zhǔn)、全球組網(wǎng)實現(xiàn)對機器的實時導(dǎo)航規(guī)劃與實時追蹤。

機器的視覺系統(tǒng)：其要實現(xiàn)的是辨別物體發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，并與工作圖像數(shù)據(jù)庫較比，確認(rèn)發(fā)現(xiàn)信號給CS，CS驅(qū)動方向盤控制或動力機及吸盤驅(qū)動執(zhí)行。此技術(shù)也在逐漸成熟，而本應(yīng)用方案已經(jīng)和行深智能進行了校內(nèi)小車試驗運行。

工作執(zhí)行系統(tǒng)：本機器要實現(xiàn)的是對區(qū)域衛(wèi)生的護潔，本設(shè)計采取吸盤與機械爪輔以動刷，從重量、體積、面積三大維度全方位進行任務(wù)執(zhí)行，采用氣壓驅(qū)動，氣壓機構(gòu)便捷、清潔、簡單、高效非常適合作為該機器臂的驅(qū)動。

集中在線管理：此模塊是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在本項目具體應(yīng)用，具體實現(xiàn)是通過SCADA人機界面軟件、網(wǎng)關(guān)、DHCP服務(wù)實現(xiàn)，本功能已通過測試論證。

能源系統(tǒng)：采用DC 45V分別作為動力電機、氣壓泵、指示燈等設(shè)備供電，此方案已在電動車上得到廣泛應(yīng)用[1]。

2 機器功能要求及整體介紹

機器要求能夠自我決策或接受指令進行空間運動、目標(biāo)捕捉兩大主模功能；而采取的布放模式是定點布放，即以一駐留點作為機器人的停放充能維護基站，機器人以此基站為基礎(chǔ)，為限定工作區(qū)域提供服務(wù)，工作時間結(jié)束后，機器人返回駐點[2]。而空間運動指的是機器人能夠自動地從基站到服務(wù)區(qū)以及服務(wù)區(qū)之間的移動，而目標(biāo)捕捉指的是機器人對目標(biāo)進行識別并通過收攏裝置將目標(biāo)垃圾回收。而要實現(xiàn)空間運動就要有定位導(dǎo)航、路徑規(guī)劃、障礙躲避、動力輸出等模塊，而要實現(xiàn)目標(biāo)捕捉則需要目標(biāo)識別、目標(biāo)抓取、目標(biāo)壓縮封箱等模塊。而機器人實現(xiàn)實時運動系統(tǒng)通過北斗定位導(dǎo)航、紅外掃描AI視覺等多種技術(shù)實現(xiàn)自動循跡、地址導(dǎo)航、通信傳輸、目標(biāo)判斷、自動辨別、準(zhǔn)確規(guī)避障礙和防危險跌落等功能。最終實現(xiàn)掃地機自動清掃地面垃圾，根據(jù)實際情況進行規(guī)避，并借助機器視覺進行智能檢測分析目標(biāo)。

3 主要功能實現(xiàn)和分析

電機動作系統(tǒng)根據(jù)小車要達(dá)到的運動控制功能，可知系統(tǒng)的主要控制對象是動力驅(qū)動、吸盤、方向控制、氣壓泵、伸縮氣和抓手氣壓閥。傳感檢測將采取AI集成視覺，通過采取多核處理器和集成的FPGA圖像預(yù)處理實現(xiàn)多功能的智能對比校核識別。對前進路線障礙與目標(biāo)識取采用紅外光幕+AI機器視覺實現(xiàn)，智能傳感通過紅外光幕獲取目標(biāo)通過智能視覺對比對象并與機器庫中的歷史對象對比，判斷目標(biāo)是否為清掃對象。吸盤與機器爪驅(qū)動收攏采取吸盤、機械爪二元制拾取垃圾，即輕小垃圾通過吸盤吸取，同時吸盤頂部裝取三爪機器手對較大較重的垃圾進行抓取收攏。正常狀態(tài)機器是被布置在設(shè)定區(qū)域，采取根據(jù)定義規(guī)劃區(qū)域巡回運轉(zhuǎn)，實時追蹤定位，實時檢測與反饋機體運行狀態(tài)信息。設(shè)計機器系統(tǒng)采取人機界面（HMI）/數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視平臺進行遠(yuǎn)程集中在線管理，即通過SCADA系統(tǒng)集中監(jiān)控管理區(qū)域的各個工作機器的工作狀態(tài)、運行狀況、機身各部的狀態(tài)，以實現(xiàn)對各工作機器的實時跟蹤管理、實時在線檢故運維、實時調(diào)節(jié)規(guī)劃和診斷。5G高速網(wǎng)絡(luò)正是構(gòu)建智能運動設(shè)備生態(tài)圈的肥沃土壤，有了5G的加持，智能小車等設(shè)備在中央大腦的指揮調(diào)度下進行智能人機協(xié)作，完成工作任務(wù)，創(chuàng)造綠色智慧時代[3]。

4 結(jié)語

5G、AI、物聯(lián)網(wǎng)等各種技術(shù)的發(fā)展和進步必將促進新一輪產(chǎn)業(yè)升級，將機器人、5G、AI視覺等智能技術(shù)相結(jié)合，能為社會的發(fā)展和進步賦能。將數(shù)字產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，正是工業(yè)自動化向數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需要，工業(yè)4.0的兩個關(guān)鍵區(qū)別技術(shù)模式就是智能和物聯(lián)，即使工業(yè)更加的智能和高效，同時充分調(diào)動分布于各地統(tǒng)一的資源的交換和運用。而中國2025的核心正是智能制造，亦生產(chǎn)控制逐步走向智能化、數(shù)字化。5G等新興技術(shù)正為這些需要提供了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)，通過5G的實時響應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程異地數(shù)據(jù)信息資源的共享和管理。