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微型智能机器人浅析

2015-3-19 16:14| 发布者: dzly| 查看: 542| 评论: 0|原作者: 赵元第

摘要: 随着MEMS 技术和DSP 技术的发 展,智能机器人正朝着微型化、智能 化、网络化、高度集成化方向发展,微 型智能机器人已成为MEMS 技术应用 领域中的重要发展方向。本文根据国 际上智能机器人技术发展,开展基于 MEMS 技术的微型智能机器人研究。本 文首先介绍智能机器人采用的关键 技术,然后对系统进行详细地论述, 分析其工作原理。本文主要设计一种 采用DSP 技术和MEMS 技术为核心,以 声、震动和红外传感器为基础的微型 智能机器人,可广泛地应用于军事、 工业、民用等领域。
  0 引言
  随着科技的迅猛发展,智能控制水平已成为衡量一个国家高科技水平的重要标志。伴随着微机电系统MEMS 技术的不断完善,智能机器人已具备了相当先进和完善的功能。最近俄罗斯研制出一款智能机器人,它可以进行精确射击还会驾驶摩托车,着实让世界震惊。本文介绍作者采用DSP 处理技术,整合磁电技术、声光技术和红外传感技术等,使机器人具备类似人的看、听、触觉的功能,并对采集的信息进行运算和处理,做出简单应对,同时具有一定的机动性,可完成特殊环境下的信息采集、目标识别和应急处理等工作。
  1 技术介绍
  1.1 MEMS 技术
  MEMS 是微机电系统的缩写。微机电系统主要由微型传感器、微型机构、微型执行器和处理电路等组成,它是利用现代信息技术并融合多种微细加工技术,经过多年的实践和改进而发展起来的高科技前沿学科。它的产生使传统机械制造技术有了质的飞越,采用MEMS 技术的设备尺寸更小,厚度更薄,采用生成技术,可进行大批量、低成本生产,增加了产品的竞争力。
  1.2 DSP 技术
  DSP 是数字信号处理技术的缩写,它能将信号以数字方式表示并处理的理论和技术。本文所研究的智能机器人是基于DSP 处理技术,基于各种传感器为感观系统的智能机器人,具有很强的运动能力,能听能看且有一定的思维能力、识别以及分析和判断能力。本文采用两个以TMS320C62x 为中央处理器构成双DSP处理系统,是为了最大限度地提高系统性能,系统互连可以由FPGA 来实现。
  1.3 机器微纳电子技术
  机器微纳电子技术类似于人的双眼,使用两个CCD 数码相机,它不但能采集到到清析、实时的图像,而且能对捕捉到的图象进行处理和识别。应用此项技术,机器人就好象长了“眼睛”,不但可以平稳地行走,轻松地绕过障碍物,而且还能够识别出已知的目标图象,动态地采集距离信息,经过运算后寻找最佳路径接近目标。
  1.4 传感器技术
  震动传感器是接收机械震动量,并将其转换成与之成比例的电量。声传感器采用电容式驻极体话筒,红外传感器是用红外线为介质的测量系统,通过计算出发射和接收红外线的时间差来测量距离。本系统的是采用机器微纳技术发现远处的目标并进行识别,当判断探测物体即为目标时,声传感器和红外传感器立即启动,声传感器跟踪目标并进行锁定,当目标进入到动作范围内便发出动作信号。
  1.5 系统功能
  本机器人是以微系统集成制造为基础,集信息采集、分析、传递以及执行动作指令的微型单元。机器人之间具有无线通讯功能,许多机器人可形成通信网络,具有协同工作的能力。作为网络终端的微型智能机器人,通过各种传感器实时侦测目标的图象和位置,将采集的信息传送到网络中心,经过中心的信息运算和处理,将结果输送到各个终端,智能机器人根据中心的信息执行相应的动作,完成各种复杂功能。
  2 系统组成
  本系统是集视觉、听觉、感觉为一体的复合探测器,它主要由预警系统、声探测系统和执行系统等组成。
  2.1 预警系统
  预警系统主要结构为震动传感器,震动探测器由目标类型识别器、震动传感器、特征提取器、守控电路等组成。
  2.2 声探测系统
  声探测系统是一种利用声学传声器阵列和电子装置接收运动目标的辐射噪声,以确定目标所处位置的技术,当震动传感器传送目标信号时,声探测器被触发进入工作状态,持续搜索周围噪声,当噪声达到预设强度时,目标识别电路启动,对噪声源进行锁定,并与已存信息比对,判断出目标的形态与状态,如果判断是即定目标,则触发定位电路。声探测器的工作原理是首先通过传声器阵列获得目标的空间信息,将信息进行降噪,再将处理后的信息送入相关器中,采用定位设算法可以粗略地测算出目标的空间位置,然后根据多个连续信息进行后置处理,将多次测算出的数据进行相关联判断,提高数据的准确度。
  2.3 执行系统
  智能机器人采用的执行系统是由红外探测器构成的,它由红外传感器、控制电路、放大器、信号处理、滤波器等组成。
  红外探测器对目标运动时产生的红外辐射进行探测,当其探测到目标时,立即将信息送到DSP 系统中并执行相应动作。
  3 关键技术
  微型智能机器人采用的关键技术有:(1)识别系统。智能机器人是信息传输和运算量极大的单元,为了保证系统的稳定和准确,采用多传感器的信息融合技术,并依据所提炼的目标特性的模型实现目标的识别。(2)微型机电设备系统。我们选用基于MEMS 技术的微型器件,它包括电机、微传感器、摄像和其它有关部件。(3)微型动力系统。微型智能机器人需要动力装置体积小、动力强、续航时间长,一方面采用太阳能供电技术,另一方面可设计省电状态,即空闲状态和工作状态。(4)无线通迅系统。该系统可实现分布的微智能机器人之间以及机器人单元与控制中心之间的无线通讯,信息共享可实现各单元间的网络化连接。
  4 结束语
  本文所研究的微型智能机器人具有测量精度高、识别率高、抗干扰能力强、功能可靠、体积小、成本低、动力力强、续航时间长等特点,随着对该智能机器人的深入开发,其必然会走进人们的生活中。
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