農(nóng)業(yè)科技展覽館智能服務(wù)機(jī)器人的方案設(shè)計(jì)

付根平，張世昂※，朱立學(xué)

（1.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院，廣州 510225；2.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣州 510225）

0 引言

隨著智能機(jī)器人、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)+、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、智能移動(dòng)終端等技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，使得智能服務(wù)機(jī)器人正逐漸成為機(jī)器人行業(yè)高度關(guān)注的新興熱門產(chǎn)業(yè)[1]，越來越多的智能服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用在政務(wù)、稅務(wù)、銀行、醫(yī)院、展館、圖書館大廳等場所[2]，替代傳統(tǒng)人工做導(dǎo)游、解說員等工作，為人們提供業(yè)務(wù)辦理、信息咨詢、迎賓接待、政策宣傳等服務(wù)[3]。

與傳統(tǒng)人工在科技展覽廳做導(dǎo)游接待或解說員相比，智能服務(wù)機(jī)器人不僅可以替代人工完成部分簡單、重復(fù)的工作，還可以克服人工效率低、需要請(qǐng)假休假、培訓(xùn)上崗成本高、情緒不穩(wěn)定、講解形式單一、互動(dòng)性差等缺點(diǎn)[4]，并且不會(huì)疲累，能夠保持積極的工作狀態(tài)，機(jī)器人通過語音與觀眾互動(dòng)、充當(dāng)導(dǎo)游、聚攏人氣，可以配合視頻和圖片推送協(xié)助進(jìn)行內(nèi)容講解，以圖、聲、文并茂的方式，讓娛樂互動(dòng)與信息展示一步到位，給參觀者耳目一新的感覺[5]。此外，智能服務(wù)機(jī)器人集各種高新技術(shù)于一身，且其外觀具有強(qiáng)烈的科技感，更容易引起觀眾的興趣和吸引觀眾的注意力。因此，設(shè)計(jì)一種應(yīng)用于農(nóng)業(yè)科技展覽館的智能服務(wù)機(jī)器人，具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的市場前景。

本文設(shè)計(jì)一種適用于農(nóng)業(yè)科技展覽館的智能服務(wù)機(jī)器人，將互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、云技術(shù)、人工智能、智能移動(dòng)終端等先進(jìn)技術(shù)融入到機(jī)器人設(shè)計(jì)中，使其具有自主導(dǎo)航、語音交互、觸摸屏交互、人臉識(shí)別、移動(dòng)終端控制、云端數(shù)據(jù)管理、禮儀迎賓、自主充電、安全保護(hù)等功能，為農(nóng)業(yè)科技展覽館的現(xiàn)代化和智慧農(nóng)業(yè)的實(shí)現(xiàn)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐和應(yīng)用平臺(tái)，提高農(nóng)業(yè)科技展覽館的影響力、吸引力和服務(wù)品質(zhì)。

1 智能服務(wù)機(jī)器人的功能需求分析

基于互聯(lián)網(wǎng)+、智能移動(dòng)終端、人工智能，以及云計(jì)算、云共享、云存儲(chǔ)等先進(jìn)技術(shù)思維對(duì)智能服務(wù)機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其成為眾多先進(jìn)技術(shù)的載體，為農(nóng)業(yè)科技展覽館服務(wù)。智能服務(wù)機(jī)器人在農(nóng)業(yè)科技展覽館的使用需求，應(yīng)該具備以下主要功能：

1.1 自主導(dǎo)航

智能服務(wù)機(jī)器人需要在農(nóng)業(yè)科技展覽廳內(nèi)按照設(shè)定路線或者自主任意移動(dòng)，要求機(jī)器人在自主導(dǎo)航遇到障礙物時(shí)，能夠識(shí)別障礙物并規(guī)劃避讓路徑，實(shí)現(xiàn)自主避讓、柔性運(yùn)動(dòng)。因此，機(jī)器人需要通過相應(yīng)的傳感器感知和識(shí)別展覽館環(huán)境，并進(jìn)行建模、構(gòu)建環(huán)境地圖。同時(shí)要求機(jī)器人在移動(dòng)中速度平穩(wěn)，且具有一定的轉(zhuǎn)向能力。

1.2 語音交互

智能服務(wù)機(jī)器人在展覽館內(nèi)接待參觀者，語音交互是最重要的方式，因此，要求機(jī)器人具備語音識(shí)別、人機(jī)對(duì)話的語音交互功能，要求機(jī)器人能夠說普通話、英語、粵語等多種語言。此外，還要求機(jī)器人能夠聲源定位，根據(jù)說話的聲音實(shí)時(shí)調(diào)整位姿，能夠面向客戶進(jìn)行語音交流。智能服務(wù)機(jī)器人通過人機(jī)語音交互形式進(jìn)行禮儀接待、展廳參觀引導(dǎo)和展覽內(nèi)容講解。

1.3 觸摸屏交互

為使用戶與智能服務(wù)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)更好的人機(jī)互動(dòng)，機(jī)器人需配備分辨率高、響應(yīng)速度快、尺寸大的觸摸顯示屏，用戶可以根據(jù)屏幕顯示內(nèi)容或觸摸顯示屏與機(jī)器人互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人參數(shù)設(shè)置、農(nóng)情信息查詢、宣傳圖片、視頻或音頻播放等功能。

1.4 人臉識(shí)別

智能服務(wù)機(jī)器人應(yīng)具有人臉識(shí)別功能。先通過攝像頭對(duì)客戶臉部信息進(jìn)行采集，再通過相關(guān)的人臉檢測、人臉識(shí)別算法識(shí)別客戶的身份信息，從而對(duì)部分重要客戶進(jìn)行身份認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)對(duì)客戶信息的精確管理。

1.5 移動(dòng)終端控制

通過在智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)終端安裝相應(yīng)的APP軟件，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理智能服務(wù)機(jī)器人，例如設(shè)置機(jī)器人的移動(dòng)速度、調(diào)整語音音量，開啟激光導(dǎo)航模式，播放宣傳片等。也可以在手機(jī)等移動(dòng)終端遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)器人的工作狀態(tài)和科技展廳的環(huán)境。

1.6 云端數(shù)據(jù)管理

由于智能服務(wù)機(jī)器人在科技展覽館迎賓接待、人機(jī)對(duì)話中需要與觀眾交流信息，回答問題，介紹農(nóng)情等內(nèi)容，故要求智能服務(wù)機(jī)器人自身必須具備相關(guān)的知識(shí)和數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)備，為此，需在機(jī)器人端建立一個(gè)離線數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)信息?；诨ヂ?lián)網(wǎng)+、云計(jì)算、云平臺(tái)、云存儲(chǔ)等先進(jìn)技術(shù)，能夠通過在云端平臺(tái)對(duì)智能服務(wù)機(jī)器人的各種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行上傳、儲(chǔ)存、編輯、更新等遠(yuǎn)程管理功能，并且能夠在云端遠(yuǎn)程管理機(jī)器人。

1.7 禮儀迎賓

禮儀迎賓是智能服務(wù)機(jī)器人的重要功能之一，要求機(jī)器人能夠接待到展廳參觀的客戶。機(jī)器人能夠做展廳導(dǎo)游，通過自主導(dǎo)航引導(dǎo)客人按照預(yù)定路線參觀科技展廳，并做相應(yīng)的內(nèi)容講解和問題解答。

1.8 自主充電

由于機(jī)器人需要長時(shí)間連續(xù)工作，且其內(nèi)部電路板、控制器和元器件較多，耗電量大，因此，不僅要求機(jī)器人的電池容量大、續(xù)航時(shí)間長，更要求機(jī)器人能夠自主檢測電池電量并自動(dòng)找充電樁充電，而且要求充電時(shí)間短，以保證機(jī)器人正常的工作時(shí)間。

1.9 安全保護(hù)

由于科技展覽館環(huán)境復(fù)雜，障礙物和參觀者較多，因此機(jī)器人必須具有防碰撞功能，保護(hù)機(jī)器人和參觀者的安全。此外，機(jī)器人長時(shí)間連續(xù)工作，且自身空間相對(duì)密閉，散熱較差，加之其內(nèi)部電路板、控制器等元器件較多，線路復(fù)雜，發(fā)熱量大，容易導(dǎo)致短路和溫度過高，故要求機(jī)器人具有短路保護(hù)、過熱保護(hù)功能；而且機(jī)器人移動(dòng)中驅(qū)動(dòng)輪可能被卡死導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)被燒壞，因此，需具備電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)保護(hù)功能。

2 智能服務(wù)機(jī)器人各功能模塊方案設(shè)計(jì)

為了讓智能服務(wù)機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的各項(xiàng)功能，下面將分別介紹各主要功能模塊的設(shè)計(jì)方案。

2.1 自主導(dǎo)航模塊

自主定位導(dǎo)航是機(jī)器人實(shí)現(xiàn)智能化的前提之一，是賦予機(jī)器人感知能力和行動(dòng)能力的關(guān)鍵。智能服務(wù)機(jī)器人要在農(nóng)業(yè)科技展覽館內(nèi)實(shí)現(xiàn)自由移動(dòng)，或者按照預(yù)設(shè)路線行走，需要通過自主定位導(dǎo)航模塊，對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行識(shí)別、判斷和地圖構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)避障和路徑規(guī)劃[6]。目前，服務(wù)機(jī)器人常用的定位導(dǎo)航技術(shù)有磁條定位導(dǎo)航、視覺定位導(dǎo)航、超聲波定位導(dǎo)航、紅外線定位導(dǎo)航、GPS定位導(dǎo)航和激光定位導(dǎo)航等。

磁條定位導(dǎo)航依靠粘貼在地面上的磁條和RDID標(biāo)簽進(jìn)行定位與導(dǎo)航[7]。實(shí)際使用中，磁條定位導(dǎo)航最為準(zhǔn)確、可靠，但要在地面上鋪設(shè)磁條軌道，施工費(fèi)用高，且磁條導(dǎo)軌更改線路比較麻煩。況且，有些場地不適宜鋪設(shè)磁條軌道。

視覺定位導(dǎo)航應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，但圖像處理量巨大，一般計(jì)算機(jī)無法完成運(yùn)算，實(shí)時(shí)性較差，而且受光線影響大，無法在黑暗環(huán)境中工作[8]。

超聲波定位導(dǎo)航成本低廉，可以識(shí)別玻璃、黑體等紅外傳感器識(shí)別不了的障礙物，但容易受周圍環(huán)境以及障礙物表面粗糙等因素的影響。此外，采集速度慢，導(dǎo)航精度差。

紅外線定位導(dǎo)航能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測量，在無反光板和反射率低的情況下能測量較遠(yuǎn)的距離，有同步輸入端，可多個(gè)傳感器同步測量，測量范圍廣，響應(yīng)時(shí)間短[9]；缺點(diǎn)是檢測的最小距離太大，受環(huán)境的干擾較大，對(duì)于近似黑體、透明的物體無法檢測距離；有其它遮擋物時(shí)無法正常工作，需要多個(gè)位置安裝接收天線，鋪設(shè)導(dǎo)軌，造價(jià)較高。

GPS定位導(dǎo)航在移動(dòng)導(dǎo)航中，接收機(jī)定位精度受衛(wèi)星信號(hào)狀況和道路環(huán)境的影響，同時(shí)還受到時(shí)鐘誤差、傳播誤差、接收機(jī)噪聲等諸多因素的影響，因此，僅利用GPS導(dǎo)航定位精度較低、可靠性不高，所以在機(jī)器人的GPS定位導(dǎo)航中通常還輔以磁羅盤、光碼盤等數(shù)據(jù)。另外，GPS不適用于室內(nèi)機(jī)器人的導(dǎo)航，以及對(duì)位置精度要求較高的機(jī)器人。

激光定位導(dǎo)航的原理和超聲波、紅外線類似，先由激光器發(fā)射出激光信號(hào)，根據(jù)光電探測器接收到物體反射信號(hào)的時(shí)間差來計(jì)算距離（如圖1所示），然后依據(jù)發(fā)射激光的角度來確定物體和激光發(fā)射器的角度，從而得出物體與發(fā)射器的相對(duì)位置（如圖2所示）。該方法性能穩(wěn)定、可靠、精度高，連續(xù)使用壽命長，后期改造成本低；缺點(diǎn)是激光雷達(dá)成本較高。激光雷達(dá)憑借良好的指向性和高度聚焦性，使得激光雷達(dá)和SLAM技術(shù)相結(jié)合的激光SLAM成為當(dāng)前智能服務(wù)機(jī)器人主流的定位導(dǎo)航方式，協(xié)助服務(wù)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主定位導(dǎo)航與路徑規(guī)劃、環(huán)境掃描、識(shí)別與三維重建等。

圖1 激光測距原理示意圖

綜上所述，本智能服務(wù)機(jī)器人擬采用激光雷達(dá)為主實(shí)現(xiàn)自主定位、環(huán)境識(shí)別和地圖構(gòu)建，輔以攝像頭、超聲波傳感器、紅外傳感器、避碰傳感器等多種傳感器，通過融合多種傳感器信息，全方位對(duì)展廳環(huán)境進(jìn)行檢測、識(shí)別，實(shí)現(xiàn)自主定位、避障和路徑規(guī)劃，以此保證智能服務(wù)機(jī)器人和參觀者的安全。

圖2 激光測得障礙物的相對(duì)位置

此外，為了使智能服務(wù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)且不容易摔倒，同時(shí)具有一定的轉(zhuǎn)向能力，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)擬采用2個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和4個(gè)萬向輪組成的輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)，它不僅能使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，而且能通過差分控制兩驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)一定角度的轉(zhuǎn)向功能。而4個(gè)萬向輪既保證了機(jī)器人的穩(wěn)定性，又使得機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能。

2.2 語音交互模塊

智能服務(wù)機(jī)器人的語音交互模塊需要實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話、接收語音控制指令、自主講解等形式，其中人機(jī)對(duì)話和回答客戶提問的語音識(shí)別流程基本相同，如圖3所示。機(jī)器人先通過麥克風(fēng)采集客戶說話的語音信息，將其預(yù)處理后通過無線網(wǎng)絡(luò)上傳至科大訊飛語音識(shí)別云端平臺(tái)識(shí)別出語音中的字，然后將識(shí)別出的字組合后結(jié)合相應(yīng)的語義數(shù)據(jù)庫和相關(guān)算法理解語義，機(jī)器人根據(jù)識(shí)別的語義優(yōu)先從自身數(shù)據(jù)庫中搜尋答案；如果在自身數(shù)據(jù)庫中搜尋不到合適的答案，則轉(zhuǎn)向云端平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)搜索，如果還搜索不到合適答案，則給出“不知道”的回答。最后機(jī)器人把問題答案通過喇叭播報(bào)出來，從而實(shí)現(xiàn)了人機(jī)對(duì)話或者回答客戶提問的功能。

圖3 服務(wù)機(jī)器人人機(jī)對(duì)話語音識(shí)別的流程框圖

而機(jī)器人自主講解功能則少了識(shí)別和理解語義的環(huán)節(jié)，根據(jù)工作場景自主從數(shù)據(jù)庫或者云端平臺(tái)找到相應(yīng)需要講解的內(nèi)容，通過喇叭播報(bào)出來即可。

因此，語音交互功能要求機(jī)器人必須具備麥克風(fēng)和喇叭，而軟件上要有相應(yīng)的語音識(shí)別模塊，同時(shí)機(jī)器人一直要保持連網(wǎng)狀態(tài)，以便利用科大訊飛云端的語音識(shí)別平臺(tái)識(shí)別語音文字和上網(wǎng)搜尋相關(guān)的內(nèi)容。

2.3 觸摸屏模塊

圖4 手動(dòng)點(diǎn)擊觸摸顯示屏

為了更好地實(shí)現(xiàn)用戶與服務(wù)機(jī)器人的人機(jī)交互，要求在機(jī)器人身上配備一個(gè)分辨率高、響應(yīng)速度快、尺寸大的觸摸顯示屏，可以選用1 080 P高清電容式觸摸顯示屏。一方面，通過點(diǎn)擊觸摸屏設(shè)置和查看機(jī)器人的相關(guān)參數(shù)、工作狀態(tài)，查詢農(nóng)情、瀏覽機(jī)器人自身資源等，如圖4所示；另一方面，機(jī)器人也可以在觸摸屏上顯示與人對(duì)話的內(nèi)容，播放視頻、音頻或圖片內(nèi)容。

2.4 人臉識(shí)別模塊

服務(wù)機(jī)器人在禮儀迎賓中需要自主識(shí)別一些重要客戶的身份，然后提供相應(yīng)的接待服務(wù)。而人臉識(shí)別是當(dāng)前應(yīng)用廣泛、準(zhǔn)確度高、技術(shù)成熟的身份識(shí)別方式。該服務(wù)機(jī)器人可以采用如圖5所示的人臉識(shí)別流程框圖，通過在機(jī)器人頭部加裝攝像頭，當(dāng)機(jī)器人通過人體識(shí)別傳感器檢測到有人接近時(shí)，通過控制頭部關(guān)節(jié)自由度調(diào)整頭部位姿朝向客戶，然后由攝像頭對(duì)客戶臉部信息進(jìn)行拍照采集，再通過相關(guān)的人臉檢測、人臉識(shí)別算法，結(jié)合預(yù)先錄入到自身圖像數(shù)據(jù)庫中的客戶臉部信息，通過比對(duì)識(shí)別出客戶的身份信息，從而對(duì)客戶進(jìn)行身份認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)對(duì)客戶信息的精確管理。

為了能夠清晰地采集顧客的臉部信息，保證圖像質(zhì)量，攝像頭要選擇人臉識(shí)別專用高清鏡頭，可以考慮選擇1 080 P機(jī)器視覺專用高清鏡頭。

圖5 人臉識(shí)別的流程框圖

2.5 移動(dòng)終端控制模塊

借助于各類應(yīng)用APP的智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)終端已逐漸成為人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾ぞ?。作為一種便攜性強(qiáng)的交互載體，智能移動(dòng)終端將在服務(wù)機(jī)器人中發(fā)揮重要的作用，它在服務(wù)機(jī)器人控制、實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面均有廣泛應(yīng)用。用戶通過智能手機(jī)、平板電腦可以對(duì)服務(wù)機(jī)器人直接遙控操作、參數(shù)設(shè)置和指令控制。

基于物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)+、云平臺(tái)和手機(jī)移動(dòng)終端等技術(shù)，通過在手機(jī)端安裝專為該智能服務(wù)機(jī)器人研發(fā)的APP軟件，以此實(shí)現(xiàn)在手機(jī)移動(dòng)端遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理機(jī)器人，如圖6所示。比如，可以在手機(jī)APP上遠(yuǎn)程設(shè)置機(jī)器人的移動(dòng)速度和轉(zhuǎn)向角度、調(diào)整喇叭音量等參數(shù)，也可開啟激光導(dǎo)航模式，調(diào)整機(jī)器人的工作方式，也可以播放宣傳片等。此外，還可以在手機(jī)端通過控制安裝在機(jī)器人頭上的攝像頭和麥克風(fēng)，實(shí)時(shí)采集展廳現(xiàn)場的圖像和語音信息，遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)器人的工作狀態(tài)和科技展廳的環(huán)境。

圖6 手機(jī)移動(dòng)終端遠(yuǎn)程監(jiān)控智能服務(wù)機(jī)器人

2.6 云端數(shù)據(jù)管理模塊

圖7 云端管理智能服務(wù)機(jī)器人的數(shù)據(jù)

計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的深層次進(jìn)化出現(xiàn)了以云計(jì)算、云存儲(chǔ)等為代表的云系列技術(shù)。針對(duì)不同服務(wù)需求，云技術(shù)可以為智能服務(wù)機(jī)器人提供共性技術(shù)的解決方案與平臺(tái)[10]。由于需要在智能服務(wù)機(jī)器人端建立一個(gè)離線數(shù)據(jù)庫，其內(nèi)容主要包括農(nóng)業(yè)科技展覽館簡介、農(nóng)情概述、特色種植產(chǎn)業(yè)介紹、特色農(nóng)產(chǎn)品宣傳和推廣等，而數(shù)據(jù)形式為文字、圖表、視頻和音頻等。一般可以通過移動(dòng)硬盤或U盤拷貝等傳統(tǒng)方式管理機(jī)器人上的數(shù)據(jù)，顯然這種方式操作復(fù)雜、效率較低。

為了更方便、快捷地對(duì)智能服務(wù)機(jī)器人端的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，可以利用當(dāng)前非常熱門的互聯(lián)網(wǎng)+、云計(jì)算、云平臺(tái)等先進(jìn)技術(shù)，在云端數(shù)據(jù)管理平臺(tái)上登錄機(jī)器人的賬戶，如圖7所示，對(duì)該服務(wù)機(jī)器人的各種數(shù)據(jù)、圖片、視頻和音頻等信息進(jìn)行遠(yuǎn)程上傳、編輯、更新、刪除等操作，也可以設(shè)置機(jī)器人的相關(guān)參數(shù)，管理機(jī)器人，使得機(jī)器人按照期望的狀態(tài)運(yùn)行。同時(shí)也可以在云端遠(yuǎn)程查看機(jī)器人的工作狀態(tài)，遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)器人，防止其出現(xiàn)異常狀況。

2.7 禮儀迎賓模塊

對(duì)于禮儀迎賓功能，智能服務(wù)機(jī)器人先通過人體檢測傳感器判斷是否有人接近，再通過人臉識(shí)別功能自主識(shí)別出客戶的身份，然后接待該客戶到展廳參觀并提供相應(yīng)的導(dǎo)游服務(wù)。因此，需要先在機(jī)器人身上安裝紅外人體檢測傳感器，一般安裝在身體前面，且左右邊各一個(gè)，可以檢測從左右兩邊經(jīng)過的行人。機(jī)器人能夠通過自主導(dǎo)航做展廳導(dǎo)游，引導(dǎo)客人按照預(yù)定路線參觀科技展廳，并做相應(yīng)的內(nèi)容講解和問題解答。

2.8 電池模塊

由于智能服務(wù)機(jī)器人需要長時(shí)間連續(xù)工作，而且機(jī)器人內(nèi)部電路板、控制器和元器件較多，耗電量大，因此，為了提高電池的續(xù)航能力，要求機(jī)器人的電池容量大，同時(shí)為了減輕機(jī)器人的重量，故可以選擇容量大、質(zhì)量輕的鋰電池組。另一方面，要求機(jī)器人能夠自主快速地充電，故選擇先進(jìn)的充電技術(shù)，提高充電電流，縮短充電時(shí)間。當(dāng)機(jī)器人檢測到電量過低時(shí)，可自主尋找充電樁充電，待充電結(jié)束后繼續(xù)投入使用。此外，該機(jī)器人充電電量和充電時(shí)間可以調(diào)節(jié)，可根據(jù)實(shí)際需求，靈活安排機(jī)器人的充電時(shí)間。

2.9 安全保護(hù)模塊

為了使智能服務(wù)機(jī)器人具有較好的防碰撞保護(hù)功能，一是通過超聲波傳感器和紅外傳感器等檢測障礙物，判斷機(jī)器人周圍是否存在障礙物，若存在則給出相應(yīng)控制信號(hào)調(diào)整機(jī)器人的位姿和朝向，改變移動(dòng)路徑以避開障礙物；二是通過在機(jī)器人身上安裝多個(gè)觸碰開關(guān)，當(dāng)超聲波和紅外傳感器因距離太近或者盲區(qū)無法檢測時(shí)，可由觸碰開關(guān)檢測機(jī)器人是否接觸到障礙物，若接觸到障礙物則給出相應(yīng)的控制信號(hào)，讓機(jī)器人調(diào)整位姿轉(zhuǎn)向。因此，防碰撞功能由超聲波、紅外傳感器和觸碰開關(guān)聯(lián)合實(shí)現(xiàn)。

針對(duì)機(jī)器人的短路保護(hù)和過熱保護(hù)功能，在電路中加裝自恢復(fù)保險(xiǎn)絲，在相應(yīng)的大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)管上加裝散熱片。同時(shí)，可以在機(jī)器人空間充裕的地方加裝一個(gè)散熱風(fēng)扇，將體內(nèi)熱量排出。

此外，在硬件設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)過流檢測電路和自恢復(fù)熔斷保險(xiǎn)絲，同時(shí)結(jié)合軟件程序控制切斷電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源，以此保護(hù)電動(dòng)機(jī)因堵轉(zhuǎn)而過流時(shí)不會(huì)被燒壞。

3 總結(jié)

根據(jù)智能服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用于農(nóng)業(yè)科技展覽館的使用需求，分析了機(jī)器人應(yīng)該具備的功能，并給出了各功能模塊的設(shè)計(jì)方案。按照該設(shè)計(jì)方案制作智能服務(wù)機(jī)器人樣機(jī)，即能實(shí)現(xiàn)期望的各項(xiàng)功能，滿足在農(nóng)業(yè)科技展覽館的工作要求。