基于計算機軟件技術的智能機器人系統應用研究

摘 要

近幾年智能機器人在我國發展迅速，其主要通過計算機編寫軟件程序來控制智能機器人系統，實現相應功能。在學生教育領域，引入智能機器人教育具有非常重要的教育意義，可以提高學生的動手能力，開闊學生的視野，增長在計算機技術方面的專業知識。本文主要通過對教育領域所進行的基于計算機軟件技術的智能機器人系統應用進行研究，以期能夠對智能機器人的研究和設計產生一定的推動作用。

【關鍵詞】智能機器人 計算機 軟件 應用研究

機器人的理念對于很多人來說并不陌生，隨著時代的發展，其已經成為未來智能化與自動化發展的重要方向，并引領著時代科技向著更高層次邁進。

1 智能機器人設計與制作所具有的重要價值

1.1 機器人技術保障機器人設計與制作項目的健康發展

機器人設計與制作具有集成性，其集成了大量的先進技術，并對其進行應用。比如信息技術、機械設計、電子科學、材料工程、能源工程等眾多領域智能機器人都有涉及。智能機器人技術還具有先進性，其所涉及的高科技熱門話題一直在世界范圍內火熱發展，其作為高科技話題中的一員，引領著先進的功能，也正在改變著我們的生活。機器人技術的終極目標就是制作出可以為人類服務的智能化機器人，所以機器人的發展性需要不斷堅持與時俱進的創新原則，研發與提高機器人技術，讓其走在發展道路的前列。

1.2 機器人設計與制作項目學生參與性強、實踐性強

對于機器人設計與制作項目，學校一般放在社團活動中舉行，鼓勵學生積極參與其中，很多學生對其有著強烈情緒，參與的積極性很高。很多學生通過自己動手參與設計與制作，對其進行研究，這就讓學生的機器人技術實踐性得到提高。部分學生在開發機器人過程中大膽創新，設計方案新穎，取得了不錯的成果。機器人設計與制作簡單，創新設計制作則富有挑戰性，互動性，在課堂上能夠滿足學生各種層次的需求，并可以讓學生像現實工程師一樣，完成組裝，調試和運行，帶給學生極強的實踐性和應用性。

1.3 機器人設計與制作項目發展給高等教育帶來的新氣象

通過智能機器人的設計與制作項目，讓學生的思維更加廣闊，提高學生的動手能力。機器人設計與制作項目引入到學生教育中來，是對新時代教育的一種創新，能夠給高等教育帶來更為廣闊的發展空間。其所具有的創新性和科技性也將會引領學生向著更加廣闊的領域發展，可以讓學生接觸到更高層次的教育理念，給接受高等教育的學生帶來一絲清新的氣息。因此，政府應當重視機器人技術方面的投入，給計算機教育帶來新的發展。

2 基于計算機軟件技術的智能機器人系統建設

2.1 基于計算機視覺的移動機器人導航

計算機視覺興起于二十世紀五十年代，其涵蓋了心理學、生理學、神精神力學等多方面的理論成果，是迄今為止非常完善的視覺理論。該系統構建主要分為三個層次，即計算理論層次，表達算法層次，以及硬件實施層次。其視覺建設主要采用CCD攝像機對二維圖像信息進行采集，通過移動機器人工作環境所劃分的結構化道路環境和非結構化道路環境的區分實現視覺的簡易化處理。其一般以簡易檢測為主，搭配Hough變換、模式匹配等，對最小二乘法處理應用道路邊界線條，從而得出道路的幾何描述。

2.2 圖像處理

在圖像處理方面，主要是用的數字圖像插值算法為最近鄰點差值法、雙線性插值法、雙三次插值法。最近鄰點插值法主要是對采樣點周圍的四個相鄰像素點進行采取，選擇距離最近的灰點值作為灰度值，其公式為：

其中i，j均為非負整數，u，v為[0，1]區間的浮點數，數值可以取0.5，f（i，j）表示原圖像（i，j）處的像素值。

雙線性插值法所根據的是采樣點與相鄰點的距離，從而確定相應權值，通過此計算待采樣點的灰度值。其公式為：

雙線性插值法與最近鄰點法相比，其更加考慮了最近四個點采樣影響，對于灰度的不連續性有所考慮，但同樣，其所進行的計算量增大了。

雙三次插值法考慮到了各鄰點之間的灰度變化率，其數學表達式為：

其中w為自變量，S（w）為三次多項式的值。

差值公式為：

計算的時候需要對周圍十六個灰度值依照公式進行內插，其考慮到了直接鄰點的灰度值對采樣的影響，提高了精準度，但同時也加大了計算量。

2.3 移動機器人的運動控制

根據相應目標，其主要分成三個基本問題進行研究：即軌跡跟蹤、路徑跟蹤、點鎮定。對于軌跡跟蹤來說，通過合適方法的尋找讓機器人沿著預期的路徑運行；軌跡跟蹤則是讓機器人沿著既定的軌跡運行，其可以是時間有關的幾何路徑；點鎮定則主要是讓機器人能夠從任意位置鎮定道目標位置上。在機器人運動方面，所使用的主要控制方法為模糊控制方法。其主要的目的是將客觀存在的三維場景，通過攝像機以二維的形式予以攝取，將投影變成圖像描述，進行透視變換。其涉及到了不同坐標之間的變化，比如，世界坐標、車體坐標、像平面坐標等等，為了能夠讓圖像空間中機器人點與目標點對應的空間人物相一致，則需要解決好圖像空間與任務空間的轉換問題。通過對路徑信息的采集，通過模仿人工瞄準的行為，運用直接圖形信息的方式對機器人的輸入控制量進行控制則不失為一個較好的方法。此方面通過實驗可以了解到，運用NXT移動機器人跟蹤，可以讓機器人達到很好的運動效果，對機器人控制的效果也更為顯著。

3 結語

綜上所述，機器人制作項目的開展可以引導學生健康發展，可以讓學生的實踐能力得到提升，可以讓教育領域的科技性更強。教師在進行教學過程中，要注重做好計算機軟件技術的智能機器人系統應用探索，通過計算機與機器人技術的結合，讓機器人更加智能化，讓其程序更加完善，讓其應用的領域更加廣闊，為其未來的發展提供更加豐沃的土壤。

參考文獻

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作者簡介

龐天杰（1980-），山西省太谷縣人。碩士學位。現為太原師范學院計算機系講師。研究方向為機器學習及數據挖掘。

作者單位

太原師范學院計算機系 山西省晉中市 030619