大功率廣播發射機智能值機機器人的設計初探

龐銳 王耕

摘要：伴隨時代發展和科技進步，人工智能受到了非常廣泛的重視，并得到快速發展和應用。該文根據大功率廣播發射機的值機工作特點，提出了用智能機器人代替人工值機的設想，并分析了智能值機機器人設計的關鍵技術和解決方案。

關鍵詞：大功率廣播發射機;智能值機機器人;關鍵技術;設計

中圖分類號：TP3? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1009-3044（2018）31-0195-02

1 引言

發射機是廣播發射系統的重要組成部分之一，其運行穩定性和可靠性是安全傳輸發射工作順利完成的根本要求。然而，由于值機工作時間長，值機環境枯燥，電磁、噪音污染不可避免，加之安全播出壓力大，對值機人員的生理和心理都是一個很大的考驗。因此，在智能機器人技術飛速發展的今天，設計一款大功率廣播發射機智能值機機器人代替人工勞動，一是可以將值機員從枯燥的值機工作中解放出來，降低勞動強度，提高工作效率;二是避免人為失誤，提高工作精度，保障安全播出。希望通過對智能值機機器人的設計分析，為各位同行起到拋磚引玉的作用。

2 智能機器人關鍵技術

2.1 定位與導航

發射機房是一個具有復雜電磁干擾的室內環境。為了能夠完成值機巡視任務，智能值機機器人采用磁軌跡引導和無線射頻識別（RFID，Radio Frequency Identification）定位的導航定位方式[1]。這種方式預先在機器人需要運行的路線上埋設磁軌跡，同時在每部發射機的指定位置上安裝RFID標簽。機器人運行時，機器人上的磁傳感器陣列檢測到自身運動中心相對于磁軌跡的偏移，通過運動控制器控制左右兩輪的馬達轉動速度差，從而使機器人沿設定路線運行，RFID讀卡器則在檢測到埋設在發射機上的標簽后通知機器人到達設定位置，從而做出相應的停靠、轉向、值機檢測等動作[2][3]。

2.2 智能避障

紅外避障傳感器是能夠將紅外輻射能轉換成電能的光敏器件。當接收到的紅外光強時，電路導通，傳感器上采集到的值小;當紅外光線弱時，電路不導通，傳感器采集到的值大。紅外避障傳感器檢測到障礙物時，給智能機器人的返回值為0，以此作為程序判斷條件，指示智能機器人躲避障礙物。

超聲波避障傳感器通過發送和接收超聲波，利用時間差和聲音傳播速度，能夠計算出前方障礙物的距離，根據距離的不同，機器人可以做出不同的避障反應。

碰撞傳感器安裝在機器人身上的接觸點上，能夠智能感知外界的碰撞并反饋給處理中心，做出相應的避障反應。

智能值機機器人通過配置紅外避障傳感器、超聲波避障傳感器和碰撞傳感器來識別障礙物，分析外部環境以做出轉向、停止、后退等避障反應。

2.3 智能感知

人體感應傳感器是基于紅外線技術的自動控制器。當人進入其感應范圍內，則輸出高電平;當人離開感應范圍時，則自動延時關閉高電平，輸出低電平。

溫濕度傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接，能夠自動感測溫濕度，并轉換為數字信號輸出。

煙感器和火焰傳感器能夠探測到煙霧和火焰并將異常信號傳遞給機器人處理中心。

2.4 語音識別

機器人語音識別系統首先對特定語音發送者的語音進行識別，然后再將正確授權的語音識別者的語音控制指令轉化為計算機指令，由機器人完成特定的指令動作。

2.5 人臉識別

智能值機機器人通過改進的特征提取算法及改進的支持向量機（Support Vector Machine， SVM）算法構建人臉識別系統。這樣，即使在樣本數量較小、提供信息有限的情況下，智能值機機器人仍然能較好的完成人臉識別。

2.6 圖像識別

機器人配備高清攝像頭，作為機器人的眼睛。機器人在發射機指定位置停靠后，對發射機運行表值進行圖像拍攝，然后通過圖像識別，獲取發射機表值數據。

2.7自學習

基于行為的機器人自學習包括兩種情況，一種是在常規環境中，通過不斷運行，記錄總結規律，通過算法分析尋找到更有效率的運行方式;一種是在沒有現成的運行規則可以遵循的情況下，機器人會首先選擇一種運行方式，然后通過傳感器探測得到執行反饋結果，再對自己的運行方式做出修正。通過這種不斷的運行與修正對經驗進行總結，作為學習成果保存，以便在以后的運行中做出更為恰當的反應，從而實現自我學習[6]。

3 大功率廣播發射機智能值機機器人設計方案

3.1 系統設計理念

大功率廣播發射機智能值機機器人的設計原理是模擬人工值機工作以解放人工勞動，同時通過自動化運行提高值機工作的持續穩定性和準確性，保障安全傳輸發射。

智能值機機器人通過輪式移動平臺實現自主移動，配備車載控制中心相當于整個機器人的中央處理器，配合超聲波傳感器、紅外傳感器、碰撞傳感器、人體感應傳感器、高清攝像頭、RFID讀卡器、溫濕度傳感器、煙感器、火焰傳感器等采集數據，經過分析環境、接收指令，完成相應的任務。如圖1所示為大功率廣播發射機智能值機機器人系統設計圖。

3.2 智能機器人系統功能分析

智能值機機器人主要實現功能是智能巡機、智能交互、智能抄表、智能通信、智能表值分析以及異態警報、故障預判等。系統功能如圖2所示。

3.2.1 智能巡機

巡機是值機工作的重要內容，通過巡機可以及時發現發射機運行狀態是否正常。智能值機機器人可以實現常規巡機和指定巡機。

常規巡機：常規巡機可以按要求設定，如每30分鐘一次定時執行。即在智能機器人底部安裝磁軌跡感應器，分辨預設磁軌跡，使機器人在指定路線上運行。當RFID讀卡器讀取到發射機上預裝的RFID信號時，機器人就能識別不同發射機并進行停靠，完成常規巡機工作。

指定巡機：根據值班工作需求，指示機器人進行定制巡機操作，包括巡機時間、路線、發射機等。

同時，機器人在巡機行進過程中，紅外避障感應器和超聲波避障感應器能識別障礙物并判斷距離，并把信息傳送給機器人中央處理器進行分析，以做出在不同的情況下的不同避障反應。

3.2.2 智能交互

機器人可以遠程接收指令，也可以在機器人觸摸顯示屏上操作，還可以人機對話，實現語音發布命令。

智能機器人通過人體感應傳感器能夠自動識別人體，同時配合聲音傳感器識別聲源。當人靠近機器人時，機器人能自動識別定位，并轉向面對人體，同時主動友好打招呼，等待進一步指令操作。當對機器人下達命令后，機器人會對語音進行識別，匹配相應的指令進行操作，同時通過語音與人交流，反饋命令執行結果。

3.2.3 智能通信

智能值機機器人可實現與發射機自動控制系統通信，獲取發射機運行狀態數據。

3.2.4 智能抄表

每部發射機安裝不同的RFID標簽，智能機器人根據RFID讀卡器讀取到的不同信號判斷是哪部發射機。同時，機器人通過當前位置與預設位置比對進行定位矯正，然后智能機器人通過高清攝像頭拍照，進行圖像分析獲得發射機運行表值等運行狀態數據。

3.2.5 智能表值分析

通過智能通信獲得的發射機運行狀態數據以及智能抄表得到的數據與計算機正常運行的數據比對，當數值超過正常范圍時發出異態警報，同時將信息發送給智能機器人管理員。

3.2.6 智能警報

智能機器人配置溫濕度傳感器、煙感器和火焰傳感器，當檢測到環境溫度、濕度、煙霧和火焰異常時，機器人將異常信息發送管理員，同時語音播報警報內容。同時，對于上述的異常現象，機器人可以為管理員提供相應的應急處理流程提示。

3.2.7 智能故障預判

當表值分析顯示發射機運行狀況異常時，智能值機機器人可以對異常數據進行分析，推斷異常發生的可能原因。同時對不同的異常狀況，提示可以采取的措施，便于發射機維護人員及時處理異常，縮短故障處理時間，提高故障處理效率。

4 結束語

大功率廣播發射機智能值機機器人的應用，將有效地提高值機工作效率，保證發射機的運行穩定性。在智能機器人技術飛速發展的今天，應該看到智能機器人越來越廣闊的應用前景，我們撰寫此文的目的即在于此。

參考文獻：

[1] 肖鵬，欒貽青，郭銳，等.變電站智能巡檢機器人激光導航系統研究[J].自動化與儀表，2012.

[2] Guo Rui，Li Bingqiang，Sun Yutian，et al.A patrol robot for electric power substation[C]//2009 IEEE International Conference an Mechatronics and Automation.9-12 August，2009：55-59.

[3] 龔勤慧.變電站智能巡檢機器人研究綜述[J].瀘州職業技術學院學報，2015.

[4] 李慧敏.人臉識別關鍵技術的研究與集成實現[D].重慶郵電大學，2017.

[5] 林義忠，黃冰鵬，李盛，等.機器人智能碰撞傳感器的設計與仿真[J].傳感器與微系統，2017.

[6] 寧祎，閆銘，杜寬森. 基于行為的機器人自學習方法研究[J].制造業自動化，2013.