物聯網技術應用于智能機器人系統的探索與實踐

鐘元權

（安徽文達信息工程學院 安徽 合肥 231201）

1.基于物聯網的機器人的系統概述

1.1 智能機器人系統概述

目前國內外學者對于結合物聯網技術的智能機器人并未清晰定義,但是其功能方向較為明確,是將智能機器人視為物聯網環境中的個體參照,而物聯網則可以視為環境平臺。 在環境平臺提供了外部數據信息之后,才能夠在特定空間范圍內由智能系統自主判斷執行方案的可行性。 將智能機器人的系統集成于物聯網環境中,能夠為智能機器人加載傳感器系統,收集室內外的環境信息,包括該空間內的移動物體位移參量、形狀參量、動作規律參量等等,是智能機器人在自主決策環節中必不可少的信息對比要素。 因此,智能機器人以服務為導向完成了諸多假定性的任務,而物聯網提供了空間環境信息的對比數據,才最終支持了系統自主決策的機制產生,為機器人智能化的發展提供了應用層面的輔助和支持。 并完成諸如家居、醫療、巡檢、救災、配送等各類應用場景的智能化處理模式,形成自主作業和智能監控的便利條件。

1.2 發展智能機器人系統的現實意義

響應國家號召,推進科技發展,社會進步是智能機器人系統所提供的技術性支持。 人工智能行業作為高新技術產業,受到國家的大力支持,積極響應國家號召,通過借助物聯網技術優化下一代智能機器人系統的功能性與核心技術,將促進多種自助服務的升級,為眾多領域在智能控制系統的發展中得到助力。在革新行業服務模式的過程中能夠發現,當服務行業引進人工智能機器人系統之后,實際上創建了另一種全新的智能服務模式,將會支持服務行業變得更加智能化和簡單化。 同時發展智能機器人系統可以緩解人才緊缺狀況。目前服務行業作為人才缺口主要領域,服務機器人的投放將會有效緩解服務行業人才緊缺的情況,能夠促進各行各業的服務質量穩步提升。 在加速推進產業智能化升級的過程中。 基于物聯網技術的機器人系統,能夠推動人工智能與各行業的創新性融合,在制造業、農業、物流產業、金融行業、商務領域、家居服務等重點行業中開啟人工智能的試點示范,進而推動人工智能的規模化應用,全面提升產業發展的智能化水平。

2.物聯網技術支持下的智能機器人系統框架結構

物聯網技術在智能機器人中的應用，是將智能化的邏輯思維注入其中，并通過物聯網技術最終實現多種使用功能。 最為普遍的物聯網技術層級可以劃分為：應用層、網絡層、系統層、功能層、感知層。

2.1 應用層

應用層主要由軟件系統的功能導向為任務指派類型,在應用層完成了主要的功能設定方向,諸如工業、家庭、醫療等不同方向的應用指標,決定了智能機器人的指令執行條件與方法。 因此,在物聯網技術的支持下, 智能機器人系統的應用層并非單純的軟件系統功能定位,而是需要設置完整的執行條件與指令類型,進而完成諸多假定性的執行命令,為智能機器人自主決策執行條件提供相應的運行環境。

2.2 網絡層

網絡層是架構數據信息虛擬鏈接的系統層級。 在網絡層中,物聯網技術的架構方案主要以藍牙傳輸為主,在結合了傳感器技術與RFID 標簽技術之后,完成了指令信息的快速傳輸。 物聯網技術之所以能夠完成信息傳輸,主要借助了傳感器的信息導入,在系統內部分析了指令需求之后,借助RFID 標簽所得任務輸出的具體方向,便在網絡層確定了任務導向的最終結果。 因此,網絡層構建了智能機器人在物聯網環境中的信息交互,且需要在傳感器感應范圍之列收集對比信息,才能最終完成指定任務。

2.3 系統層

系統層是智能機器人架構邏輯思維的系統層級。智能機器人之所以能夠自主完成各種任務類型,取決于系統決策機制的完備度。 當決策機制較為完整時,系統決策并不會出現邏輯次序的混亂,可以借助物聯網信息的對比分析,明確具體任務類型的最佳推導方案。而在決策機制并不完整的情況下,邏輯次序極易出現混亂,系統層并無法提供唯一解集或最優解集,因此相應的物聯網技術優勢也會有所限制。

2.4 功能層

功能層在物聯網技術體系中屬于信息交互的系統層級,需要以視頻監控、自動充電、語音交互、或者視頻信息的交互來完成預設功能的自主執行。在功能層自主完成新交互的過程中,物聯網技術及虛擬空間的嵌入式技術或無線射頻技術提供了信息交互的可能性。 因此,交互信息在導入、分析、輸出等多次流程中并未喪失對于外界信息的索取能力,保障了智能機器人的基礎功能始終存在。只要智能機器人并未脫離物聯網所假設的信息空間環境, 其信息交互功能便始終存在,并且能夠完成具體的指令需求。

2.5 感知層

感知層是智能機器人系統了解外部信息的必要環節,需要借助多種傳感器類型完成對于音頻、視頻、溫度、濕度等環境信息的考察。而這些信息也正是智能機器人獨立完成任務指令的基礎條件,需要依靠RFID 在自動識別外部環境信息,從而構建完整的信息獲取渠道。因此,物聯網技術之所以能夠為智能機器人系統提供技術支持,也取決于感知層的設計效果,并最終完善了智能機器人在空間信息獲取時的便捷性。

3.物聯網技術在智能機器人系統中的多種應用路徑

3.1 普適機器人單獨作業的運行方案

普適機器人系統是從普適計算的角度出發,將感知、智能、行為等功能導向,分別設置在嵌入式機器人、軟件機器人、移動機器人的系統架構中,并借助物聯網技術完成室內環境信息的交互。 其應用場合更加適應醫院、商場、家庭等室內空間的物聯網技術應用。目前在物聯網技術的支持下,普適機器人的學術研究方向更加側重于運用感知設備提高智能化服務質量。 而普適機器人所所以能夠完成物聯網技術的合并運用,主要依靠輸入輸出設備、電機控制、語音與圖像識別、任務執行管理、以及軟件包管理等多種技術的綜合運用。 其中的技術應用方向如表1 所示。

3.2 網絡機器人組織協同作業模式

網絡機器人系統是借助物聯網傳感器網絡,構建了全局感知的機構擴展,能夠為智能機器人系統擴增相應的感知范圍。 在增強了傳感器網絡的可操作性和移動性功能之后, 網絡機器人系統更加側重于全網絡環境中的定位、導航、環境感知、節點間移動、路徑規劃、目標跟蹤、多機器人組合隊形控制等方面,并逐步完成了空洞填補、節點替換、數據收集、自主部署、故障恢復等重要功能。 簡而言之,在以往時期機器人系統在完成商品挑選時需要配合人工指令甄別可選擇商品的具體類型,通常情況下以SCADA 集中控制系統為核心,其自動控制效果并不完備。而在借助物聯網技術之后,可以通過物聯網技術來強化任務指令的自動化水平,已經具備了端側自行控制的運行效果。 以Google 公司設計的無人車智能機器人系統為例。 其基礎運行條件便是借助物聯網技術,架構了車體在城市間運行條件的基礎定位信息。 借助控制駕駛原理,通過在車體四周安裝的諸多傳感器,持續不斷地收集車輛本身以及四周的各種精確數據,由車內的處理器進行分析和運算,再根據計算結果來控制車子行駛,并將所收集到的數據傳送到中央數據庫,提供給所有的無人車智能機器人系統。 那么在物聯網技術的應用下,每臺無人車能不斷的從云端更新數據庫,學習各種突發狀況,進而保持車行安全距離,并快速反應轉向動作。 也達到了借助網絡協調的互助模式支持多臺智能機器人系統的距離控制,才能完成無人駕駛技術的升級與實現。因此,物聯網技術相當于補充了網絡機器人的組織協同作業模式,并未不同終端提供了基礎數據信息,有助于加強多臺智能終端的系統協調性與覆蓋面。

3.3 智能空間機器人的功能開發

智能空間機器人系統是從異構數據收集與融合進行研究的物聯網技術應用方向,側重于關注特定環境下信息交互的服務效果。諸如遠程看護、娛樂、行為監控等方面的功能開發,其應用場景結構化的室內環境。 此前日本東京大學Hashimoto 等是最早開發智能空間機器人系統的科學團隊,利用物聯網技術能夠強化智能空間機器人的環境識別能力,針對事件需求完成特定任務類型的指定動作,諸如輔助老人行動、或者完成物品傳遞等功能。之后的相關研究主要傾向于智能空間機器人的物理識別精準度。 相關研究提出了解決機器人調用網絡化資源的鍵技術,其中包括：Jini 3、UPNP、Web 服務等。由于物聯網技術對于網絡信號強度的依賴性較為明顯,因此后續開發的智能空間機器人也注重解決單目攝像頭在智能家居空間內的信號傳遞問題,而采用視覺技術與RFID 技術也是智能機器人系統應對室內復雜環境的主要方式，能夠借助布式傳感器加強空間環境的甄別效果,進而完成物品操作或搜尋的執行命令。 除此之外,在云計算借助物聯網技術應用于智能機器人系統之后,能夠開發出全新的云端機器人系統,對于智能生產線的發展同樣具有更高的應用價值。 以往時期生產線中所使用的常規設備由PLC 類型的控制器在編程后進行小范圍控制。 而應用物聯網技術技術后,便可以實現虛擬網絡空間的智能控制。 諸如借助高速無線通信或光通信的信息傳遞方式, 通過Hadoop、Spark、Storm、Deep Learning 等大數據處理方案,開放RT 中間件或ROS開源平臺,從而支持物聯網智能機器人完成更為復雜的任務類型。

4.結語

綜上所述， 物聯網技術在智能機器人系統中的應用路徑較為廣闊，從而開發效果來看，借助網絡環境加強智能機器人系統的識別能力、決策條件、信息交互是極為重要的發展方向。從普適機器人單獨作業的運行方案，到網絡機器人組織協同作業模式，再到智能空間機器人的功能開發，物聯網技術的不斷升級與革新，必將支持智能機器人逐步優化其使用功能，并達到更為智能化的服務功能輸出，為機器人系統的智能化發展提供助力與支持。