智能安防機器人控制系統設計與研究

利劍偉

摘要：自從進入到21世紀以來，將智能機器代替人工的理念已經得到廣泛的認同，不僅是在某一個國家，而是在全球范圍內都得到了廣泛的認同。隨著當今社會經濟、科技技術的不斷發展，高新技術的發展已然成為衡量一個國家發展的重要標準。而智能安防機器人是眾多科技發展中，受到高度關注的成員之一。面臨此種現象，需要對智能安防機器人設計進行更深入性的研究與創新。

關鍵詞：智能安防機器人;控制系統;設計;研究

中圖分類號：TP242文獻標識碼：A文章編號：1672-9129（2020）06-0076-02

Abstract：Sinceenteringthe21stcentury，theideaofreplacingartificialintelligencewithintelligentmachineshasbeenwidelyrecognized，notonlyinacountry，butalsointheglobalscopehasbeenwidelyrecognized.Withthecontinuousdevelopmentofsocialeconomy，scienceandtechnology，thedevelopmentofhighandnewtechnologyhasbecomeanimportantstandardtomeasurethedevelopmentofacountry.Andtheintelligentsecurityrobotisoneofthememberswhoreceivehighattentioninthedevelopmentofmanytechnologies.Facedwiththisphenomenon，itisnecessarytocarryoutmorein-depthresearchandinnovationonintelligentsecurityrobotdesign.

Keywords：intelligentsecurityrobot;Controlsystem;Design;research

隨著人類在不斷前進的過程中，信息時代已經到來，尤其是在集信息技術，機械工程，電力電子技術一體化的機器人產業已經在進行快速的發展過程中，對智能機器人加以充分的應用，所具有的明顯優勢是可以對人工的高危險和繁重作業進行有效的替代。在智能變電站等工業領域的不斷發展過程中，智能安防機器人可以代替人工所完成的具體工作有：設備的各項檢測工作、危險警報及時做出提示、環境得到全面監控、數據的高效性采集等各種各樣的工業活動，這樣不但是一項非常有開發前景的高新科技技術，而且還是智能安防機器人在不斷研發中的重要方向。

1智能安防機器人控制系統設計與研究的基本含義

智能安防機器人所具有的功能更加的強大，同時性能十分穩定的控制系統。因此，首先需要有正確的思路，所以在進行具體的設計過程中，要應用模塊化的設計方式，對智能安防機器人控制系統的總體設計框架有初步的規劃;其次需要對機器人的主要控制系統，以及其它系統進行不斷的設計研發，具體包含的有：機器人運動控制子系統、傳感器子系統、攝像頭控制子系統等都需要付出精心的勞作進行設計研發;最后是對機器人平臺加以充分的利用，從而對控制系統進行有效的實驗測試，并對所測得的結果要進行全面，詳細的分析，同時寫出相應的可行性總結報告.通過以上的描述，可以做一定的預測性報告，安防機器人可以是人工操作的危險系數得到有效的降低，同時對企業成本的合理控制也具有非常重要的意義。

智能安防機器人的核心部分是主控器，可以將其視作人的”大腦”，發揮著非常重要的作用。智能安防機器人主要是通過主控制器與機器人中的各項子系統共同的合作，從而使通訊和控制得到良好的實現，并對機器人的具體運動狀態進行合理化的調整，以及行走路線等多方面的合理調整;如果機器人要想巡檢任務得到多線程分級管理的方式，那么必須要對搭載操作系統進行充分的利用，而上位機的遠程通信功能要想得到實現，通常需要搭載4G無線通信模塊.因此，智能安防機器人在進行不斷研發的過程中，主要的核心部分一定是主控器的合理設計與研發。對主控器的研發，與國外相比我國研發開始的時間相對較晚，國外研發機構在對其進行研發的過程中，最初是ABB公司所研發的工業機器人IRC5控制系統，主要的構成部分是：一個控制模模塊、一個驅動模塊，模板在銜接的過程中，所應用到的銜接工具是兩根電纜，模塊在具體的銜接過程中非常的簡單，且在通信功能方面非常的具有完善性。KUKA公司所研發的是KeMotionr5000系列控制系統，該項系統是一套面向多軸運動控制的模塊化控制系統，通過對主控制器運動實行合理的規劃與設計和機器人運動控制單元的有效結合，能夠使伺服電動機的控制得到完成，這樣就可以使工業機器人的準確控制得到實現。國內機器人運動控制在進行不斷的發展過程中，雖然發展速度非常的快，但是在設計理念方面還有待進一步的完善，控制器開放性方面有待提高，容錯性方面有待強化等多方面的局限性。

2控制系統總體設計

由于在設計的過程中，是以模塊化的設計理念作為前提條件，所以在對智能安防機器人控制系統進行總設計的過程中，需要對各項系統有明確的劃分。主控系統所包含的子系統有：主控器、運動控制子系統、傳感器子系統、攝像頭控制子系統、上位機APP等所組成。主控器在控制系統中所發揮的作用，如同人的“大腦”一般，可以將信息、命令進行有效的匯總、處理，然后發放到相應的子系統中，從而使各項命令得到完成。運動控制器子系統主要是根據有關的命令，通過主控器所運行的準確速度和具體的運行方向，從而使前進、后退、轉向姿態調整等各種運動方式得到實現。傳感器控制子系統主要起到的作用是對電動機，以及周圍環境的各項數據進行有效的收集，如電機運行中的具體速度情況、環境溫濕度等，并將收集到的各項數據準確無誤的發送到機器人主控器中進行有效的匯總和全面、詳細的分析。攝像頭傳輸子系統主要所發揮的作用是，對現場環境進行實時性的監控，所具有的具體功能是，可以錄像、錄像回放，還可以對其中的紅外相機加以利用，從而實現環境溫度的探測，如果溫度出現過高的情況下，那么可以起到報警功能的作用。

3主控器設計

以安防機器人運動控制系統總設計方案作為基礎，來對安防機器人運動控制系統的主控器進行合理化的設計。智能安防機器人核心控制系統是主控器，所發揮的重要作用是起到樞紐的作用，主要功能所發揮的作用是，可以與機器各個子系統之間進行通訊與控制;通過與搭載操作系統的有效利用，對機器人需要在同一時間完成的工作，可以實行多線程分級管理的模式;與上位機手機APP等可以進行遠程通信。因此，主控器所具有的各種性能，在優、劣以及工作穩定性方面都會對智能安防機器人有決定性的作用。

主控器的硬件組成部分有：核心芯片、與之相關的外圍擴展電路。其中核心芯片所應用的是飛思卡爾的工業處理器imx6，其中會包含2個ARMCortx-A9內核，而每個內核具體的運行速率是1.2GHz，同時帶有1MBL2緩存和1GBDDR3支持搭載Linux、安卓等有關方面的操作系統。此種處理器主要應用的范圍是電動汽車領域，在性能方面十分的具有優越性，且在可靠性方面非常的稿，能量信號非常的低，具有非常好的節能環保效果。通過對這種處理器搭載嵌入式Linux操作系統，然后是與QT框架進行有效的結合，之后是對智能安防機器人開發界面進行合理話的設計，最終使各項功能可以得到最好的實現。

主控器外圍擴展電路在進行具體的設計過程中，是根據智能安防機器人功能的具體需求來進行具體的規劃，其中PCB線路板上的主要元件有：4G通信模板、WiFi通信模板等。

4運動控制器子系統的合理設計

根據運動控制系統設計總方案，來對巡檢機器人運動控制系統進行合理、具體的設計。由于該項系統具有一定的特殊性，所以在設計的過程中，一定要對各方面的問題都進行思考.該項系統在進行設計的過程中，同樣是采取模板化的設計理念。因此，該項方案能夠對系統中的容錯性有強化性的效果，同時還可以使系統的可擴展性可以得到明顯的提升，從而是智能安防機器人在進行具體的工作過程中，所具有的適應性和穩定性可以得到很好的展示。

5傳感器子系統的合理化設計

智能安防機器人所具有的主要作用，是為了在一定的程度上可以將人工方面的工作進行替代，主要有一系列安防、巡檢任務。因此，智能安防機器人一定要對外界環境進行實時的感知，而要達到這樣的效果，多種傳感器之間必須要進行緊密型的配合。對多傳感器融合技術加以應用的過程中，可以對各種多傳感器之間所具有的功能進行有效的結合，進而起到取長補短的效果，最終使精確度可以得到明顯的提升。智能安防機器人傳感器子系統在進行設計的過程中，會對傳感器中的數據采集功能加以充分的考慮，如導航信息和環境信息的有效采集;同時數據處理方面的功能，傳感器能夠將收集到的信息進行合理的整合，最終對智能安防機器人接下來的工作有明確的判斷。

結語：智能安防機器人控制系統的設計，需要對各方面的因素都加以充分的考慮，尤其是各個子系統的設計要十分的重視，因為只有系統得到完善的設計，才可以確保智能安防機器控制系統得到完整。然后再通過大量的試驗驗證結果，從而使智能安防機器人控制系統設計能夠發揮最大的效果。

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