基于慧魚(yú)模型的人工智能設(shè)計(jì)

唐菲蔓　劉玉婷　周晨曦

摘 要：慧魚(yú)模型誕生于1964年的德國(guó)，作為一種新的教學(xué)體系，為創(chuàng)新教育和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新提供了最佳載體。基于慧魚(yú)模型，在不影響模型組合精度的前提下，保證反復(fù)的拆裝;組件工業(yè)由燕尾槽專(zhuān)利設(shè)計(jì)，六面拼接，獨(dú)特設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)任意組合和展開(kāi)。因此慧魚(yú)模型可以廣泛用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造方面。信息時(shí)代以來(lái)，人工智能開(kāi)始迅猛發(fā)展，得益于慧魚(yú)模型的獨(dú)特設(shè)計(jì)，其在人工智能的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。本文將對(duì)基于慧魚(yú)模型的人工智能設(shè)計(jì)予以闡述，希望能夠?yàn)橹笥糜谌斯ぶ悄芴峁﹨⒖肌?/p>

1 引言

模塊化的慧魚(yú)模型，又稱(chēng)工程積木，是一種具有可組裝性、靈活性和系統(tǒng)性的創(chuàng)新性教學(xué)型工具。其具有一般工程機(jī)械制造所需的各種不同型號(hào)和尺寸的零件。慧魚(yú)模型由機(jī)械部件、微型電機(jī)、傳感器（光、熱、磁、觸敏等）、氣動(dòng)部件、計(jì)算機(jī)接口板和控制軟件等組成，具有簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、系統(tǒng)、靈活的優(yōu)點(diǎn)。該模型是展示科學(xué)原理和技術(shù)過(guò)程的理想型教學(xué)工具，為創(chuàng)新教育和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)提供了最佳載體。除此之外，隨著生活水平的提高，人民的生活開(kāi)始發(fā)生著翻天覆地的變化，新的生活習(xí)慣逐漸養(yǎng)成，而這種生活習(xí)慣也帶來(lái)了新的不便利、比如停車(chē)位緊張等等，本文將闡述基于慧魚(yú)模型設(shè)計(jì)下的人工智能是如何應(yīng)用于這些方面的，為之后的人工智能設(shè)計(jì)提供參考和支持。

2 在運(yùn)動(dòng)方面的應(yīng)用

越來(lái)越多的人開(kāi)始在業(yè)余時(shí)間選擇各種各樣的體育活動(dòng)。高爾夫一直被認(rèn)為是一種高雅的體育活動(dòng)，因?yàn)樗鼘?duì)球場(chǎng)的要求很苛刻，普通人很難玩。為了讓更多的人接觸到這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)，近年來(lái)室內(nèi)高爾夫墊變得流行起來(lái)。由于其設(shè)備簡(jiǎn)單、折疊方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。但是，每次擊球時(shí)都不方便撿起球。針對(duì)這種不方便，通過(guò)慧魚(yú)模型而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了此機(jī)器人，它的功能是把洞內(nèi)或洞外的球撿起來(lái)，再把球放回原處。

2.1高爾夫機(jī)器人的工作機(jī)制

首先在孔上安裝了一個(gè)光電傳感器。當(dāng)球落入洞內(nèi)時(shí)，光電傳感器被覆蓋，控制系統(tǒng)得到信號(hào)放下驅(qū)動(dòng)塊臂。然后機(jī)器人會(huì)停下來(lái)執(zhí)行程序，即撿起洞中的球。高爾夫球最終將被拿起并送回起始點(diǎn)。如果球不在洞中，光電傳感器將不會(huì)接受機(jī)器人執(zhí)行程序沿軌跡尋找球的任何指令。機(jī)器人上有一個(gè)磁傳感器，當(dāng)它感受到來(lái)自球的磁信號(hào)時(shí)，機(jī)器人會(huì)停下來(lái)執(zhí)行撿球的程序。然后機(jī)器人把它送回初始點(diǎn)。最后控制系統(tǒng)將回到初始狀態(tài)。這就是高爾夫智能機(jī)器人的工作機(jī)制。

2.2機(jī)械臂機(jī)制

機(jī)械臂的總長(zhǎng)度為510毫米，包括橫梁、機(jī)械臂前面的夾持器、機(jī)械臂后面的電池和終端磁傳感器。與兩指的機(jī)械夾持結(jié)構(gòu)相比，四指夾持結(jié)構(gòu)要重一些。為了避免機(jī)器人向后或向前傾斜，我們將較重的電池放在手臂的后部，使其能夠保持手臂的穩(wěn)定。機(jī)械手通過(guò)升降結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)沿垂直方向移動(dòng)，行走距離為135毫米。

3 在采摘水果中的應(yīng)用

目前，我國(guó)水果采摘以手工采摘為主。利用各種采摘的輔助設(shè)備，可以極大的提高采摘效率，降低水果的損壞率，節(jié)約勞動(dòng)力成本，顯著的提高果農(nóng)的經(jīng)濟(jì)效益。為了提高采摘效率，通過(guò)設(shè)計(jì)基于慧魚(yú)模型的采摘機(jī)機(jī)械臂可以有效地解決采摘效率低、損壞嚴(yán)重的問(wèn)題。

3.1機(jī)械臂的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在將撿拾器準(zhǔn)確地送到拾取物體位置的整個(gè)過(guò)程中，機(jī)械臂需要牢固的穩(wěn)定而不晃動(dòng)，快速準(zhǔn)確定位，可以為后續(xù)的揀選工作奠定基礎(chǔ)。揀選作業(yè)中最耗時(shí)的環(huán)節(jié)即是機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)過(guò)程是。機(jī)械手的自由度越高，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，控制系統(tǒng)的控制難度越大，成本也越高。因此，除了機(jī)械手的強(qiáng)度和剛度外，還應(yīng)盡可能的考慮減少機(jī)械手的自由度，而采摘器可以避免樹(shù)枝和未成熟果實(shí)到采摘對(duì)象的位置。設(shè)計(jì)的機(jī)械臂分為主支架、轉(zhuǎn)臂、傳動(dòng)系統(tǒng)和控制單元。

3.2機(jī)械臂主支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)械臂的主要支撐是旋轉(zhuǎn)臂在揀選過(guò)程中驅(qū)動(dòng)機(jī)器的載體，對(duì)整個(gè)機(jī)械臂起支撐作用。為了減少設(shè)備的整體空間和自重，主支架采用兩段式設(shè)計(jì)，每段主支架采用4個(gè)20cm長(zhǎng)的鋁合金型材。兩機(jī)械臂主支撐中心傳動(dòng)部分選用傳動(dòng)精度高的絲杠。第二節(jié)主支架與第一節(jié)主支架中間的螺釘、轉(zhuǎn)臂底端與第二節(jié)主支架中的螺釘通過(guò)螺母連接，并組合成具有自鎖功能的螺釘螺母結(jié)構(gòu)。

3.3機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了保證整個(gè)裝置在揀選過(guò)程中的穩(wěn)定性，選擇了重量輕、強(qiáng)度高的氣動(dòng)裝置作為旋轉(zhuǎn)臂的驅(qū)動(dòng)部分。由氣泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)，兩側(cè)導(dǎo)軌支撐引導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)臂20-25cm伸縮運(yùn)動(dòng)。兩側(cè)導(dǎo)軌在揀選作業(yè)中形成一對(duì)力，平衡旋轉(zhuǎn)臂運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的彎矩。轉(zhuǎn)臂底部的蝸輪與第二主支架上的轉(zhuǎn)臂運(yùn)動(dòng)的蝸桿結(jié)合，形成具有自鎖功能的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，防止運(yùn)行中停電造成安全隱患。

總結(jié)

除了上述所表明的例子以外，其他應(yīng)用實(shí)例還有很多。比如應(yīng)用于仿生機(jī)器人，利用慧魚(yú)的創(chuàng)新組合模型進(jìn)行了六足昆蟲(chóng)仿生機(jī)器人的仿真設(shè)計(jì)，并開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的支持程序，使其完成了預(yù)定的功能和動(dòng)作，能夠滿(mǎn)足教學(xué)和科研實(shí)踐的需要。此外，解決了現(xiàn)有公交投幣機(jī)無(wú)法擴(kuò)展和排列紙幣、無(wú)法識(shí)別紙幣真?zhèn)蔚膯?wèn)題，在慧魚(yú)模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種智能化的公交投幣機(jī)，它具有紙幣自動(dòng)開(kāi)發(fā)、硬幣分類(lèi)高效、真?zhèn)沃悄茏R(shí)別和硬幣應(yīng)急一體化等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。紐扣電池作為一種電池，具有不可替代的地位和廣泛的應(yīng)用。但傳統(tǒng)的紐扣電池檢測(cè)方法單一，效率低下，不合格電池利用率高。為了提高電池檢測(cè)的工作效率，降低不合格電池的利用率，改進(jìn)電池的檢測(cè)模式，可以通過(guò)慧魚(yú)設(shè)計(jì)一種替代傳統(tǒng)電池檢測(cè)方法的工作。整個(gè)系統(tǒng)的工作是利用送料裝置、測(cè)試裝置和接收裝置三個(gè)分支來(lái)完成的，從而達(dá)到測(cè)試的目的。通過(guò)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以降低電池測(cè)試過(guò)程中的不合格率，提高測(cè)試的連續(xù)性，消除手工測(cè)試的弊端。總之，基于慧魚(yú)的機(jī)械設(shè)計(jì)總類(lèi)繁多，廣闊的應(yīng)用于各方面，能使機(jī)械水平更加提升，促進(jìn)人工智能的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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