大功率廣播發(fā)射機(jī)智能值機(jī)機(jī)器人的設(shè)計(jì)初探

龐銳 王耕

摘要：伴隨時(shí)代發(fā)展和科技進(jìn)步，人工智能受到了非常廣泛的重視，并得到快速發(fā)展和應(yīng)用。該文根據(jù)大功率廣播發(fā)射機(jī)的值機(jī)工作特點(diǎn)，提出了用智能機(jī)器人代替人工值機(jī)的設(shè)想，并分析了智能值機(jī)機(jī)器人設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)和解決方案。

關(guān)鍵詞：大功率廣播發(fā)射機(jī);智能值機(jī)機(jī)器人;關(guān)鍵技術(shù);設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP3? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1009-3044（2018）31-0195-02

1 引言

發(fā)射機(jī)是廣播發(fā)射系統(tǒng)的重要組成部分之一，其運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性是安全傳輸發(fā)射工作順利完成的根本要求。然而，由于值機(jī)工作時(shí)間長(zhǎng)，值機(jī)環(huán)境枯燥，電磁、噪音污染不可避免，加之安全播出壓力大，對(duì)值機(jī)人員的生理和心理都是一個(gè)很大的考驗(yàn)。因此，在智能機(jī)器人技術(shù)飛速發(fā)展的今天，設(shè)計(jì)一款大功率廣播發(fā)射機(jī)智能值機(jī)機(jī)器人代替人工勞動(dòng)，一是可以將值機(jī)員從枯燥的值機(jī)工作中解放出來，降低勞動(dòng)強(qiáng)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(duì)智能值機(jī)機(jī)器人的設(shè)計(jì)分析，為各位同行起到拋磚引玉的作用。

2 智能機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)

2.1 定位與導(dǎo)航

發(fā)射機(jī)房是一個(gè)具有復(fù)雜電磁干擾的室內(nèi)環(huán)境。為了能夠完成值機(jī)巡視任務(wù)，智能值機(jī)機(jī)器人采用磁軌跡引導(dǎo)和無線射頻識(shí)別（RFID，Radio Frequency Identification）定位的導(dǎo)航定位方式[1]。這種方式預(yù)先在機(jī)器人需要運(yùn)行的路線上埋設(shè)磁軌跡，同時(shí)在每部發(fā)射機(jī)的指定位置上安裝RFID標(biāo)簽。機(jī)器人運(yùn)行時(shí)，機(jī)器人上的磁傳感器陣列檢測(cè)到自身運(yùn)動(dòng)中心相對(duì)于磁軌跡的偏移，通過運(yùn)動(dòng)控制器控制左右兩輪的馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)速度差，從而使機(jī)器人沿設(shè)定路線運(yùn)行，RFID讀卡器則在檢測(cè)到埋設(shè)在發(fā)射機(jī)上的標(biāo)簽后通知機(jī)器人到達(dá)設(shè)定位置，從而做出相應(yīng)的?？?、轉(zhuǎn)向、值機(jī)檢測(cè)等動(dòng)作[2][3]。

2.2 智能避障

紅外避障傳感器是能夠?qū)⒓t外輻射能轉(zhuǎn)換成電能的光敏器件。當(dāng)接收到的紅外光強(qiáng)時(shí)，電路導(dǎo)通，傳感器上采集到的值小;當(dāng)紅外光線弱時(shí)，電路不導(dǎo)通，傳感器采集到的值大。紅外避障傳感器檢測(cè)到障礙物時(shí)，給智能機(jī)器人的返回值為0，以此作為程序判斷條件，指示智能機(jī)器人躲避障礙物。

超聲波避障傳感器通過發(fā)送和接收超聲波，利用時(shí)間差和聲音傳播速度，能夠計(jì)算出前方障礙物的距離，根據(jù)距離的不同，機(jī)器人可以做出不同的避障反應(yīng)。

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

智能值機(jī)機(jī)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(shí)別障礙物，分析外部環(huán)境以做出轉(zhuǎn)向、停止、后退等避障反應(yīng)。

2.3 智能感知

人體感應(yīng)傳感器是基于紅外線技術(shù)的自動(dòng)控制器。當(dāng)人進(jìn)入其感應(yīng)范圍內(nèi)，則輸出高電平;當(dāng)人離開感應(yīng)范圍時(shí)，則自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉高電平，輸出低電平。

溫濕度傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接，能夠自動(dòng)感測(cè)溫濕度，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸出。

煙感器和火焰?zhèn)鞲衅髂軌蛱綔y(cè)到煙霧和火焰并將異常信號(hào)傳遞給機(jī)器人處理中心。

2.4 語音識(shí)別

機(jī)器人語音識(shí)別系統(tǒng)首先對(duì)特定語音發(fā)送者的語音進(jìn)行識(shí)別，然后再將正確授權(quán)的語音識(shí)別者的語音控制指令轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)指令，由機(jī)器人完成特定的指令動(dòng)作。

2.5 人臉識(shí)別

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

2.6 圖像識(shí)別

機(jī)器人配備高清攝像頭，作為機(jī)器人的眼睛。機(jī)器人在發(fā)射機(jī)指定位置?？亢?，對(duì)發(fā)射機(jī)運(yùn)行表值進(jìn)行圖像拍攝，然后通過圖像識(shí)別，獲取發(fā)射機(jī)表值數(shù)據(jù)。

2.7自學(xué)習(xí)

基于行為的機(jī)器人自學(xué)習(xí)包括兩種情況，一種是在常規(guī)環(huán)境中，通過不斷運(yùn)行，記錄總結(jié)規(guī)律，通過算法分析尋找到更有效率的運(yùn)行方式;一種是在沒有現(xiàn)成的運(yùn)行規(guī)則可以遵循的情況下，機(jī)器人會(huì)首先選擇一種運(yùn)行方式，然后通過傳感器探測(cè)得到執(zhí)行反饋結(jié)果，再對(duì)自己的運(yùn)行方式做出修正。通過這種不斷的運(yùn)行與修正對(duì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，作為學(xué)習(xí)成果保存，以便在以后的運(yùn)行中做出更為恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)，從而實(shí)現(xiàn)自我學(xué)習(xí)[6]。

3 大功率廣播發(fā)射機(jī)智能值機(jī)機(jī)器人設(shè)計(jì)方案

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念

大功率廣播發(fā)射機(jī)智能值機(jī)機(jī)器人的設(shè)計(jì)原理是模擬人工值機(jī)工作以解放人工勞動(dòng)，同時(shí)通過自動(dòng)化運(yùn)行提高值機(jī)工作的持續(xù)穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，保障安全傳輸發(fā)射。

智能值機(jī)機(jī)器人通過輪式移動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)自主移動(dòng)，配備車載控制中心相當(dāng)于整個(gè)機(jī)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(yīng)傳感器、高清攝像頭、RFID讀卡器、溫濕度傳感器、煙感器、火焰?zhèn)鞲衅鞯炔杉瘮?shù)據(jù)，經(jīng)過分析環(huán)境、接收指令，完成相應(yīng)的任務(wù)。如圖1所示為大功率廣播發(fā)射機(jī)智能值機(jī)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖。

3.2 智能機(jī)器人系統(tǒng)功能分析

智能值機(jī)機(jī)器人主要實(shí)現(xiàn)功能是智能巡機(jī)、智能交互、智能抄表、智能通信、智能表值分析以及異態(tài)警報(bào)、故障預(yù)判等。系統(tǒng)功能如圖2所示。

3.2.1 智能巡機(jī)

巡機(jī)是值機(jī)工作的重要內(nèi)容，通過巡機(jī)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)是否正常。智能值機(jī)機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)巡機(jī)和指定巡機(jī)。

常規(guī)巡機(jī)：常規(guī)巡機(jī)可以按要求設(shè)定，如每30分鐘一次定時(shí)執(zhí)行。即在智能機(jī)器人底部安裝磁軌跡感應(yīng)器，分辨預(yù)設(shè)磁軌跡，使機(jī)器人在指定路線上運(yùn)行。當(dāng)RFID讀卡器讀取到發(fā)射機(jī)上預(yù)裝的RFID信號(hào)時(shí)，機(jī)器人就能識(shí)別不同發(fā)射機(jī)并進(jìn)行?？?，完成常規(guī)巡機(jī)工作。

指定巡機(jī)：根據(jù)值班工作需求，指示機(jī)器人進(jìn)行定制巡機(jī)操作，包括巡機(jī)時(shí)間、路線、發(fā)射機(jī)等。

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

3.2.2 智能交互

機(jī)器人可以遠(yuǎn)程接收指令，也可以在機(jī)器人觸摸顯示屏上操作，還可以人機(jī)對(duì)話，實(shí)現(xiàn)語音發(fā)布命令。

智能機(jī)器人通過人體感應(yīng)傳感器能夠自動(dòng)識(shí)別人體，同時(shí)配合聲音傳感器識(shí)別聲源。當(dāng)人靠近機(jī)器人時(shí)，機(jī)器人能自動(dòng)識(shí)別定位，并轉(zhuǎn)向面對(duì)人體，同時(shí)主動(dòng)友好打招呼，等待進(jìn)一步指令操作。當(dāng)對(duì)機(jī)器人下達(dá)命令后，機(jī)器人會(huì)對(duì)語音進(jìn)行識(shí)別，匹配相應(yīng)的指令進(jìn)行操作，同時(shí)通過語音與人交流，反饋命令執(zhí)行結(jié)果。

3.2.3 智能通信

智能值機(jī)機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)與發(fā)射機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)通信，獲取發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)。

3.2.4 智能抄表

每部發(fā)射機(jī)安裝不同的RFID標(biāo)簽，智能機(jī)器人根據(jù)RFID讀卡器讀取到的不同信號(hào)判斷是哪部發(fā)射機(jī)。同時(shí)，機(jī)器人通過當(dāng)前位置與預(yù)設(shè)位置比對(duì)進(jìn)行定位矯正，然后智能機(jī)器人通過高清攝像頭拍照，進(jìn)行圖像分析獲得發(fā)射機(jī)運(yùn)行表值等運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)。

3.2.5 智能表值分析

通過智能通信獲得的發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)以及智能抄表得到的數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行的數(shù)據(jù)比對(duì)，當(dāng)數(shù)值超過正常范圍時(shí)發(fā)出異態(tài)警報(bào)，同時(shí)將信息發(fā)送給智能機(jī)器人管理員。

3.2.6 智能警報(bào)

智能機(jī)器人配置溫濕度傳感器、煙感器和火焰?zhèn)鞲衅?，?dāng)檢測(cè)到環(huán)境溫度、濕度、煙霧和火焰異常時(shí)，機(jī)器人將異常信息發(fā)送管理員，同時(shí)語音播報(bào)警報(bào)內(nèi)容。同時(shí)，對(duì)于上述的異?，F(xiàn)象，機(jī)器人可以為管理員提供相應(yīng)的應(yīng)急處理流程提示。

3.2.7 智能故障預(yù)判

當(dāng)表值分析顯示發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀況異常時(shí)，智能值機(jī)機(jī)器人可以對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，推斷異常發(fā)生的可能原因。同時(shí)對(duì)不同的異常狀況，提示可以采取的措施，便于發(fā)射機(jī)維護(hù)人員及時(shí)處理異常，縮短故障處理時(shí)間，提高故障處理效率。

4 結(jié)束語

大功率廣播發(fā)射機(jī)智能值機(jī)機(jī)器人的應(yīng)用，將有效地提高值機(jī)工作效率，保證發(fā)射機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性。在智能機(jī)器人技術(shù)飛速發(fā)展的今天，應(yīng)該看到智能機(jī)器人越來越廣闊的應(yīng)用前景，我們撰寫此文的目的即在于此。

參考文獻(xiàn)：

[1] 肖鵬，欒貽青，郭銳，等.變電站智能巡檢機(jī)器人激光導(dǎo)航系統(tǒng)研究[J].自動(dòng)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(jī)器人研究綜述[J].瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2015.

[4] 李慧敏.人臉識(shí)別關(guān)鍵技術(shù)的研究與集成實(shí)現(xiàn)[D].重慶郵電大學(xué)，2017.

[5] 林義忠，黃冰鵬，李盛，等.機(jī)器人智能碰撞傳感器的設(shè)計(jì)與仿真[J].傳感器與微系統(tǒng)，2017.

[6] 寧祎，閆銘，杜寬森. 基于行為的機(jī)器人自學(xué)習(xí)方法研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2013.