新鹏机器人：为陶瓷行业提供超100套工业机器人智能装备
佛山市新鹏机器人技术有限公司（以下简称“新鹏机器人”）成立于2013年，位于佛山高新区产业智库城内，拥有1000多平方米环境优雅的研发中心和3000多平方米设备完善的生产车间。依托多名哈工大机器人研究所博士、教授为领头人的优秀研发团队，新鹏机器人已经拥有了十多项专利技术。此外，依托佛山市南海区广工大数控装备协同研究院，新鹏机器人已与哈工大、华科大、广工大建立了产学研协作联盟。近年来，新鹏机器人一直专注于工业机器人的研发、制造及应用，主要针对陶瓷、洁具、五金、卫浴等行业开发机器人集成应用系统，并提供专业高效的产业自动化机器人解决方案。在改善工人工作环境，降低劳动强度的同时，提高生产效率和产品质量。2014年，“智能工业机器人系统核心技术研究、关键部件研制及产业化”项目在落户狮山后，其所属公司——新鹏机器人获佛山市科技创新团队300万元奖励后，根据市、区、镇1:1:1的配比，获得总额900万元的补贴。而在近日，新鹏机器人拟认定为2016年第二批高企，无疑将进一步加速其产业化步伐。新鹏机器人的自动焊接系统。图来源：新鹏机器人官网“这个机器人最有特色的技术是智能学习，只需要车间师傅带着机器人将喷釉过程演示一遍，机器人就能模仿出来。”佛山新鹏机器人技术有限公司（以下简称）工程师夏宁说，机器人重要的一个亮点是能替代工人从事包括在传统陶瓷喷釉车间污染大的工序。在过去三年，新鹏机器人共为陶瓷行业提供超过100套工业机器人等智能装备。“我们最开始意识到商机是在2013年，佛山箭牌卫浴采购了国外的喷釉系统但售后服务跟不上，他们需要联系我们维修。”夏宁说，在此之后，公司就决定要瞄准佛山传统支柱产业之一的陶瓷卫浴行业，以“定制化”思维开发了一系列的智能工业机器人代替人工工序，如箭牌、东鹏、新明珠等国内知名企业等已成为了他的客户。新鹏机器人的喷釉机器人产品研发生产出首个国产喷釉机器人，新鹏机器人前后大约投入了一年时间。“我们不只是做设备的供应商，在为企业安装机器人过程中也需考虑与原有工艺相结合。”夏宁说。2015年，佛山规模以上装备制造业工业总产值达5933.34亿元，占珠江西岸装备制造业“半壁江山”，在产值和规模上已经成为当之无愧的珠西“龙头”。而在今年7月，佛山市对外宣布将打造国家制造业创新中心，围绕该战略，佛山将着力打造万亿规模先进装备制造业产业基地，抢占智能制造技术制高点，并链接全球创新资源。雄厚的制造业基础背后是庞大的机器人应用市场。新鹏机器人今年订单也是大幅增加。“比去年增加近60台的销量，企业对机器人的接受程度也高了。”夏宁说。中国（广东）机器人集成创新中心揭牌仪式现场就在10月中旬，中国（广东）机器人集成创新中心在南海区揭牌启动。在中国工程院的大力支持下，南海区将充分运用机器人技术，推动南海制造业向品质制造迈进，并通过机器人的研发、生产、应用，打造一批珠江西岸装备制造业龙头企业。
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Copyright & 1998 - 2016 Tencent. All Rights Reserved军方武器百科盘点 智能机器人的应用
作者：中关村在线 李昊
　　第1页：让士兵变得更强壮 外骨骼外衣　　永远都是第一生产力，在这个智能科技发达的今天，我们可以发钱，智能机器人的应用在军方也得到了良好的发展。下面就让我们一起来看看，智能机器人在军事武器应用上到底有什么厉害的地方！　　外骨骼机器衣是哈佛大学Wyss生物技术研究所的研究项目，已经进行多年。美国DRAPA专门拨款290万美金签订合同来继续相关的研究。研究人员已经设计几套原型机器衣。这种柔性的外骨骼机器衣在军方内部使用成熟之后，也会设计出其他版本推广到民用领域，帮助那些行动不便或者瘫痪的病人再次行走。　　不像其他宣称给人类超能力或耐力的机械衣，这款机器衣主要的理念是柔性。其主要材料是纺织物，大量的微处理器、传感器以及随身电源都将被植入到外骨骼机器衣中。机器衣配置了微型电动机，可以给士兵提供额外的力量和运动能力。未来的外骨骼（图片来自;baidu)被外骨骼包裹住的士兵（图片来自：baidu）　　这款外骨骼机器衣主要包裹在士兵的腰部和大腿周围（如上图所示）。此项设计模仿人体的肌肉，比如大腿或者小腿的肌肉。在需要的时候，机器衣可以高度智能的方式扩大肌肉力量。因此此款机器衣具有更大的灵活性，士兵穿戴机器衣后力量更强大，也能行走更远的距离。　　第2页：远程遥控 军方自主机器人　　现在，机器人已经从梦想变为现实，担负着从为人类提供舒适和便利到在战场上防御和攻击敌人等多种多样的任务。一方面，人的生命以及经济方面的巨大代价迫使大国用“代理人战争”取代直接参战；另一方面，这些国家正在打造机器人军队。而且，将人转变成机器人甚至僵尸来充当战斗人员的研究也在进行中。军用机器人是指用事用途的自主装置或遥控装置，与用于工业生产的机器人不同，军用机器人并不生产任何东西，而是参与作战。比如说遥控的导弹和飞行器，这些无人装置要么是无线电遥控的，要么就是能够在激光束或者GPS卫星的引导下自动行进。在第二次世界大战中，人使用了“哥利亚”（Goliath）移动地雷，这是机器人首次用于军事用途，也是军事机器人发展史上的一个重要转折点。在这场战争中，苏联人也使用了一种名为“Teletank”的无线电遥控无人坦克。后来，美国中央情报局（CIA）开始利用MQ-1“捕食者”无人机来搜集情报。现有的军用机器人包括制导导弹、军用航天器、无人机、无人地面车辆（UGVs）、遥控车辆（ROVs）、自主潜水器（AUVs）、智能弹药、监视和导航卫星等等。洲际弹道导弹本身就是配有制导系统的超大型火箭。导弹有很多类型，人们根据目标的不同选择使用不同类型的导弹。目前，武装无人机得到了广泛使用。美国海军的“鹰爪3B”（图片来自：baidu）　　不管机器人如何发展，其目标总是将人的生命损失降低到最低限度并提高工作效率。从历史上看，军队会利用所有可能对军事工作起到支持作用的创新，而军用机器人则是一种可以运用在战争和危险工作中的创新产品。我们必须重视机器人的研究和开发，以赢得未来的战争。的科学家必须要发扬他们的创造性和创新精神，以实现这一目标　　第3页：用于侦查的前线机器人　　美国陆军正在考虑在未来几年内将陆军旅战斗队的规模从4000人缩减至3000人，并以机器人和无人平台取代被裁减的士兵，陆军正努力变为“规模更小、更精锐、可展开部署的灵活部队”。　　美国在军用轻型地面机器人装备的研究领域占有至关重要的地位，20世纪80年代以来，美军就声称已经拥有由轻型地面机器人组成的作战部队，涉及到陆军作战、侦察和后勤供给等多个领域。美国五角大楼的专家称，轻型地面机器人能够避免更多士兵的牺牲，已经成为部队不可或缺的组成部分。伊拉克和阿富汗战争使美军更加充分认识到，轻型地面机器人装备在反恐战争中能发挥重要作用，其代替士兵执行高危任务以降低部队伤亡的做法，已经从最初的部队未来作战需求转变为一种现实的作战需求。　　美军大狗机器人（图片来自：Bi中文站)　　轻型地面机器人装备不仅可以完成在危险和复杂地形爬行、侦察、搜索，销毁简易爆炸装置、布雷等任务，还可以通过安装武器实现对敌的精确打击和火力支援，不断满足了不同的作战需求。同时，随着控制技术、技术、能源技术、材料技术等不断进步，轻型地面机器人装备逐步实现了精确化、高灵敏度、多用途和轻量化，向着智能化、全天候、网络化和协同作战方向迈进。　　随着美国军事战略重心向亚太地区的转移，轻型地面机器人装备的列装必将在不断裁减部队员额的大背景下，对未来局部战争产生深远影响。派克波特”(Packbot)机器人　　第4页：中国制造 可以意念控制　　近年来，我们从不少科幻题材的电影中看到不过不少未来战争的场景。用意念操作机器人的画面相信大家都看到过，在电影中真是比比皆是。科幻电影《超体》中，女主角露西拥有着心灵感应、心灵遥感等不可思议的超能力……这一切，都让普通人觉得不可思议。露西拥有的“超能力”在现实中有没有实现的可能呢？《钢铁侠》中的主人公斯塔克也是类似心灵感应的装置控制机器为止合体作战，那么在我们现实中真的可以存在这种装置么？　　“脑控”不是梦　　直接用意念来控制我们周围的各种工具和设备，这是影片《阿凡达》、《超体》等科幻电影，给我们展示的激动人心的场景。　　不过，现在“脑控”家电，也已经不再是梦。走入房间，只需“想一想”，就可以开关电灯、空调、电视等智能家电，这些都已经可以实现。　　解放军信息工程大学信息系统工程学院“脑机协同信息处理”实验室，一群年轻的科技工作者研发的“读脑”技术给出了答案：只要戴上一个特制的头套，不借助任何外力，仅凭大脑的“意念”，就可以操作机械设备。正在测试的解放军专家（图片来自;baidu)　　“未来，我们要实现的是人眼看到什么，计算机就能准确呈现出什么。近二十年来，脑科学在认识脑、保护脑、利用脑和增强脑等方面获得了飞速发展，并为医疗、教育和智能设备等领域带来了新的发展契机。很多技术正逐步走出测试阶段并开始走入人们的日常生活。我们不难看出科技在军事上面的应用，可是科学的真谛是什么？　　科学的最终目标其实就是更好的为人类服务，可以更好的使人们生活，而把科学和人们的生活连接起来，给人类生活带来帮助和便利，正是研究者的目标。
（责任编辑：HN666）
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智能化机器人设计说明书
机械装备设计制造综合技能大赛设 计 说 明 书姓名：孙小平 洪耀林 徐海昌 指导老师：黄伟玲2014 年 9 月 17 日 江西?赣州0摘要随着计算机技术， 人工智能技术的迅速发展以及智能采集器的不断改进和推 陈出新， 智能信息采集装置已经取得了很
大进展。但是对于应用比较复杂通用性 较高的全自动信息采集车还没有突破性的进展。 智能数据信息采集车的研究将会 告别信息相互孤立缺乏联动性的现象，是一个复杂的，面向智能化的，不断发现 的过程。近年来，很多关于信息采集的研究和设计，尤其是智能数据信息采集车 更是吸引了很多人的眼球。 对于智能信息采集车来说，不但要有环境信息获取功 能， 还要有对信息理解和信息处理的功能。对自动信息采集车的研究是针对环境 空间的识别， 然后建立相应数据通道，通过雷达和无线装置把获取的数据传送到 终端。 智能信息采集车采用了应用范围广， 性价比高的基于单片机的多数据通道采 集系统， 将来自传感器的信号通过转换器转换为数字信号后由单片机采集然后利 用 SPI 通信将数据送到主机进行数据的存储后期处理与显示实现数据处理功能 强大的智能化高端信息采集设备。 智能数据信息采集车是一个集自动驾驶、环境感知、规划决策等功能于一体 的综合系统。它集中的运用了人工智能、导航、传感器及自动控制等技术；应用 了计算机、信息传递、通信交流等现代装备，是典型的高新技术综合体。关键词：智能信息采集车、智能化、传感器、数据通道、现代装备1目录第一章绪论...................................... 11.1 信息采集的现状及发展概述 ......................1 1.2 信息采集车国内外研究现状......................2 1.3 智能信息采集车的背景意义.......................4 1.4 设计要求及内容 ...............................6第二章智能信息采集车的结构与工作原理 ........... 62.1 数据获取装置的设计 ............................6 2.2 行走方案选择...................................7 2.3 基本结构........................................9 2.4 工作原理........................................11第三章智能信息采集车的功能与特点 ............... 123.1 智能信息采集车的功能...........................12 3.2 智能信息采集车的特点............................13第四章智能信息采集车的设计思路 ................. 154.1 基本工作思路 ............................ 15 4.2 动力选择思路 ............................ 15 4.3 设计后的调整 ............................ 16第五章总结与展望............................... 17参考文献......................................... 182绪论1.1 信息采集的现状及发展概述为了更好的发展城市信息化基础建设,相继出现了移动 3D GIS 实景采集系 统；在移动载体上安装 CCD 影像获取系统、全球定位系统(GPS)、惯性测量单元 (IMU)以及激光扫描仪(LS)等新型传感器设备； 在车辆行驶过程中,快速获取与处 理城市空间三维实景数据,形成有效的三维 GIS 实景交通管理信息平台。这些技 术的相继出现， 无疑让智能信息采集车得到了一切技术上的支撑。近三十年年以 来，国内外专家、学者也研制了很多信息采集设备，这些检测设备大致可划分成 三大类:感应线圈检测器、波频检测器、视频检测器。 感应线圈检测器。感应线圈检测器由三部分组成:埋设在路面下的环形线圈 传感器、 信号检测处理单元及馈线。该检测器的工作原理是检测单元同环形线圈 与馈线线路组成一个调谐电路。 电路中的电感主要决定于环形线圈，环形线圈是 此电路的电感元件， 电容则决定于检测单元中的电容器。 当电流通过环形线圈时， 在其周围形成一个电磁场，再根据这些物理信息进行分析收集我们所需的数据。 波频检测器。 波频检测器是以微波、超声波和红外线等对物体发射电磁波产 生感应的检测器。 这种检测器是通过接受由超声波探头发出并经过反射的超声波 来检测物体信息的。其工作原理可分为两种:传播时间差法和多普勒法。由于波 频检测器采用悬挂式安装，这与感应线圈检测器相比有很多优点。使用寿命长、 可移动、架设方便，在国外被大量采用。其不足之处是容易受环境影响，当风速 6 级以上时，超声波产生漂移而无法正常检测波频检测器已成为目前使用量仅次 于感应线圈检测器的一种检测器。微波检测器根据被检测目标返回的回波，测算 出目标的数据信息， 每隔一段时间通过 RS232 向控制中心发送。红外检测器是具 有良好应用前景的悬挂式检测器。该检测器一般采用反射式检测技术。反射式检 测器探头由一个红外发光管和一个红外接收管组成， 其工作原理是由调制脉冲发 生器产生调制脉冲，经红外探头向物体上辐射，当有信息变动时，红外线脉冲从 物体反射回来，被探头的接收管接收，经红外解调器解调，通过选通、放大、整 流和滤波后触发器输出一个检测信号。这种检测器具有快速准确、轮廓清晰的检 测能力。 视频检测器。视频检测，也被称为图像处理或人工视觉，是一种结合视频图 像和电脑化模式识别的技术。 通过视频摄像机和计算机模仿人眼的功能，视频检 测技术为无数的实际应用提供了工作平台。可以获得大区域范围内的数据参数。 也引起了国内外的广泛研究。 视频检测器是一种基于视频图像的检测技术，是一 种结合数字视频图像和人工模式识别的技术。与传统接触式检测方法比较，这类 非接触式检测方法的安装工程量小、检测范围大、系统可靠性高，是一种很有前 途的方法。视频采集技术利用视频、计算机及现代通信等技术，实现对动态信息 的采集， 视频采集技术对视频图像数据处理及特征提取都是实时进行的。视频检 测器通常是由电子摄像机、 图像处理机和显示器等部分组成。摄像机对一定区域 范围内摄像，图像经传输送入图像处理机，处理机对图像信号进行模数转换、格 式转换等，再由微处理器处理图像背景，实时识别不同的信息参数，控制中心可3根据这些信息，向执行机构发出控制命令。这些信息采集的技术、装置都在朝着 一个方向发展，那就是智能化，高端化，一步步把人类从体能付出中解放出来。1.2 信息采集车的国内外研究现状科学家在很早就有对信息采集系统的研究，但是由于受到当时科技的限制， 这一领域的研究并没有取得多少有实际运用价值的成果。进入八十年代后，随着 计算机运算能力的增强以及小型机的普及， 使计算机视觉和模式识别领域的研究 进入空前活跃的程度， 自然也对基于视觉的信息采集的研究形成了巨大的推动力 量。 国外。美国、日本以及几个欧洲发达国家相继投入了巨大的财力、物力来进 行信息采集这方面的研究， 并且开发了实际系统，比较广泛应用并具有代表性的 产品有美国和欧洲十一国联合研制的 EuRo 一 cosT 系统、ImageSensingsystem 公司(简称 155 公司)的 AUTOSCOPE2004TM 系列、AuTOSCOPESoLOTM[36]和 PEEK 公司的 VideoTraek900、叭 deoTraek905 等系统。这两家公司是最早从事视频信 息检测产品研制的， 它们的产品代表了目前视频信息检测技术的最高水平，基本 上覆盖了欧美市场的 70%。这两家公司的技术均来源于美国的明尼苏达大学技术 学院公共工程系，因此两家公司产品在原理上、结构上、功能上极其相似。 AutoscoPe 大区域视频检测技术由美国 155 公司开发，作为全世界研发最早并最 先获得国际专利的视频检测技术。到目前为止，已有 14000 多套的 AutoscoPe 视频检测系统运行在超过三十多个国家的智能交通管理系统中， 得到全世界交通 专业人士的普遍认可。 美国 155 公司对 Autoscope 视频检测技术的研究始于八十 年代初期， 在开发的过程中 155 公司与美国明尼苏达大学交通运输系、美国联邦 公路署以及美国政府和各地的交通管理部门建立了密切的合作关系， 共同对交通 管理中面临的许多重要课题进行了合作研究。 第一代原型机诞生于 1987 年。 1992 年，155 公司生产出 Autoscope2003，产品的各项性能趋于成熟，实现了全天候 检测。美国佐治亚、密歇根等州开始广泛采用这一产品，以后又在原有的基础上 不断扩大使用规模。1995 年，随着微软 WindowS95 的问世，155 公司又推出了其 软 件 基 于 新 一 代 Windows95 加 T 操 作 系 统 的 Autoseope2004 ， AutoseopesoLoPRoNe 是 Autoscope2004 的升级产品。它包括了其所有的功能特 点，它完美地将视频处理器集成在密封的 MVP(视频处理模块)中，使用更方便， 灵活可靠。 国内。 国内也有一些科研机构和企业开始这方面的研究，在图像信息处理方 法等软件开发方面取得了很大的进展，也有了实验样机。这些样机分两种结构： 一种是纯粹的仿真机， 即利用标准工业控制计算机配置图像采集卡处理一些视屏 信号，它的主要任务仍然局限于算法研究，并不适合产业化应用；另一种是采用 嵌入式工业控制计算机，配置相应的存储器、信息采集器等外围设备，实现通信 采集， 这种结构实际上仍然是标准的计算机结构系统， 类似上面介绍的国外产品。 目前具有代表性的有广州市交通管理科学研究所和哈尔滨工业大学联合开发的 VTD2000 系列视屏动态信息采集系统41.3 智能信息采集车的背景意义时代要求。由于数据采集系统的应用范围越来越宽,所涉及到的测量信号和 信号源的类型越来越多,对测量的要求也越来越高。国内现在已有的这些数据测 量和采集的系统很多都存在功能单一采集通道少,采集速率低，操作复杂并且对 测试环境要求较高等问题。 还有一个是目前市场上对智能型信息采集车的需求正 处在上升期， 但目前市场上的信息采集系统产品基本都是功能简单的堆砌，车顶 设备凌乱、线缆纵横外露；车内设备拥挤、多个控制器操作不方便等问题。同时 随着国内汽车品种和数量不断攀升，车辆技术也日益更新；急需探讨一种适用各 种车载平台的结构设计方案， 来满足基层实际和实战要求，为信息采集系统装备 现代化提供支撑，为推动社会进步发挥更重要的作用。 网络进步。互联网的飞速发展，紧跟着与互联网有关的东西也蓬勃兴起。在 互联网基础上的延伸和扩展,通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、 激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物体与互联网相连接,进行信 息交换和通信,以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网 络。是现代信息技术发展到一定阶段后出现的一种聚合性应用与技术提升,它将 各种感知技术、现代网络技术和人工智能与自动化技术聚合与集成应用,使人与 物智慧对话,创造一个智慧的世界。 对于现在这样一个高度信息化的社会,信息的 获取至关的重要,信息的多元化、丰富性、实时性最为重要。刚好智能数据信息 采集车可以把外界的一切动感信息及时有效的收集， 并自动进行处理分析把信息 分层次分类别的呈现在人们的获取通道中。 经济环保。太阳能利用领域出现了两项重大突破：一是 1954 年美国贝尔实 验室研制出的实用型单晶硅电池。二是 l955 年以色列 Tabor 提出选择性吸收表 面概念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。 这两项突破既是太阳能利用进入 现代发展时期的划时代标志， 也是人类能源技术又一次变革的技术基础。从此世 界上很多国家掀起了开发利用太阳能的热潮。 在我们国家太阳能成为可持续发展 战略的重要内容。 智能信息采集车采用太阳能为动力源的能源，太阳能是一种洁 净的能源，是人类可以利用的最丰富的能源，可以说是取之不尽，用之不竭。在 开发和利用时，不会产生废渣、废水、废气，也没有噪音，更不会影响生态平衡。 在如此多的时代要求和召唤之下智能信息采集车是众多领域数据信息获取的首 选智能装备。 智能信息采集系统。它是在关键基础理论模型研究的前提下，把先进的信 息技术、 数据通信技术、 电子控制技术及计算机处理技术等有效地综合运用于信 息获取管理体系，从而建立起一种大范围、全方位发挥作用、实时、准确、高效 的信息收集管理系统。 它利用无线通讯专网低频段以低成本实现了数据的实时采 集、快速传输，自行开发研制了无线通讯系统车载智能终端设备及控制系统，具 有数据和话音双重传输功能。具有用户容量大、网络范围覆盖广、调度信息响应 速度快、全自动语音报站自动化、信息发布广泛、出行者信息服务智能化、设备 自维护智能化的特点。 智能信息采集车的提出， 必将大大改善信息管理水平，提高信息获取系统经 济效益，减少政府财政补贴，减少环境污染，改善环境，带来巨大的社会效益。51.4 设计要求及内容智能信息采集车就是运用计算机技术、传感器技术、图像处理技术、3D 技 术、人工智能等高新技术，集成 GPS 接收机、光电编码器、激光传感器、超声传 感器、线扫描照相机、图像采集卡等设备，对外界数据进行自动采集、分析和处 理，从而达到对信息进行检测的目的，进而建立智能化数据信息采集系统，进行 信息处理、信息管理，设施性能预测，资源执策支持，以全面提升对外界信息获 取的水平。 同时还要实现对智能信息采集车行走的地面信息有特别的识别分析能 力，这些信息一定要准确、高效的采集才能保证智能采集车正常运行。 研究的主要内容； 智能信息采集车辅助系统功能分析。车载采集设备供电需求分析，传感器输 出数据与信息采集的系统数据需求分析，各个设备工作相互关系分析。 供电的设计与优化； 对车上传感器的供电的设计与优化； 对传感器、 陀螺仪、 照相机等设备供电控制的设计；包括对激光传感器、加速度传感器、超声传感器 接口设计以及同步控制接口设计。 智能数据信息采集车行进路线和地面状况如何分析处理判断的设计、 辅助系 统标定、实验方案设计及数据分析处理，如光电编码和器陀螺的标定，实验方案 设计以及数据的分析处理。智能信息采集车的结构与工作原理2．1 数据获取装置的设计随着科学技术的发展， 感觉传感器种类越来越多，其中视觉传感器成为智能 采集车自动驱动行走和驾驶的重要部件。 视觉的典型应用领域为自主式智能导航 系统， 对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技 术还很落后， 机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目 标。视觉传感器的核心器件是图像数据信息获取装置（如图 2-1） 。智能数据信 息采集车可以分为四大组成部分：信息收集装置部分、传感器检测部分、执行部 分、CPU。智能数据采集车要实现自动导引功能和避障功能就必须要感知导引线 和障碍物， 感知导引线相当给采集车的一个视觉功能。可以实现采集车自动识别 路线， 选择正确的行进路线， 并检测到前方的障碍物自动躲避绕行以免在数据采 集过程中发生相撞事故。 反射式红外传感器 ST188 采用高发射功率红外广电二极管和高灵敏度光电 晶体管组成。检测距离可调整范围为 4－15mm；采用非接触检测方式。可用于 IC6卡电度表脉冲数据采集、 集中抄表系统数据采集和传真机纸张检测等。反射式红 外传感器中包含一个发射器 LED 和一个光探测器着两个元件被封装在同一个塑 料壳体中，并且排列成适合他们工作的理想位置。LED 发出的一束光被一个表面 反射后又回到探测器中。 封装在矩形壳体中的是发射器 LED 和探测器装置。虚线 表示光线从发射器 LED 中发出并反射回探测器； 探测器检测到的光强大小取决于 物体表面的反射率， 而这一光强就是传感器的输出值。反射式传感器在高度受控 的理想环境下的工作性能更好， 因为影响它输出的外界因素有很多，如环境光的 变动、传感器与被探测物体之间的距离，以及被探测物体的反射率等。为了减少 环境光的干扰，首先需要调整传感器的方位使环境光不能直接射到探测器。图 2-1 信息获取装置为了使我们设计的智能数据信息车拥有更多的功能， 除了有空间中的信息数 据获取之外， 我们还增加了钻井装置如图 2-2 来获取土壤信息，对土壤等物质也 能深入探测它的数据信息， 比如说土壤成分结构等。这大大增加了智能数据信息 采集车的勘探功能。 土壤信息的获取一方面可以对地质硬度做出分析，为智能车 的运动提供安全保障， 以免使车陷入泥土里。另一方面收集的土壤信息还可以经 处理器处理后传送到接收端为科研所用。图 2-2 钻井数据信息获取装置72．2 行走方案选择2.2.1 履带式 履带行走装置由行走架、引导轮、履带张紧装置、托链轮、支重轮、履带总 成以及驱动 轮等组成，左右两条履带包绕在上述 4 种轮子之外，由张紧装置张 紧，直接与地面接触如图 2-3 所示。驱动轮驱动履带绕四种轮子转动，不直接在 地面上滚动。导向轮是张紧履带，并引导它正确卷绕。若干个支重轮在履带轨面 上滚动，传递垂直载荷给履带。托链轮支持着履带的上半边， 使之不下垂，并 可减小其上下振动。 上述四种轮子和张紧装置， 除驱动轮外都集装在一个轮 架(即台车架，也称 履带架)上，从而形成一个台车。每辆履带车辆都有左、右两个台车。整 车重量 通过台车架、支重轮传给下方履带，使下方履带紧压在地面上。当驱动轮被最终 传动齿轮(从动齿轮)带动时， 轮齿拉动履带，地面立即产生作用在履带上的反作 用力，使台车架相对地面产生向前或向后的运动，整车也就随之运动。图 2-3 履带式行走2.2.2 轮胎式 轮式在硬质路面的机动性非常好，速度更快；而且轮式底盘也更轻，对路面 的承重要求相对较低。轮式车也大多轻便，非常灵活；另外，轮式车的地盘多为 向地锥形， 可以分散底盘下的冲击力， 加上大多数轮式车的轮轴结构隐蔽在车内， 两项加起来， 一定程度上减少了轮轴受损的可能。但轮式在软质地面上对地面压 强太大，非常容易陷车，而且不能承载厚重的装甲板。但是我们的信息采集车是 太阳能驱动的全自动采集车， 没有过重的装备要承担。相比之下我们选择了轮胎 式。 研究的智能数据信息采集车比较独特。 建立了六个车轮的线性二自由度数学 模型如图 2-4 通过数学计算的方法分析了该车辆的操纵稳定特性， 对车辆的稳态 响应进行了数值分析。 另外还应用虚拟现实技术对信息采集车建立了多体系统动 力学仿真模型， 并在此基础上模拟分析了该车的操纵动力学特性，包括稳态转向8特性试验及双移线试验。 它在非道路条件下具有较强的动力性、通过性和良好的 机动性能。它车身小，质量轻，适合在雪地、山地、沼泽、水淹地、泥泞地及沙 地等非道路地形条件下使用。 要保持车辆行驶的稳定性，使采集车直道稳定、弯道转向轻便，必须确定车 轮定位参数， 包括主销后倾、 主销内倾和前轮外倾。 采集车的布局以精简、 可靠、 稳定为前提。电路底板采用万通板搭建，放置于车前部。编码器安装于车最后。 通过调整布局，基本上使车重心维持在中心偏后处。图 2-4 车轮分布2.3 智能数据信息采集车基本结构车载设备采取加固和固定措施，并具备快速拆装、整车美观的特点。车载设 安装不破坏原车车体及设备结构， 同时车辆改装后需符合有关车辆的安全技术标 准，确保车辆的车速、转弯半径、爬坡度、制动距离、越壕宽度、接近角、离去 角、 涉水深度等技术指标应与原载车的相应指标相同或接近。保证车辆行驶的安 全性和稳定性。 信息采集车的主体采用越野型尖峰车型，硬件设备安装于车顶和车前；车顶 从前到后依次安装通信天线、雷达装置、主取景器。车前有太阳能收集装置收集 整个车所需的动力能源，车前取景器能够上下转动可以更大范围收集前方的信 息。智能信息采集车以 STC12C5A60S2 单片机为控制核心，具有光电循迹检测、 超声波避障、电机驱动等主要功能。首先，两组电机（同侧两个电机为一组）分 别控制左右 4 个车轮， 通过调节两组电机的转速及转动时间，达到采集车正常行 驶及转向的目的。 车头的红外光电传感器通过对路况的检测反馈给单片机，控制 车行走路线， 防止超出边界线。 与此同时通过超声波模块， 检测前方是否有障碍， 并且将信息反馈给单片机，控制采集车减速，防止出现撞车。钻井数据获取装置9收集地下信息如图 2-5。增加了智能信息采集车的信息获取渠道，体现智能信息 采集车的独特功能。图 2-5地下信息收集车顶所有设备的线缆都放置在采集车主体的车厢内， 所有改动及安装不需在 原车身上打孔， 不破坏原车涂镀， 不破坏原车的结构。 此方案的特点： 顶部设备、 车载专用横向太阳能板、设备安装平台、便携式设备主机等都可分离，便于在紧 急状态下便携式设备站的搭建与撤收。 同时方便设备平台及便携式设备主机设备 的检测与维修；满足日常工作和战时应急的需求。整体如图 2-6 所示图 2-6 信息采集车整体模型102.4 智能数据采集车的工作原理控制系统收到指令后智能数据信息采集车开始工作， 当前取景器检测并分析 出前方的状况时如果没有障碍继续前进；有障碍时，采集车停车五秒，让采集车 的金属探测模块和寻黑带导行模块停止工作，同时开启行走避障模块和寻光模 块，当采集车向前行走时，遇到障物（硬件设制前端离障碍物 5 厘米时，表示遇 到了障碍物） ，向左转 90°；而如则边传感得到遇障信号（硬件高制则边离障碍 物 3 厘米时，表示遇到障碍物） ，这时向别一边偏转一小段，然后再向发现障碍 则偏传一小段， 这两次偏转要求偏转角度相同。采集车偏转方法用降低遇障另边 车轮速度。要实现偏转角度相同，用单片机记录跑程计数是否相等来实现。车内 的辅助系统做出判别，控制车身往左或往右直到可以通过如图 2-7。如此构成了 智能信息采集车的运动循环。图 2-7 运动循环图经过反复考虑论证，制定了左右两轮分别驱动，后万向轮转向的方案。即左 右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流减速电机进行驱动， 车体尾部装 一个万向轮。 这样， 当两个直流电机转向相反同时转速相同时就可以实现电动车 的原地旋转， 由此可以轻松地实现采集车保持坐标不变打转 90 度甚至 180 度。在 安装时我们力求保证两个驱动电机同轴。当采集车前进时，左右两驱动轮与后万 向轮形成了三点支撑结构， 这种结构使得车子在前进时比较平稳，可以避免出现 后轮过低而引发左右两驱动轮驱动力不足的情况。 后万向轮同时还起到了防止车 子重心偏移的作用。 前轮亦为驱动轮,其决定信息采集车能否灵活拐弯的关键部分。这辆信息采 集车与一般的车不同， 不是靠摆舵来控制转弯，而是靠左右后轮速度差来实现转 弯控制。小车的两前轮是靠舵机进行驱动的。通过两路 PWM 波实现对其的控制。 只要调整 PWM 波的占空比即可控制舵机的转速。当采集车左轮的速度高于右轮 时，采集车右转弯；反之，当车右轮的速度高于左轮时， 采集车左转弯。车后11轮属从动轮，质地较硬，其与地面磨擦力较小，与其动力相比可以忽略不记。所 以它可以自由偏移，而不影响采集车的转向。 智能信息采集车的信息收集装置主取景器和前取景器工作把收集的数据进 行处理分析， 通过雷达和通信天线传输发送到达指定终端。红外发射管发出红外 线， 当发出的红外线照射到白色的平面后反射，若红外接收管能够接收到反射回 来的光线则检测出白线继而输出低电平， 若接收不到发射管发出的光线则检测出 黑线继而输出高电平。这样自己制作的寻迹传感器能够满足要求。图 2-8 信息传送智能信息采集车的功能与特点3.1 智能信息采集车的功能周围空间信息自动采集。 在智能信息采集车中主取景器处于顶端，它将被摄 物体的光图像转变为电信号， 为系统提供信号源，因此它是系统中最重要的设备 之一。前端的前取景器用于获取前方区域地图像。两个取景器的核心是摄像机， 它是光电信号转换的主体设备，是整个系统的眼睛。把系统所检测的目标，即把 被摄物体的光、声信号变成电信号，然后送入系统的传输分配部分进行传送。 前头的钻井设备要有土壤获取分析、归类成分、呈现结构等信息的采集。智 能信息采集车以计算机信息技术为基础，通过遥传、遥测、遥控技术实现深层勘 探钻井技术的自动化和智能化。 成像测井解释勘探技术可以对深层土壤的复杂地 质空间以及深层物质储层的非均质性等进行科学的分析， 该技术可以充分实现对 土壤情况的精细评价， 并能根据评价结果有效结合地质特点分析其各方面方面的 资料， 系统建立成像模式， 根据成像模式来科学分析要勘探的深层土地的特征和 状况， 进而有效提高深层土壤的勘探效率。 尤其对石油开采具有非常重要的价值， 在深土勘测中大幅度提高效率。 检测当前地理位置。 智能信息采集车拥有自主式导航定位功能，利用了导航12的惯性原理， 利用距离传感器、 方向传感器等传感器测量运动载体的位移和航向 信息，由此解算出移动载体的位置。 存储收集的信息和空间数据传输。信息的储存是信息系统的重要方面，如果 没有信息储存，就不能充分利用已收集、加工所得信息，同时还要耗资、耗人、 耗物来组织信息的重新收集、加工。有了信息储存，就可以保证随用随取，为单 位信息的多功能利用创造条件， 从而大大降低了费用。智能信息采集车使用虚拟 存储技术实现存储管理的自动化与智能化。 有了信息存储要实现信息的效用与价 值就必须要有信息传送功能。 智能信息采集车把收集的信息处理后通过数据通道 传送发散出去，然后有接收中心接收利用。 智能信息采集车是一种能够在外空星球表面行驶并完成外星表面探测、考 察、 收集和分析样品等复杂任务的专用车辆。这也是智能信息采集车的外空信息 采集的一个独特功能。如图 3-1图 3-1 外空信息收集3.2 智能信息采集车的特点智能化作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，智能信息采集车可以按 照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成 预期所要达到的或是更高的目标。 智能数据采集车可以通过计算机编程来实现其 对行驶方向、启停以及速度的控制，无需人工干预。因此，智能数据采集车具有 再编程的特性，是机器人的一种。六轮设计，平衡度和稳定性比较好，可以在山 地行走。 智能数据采集车上装有高效率太阳能电池板来提供电能。智能信息采集13车基本是全智能化无需人工驾驶可以自动避过障碍物。 智能信息采集车采用自主 反应式智能系统， 是一种应用广泛的控制系统，对电路的分析和验证工作依靠智 能化来完成，效率高。 智能信息采集车采用了多传感器信息融合的基本原理， 就是模仿人类大脑的 这个过程， 得到一个对复杂对象的一致性解释或结论。多传感器信息融合是协调 多个分布在不同地点， 相同或不同种类的传感器所提供的局部不完整观测量信息 加以综合，协调使用，消除可能存在的冗余和矛盾，并加以互补，以减少不确定 性， 得到对物体或环境的一致性描述的过程。所以智能信息采集车具有许多性能 上的优点： (1) 增加了系统的生存能力； (2) 减少了信息的模糊性； (3) 扩展了采集数据覆盖范围； (4) 增加了可信度； (5) 改善了探测性能； (6) 提高了空间的分辨力； (7) 改善了系统的可靠性； (8) 信息的低成本性； （9）它可以作为救援和森林防火一个协助的工具；可以作为军事装备；可以 成为沙滩、森林、沙漠的智能探测工具。如图 3-2图 3-2 复杂地行驶14智能信息采集车的设计思路4．1 基本工作思路本智能信息采集车有中央信息处理核心，附加外围取景器， 将取景器采集 到的环境信息进行综合判别和处理，并通过速度传感器获得当前信息采集车速 度，然后发出指令给电机驱动器，通过车模的组装、传感器的选择与安装、系统 电路板的设计与安装、 控制算法的设计与调试，从而实现采集车自动识别行驶轨 迹，并根据轨迹实现自动加速、减速和左右转向等功能。在获取和处理采集车自 身行走的信息的同时， 取景器收集的外界环境信息、土壤采集器采集的土地信息 都通过传输通道传送给接收装置。图 3-1 设计思路4．2 动力选择思路4.2.1 采用步进电机作为该系统的驱动电机 用步进电机作为该系统的驱动电机由于其转过的角度可以精确的定位， 可以 实现采集车前进路程和位置的精确定位。虽然有诸多优点，但是步进电机的输出 力矩较低， 特别是会随着转速的升高而下降， 甚至在较高转速下力矩会急剧下降， 不适用于对采集车等有一定速度要求的系统。 4.2.2 采用直流减速电机 直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。由于其15内部构造采用高速电动机提供原始动力，带动变速（减速）齿轮箱，可以产生较 大扭力。经综合比较考虑采用直流减速电机。 电机驱动模块采用专用芯片 L298N 作为电机驱动芯片。L298N 是一个具有高 电压大电流的全桥驱动芯片， 它相应频率比较高，一片 L298N 可以分别控制两个 直流电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性 好，性能优良。4．3 设计后的调整部分调整主要涉及到智能信息采集车底盘高度、车重心位置、后轮距、减震 器、齿轮咬合、差速器等。具体调整如下： 1）底盘高度调整：底盘高度可以影响重心。适当降低底盘高度可以使采集 车重心降低，有利于过弯稳定。实际调整可以通过调整前轮高度、后轮轴高度调 节块等方式来调节。 2）重心位置：重心位置同样影响采集车性能。重心过前，增加转向阻力， 引起转向迟滞。另外，如果车速很快的情况下，上下坡道的时候会造成前轮首先 着地，很可能造成采集车意外事故。重心过后，则会使车前轮抓地不足，造成过 弯非常不稳定。实际调整以重心在电池处为准，保持各部分重量均衡。 3）后轮距调整：后轮距可以通过换装后轮宽度调整块来调整。合适的后轮 宽度会是采集车直线性能和弯道性能更优，利于车稳定。 4）减震器弹簧强度调整：坡道时候，减震器影响显得尤为突出。采集车平 面行驶时，无垂直方向速度，遇到坡道时候，车会瞬间在垂直方向上出现一个速 度， 此时减震器在耦合车前部和车后部时候会出现一个缓冲区， 增加坡道稳定性。 下坡时候则是垂直方向上的速度瞬间减小为 0，减震器的作用亦如上坡。实际调 整中，通过加装弹簧调节块来调整。 5）齿轮咬合调整：调整齿轮咬合，以不松动，无卡滞，松紧合适为准。另 外还要保证齿轮间咬合有足够的接触面积。 6）差速器调整：差速器调整能够提高车入弯速度，提高弯道性能。差速器 调整可以通过右后轮轮轴上面的螺丝。 注意调整过松， 会严重影响直道加速性能； 调整过紧则会使差速器处于无效状态。差速器滚珠处可以适当添加润滑剂，保证 差速器平滑。16总结与展望在科学探索和紧急抢险中经常会遇到对与一些危险或人类不能直接到达的 地域的探测， 这些就需要用智能信息采集车来完成。而智能信息采集车在复杂地 形中行进时自动避障是一项必不可少也是最基本的功能。因此，自动避障系统的 研发就应运而生。我们的智能信息采集车就是基于这一系统开发而成的。 随着 科技的发展，对于未知空间和人类所不能直接到达的地域的探索逐步成为热门， 这就使智能信息采集车有了重大的意义。 智能信息采集车可以作为地域探索和紧 急抢险。 相信在不久的将来智能信息采集车一定会用在更大的空间领域，对未来 空间站的建设起到中流砥柱的作用。 在现代化社会中智能信息采集车因其独特的性能优点，实现地面、空中为一 体的立体化自动信息采集系统，同时，它抗污染更强，安装更为方面，生产成本 更低，在现代信息采集中被普遍使用，但到目前为止，智能信息采集车的研制和 开发，虽取得了一些进展，但造价相当昂贵，因此，此项技术的改进势在必行。 通过现在对采集车的研究， 它不仅能单独的实现寻迹和避障功能，而且可将 两者有效的结合起来， 不过还需要对它的机械结构做一定的修改，使其运行起来 更加稳定，转弯也更灵活。电路的成熟化需要我们在实验中进一步加以改进，在 采集车的制作上，在传感器的安装上，如果能有更好的改进的话，可以让小车走 的更加平稳。但是硬件已基本成型，更够有更大发挥空间的地方还是软件，更优 的算法将会让采集车从任意地形中走出去。在今后的试验课程中，能做出更好的 驱动电路， 以便在走迷宫的过程中让采集车更稳健。另外避障用的红外一体化接 收头，要对每一个红外发射管加驱动，否则探测距离会大大受影响。传感器在使 用过程中容易受损，应该多加注意 经过两个多月暑假的设计， 终于完成了智能信息采集车的方案设计，在设计 的过程中， 我们克服了许多困难,通过参考前人的经验,完成了采集车车的整体方 案设计，期间出现很多错误，都被及的发现并改正，从中体会到前期的准备和查 资料是非常的重要，是设计的顺利完的保证。通过本次比赛设计，不仅使我学到 了更多的知识， 也使我学会了如何更好地处理遇到的问题。同时还锻炼了今后工 作遇到相类似问题时，发现问题和解决问题的能力。另外，还提高了自身理论知 识和实践相联系的能力。17参考文献[1] 涂序彦.人工智能及其应用.电子工业 出版社，. 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