中国智能机器人研究论文

数字化家庭是未来智能小区系统的基本单元。所谓“数字化家庭”就是基于家庭内部提供覆盖整个家庭的智能化服务，包括数据通信、家庭娱乐和信息家电控制功能。数字化家庭设计的一项主要内容是通信功能的实现，包括家庭与外界的通信及家庭内部相关设施之间的通信。从现在的发展来看，外部的通信主要通过宽带接入。intenet，而家庭内部的通信，笔者采用目前比较具有竞争力的蓝牙(bluetootlh)无线接入技术。传统的数字化家庭采用pc进行总体控制，缺乏人性化。笔者根据人工情感的思想设计一种配备多种外部传感器的智能机器人，将此智能机器人视作家庭成员，通过它实现对数字化家庭的控制。本文主要就智能机器人在数字化家庭医疗保健方面的应用进行模型设计，在智能机器人与医疗仪器和控制pc的通信采用蓝牙技术。整个系统的成本较低，功能较为全面，扩展应用非常广阔，具有极大的市场潜力。2 智能机器人的总体设计2．1 智能机器人的多传感器系统机器人智能技术中最为重要的相关领域是机器人的多感觉系统和多传感信息的集成与融合[1]，统称为智能系统的硬件和软件部分。视觉、听觉、力觉、触觉等外部传感器和机器人各关节的内部传感器信息融合使用，可使机器人完成实时图像传输、语音识别、景物辨别、定位、自动避障、目标物探测等重要功能；给机器人加上相关的医疗模块(ccd、camera、立体麦克风、图像采集卡等)和专用医疗传感器部件，再加上医疗专家系统就可以实现医疗保健和远程医疗监护功能。智能机器人的多传感器系统框图如图1所示。2．2 智能机器人控制系统机器人控制系统包含2部分：一是上位机，一般采用pc，它完成机器人的运动轨迹规划、传感器信息融合控制算法、视觉处理、人机接口及远程处理等任务；二是下位机，一般采用多单片机系统或dsp等作为控制器的核心部件，完成电机伺服控制、反馈处理、图像处理、语音识别和通信接口等功能。如果采用多单片机系统作为下位机，每个处理器完成单一任务，通过信息交换和相互协调完成总体系统功能，但其在信号处理能力上明显有所欠缺。由于dsp擅长对信号的处理，而且对此智能机器人来说经常需要信号处理、图像处理和语音识别，所以采用dsp作为智能机器人控制系统的控制器[2]。控制系统以dsp(tms320c54x)为核心部件，由蓝牙无线通信、gsm无线通信(支持gprs)、电机驱动、数字罗盘、感觉功能传感器(视觉和听觉等)、医疗传感器和多选一串口通信(rs-232)模块等组成，控制系统框图如图2所示。 (1)系统通过驱动电机和转向电机控制机器人的运动，转向电机利用数字罗盘的信息作为反馈量进行pid控制。(2)采用爱立信(ericsson)公司的rokl01007型电路作为蓝牙无线通信模块，实现智能机器人与上位机pc的通信和与其他基于蓝牙模块的医疗保健仪器的通信。(3)支持gprs的gsm无线通信模块支持数据、语音、短信息和传真服务，采用手机通信方式与远端医疗监控中心通信。(4)由于tms320c54x只有1个串行口，而蓝牙模块、gsm无线模块、数字罗盘和视觉听觉等感觉功能传感器模块都是采用rs一232异步串行通信，所以必须设计1个多选一串口通信模块进行转换处理。当tms320c54x需要蓝牙无线通信模块的数据时通过电路选通；当t~ms320c54x需要某个传感器模块的数据时，关断上次无线通信模块的选通，同时选通该次传感器模块。这样，各个模块就完成了与1~ms320c54x的串口通信。3 主要医疗保健功能的实现智能机器人对于数字化家庭的医疗保健可以提供如下的服务：(1)医疗监护通过集成有蓝牙模块的医疗传感器对家庭成员的主要生理参数如心电、血压、体温、呼吸和血氧饱和度等进行实时检测，通过机器人的处理系统提供本地结果。(2)远程诊断和会诊通过机器人的视觉和听觉等感觉功能，将采集的视频、音频等数据结合各项生理参数数据传给远程医疗中心，由医疗中心的专家进行远程监控，结合医疗专家系统对家庭成员的健康状况进行会诊，即提供望(视频)、闻、问(音频)、切(各项生理参数)的服务[3]。3．1机器人视觉与视频信号的传输机器人采集的视频信号有2种作用：提供机器人视觉；将采集到的家庭成员的静态图像和动态画面传给远程医疗中心。机器人视觉的作用是从3维环境图像中获得所需的信息并构造出环境对象的明确而有意义的描述。视觉包括3个过程：(1)图像获取。通过视觉传感器(立体影像的ccd camera)将3维环境图像转换为电信号。(2)图像处理。图像到图像的变换，如特征提取。(3)图像理解。在处理的基础上给出环境描述。通过视频信号的传输，远程医疗中心的医生可以实时了解家庭成员的身体状况和精神状态。智能机器人根据医生的需要捕捉适合医疗保健和诊断需求的图像，有选择地传输高分辨率和低分辨率的图像。在医疗保健的过程中，对于图像传送有2种不同条件的需求：(1)医生观察家庭成员的皮肤、嘴唇、舌面、指甲和面部表情的颜色时，需要传送静态高清晰度彩色图像；采用的方法是间隔一段时间(例如5分钟)传送1幅高清晰度静态图像。(2)医生借助动态画面查看家庭成员的身体移动能力时，可以传送分辨率较低和尺寸较小的图像，采用的方法是进行合理的压缩和恢复以保证实时性。3．2机器人听觉与音频信号的传输机器人采集的音频信号也有2种作用：一是提供机器人听觉；二是借助于音频信号，家庭成员可以和医生进行沟通，医生可以了解家庭成员的健康状况和心态。音频信号的传输为医生对家庭成员进行医疗保健提供了语言交流的途径。机器人听觉是语音识别技术，医疗保健智能机器人带有各种声交互系统，能够按照家庭成员的命令进行医疗测试和监护，还可以按照家庭成员的命令做家务、控制数字化家电和照看病人等。声音的获取采用多个立体麦克风。由于声音的频率范围大约是300hz一3400hz，过高或过低频率的声音在一般情况下是不需要传输的，所以只用传送频率范围在1000hz-3000hz的声音，医生和家庭成员就可以进行正常的交流，从而可以降低传输音频信号所占用的带宽，再采用合适的通信音频压缩协议即可满足实时音频的要求。智能机器人的听觉系统如图3所示。3．3各项生理信息的采集与传输传统检测设备通过有线方式连到人体上进行生理信息的采集，各种连线容易使病人心情紧张，从而导致检测到的数据不准确。使用蓝牙技术可以很好地解决这个问题，带有蓝牙模块的医疗微型传感器安置在家庭成员身上，尽量使其不对人体正常活动产生干扰，再通过蓝牙技术将采集的数据传输到接收设备并对其进行处理。在智能机器人上安装1个带有蓝牙模块的探测器作为接收设备，各种医疗传感器将采集到的生理信息数据通过蓝牙模块传输到探测器，探测器有2种工作方式：一是将数据交给智能机器人处理，提供本地结果；二是与internet连接(也可以通过gsm无线模块直接发回)，通过将数据传输到远程医疗中心，达到医疗保健与远程监护的目的。视频和音频数据的传输也采用这种方式。智能机器人的数据传输系统如图4所示。4 蓝牙模块的应用4．1蓝牙技术概况蓝牙技术[4]是用于替代电缆或连线的短距离无线通信技术。它的载波选用全球公用的2．4ghz(实际射频通道为f=2402 k×1mhz，k=0，1，2，…，78)ism频带，并采用跳频方式来扩展频带，跳频速率为1600跳/s。可得到79个1mhz带宽的信道。蓝牙设备采用gfsk调制技术，通信速率为1mbit/s，实际有效速率最高可达721kbit/s，通信距离为10m，发射功率为1mw；当发射功率为100mw时，通信距离可达100m，可以满足数字化家庭的需要。4．2蓝牙模块rokl01007型蓝牙模块[5]是爱立信公司推出的适合于短距离通信的无线基带模块。它的集成度高、功耗小(射频功率为1mw)，支持所有的蓝牙协议，可嵌入任何需要蓝牙功能的设备中。该模块包括基带控制器、无线收发器、闪存、电源管理模块和时钟5个功能模块，可提供高至hci(主机控制接口)层的功能。单个蓝牙模块的结构如图5所示。4．3主，从设备硬件组成蓝牙技术支持点到点ppp(point-t0-point pro-tocol)和点对多点的通信，用无线方式将若干蓝牙设备连接成1个微微网[6]。每个微微网由1个主设备(master)和若干个从设备(slave)组成，从设备最多为7台。主设备负责通信协议的动作，mac地址用3位来表示，即在1个微微网内可寻址8个设备(互联的设备数量实际是没有限制的，只不过在同一时刻只能激活8个，其中1个为主，7个为从)。从设备受控于主设备。所有设备单元均采用同一跳频序列。将带有蓝牙模块的微型医疗传感器作为从设备，将智能机器人上的带有蓝牙模块的探测器作为主设备。主从设备的硬件主要包括天线单元、功率放大模块、蓝牙模块、嵌入式微处理器系统、接口电路及一些辅助电路。主设备是整个蓝牙的核心部分，要完成各种不同通信协议之间的转换和信息共享，以及同外部通信之间的数据交换功能，同时还负责对各个从设备的管理和控制。5 结束语随着社会的进步，经济的发展和人民生活水平的提高，越来越多的人需要家庭医疗保健服务。文中提出的应用于数字化家庭医疗保健服务的智能机器人系统的功能较为全面，且在家用智能机器人、基于蓝牙技术的智能家居和数字化医院等方面的拓展应用非常广阔，具有极大的市场潜力。

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高职院校智能机器人教学的探索论文

高职院校开展智能机器人教学在于培养学生成为高级技术应用型人才，从而服务于一线的生产企业。因此，各大高职院校都积极响应智能机器人技术发展的号召，纷纷建立专门的智能机器人实验室，并在各个学科间开展智能机器人选修课，让不同专业的学生对智能机器人技术有所认识。智能机器人自身包含了许多的专业知识，是一门综合性的专业技术，例如，计算机电子技术、人工智能以及自动化控制等，高职院校通过开展智能机器人实践教学，让学生通过实践进行自主的创新学习，激发了学生学习兴趣，提高学生们的科技创新能力。该文结合智能机器人教育在高职院校的发展现状，阐述了智能机器人教学的必要性和适用性，从而提高智能机器人教学的质量。

1智能机器人教学的优势

对我国科技的发展，教育事业科技创新具有非常重要的意义

智能机器人最大的特点在于它是一门综合多个学科的应用型技术，所涉及的学科都与计算机技术、机械工程技术、人工智能技术以及设备自动化技术等实践类专业有关，对我国科技的发展，教育事业科技创新具有非常重要的意义。高职院校开展智能机器人教学，通过让学生对智能机器人进行设计和实际操作，掌握智能机器人系统的定义以及智能机器人内部结构和相关的控制技术等，有利于学生在后期的实践过程中，能够在控制设计和软件编制上对智能机器人进行开发。通过高职院校对智能机器人的有效教学，加强了学生对现代化机器人的认识，激发了学生学习的热情和兴趣，培养了学生创新意识。

通过开展智能机器人教学，能培养大批的高端技术型人才

我国的经济发展和科技创新都离不开人才，以人为本是我国的基本方针，所以各大院校应该与时俱进，为国家为社会培养技能型应用型的高端人才。所以智能机器人技术要与高职院校的教学活动相互融合，增强学生的实践操作能力。我国的教育部门也应给予支持和鼓励，加大对智能机器人技术在各个高职院校的开展和普及，提高学生的就业率，此外，还应组织各大院校开展智能机器人科技竞赛，让学生们学以致用，培养学生的自主创新能力，为企业培养真正的专业技能人才，并更好的服务于社会。

2高职院校智能机器人教学实践

在高职院校智能机器人教学中，教师应重点开展编程教学，夯实学生的专业基础，并优化教学过程，注重实践教学，以提高学生的学习能力及学习水平，从而提高学生的社会竞争力，促进学生长远发展。

注重编程教学，夯实学生基础

随着我国社会的发展，我国的教育事业也跟随时代的步伐，不断的进行科技创新改革，对于信息化和科技化发展的今天，人们的生活从计算机的应用过渡到智能化时代，所以，智能机器人教学活动的开展，不但为培养学生创新能力提供了平台，也为未来社会智能化提供可创造性发展空间。随着智能化机器人教学深入到高职院校的课堂中，学生通过实践的创新，方便智能机器人与地方传统产业的结合，从而真正为社会发展做贡献。智能机器人技术中最主要的部分就是程序，最复杂的就是编程，学生通过对智能机器人理论的学习，掌握智能机器人学习的定义、内部程序、软硬件设备以及编程环境，通过对智能机器人进行简单的组装和拆卸，结合理论知识，让学生进一步夯实基础。高职院校定期进行智能机器人教学的考核，设立难易不同的案例，激发学生的挑战意识，从而培养学生学习意识，并培养学生善于总结知识的`能力，从而提高学生的学习能力与学习水平，无论在今后的学习中还是工作中，都将有利于学生们的身心健康发展。

优化教学过程，开展实践教学

随着我国教育事业的蓬勃发展，也促进了高职院校的长远发展，为培养学生实际操作能力，更好的发挥智能机器人技术的学科应用，各高职院校可以通过以下3种方法带动学生走进智能机器人的实际课堂之中。首先，将智能机器人教学与课堂教学进程相融合，其次，大力宣传并开展各类专业的选修课，尤其是工科类专业，通过讲解智能机器人的软硬件设施，以及智能的输入输出控制程序，让学生更好的将理论知识与实际操作相结合。再次，就是设置专门的智能机器人实验教学室，让学生们有充分的空间和时间动手实践，通过对智能机器人进行简单的拆卸和组装，研究智能机器人的传感器，激发学生的创新意识。教师可以通过实例，举例讲解智能机器人技术，并让学生参与思考和实践，巩固学生的知识，也达到学校的教学目的。再次，学生的实践操作比书本知识更能提高学生的设计兴趣，所以各高职院校可以针对典型的应用型实例，进行智能机器人技术的设计比赛，教育部门应给予高度重视，并设立创新能力的奖项，鼓励学生们勇于投身设计制作中，从而提升学生专业的水平，为社会提供实用性技能人才，为祖国科技的创新培养一批顶尖的专业技能型人才。

3结语

在高职院校，开展智能机器人教学对学生的发展具有重要的促进作用。学生通过对智能机器人的设计与实践操作，能够促进高职院校的专业建设，也使学校的教学形式和内容得到了丰富，所以，高职院校是学生学习和发展的平台，需要对智能机器人教学工作进行不断地创新，以满足学生的学习需求。创新代表着前进，学生的思想的创新，将会带来实践的创新，智能机器人教学模式的创新是教学改革的重点，对学生的技能提高有重要的意义。总体来说，在高职院校智能机器人教学中，教师通过科学教学，能够提高学生的专业水平，给国家和社会培养高端技术型人才，从而使学生在走出校园后能够更好地服务于社会。

参考文献

[1]郭温，姜维.关于机器人在高职高专教学中的应用[J].国土资源高等职业教育研究，2006（3）：50-51.

[2]孙小进.高职院校机器人实验室的创建[J].科技信息：科学教研，2008（15）：261.

[3]彭绍东.论机61器人教育（下）[J].电化教育研究，2002（7）：16-19.