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智能機(jī)范文第1篇

所謂智能桌面伴侶實際上是一款可放置桌面上的小型智能機(jī)器人，采用了時下國際上最為先進(jìn)的機(jī)器人仿生模擬技術(shù)，通過體內(nèi)的芯片控制，不僅能為主人唱歌、跳舞、當(dāng)導(dǎo)游、為寶寶講故事、教小朋友學(xué)英語、為老人說評書、說相聲……可謂“十八般武藝樣樣精通”！

其在2012年深圳“高交會”上頗受市場好評，為期六天的展會為企業(yè)帶來了價值近百萬元的訂單。

產(chǎn)品特點

1.多維交互，全方位服務(wù)應(yīng)用。使用者可以選擇語音互動、觸控感應(yīng)、信號發(fā)射等方式來召喚機(jī)器人，而機(jī)器人會十分開心地為使用者效勞。

2.人工智能。本產(chǎn)品是擁有初級AI的人工智能機(jī)器人，可以實現(xiàn)與人們經(jīng)常性互動對話。

3.功能強(qiáng)大。除了在語言的互動性之外，它還能充當(dāng)人類的迷你的搬運工。

4.適用范圍廣。不僅僅適用于時尚達(dá)人，連老人、寶寶們都適合使用?？梢允侨胰说暮没锇?。

5.造型多樣化?？筛鶕?jù)顧客的需求對機(jī)器人的外表進(jìn)行個性化定制，可制成可愛的熊貓、超人、藝術(shù)家、蝙蝠俠、變形金剛、喵小妹、趙云、科比……

市場分析

機(jī)器人智能化已經(jīng)成為了一個科技發(fā)展的大趨勢。該機(jī)器人自從2012年5月份亮相國內(nèi)一年一度的“科博會”之后，就受到了市場和媒體的追捧?？梢哉f該機(jī)器人參加的所有展會都能成為展會的明星產(chǎn)品。

據(jù)北京、天津兩地的經(jīng)銷商透露，目前該產(chǎn)品最大的購買群體是兒童，相對市面上現(xiàn)有的兒童玩具而言，售價約400元的智能機(jī)器人一點都不貴，而且該產(chǎn)品還具有很強(qiáng)的互動性、能夠為兒童提供良好的學(xué)習(xí)氛圍，因此很受家長們的歡迎。

另外，目前企業(yè)不僅拿到了國內(nèi)零售訂單，還拿到了一些政府采購訂單，諸如北京園博會的吉祥物機(jī)器人等。

投資條件及效益估算

最低投資約4.8萬元，最低進(jìn)貨量約200只，每只的進(jìn)貨價格240元，市場統(tǒng)一零售價399元/只。每銷售一只投資者可獲毛利159元。

以天津市的經(jīng)銷商為例，在天津某幼教培訓(xùn)中心租賃了一個5平方米的柜臺，平均每天可銷售10只機(jī)器人，扣除租金，月毛利約2.7萬元。

編者手記

智能機(jī)范文第2篇

 

一、智能機(jī)器人的結(jié)構(gòu)組成

 

自從1959年世界上第1臺工業(yè)機(jī)器人由美國人英格伯格和德沃爾制造成功以后，機(jī)器人經(jīng)歷了由完成簡單操作功能的機(jī)械手到智能機(jī)器人的變革。目前的智能機(jī)器人已經(jīng)具有了類似人的思維、判斷能力，擁有強(qiáng)大的感知系統(tǒng)，并可以根據(jù)外部環(huán)境的變化實現(xiàn)自主學(xué)習(xí)和自我調(diào)整，并根據(jù)經(jīng)驗的積累進(jìn)行自我安排，完全獨立的工作[4]。

 

智能機(jī)器人主要由機(jī)械裝置、信息采集與智能控制等部分組成[5]。機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是機(jī)器人的主體，由基座、手臂、末端執(zhí)行器3大件組成?；话阌山饘俨牧霞庸ぶ圃於桑缶哂幸欢ǖ膹?qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性，研制強(qiáng)度高、質(zhì)量輕的材料可以既保證其強(qiáng)度、剛度要求，又降低其質(zhì)量，節(jié)約能源消耗，同時新型材料的使用使得智能機(jī)器人在較惡劣環(huán)境下工作成為可能，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，減輕人類負(fù)擔(dān)。

 

信息的采集主要依賴于傳感技術(shù)，傳感器的使用使得智能機(jī)器人可以像人類一樣擁有“眼睛”、“耳朵”、“鼻子”，對看到的、聽到的、感受到的、接觸到的環(huán)境信息如溫度、壓力、聲音、障礙物等信息進(jìn)行采集，通過對比行動的目標(biāo)信息，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、篩選，獲得完成指令所需的信息。而傳感器材料的優(yōu)劣直接影響了傳感器性能的好壞，傳感器材料是智能機(jī)器人智能化的重要支撐。

 

控制部分的功能是實現(xiàn)機(jī)器人接收從傳感器反饋回來的信息并形成作業(yè)指令以及驅(qū)動機(jī)器人執(zhí)行相應(yīng)任務(wù)?？刂萍夹g(shù)是智能機(jī)器人將信息采集與分析、形成行動規(guī)范的核心，是智能機(jī)器人完成各項任務(wù)的重要組成部分。而智能控制系統(tǒng)的智能程度與控制器的材料密不可分，也是智能機(jī)器人實現(xiàn)靈活行動、復(fù)雜動作等的重要支撐。

 

綜上，智能機(jī)器人的智能化與智能材料的功能化密不可分，智能材料不僅要具備良好的力學(xué)性能，同時又需要具備一些特殊功能，即能感知所處的內(nèi)外部環(huán)境變化，并能通過改變自身的物理性能或形狀，從而實現(xiàn)自診斷、自適應(yīng)、自修復(fù)等功能。智能材料的快速發(fā)展與應(yīng)用促使智能機(jī)器人在實現(xiàn)動作、對外界刺激的快速反應(yīng)等方面取得了明顯的進(jìn)步，對智能機(jī)器人智能化的實現(xiàn)發(fā)揮著巨大作用。

 

二、智能材料的發(fā)展

 

智能材料是一種可以利用組織變化或形態(tài)變化反映對外部環(huán)境刺激的感應(yīng)并匯總成可靠的信息，然后進(jìn)行自我調(diào)整以適應(yīng)外部環(huán)境的刺激的材料。智能材料是高科技材料，代表了材料科學(xué)發(fā)展的前沿技術(shù)，是智能機(jī)器人實現(xiàn)智能化的重要手段，是功能材料和結(jié)構(gòu)材料的有機(jī)結(jié)合[6]。智能材料的研制和大規(guī)模應(yīng)用將導(dǎo)致材料科學(xué)發(fā)展的重大革命，隨著智能材料功能的逐步深入研究，智能材料的應(yīng)用領(lǐng)域也在逐步擴(kuò)大。

 

1.智能材料的特征

 

智能材料的開發(fā)與研究源于仿生材料，因此智能材料系統(tǒng)具有或部分具有生命運動的一些特征：

 

①傳感功能：即對外界環(huán)境及其它信息的接受能力，如感知到外界及自身所處的環(huán)境條件，如溫度、載荷、聲音、水壓、障礙物等。

 

②反饋功能：如同人體的神經(jīng)系統(tǒng)，能夠?qū)Σ杉降男畔⑴c設(shè)定指令進(jìn)行對比與分析，形成合理的判斷并反饋給控制系統(tǒng)。

 

③信息識別與積累功能：主要是對采集信息的分辨能力以及匯總和儲存的功能。

 

④響應(yīng)功能：對接收的信息進(jìn)行判斷與分析后形成初步的行為規(guī)范并指導(dǎo)動作過程。

 

⑤自診斷能力：將系統(tǒng)目前狀況與常規(guī)狀態(tài)進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)故障并進(jìn)行校正。

 

⑥自修復(fù)能力：對一些系統(tǒng)損傷或破壞能夠進(jìn)行自我修復(fù)。

 

2.機(jī)器人中智能材料的應(yīng)用

 

一般來說智能材料在機(jī)器人的結(jié)構(gòu)中主要用于基體材料、敏感材料、驅(qū)動材料等。

 

(1)基體材料

 

為主要的結(jié)構(gòu)材料，用來承受一定的載荷，一般以輕質(zhì)材料為主。通常選用高分子材料，不僅密度小、耐腐蝕且具有粘彈性。當(dāng)然一些輕質(zhì)的金屬材料也可用作基體材料。

 

(2)敏感材料

 

敏感材料主要起傳感的作用，采集外界環(huán)境的信息如溫度、壓力、PH值、電磁場等。用得較多的敏感材料有壓電材料、形狀記憶合金、光纖材料、磁致伸縮材料等[7]。

 

(3)驅(qū)動材料

 

驅(qū)動材料是機(jī)器人能否根據(jù)相應(yīng)指令完成規(guī)定任務(wù)的重要保障，源于其在一定條件下，可產(chǎn)生一定的應(yīng)變和應(yīng)力，常用的有效驅(qū)動材料有形狀記憶材料、壓電材料、電流變體和磁致伸縮材料等[8]。

 

綜上，有些材料可以起到多重作用，例如形狀記憶材料、壓電材料既可以作為驅(qū)動材料又可以作為敏感材料使用，這為智能材料的設(shè)提供了思路。

 

三、智能材料在智能機(jī)器人中的應(yīng)用

 

1.傳感器材料

 

伴隨材料科學(xué)的發(fā)展，傳感器技術(shù)日益成熟，種類多種多樣，早期常選取半導(dǎo)體材料及陶瓷材料，近年來由于光導(dǎo)纖維、超導(dǎo)材料的研究開發(fā)，各種傳感器也隨之更新?lián)Q代。例如，較先進(jìn)的紅外傳感器、激光傳感器、光纖傳感器等現(xiàn)代傳感器，選用以硅為基體的半導(dǎo)體材料，利用其易于微型化、多功能化、智能化的特點，借助于半導(dǎo)體光熱探測儀器的靈敏度高、精度高、非接觸性好的性能特點。陶瓷材料和有機(jī)材料的快速發(fā)展帶動了敏感材料的發(fā)展，不斷地優(yōu)化配方，精密調(diào)配原料，經(jīng)高精度成型燒結(jié)，研制成新的敏感材料，用于制成新的傳感器。此外，有機(jī)高分子敏感材料也是頗具應(yīng)用潛力的新型敏感材料，可制成濕敏、光敏、氣敏、熱敏、力敏、生物敏和離子敏等傳感器。

 

另外，可從2方面著手研究提高傳感器的性能，一是采用敏感度更高的感性元件，二是研究新型的檢測方法以及更加精確的信號處理方法。例如，日本基恩士公司采用CMOS感光材料制成數(shù)字激光傳感器，測量精度可達(dá)0.5mm，且表面材質(zhì)對其基本沒有影響，智能機(jī)器人對目標(biāo)物體的定位更加精準(zhǔn)[9];導(dǎo)電橡膠的電阻也會隨壓力的變化而變化，因此也常用來作為觸覺傳感器的敏感材料[5];擬人化皮膚傳感器利用一種具有壓電和熱釋電性的高分子材料研制而成 [5]。利用高分子凝膠、合金材料等制成的力傳感器可以很好地模擬生物體的運動功能提高機(jī)器人抓取動作的靈活性。

 

2.形狀記憶合金

 

形狀記憶合金(SMA)通過檢測外界環(huán)境如溫度或位移的變化，從而將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，如果能夠很好地控制加熱或冷卻，即可獲得重復(fù)性很好的驅(qū)動動作。用形狀記憶合金制作的熱機(jī)械動作元件具有體積小巧、結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、成本低廉等優(yōu)點。近年來，隨著形狀記憶合金的產(chǎn)業(yè)化，該材料的優(yōu)點逐漸凸顯出來，越來越多地被應(yīng)用到智能機(jī)器人的某些零部件中。如用形狀記憶合金可制作成機(jī)器人手足、觸覺傳感器、機(jī)器人元件控制器及筋骨動作控制等。早在 1986年，日本生產(chǎn)的機(jī)器人中就采用了形狀記憶合金，可見日本很早就開始了這方面的研究。目前日本關(guān)于形狀記憶合金應(yīng)用于智能機(jī)器人的研究較成功，走在世界的前沿。有報道稱日本成功將形狀記憶合金應(yīng)用到海底機(jī)器人和微型機(jī)器中，所研發(fā)的一款深海機(jī)器人，可以自動勘探包括鈷在內(nèi)的海底稀有金屬資源 [10]。

 

形狀記憶材料的一個特點就是動作柔和，被用在某些需要進(jìn)行力量控制的智能機(jī)器人上。例如智能機(jī)器人夾持器，它是機(jī)器人末端執(zhí)行器之一，一般由手指、傳動機(jī)構(gòu)和驅(qū)動裝置組成，是機(jī)器人結(jié)構(gòu)中的一個重要組成部分。用來直接抓取和握持工件，以達(dá)到約束被夾持工件的自由度，而對其進(jìn)行位置控制的目的。作為電驅(qū)動器，可替代電磁螺線管、伺服馬達(dá)、液壓或氣動裝置，SMA驅(qū)動器設(shè)計簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、無噪音、成本低。SMA驅(qū)動器往往設(shè)計成偏動式和差動式驅(qū)動器，這類元件尤其適用于可轉(zhuǎn)動的機(jī)器人關(guān)節(jié)。

 

形狀記記合金還可作為驅(qū)動元件應(yīng)用到智能機(jī)器人中，如形狀記憶合金電機(jī)(SMAA)。溫度升高時，SMA材料發(fā)生形狀回復(fù)，溫度降低時形狀保持不變，借助于輔助元件，將電機(jī)形狀變化轉(zhuǎn)變成位移的變化，可見通過合理控制溫度的升高或降低，SMAA可將熱能(溫度的變化)轉(zhuǎn)變成機(jī)械能(位移的變化)。同時若再輔以一定的偏動或差動裝置，可實現(xiàn)雙向運動。SMAA結(jié)構(gòu)較簡單、易于控制;尺寸較小，易于實現(xiàn)智能機(jī)器人的微型化;動作連續(xù)可控，易于模仿人類的手臂;同時受溫度及惡劣環(huán)境的影響較小;環(huán)保無污染。形狀記記合金的主要研究方向著眼于從機(jī)械手、機(jī)器人關(guān)節(jié)、手爪的驅(qū)動等。

 

3.壓電材料

 

當(dāng)前，智能機(jī)器人可以通過“壓電效應(yīng)”把壓力轉(zhuǎn)換成電信號，從而讓機(jī)器人可以產(chǎn)生觸覺。目前已經(jīng)投入應(yīng)用的新型壓電材料主要有壓電半導(dǎo)體和有機(jī)高分子材料。

 

(1)壓電半導(dǎo)體

 

有些晶體既具有半導(dǎo)體特性又具有壓電特性，如硫化鋅、氧化鋅、硫化鎬、砷化鈣等。利用其壓電特性可加工成傳感器，半導(dǎo)體特性可加工成電子器件，如果將2者結(jié)合，則可以實現(xiàn)組件與線路的一體化，制成新型集成壓電傳感器。

 

(2)有機(jī)高分子壓電材料

 

一些有機(jī)高分子聚合物，經(jīng)延展拉伸和電極化后所形成的高分子薄膜具有壓電性，如聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯等。獨特的優(yōu)點是質(zhì)輕柔軟、抗扯強(qiáng)度高、耐沖擊。另外，在高分子化合物中摻雜壓電陶瓷鋯鈦酸鉛或鈦酸鋇制成的高分子壓電薄膜。

 

4.磁致伸縮材料

 

所謂磁致伸縮材料是指材料在交變磁場的作用下，一方面會發(fā)生長度的變化，進(jìn)而產(chǎn)生位移，從而將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能;若產(chǎn)生反復(fù)伸長或縮短也即振動，也可將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。另一方面，該材料若受到拉深、壓縮力的作用改變了其長度，則材料內(nèi)部磁通密度也因此發(fā)生相應(yīng)變化，從而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。故此為能量與信息轉(zhuǎn)換的功能材料?？蓪⒋颂匦杂糜谥悄軝C(jī)器人進(jìn)行海洋探測。

 

四、結(jié)語

 

智能機(jī)器人的時代已經(jīng)開啟，我們夢寐以求的智能時代正一步步向我們走來。我們渴望智能機(jī)器人可以擁有比人類更聰明的大腦，更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治?、判斷?fù)雜外界環(huán)境的能力，擁有更堅實的“身體”，更靈活的步伐。而智能機(jī)器人智能的提升離不開機(jī)械學(xué)、力學(xué)、電子學(xué)、生物學(xué)、控制論、人工智能、系統(tǒng)工程、材料學(xué)等多學(xué)科的發(fā)展，其中智能材料的作用功不可沒。如人造皮膚智能材料，不僅可以清晰地分辨出外部環(huán)境的細(xì)微變化如溫度、熱流及各種應(yīng)力大小的變化等，對于表面的一些狀況如粗糙度、摩擦力等也能夠很好地進(jìn)行區(qū)分。智能材料的設(shè)計、制造、加工等均涉及到了材料學(xué)的最前沿技術(shù)，有待科學(xué)工作者的不斷深入研究與探索。盡管如此，隨著科技發(fā)展相信會有越來越多的智能材料應(yīng)用到智能機(jī)器人中，智能機(jī)器人的智能化程度越來越高，在各行各業(yè)中都可以看到智能機(jī)器人的身影，智能機(jī)器人得到產(chǎn)業(yè)化、批量化的生產(chǎn)。

智能機(jī)范文第3篇

(訊)我們經(jīng)常遇到這樣的事，出門忘帶鑰匙，或者邀請了朋友來家做客自己卻還堵在路上，就一把鎖把自己和朋友都擋在門外，這并不是什么愉快的經(jīng)歷。最近August第二代智能門鎖現(xiàn)已新鮮出爐，我們就不用擔(dān)心因為沒有鑰匙就被拒之門外啦。

August第二代智能門鎖系統(tǒng)在第一代的基礎(chǔ)上加入了對HomeKit的支持，現(xiàn)在我們可以通過簡單的命令來開鎖，比如說“嗨，打開家里的臥室門”等。這款智能門鎖系統(tǒng)通過藍(lán)牙與手機(jī)配對，我們可以通過手機(jī)App設(shè)置客人的訪問權(quán)限，就是說只有被邀請的客人才能帶著他的手機(jī)進(jìn)門，還能通過App在用戶不在家的時候，遠(yuǎn)程開關(guān)門歡迎客人來訪。

此外，August智能門鎖系統(tǒng)還可以訂制各種場景，比如在開關(guān)門的時候同步開關(guān)燈等，十分有趣。又了這款智能門鎖系統(tǒng)，不僅不用擔(dān)心出門忘帶鑰匙，也不會讓朋友站在門口傻等我們回來。新款A(yù)ugust智能門鎖還推出了配套的App以及一款A(yù)pple Watch應(yīng)用用來進(jìn)一步提升家庭安全防護(hù)水平。(來源：愛活網(wǎng) 編選：中國電子商務(wù)研究中心）

智能機(jī)范文第4篇

智能產(chǎn)品受年輕消費者青睞

對于大眾消費者而言，智能時尚代表了科技化產(chǎn)品，而消費者的態(tài)度也正在從好奇、觀望轉(zhuǎn)變?yōu)榻邮堋⑹褂?。其中，年輕的領(lǐng)軍型消費群體對智能產(chǎn)品更青睞有加，不失為一個營銷時機(jī)。

在即將召開的CHIC2015秋季展上，智能零售技術(shù)體驗區(qū)和可穿戴產(chǎn)品服裝SHOW將讓觀眾近距離感知智能時尚的奇妙。通過智能時尚生產(chǎn)企業(yè)、服務(wù)平臺和相關(guān)院校熱力參與，觀眾將一睹新一批智能產(chǎn)品的真容，動靜態(tài)結(jié)合的形式也將引領(lǐng)智能產(chǎn)品的新風(fēng)尚。

德國數(shù)位公會（Bitkom）的問卷調(diào)查結(jié)果更讓智能服裝的開發(fā)者信心倍增：12%的德國運動愛好者表示一定要購買智能服裝產(chǎn)品，表示可以考慮的達(dá)13%。年輕人對智能衣著尤其感興趣，年齡層介于14～29歲之間的占有比率達(dá)30%。

不難看出，目前高調(diào)“入場”智能服飾產(chǎn)品的企業(yè)大多集中在定位于年輕群體或是運動休閑的品牌。而更多的服裝品牌又該如何搭乘智能科技的快車呢？

智能零售為終端智能化加碼

越來越多的科技公司將科技因子跨界植入服裝零售環(huán)節(jié)。零售終端的智能化進(jìn)程不僅增強(qiáng)了實體零售終端的互動性和科技體驗感，更為大數(shù)據(jù)的采集整理提供途徑。而試衣體驗作為終端體驗的重要一環(huán)，智能零售中的智能試衣技術(shù)應(yīng)用不得不提。

目前，一部分3D試衣系統(tǒng)其實是二維試衣，無法表現(xiàn)衣服的上身效果。另一部分則是在固定的3D模特身上試衣。和鷹科技三維事業(yè)部總監(jiān)周俐娜打了個比方，“在3D模特上換衣服就像是給玩具娃娃換衣服，消費者無法判斷衣服穿在自己身上的效果，因為每件衣服穿在模特身上都很完美?！闭劶昂旺椗c美國三維人體掃描系統(tǒng)公司、比利時在線試衣系統(tǒng)公司合作的3D試衣技術(shù)，周俐娜表示，該系統(tǒng)可以真實復(fù)制身材曲線，告訴消費者不適合哪些衣服，還可以讓消費者在任何一個能上網(wǎng)的地方使用手機(jī)或平板電腦試穿服裝，并記錄每次試穿的效果。

盡管如此，零售終端應(yīng)用的效果并不完全取決于技術(shù)創(chuàng)新的程度，而是技術(shù)與前端互動、后臺支持密切相關(guān)。福建省我答答信息科技有限公司董事葛宏胤認(rèn)為，“3D試衣等技術(shù)應(yīng)用的背后是終端服務(wù)要到位，還需具備利潤點的支撐，此外，終端整體環(huán)境的打造也是該技術(shù)有效應(yīng)用的前提，這樣才能達(dá)到提升黏的效果?！?/p>

顯而易見的是，如何更具效率地“為我所用”需要全方位的系統(tǒng)工程。因而，一個能夠縱覽全局的系統(tǒng)性平臺尤為重要。

CHIC2015秋季展將打造融合智能產(chǎn)品、智能設(shè)計、智能制造、智能渠道、智能物流、智能終端、智能平臺、產(chǎn)業(yè)鏈要素智能化等方面的全新布局。智能時尚所帶來的思潮將在CHIC平臺中碰撞、生根，有關(guān)技術(shù)和模式的落地思考將為智能時尚企業(yè)提供新的思路。

智能制造“催化”技術(shù)革命

消費變革引發(fā)市場變化，小批量、多批次的訂單讓服裝企業(yè)不得不進(jìn)行智能化改造，以進(jìn)行柔性化生產(chǎn)。而這正是智能制造帶來的關(guān)鍵性變革，讓柔性化生產(chǎn)成為可能，并在很多前驅(qū)型企業(yè)中成為現(xiàn)實。

杰克縫紉機(jī)股份有限公司啟動了縫制設(shè)備行業(yè)的首條智能化自動生產(chǎn)線。使用該條生產(chǎn)線，精加工車間人員可以從315人減少到10人，生產(chǎn)成品一次性合格率達(dá)99%，制造精度提高20%，單臺人工成本每年可下降80%。

報喜鳥集團(tuán)的第一條智能化生產(chǎn)線也已改造完成。浙江報喜鳥副董事長周信忠說，“智能化生產(chǎn)將突破原有個性化生產(chǎn)品質(zhì)和生產(chǎn)效率降低的瓶頸，實現(xiàn)‘個性化生產(chǎn)不降品質(zhì)、單件流不降效率’的目標(biāo)?！?/p>

智能機(jī)范文第5篇

關(guān)鍵詞：智能起重機(jī); 視覺智能；實現(xiàn)原理

Abstract: developing intelligent crane can not only reduce the labor intensity, improve the stability and reliability of the crane and equipment efficiency; And can expand the application range cranes, this paper analyzed the visual intelligence crane.

Keywords: intelligent cranes; Visual intelligence; Implementation principle

中圖分類號：TH21文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

一、現(xiàn)有起重機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域運用的現(xiàn)狀

目前各種類型的自動化數(shù)控起重機(jī)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在許多工業(yè)領(lǐng)域，但大多數(shù)的數(shù)控起重機(jī)都是需要工作在整齊有序的工業(yè)環(huán)境中，起重機(jī)只是按照固定的程序進(jìn)行操作，目標(biāo)的初始位姿和終止位姿都是事先規(guī)定的。

二、智能起重機(jī)的發(fā)展方向

隨著起重機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步擴(kuò)大，人們對起重機(jī)提出了更高的要求，希望起重機(jī)具有更高的智能和更強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，基于視覺的智能起重機(jī)成為起重機(jī)發(fā)展的重要方向。

對起重機(jī)引入視覺裝置，一方面使得起重機(jī)可以模仿人類的視覺能力來感知外部環(huán)境，二是它能夠?qū)崿F(xiàn)對目標(biāo)的無接觸精確測量，第三它提高了起重機(jī)的自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)的能力?；谝曈X的目標(biāo)識別定位是智能起重機(jī)的“眼”，主要是對通過工業(yè)相機(jī)采集到的圖像信息進(jìn)行快速處理和特征提取，對特定目標(biāo)進(jìn)行識別，進(jìn)而分析提供目標(biāo)的形狀、位置、狀態(tài)等信息。

控制系統(tǒng)是智能起重機(jī)的“運動神經(jīng)”，主要指各種控制器，它們根據(jù)視覺傳感器提供的目標(biāo)以及起重機(jī)本身的各種狀態(tài)信息，精確控制起重機(jī)的動作，實現(xiàn)智能控制與優(yōu)化，使得起重機(jī)能夠快速準(zhǔn)確的定位和抓取目標(biāo)。兩個部分的相互影響、協(xié)調(diào)工作都需要依靠能運行特定功能軟件的工控機(jī)作為“大腦”進(jìn)行控制?；谝曈X的智能起重機(jī)是許多領(lǐng)域的融合，包括高速圖像處理、目標(biāo)識別、動力學(xué)，控制理論，機(jī)械工程等，是一個十分具有挑戰(zhàn)性的課題。近十年來，隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和成熟，為基于視覺的智能起重機(jī)的實現(xiàn)和應(yīng)用提供了可能。

三、視覺智能起重機(jī)的應(yīng)用原理

在工業(yè)控制中，傳統(tǒng)的PID控制至今仍處于主導(dǎo)地位，然而常規(guī)PID 控制器的控制效果和控制精度時常受到限制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學(xué)習(xí)、自組織功能和聯(lián)想記憶、并行處理等優(yōu)點，使其在復(fù)雜的工業(yè)控制中得到了廣泛應(yīng)用。

這里作者具體探討兩種關(guān)于視覺智能起重機(jī)系統(tǒng)的概念設(shè)計，以期參考：

1．基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖它主要由3個部分組成：

(1) 經(jīng)典PID控制器：直接對被控對象過程進(jìn)行閉環(huán)控制，其三個參數(shù)在線確定。采用增量式PID，控制算法為：

(2) RBF辯識網(wǎng)絡(luò)：用于建立被控系統(tǒng)的辯識模型，以便動態(tài)地觀測控制對象的輸出對控制輸入的靈敏度，提供給BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其徑向基函數(shù)為高斯函數(shù)。辯識器的性能指標(biāo)函數(shù)為根據(jù)梯度下降法，修正網(wǎng)絡(luò)權(quán)系數(shù)等參數(shù)： 其中為學(xué)習(xí)率，為慣性系數(shù)。

(3) BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：采用三層BP網(wǎng)絡(luò)，通過調(diào)整自身權(quán)系數(shù)，對PID控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到控制性能指標(biāo)的最優(yōu)。

2．本系統(tǒng)主要由機(jī)械系統(tǒng)及電控系統(tǒng)組成

(1)機(jī)械系統(tǒng)

機(jī)械部分主要由行走小車、主梁、立柱、底座等組成，是實際起重機(jī)的等比例縮小模型，用以模擬起重機(jī)運行中的各種狀態(tài)，小車的行走機(jī)構(gòu)采用伺服電機(jī)驅(qū)動。

小車位移測量采用對伺服電機(jī)的碼盤信號進(jìn)行分頻與計數(shù)，分頻可通過在伺服電機(jī)驅(qū)動器中設(shè)置一定的參數(shù)來實現(xiàn)，計數(shù)可通過電控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集卡來實現(xiàn)。

小車的位置限位保護(hù)裝置采用反射式光電開關(guān)，來實現(xiàn)行走小車的限位報警功能，其檢測距離為大約為0～30cm。

(2)電控系統(tǒng)

圖像采集

利用工業(yè)CCD采集圖像，將得到的圖像模擬電壓信號輸入到圖像采集卡中，轉(zhuǎn)換為便于計算機(jī)處理的數(shù)字信號。圖像采集卡安裝在工業(yè)控制計算機(jī)的PCI總線插槽中，圖像采樣速度為25幀/秒，滿足系統(tǒng)控制的實時性要求。

交流伺服驅(qū)動

本系統(tǒng)選定的交流伺服電機(jī)及驅(qū)動器具有全閉環(huán)控制功能，配有多種精度的編碼器可供選用，可以選擇脈沖量進(jìn)行位置控制、模擬量進(jìn)行速度控制與轉(zhuǎn)矩控制等多種控制方式，具有完善的過壓、過載、過電流保護(hù)功能，是一個開放式的交流伺服電機(jī)系統(tǒng)，可以根據(jù)實際需要，調(diào)整電機(jī)參數(shù)，從而達(dá)到滿意的效果。

基于工業(yè)計算機(jī)的控制平臺

基于視覺的起重機(jī)目標(biāo)定位系統(tǒng)以工業(yè)計算機(jī)為控制核心，它最突出的特點是具備高性能的運算能力和存儲容量，有大量的應(yīng)用軟件可以使用，適用于復(fù)雜應(yīng)用和大量數(shù)據(jù)處理。通過在工業(yè)計算機(jī)內(nèi)安裝數(shù)據(jù)采集卡和圖像采集卡等，就可對起重機(jī)系統(tǒng)的運動參數(shù)進(jìn)行采集，并且產(chǎn)生伺服電機(jī)的各種控制信號。

四、系統(tǒng)的算法

本系統(tǒng)軟件采用VC++語言進(jìn)行設(shè)計開發(fā)，軟件界面主要分為參數(shù)設(shè)置，狀態(tài)顯示，自動控制，手動控制等頁面，其中控制頁面中包含視頻采集圖像及相關(guān)參數(shù)顯示。下面重點介紹本軟件的兩個核心部分：

1.定態(tài)SUSAN算法

SUSAN算法由Smith在1997年提出，是 “Smallest Univalue Segment Assimilating Nucleus” 的縮寫，即同化核分割最小值。SUSAN算法的核心思想是假設(shè)有一個圓形的區(qū)域，稱其為掩模，它的中心有一個核，在整個圖像區(qū)域內(nèi)移動這個掩模，在掩模區(qū)域內(nèi)，若一些像素點與掩模核的灰度值相近，就稱這些點構(gòu)成的區(qū)域是USAN( Univalue Segment Assimilating Nucleus)，即同化核分割相同值區(qū)域。若掩模核處在圖像的一條直線邊緣附近時，USAN值接近其最大值的一半；若掩模核處在圖像的一個拐角處，則USAN值接近最大值的四分之一。這樣就可以根據(jù)USAN值在一幅圖像中搜索圖像的邊緣或拐角。

在提取車輛邊緣及拐角時，基于一定的先驗知識，我們可以構(gòu)造若干特定的掩模，在最大程度的提取特定方向的邊緣和拐角信息的同時還能一定程度上的抑制噪聲。

具體定態(tài)SUSAN算法如下：

（1）選定掩模，遍歷車道中與其相關(guān)熱點區(qū)域中的每個像素，采用以下相似比較函數(shù)判斷掩模所掩蓋的區(qū)域內(nèi)的點與掩模的相似程度：

(1)

其中為掩模核的坐標(biāo)，為掩模區(qū)域其它點的坐標(biāo)。、分別為點和的灰度值。閾值決定了兩個點相似的最大差異。為輸出的結(jié)果。

（2）掩模區(qū)域的USAN值可以由式（2）計算，其中：為USAN中像素個數(shù)，它給出了USAN值。將n與某閾值相比較，得到像素響應(yīng)函數(shù)： （3）其中 為該掩模對應(yīng)的最大值。反映了點及其附近的像素與掩模相似的程度。

2. 矩形目標(biāo)識別方法

（1）拐角匹配：選定初始拐角，確定對應(yīng)拐角位置所在的熱點區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)尋找與其類型匹配的角點。

（2）邊緣匹配：若拐角匹配成功，在相應(yīng)熱點區(qū)域內(nèi)尋找與其類型匹配的邊緣。

（3）若匹配成功，計算目標(biāo)大小，位置等信息，得出識別結(jié)果。

（4）目標(biāo)跟蹤：對于已識別出矩形目標(biāo)，通過引入相似度函數(shù)和已有的矩形目標(biāo)模板進(jìn)行匹配來判斷該目標(biāo)：

(5) 熵值差和平均灰度差是匹配的主要依據(jù)，最后更新相關(guān)參數(shù)和模板。