1、基于远程实时同步的“意念”机器人摘 要我们知道，现在很多工业或者勘测任务都具有较高风险性。如果能用机器人代替人体实现各种工作任务，深入危险地带，或者防暴防恐拆除炸弹等等，将是新世纪的一大改革。 关键词远程操控 实时同步 意念机器人 性能分析 中图分类号：TM46 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）10-0293-01 一、前言 在各类科幻作品中，人类很早就构想能够有着能够严格同步人体身体工作的机器人，人做什么动作，机器人做什么动作。简单的说，就是感应操作者，你做什么动作，它会响应着做出完全相同的动作。人体不能靠近的一些危险场所，太空，地下，核试验等等，你就在远程协助反馈系
2、统，通过一系列动作操作它。这样的机器人有着非常大的研究意义。二、 “意念”机器人的设计思路 基于这样的构想。我们设计了这样的理念“意念”机器人。它的设计流程大致如下： 1. 机器人的构架：推荐采用北京国创公司提供的 CDS55xx 系列舵机来搭建机器人。proMOTION CDS 系列机器人舵机属于一种集电机、伺服驱动、总线式通讯接口为一体的集成伺服单元，主要用于微型机器人的关节、轮子、履带驱动。它有大扭矩，高转速，以及高速通信的特点。对于机器人关节运动的代替是完全符合控制场合的。我们知道，能够模拟人动作并做出实时响应的机器人，需要有人体的结构。采用舵机的扭转来代替关机，是当下实际可行的首选。
3、 2. 信号处理核心：这个项目我们采用的是主流 32 位芯片 STM32.系列时钟频率达到 72MHz，？运行和处理速度高，程序内存空间足够。该系列产品基于超低功耗的 ARM Cortex-M3 处理器内核.且意法半导体提供了世界领先级节能技术，用在机器人信号处理上是完全胜任的。 3. 姿态测量：姿态的测量不仅需要测量人体姿态，还需要测量机器人当前姿态，这样才能实现同步的要求。人体各个关节的角度，要和机器人关节角度一致，这样实现远程机器人代替人体工作。我们这里采用MPU6050 芯片。MPU6050 是为全球首例整合性 6 轴运动处理组件，免去了加速度和角速度之间整合的轴间差问题。通过编程算法
4、，可以完美体现人体多自由度姿态角，实现姿态解读。 4. 人机通信：这里的人机通信，指的是当前人体做出的实际动作，能够准确无误的转化为信号量，作用在机器人上。机器人读出此信号或者协议，做出和人一模一样的动作。我们将这样复杂的信号传输，转化为芯片之间信号的传输。可以借助无线通信完成信号传递。在人体上各个关节的姿态角信号，通过电信号经过 AD 转换，无线传输后，再进行 DA转换。 5. 反馈系统：误差存在的必然性，需要校正的反馈系统。通常我们采用安置于机器人机身的摄像头，无线传输当前视图。这样有利于校正机器人的当作。例如当机器人靠近目标取物，摄像头传回来的实时图像可以模拟人的视觉，人体根据机器人的位
5、置做出相应的动作，既可以实时响应人体动作而操作机器人。我们采用 COMS 摄像头 OV7919 方案。摄像头可以传输彩色图像，更贴近人体视觉效果。通过编程，将图像反应到上位机上。 三、 “意念”机器人性能分析 1.姿态精确性分析 实时操作的“意念”机器人，是基于 STM32 系统，借助传感器和算法实现模拟人体当前动作的机器人。然而，单靠硬件上的磨合，MPU6050角度测量存在温度漂移。如果解决这样不确定因素引起的影响，将直接影响机器人动作响应的准确程度，因此不足以精确实现功能。于是在编程算法上，可以做出改进。我们采用的是 PID 互补滤波算法。PID 是工程控制上面广泛应用的算法。位置式 PI
6、D 将角度、角速度、角角速度惊醒融合互补滤波。负反馈的效果达到了校正角度的功效。 2. 操作实时性分析 无线传输通过电磁波传输，电磁波的传播速度 30km/s，而频率比人体视觉响应最快频率快近 10000 倍。可以几乎近似于同步响应。且测量姿态角度的 MPU6050 采样频率在 1khz，1ms 可以更新一次姿态角度。STM32 处理速度约为 140ns 一个指令周期，拥有高速度处理能力。实时环节经过采样姿态角度，到无线传输，再到芯片处理，然后反馈传输，在响应机器人，完成一次动作更新在 2ms 以内。实时性得到了充分的保证。3. 机器人机械性和电气性分析 机械架构均由铝合金和内置舵机构成，抗压
7、试验中表现合格。采用大扭矩舵机，胜任重物作业。机械性能良好，可以实现生产。电气性上面，STM32 核心开发板的 PCB 制作经过加工成覆漆覆油防腐电路板，在信号流通控制上的稳定性优良。电路板集成度高，节省成本，并且不浪费资源，避免信号在电路板长距离流通影响稳定性。 4.机器人实用性评价 开发机器人的目的，在于代替人工。智能科技不仅能够投资利用于生活，工业，资源开发，甚至军事，航空领域上。不同于完全自主实施实现难度高，偶然性大的特点， “意念”机器人概念的提出，通过人亲身控制，能够准确预判和分析操纵，投资难度小，可行性强。 避免完全脱离人干预的反馈系统，永远很好的市场前景。 结束语 随着我国社会经济的迅速发展，重视生命安全的观念日入人心。当今社会很多任务具有高危险性，却不能完全用机器所代替。由于“意念”机器人概念提出的创新性和前瞻性，将在未来的日子收到重视。该设计加强了工作的实施效果，重视了复杂作业下的人身安全性，在一定程度上解决了工程上的一大难题。 参考文献 1 陈少波，桂卫华.基于 Internet 网过程控制远程监控系统实时性研究J. 信息技术. 2008（03）. 2 仲崇慧，贾喜花.国外地面无人作战平台军用机器人发展概况综述J. 机器人技术与应用. 2005（04）. 3 鲁清.C4 ISR 军事指挥自动化信息平台与综合通信系统J. 通信与广播电视. 2005（02）.
