黄丽娟，刘小红，唐启涛，和振鹏，游喜涛，袁 练

（湖南信息学院，湖南 长沙 410151)

1 设计总体模块分析

设计一款智能环卫小车，机器人按工作需要布设在城市楼宇的各个站点，于北斗导航下在规划路线进行巡回式和用户呼叫式（手机APP）工作，并通过SCADA系统实时在线监控管理，通过红外光幕与机器视觉进行辨识目标和动作。其所需要的主要技术分析如下。

机器的控制系统（CS）：控制机器人的动力、吸盘机械爪动作、LED，本设计采用B&R X90嵌入式移动控制器，可满足性能要求。

机器导航指引系统：本设计采用北斗卫星定位导航系统为整个机器提供实时位置信息和导航路线规划，依托北斗定位精准、全球组网实现对机器的实时导航规划与实时追踪。

机器的视觉系统：其要实现的是辨别物体发现目标，并与工作图像数据库较比，确认发现信号给CS，CS驱动方向盘控制或动力机及吸盘驱动执行。此技术也在逐渐成熟，而本应用方案已经和行深智能进行了校内小车试验运行。

工作执行系统：本机器要实现的是对区域卫生的护洁，本设计采取吸盘与机械爪辅以动刷，从重量、体积、面积三大维度全方位进行任务执行，采用气压驱动，气压机构便捷、清洁、简单、高效非常适合作为该机器臂的驱动。

集中在线管理：此模块是物联网技术在本项目具体应用，具体实现是通过SCADA人机界面软件、网关、DHCP服务实现，本功能已通过测试论证。

能源系统：采用DC 45V分别作为动力电机、气压泵、指示灯等设备供电，此方案已在电动车上得到广泛应用[1]。

2 机器功能要求及整体介绍

机器要求能够自我决策或接受指令进行空间运动、目标捕捉两大主模功能；而采取的布放模式是定点布放，即以一驻留点作为机器人的停放充能维护基站，机器人以此基站为基础，为限定工作区域提供服务，工作时间结束后，机器人返回驻点[2]。而空间运动指的是机器人能够自动地从基站到服务区以及服务区之间的移动，而目标捕捉指的是机器人对目标进行识别并通过收拢装置将目标垃圾回收。而要实现空间运动就要有定位导航、路径规划、障碍躲避、动力输出等模块，而要实现目标捕捉则需要目标识别、目标抓取、目标压缩封箱等模块。而机器人实现实时运动系统通过北斗定位导航、红外扫描AI视觉等多种技术实现自动循迹、地址导航、通信传输、目标判断、自动辨别、准确规避障碍和防危险跌落等功能。最终实现扫地机自动清扫地面垃圾，根据实际情况进行规避，并借助机器视觉进行智能检测分析目标。

3 主要功能实现和分析

电机动作系统根据小车要达到的运动控制功能，可知系统的主要控制对象是动力驱动、吸盘、方向控制、气压泵、伸缩气和抓手气压阀。传感检测将采取AI集成视觉，通过采取多核处理器和集成的FPGA图像预处理实现多功能的智能对比校核识别。对前进路线障碍与目标识取采用红外光幕+AI机器视觉实现，智能传感通过红外光幕获取目标通过智能视觉对比对象并与机器库中的历史对象对比，判断目标是否为清扫对象。吸盘与机器爪驱动收拢采取吸盘、机械爪二元制拾取垃圾，即轻小垃圾通过吸盘吸取，同时吸盘顶部装取三爪机器手对较大较重的垃圾进行抓取收拢。正常状态机器是被布置在设定区域，采取根据定义规划区域巡回运转，实时追踪定位，实时检测与反馈机体运行状态信息。设计机器系统采取人机界面（HMI）/数据采集与监视平台进行远程集中在线管理，即通过SCADA系统集中监控管理区域的各个工作机器的工作状态、运行状况、机身各部的状态，以实现对各工作机器的实时跟踪管理、实时在线检故运维、实时调节规划和诊断。5G高速网络正是构建智能运动设备生态圈的肥沃土壤，有了5G的加持，智能小车等设备在中央大脑的指挥调度下进行智能人机协作，完成工作任务，创造绿色智慧时代[3]。

4 结语

5G、AI、物联网等各种技术的发展和进步必将促进新一轮产业升级，将机器人、5G、AI视觉等智能技术相结合，能为社会的发展和进步赋能。将数字产业与传统产业相结合，正是工业自动化向数字化转型的需要，工业4.0的两个关键区别技术模式就是智能和物联，即使工业更加的智能和高效，同时充分调动分布于各地统一的资源的交换和运用。而中国2025的核心正是智能制造，亦生产控制逐步走向智能化、数字化。5G等新兴技术正为这些需要提供了坚实的技术基础，通过5G的实时响应能够实现远程异地数据信息资源的共享和管理。