基于计算机软件技术的智能机器人系统应用研究

摘 要

近几年智能机器人在我國发展迅速，其主要通过计算机编写软件程序来控制智能机器人系统，实现相应功能。在学生教育领域，引入智能机器人教育具有非常重要的教育意义，可以提高学生的动手能力，开阔学生的视野，增长在计算机技术方面的专业知识。本文主要通过对教育领域所进行的基于计算机软件技术的智能机器人系统应用进行研究，以期能够对智能机器人的研究和设计产生一定的推动作用。

【关键词】智能机器人 计算机 软件 应用研究

机器人的理念对于很多人来说并不陌生，随着时代的发展，其已经成为未来智能化与自动化发展的重要方向，并引领着时代科技向着更高层次迈进。

1 智能机器人设计与制作所具有的重要价值

1.1 机器人技术保障机器人设计与制作项目的健康发展

机器人设计与制作具有集成性，其集成了大量的先进技术，并对其进行应用。比如信息技术、机械设计、电子科学、材料工程、能源工程等众多领域智能机器人都有涉及。智能机器人技术还具有先进性，其所涉及的高科技热门话题一直在世界范围内火热发展，其作为高科技话题中的一员，引领着先进的功能，也正在改变着我们的生活。机器人技术的终极目标就是制作出可以为人类服务的智能化机器人，所以机器人的发展性需要不断坚持与时俱进的创新原则，研发与提高机器人技术，让其走在发展道路的前列。

1.2 机器人设计与制作项目学生参与性强、实践性强

对于机器人设计与制作项目，学校一般放在社团活动中举行，鼓励学生积极参与其中，很多学生对其有着强烈情绪，参与的积极性很高。很多学生通过自己动手参与设计与制作，对其进行研究，这就让学生的机器人技术实践性得到提高。部分学生在开发机器人过程中大胆创新，设计方案新颖，取得了不错的成果。机器人设计与制作简单，创新设计制作则富有挑战性，互动性，在课堂上能够满足学生各种层次的需求，并可以让学生像现实工程师一样，完成组装，调试和运行，带给学生极强的实践性和应用性。

1.3 机器人设计与制作项目发展给高等教育带来的新气象

通过智能机器人的设计与制作项目，让学生的思维更加广阔，提高学生的动手能力。机器人设计与制作项目引入到学生教育中来，是对新时代教育的一种创新，能够给高等教育带来更为广阔的发展空间。其所具有的创新性和科技性也将会引领学生向着更加广阔的领域发展，可以让学生接触到更高层次的教育理念，给接受高等教育的学生带来一丝清新的气息。因此，政府应当重视机器人技术方面的投入，给计算机教育带来新的发展。

2 基于计算机软件技术的智能机器人系统建设

2.1 基于计算机视觉的移动机器人导航

计算机视觉兴起于二十世纪五十年代，其涵盖了心理学、生理学、神精神力学等多方面的理论成果，是迄今为止非常完善的视觉理论。该系统构建主要分为三个层次，即计算理论层次，表达算法层次，以及硬件实施层次。其视觉建设主要采用CCD摄像机对二维图像信息进行采集，通过移动机器人工作环境所划分的结构化道路环境和非结构化道路环境的区分实现视觉的简易化处理。其一般以简易检测为主，搭配Hough变换、模式匹配等，对最小二乘法处理应用道路边界线条，从而得出道路的几何描述。

2.2 图像处理

在图像处理方面，主要是用的数字图像插值算法为最近邻点差值法、双线性插值法、双三次插值法。最近邻点插值法主要是对采样点周围的四个相邻像素点进行采取，选择距离最近的灰点值作为灰度值，其公式为：

其中i，j均为非负整数，u，v为[0，1]区间的浮点数，数值可以取0.5，f（i，j）表示原图像（i，j）处的像素值。

双线性插值法所根据的是采样点与相邻点的距离，从而确定相应权值，通过此计算待采样点的灰度值。其公式为：

双线性插值法与最近邻点法相比，其更加考虑了最近四个点采样影响，对于灰度的不连续性有所考虑，但同样，其所进行的计算量增大了。

双三次插值法考虑到了各邻点之间的灰度变化率，其数学表达式为：

其中w为自变量，S（w）为三次多项式的值。

差值公式为：

计算的时候需要对周围十六个灰度值依照公式进行内插，其考虑到了直接邻点的灰度值对采样的影响，提高了精准度，但同时也加大了计算量。

2.3 移动机器人的运动控制

根据相应目标，其主要分成三个基本问题进行研究：即轨迹跟踪、路径跟踪、点镇定。对于轨迹跟踪来说，通过合适方法的寻找让机器人沿着预期的路径运行；轨迹跟踪则是让机器人沿着既定的轨迹运行，其可以是时间有关的几何路径；点镇定则主要是让机器人能够从任意位置镇定道目标位置上。在机器人运动方面，所使用的主要控制方法为模糊控制方法。其主要的目的是将客观存在的三维场景，通过摄像机以二维的形式予以摄取，将投影变成图像描述，进行透视变换。其涉及到了不同坐标之间的变化，比如，世界坐标、车体坐标、像平面坐标等等，为了能够让图像空间中机器人点与目标点对应的空间人物相一致，则需要解决好图像空间与任务空间的转换问题。通过对路径信息的采集，通过模仿人工瞄准的行为，运用直接图形信息的方式对机器人的输入控制量进行控制则不失为一个较好的方法。此方面通过实验可以了解到，运用NXT移动机器人跟踪，可以让机器人达到很好的运动效果，对机器人控制的效果也更为显著。

3 结语

综上所述，机器人制作项目的开展可以引导学生健康发展，可以让学生的实践能力得到提升，可以让教育领域的科技性更强。教师在进行教学过程中，要注重做好计算机软件技术的智能机器人系统应用探索，通过计算机与机器人技术的结合，让机器人更加智能化，让其程序更加完善，让其应用的领域更加广阔，为其未来的发展提供更加丰沃的土壤。

参考文献

[1]自动化技术、计算机技术[J].中国无线电电子学文摘，2011（06）：163-242.

[2]杨亮，李文生，邓春健，杨伟钧.基于物联网的移动机器人综合实训平台设计[J].实验室研究与探索，2015（03）：233-236.

[3]王飞跃.机器人的未来发展：从工业自动化到知识自动化[J].科技导报，2015（21）：39-44.

作者简介

庞天杰（1980-），山西省太谷县人。硕士学位。现为太原师范学院计算机系讲师。研究方向为机器学习及数据挖掘。

作者单位

太原师范学院计算机系 山西省晋中市 030619