方怡琳 谢亚庭 耿雨杰
皖西学院 电气与光电工程学院 安徽六安 237012
摘要：此产品是一款基于Arduion开发，面向日常基础宣传、设计美化方面的一款智能化机器人。可以实现对多种形态公共阶梯踏步贴纸更换以及贴纸情况的检测。可以通过超声波、温度等多种传感器实现对公共阶梯上踏步贴纸的更换，并原路返回检测贴纸的效果，实现公共卫生与城市设计上的紧密联系，为城市的设计美化添砖加瓦。
关键词：Arduion、悬挂式、机器学习、差速转向、返回检测模块
引言
公共阶梯踏步贴纸是一种新型的集城市的艺术设计美化和特殊宣传手段于一体的设施。楼梯作为建筑物中作为楼层间交通用的构件，在日常的生活当中非常的常见，无论是作为设计的原件还是宣传的场所都具备着理想的条件。
在人工给公共阶梯贴纸的过程当中，存在着操作性低、完成度不佳、效率低下等情况，特别是对于有些企业或户外的楼梯，台阶的数目偏多，人工的操作耗时劳力并且工作的质量不能够保证，故而实现机器化智能化的趋势不可避免。机器化智能化的操作可以长时间的工作，保持稳定的工作状态，完成稳定的工作成效，实现更高效更快捷的工作理念。
1外形构造组成
本产品在外形构造上采用悬挂式的设计，采用上半体运动带动下半体工作的方式完成贴纸，分为：上半体运动部分、连接保护部分、下半体工作部分。下面我们对这三个组成部分分别进行阐述。
1.1上半体运动部分
运动部分位于产品的上半体，大致为箱体，以四轮双驱的方式实现方向位置的变化，从而带动工作机器运动。
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图1 上半体运动部分
1.2连接保护部分
连接保护部分的工作是连接上下两部分并且对该部分的零件加以保护工作，延长机器是可使用寿命。主要保护齿轮和与气泵连接的软管，防止齿轮生锈氧化，软管被腐蚀等不可预测性问题的发生。
1.3下半体工作部分
工作部分位于产品下部分，实现喷胶、贴纸、滚动的工作以完成楼梯部分的贴纸。涵盖对各个零部件。在各零件的功能得以实现的前提下,保证最紧密，塑料外框使整体机械保持重心在上部件。
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图2 下半体工作部分
2工作部分的启动、工作、停止顺序
由于本产品的工作环境位于公共阶梯上，在设计上贴合阶梯的规格，为防止在贴纸的过程当中阶梯两端留白过多，或是在工作当中材料的浪费，在工作部分的设计上采用按顺序启动、停止的方式逐步启动、停止各工作模块，达到减少两端留白和节省材料的效果。
首先检测运动方向上是否存在障碍物，逐步启动电机、毛刷、喷胶柱、小滚筒，其中小滚筒带动图卷和大滚筒的运动实现输出贴纸的动作。在停止的过程当中，首先检测是否已经到达尽头，再逐步停止电机、毛刷、喷胶柱、小滚筒的工作，防止工作过程当中不必要的材料浪费。
3检测模块
本机器在检测方面分为路径检测模块、喷胶温度检测模块、贴纸情况检测模块。下面分别介绍这三个检测模块。
3.1路径检测模块
本产品在运动过程当中，经过超声波模块实时检测产品工作的路径改变，控制产品的直线或是转向运动，采用差速转向的方法实时可改变运动的路径。
超声波模块可以通过接受发出的信号来计算与障碍物之间的距离，使得机器避免与面前的障碍物相撞，达到安全使用的目的。
差速转向的控制是一个不断调整动态的过程，通过不断接收测距信号，控制左右两个驱动轮的转速实现转向，当驱动轮转速不同时，即使无转向轮或者转向轮不动作，产品本身也会旋转。在拐弯时车轮的轨线是圆弧，如果向左转弯，圆弧的中心点在左侧，在相同的时间里，右侧轮子走的弧线比左侧轮子长，为了平衡这个差异，就要左边轮子慢一点，右边轮子快一点，用不同的转速来弥补距离的差异。
在实际的判断过程当中，使用上述的超声波模块，将其安装在产品的运动部分，其中一个超声波模块垂直面向台阶侧面，其余两个超声波模块分置于两侧，与中间的超声波模块距离相等，但是形成一定的角度，两侧的超声波检测其距离阶梯侧面的距离始终一致，当检测到距离不一致时，会通过Arduion控制驱动轮实现上述的差速转向功能。
产品在实际的运动过程当中，采用差速转向的程序如下：
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图3 差速转向程序
3.2喷胶温度检测模块
产品装置中包含喷胶柱，胶水的粘稠度
会随着温度的变化而有所不同，因此采用接触式温度传感器来检测胶水的温度，通过控制喷胶的温度来保证贴纸的质量。在检测胶水的温度之后，对比最佳的粘贴性时的温度，通过加热或降温的方式控制胶水的温度。
3.3贴纸情况检测模块
产品在完成贴纸工作之后，通过检测、控制模块会实现自我的反向运动，在反向运动的过程当中，通过检测贴纸的颗粒程度、气泡数量、褶皱程度、水平竖直位置等方面综合检测出贴纸情况的完成度。
4机器学习记忆模块
机器具有学习记忆的模块功能，在完成某一个楼梯的贴纸工作后，对于楼梯的台阶数、每级台阶的长度、弧度等数据具有记忆的功能，再下一次对此楼梯进行贴纸工作的时候会更加的快速便捷。
传统记忆块有一个或者多个具有内部状态的记忆细胞（memory sell）、一个输入挤压单元（input squashing unit）、一个输入门控单元（input gating unit）、一个输入门单元（input gate unit）、一个输出门单元（output gate unit）、一个输出挤压单元（outnput squashing unit）、和一个输出门控单元（output gating unit）几部分组成。
5结语
通过软件和硬件的测试，以及在实际的工作环境下的操作测试之后，本产品可以解决在人工贴纸过程当中效率低下、合格度不佳、对称性差等问题，在具体的操作过程当中可以根据实际的需要进行调整。将城市的艺术设计和广告宣传融合，达到更好的效果。
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基金项目：国家级大创项目-悬挂智能楼梯踏步贴纸机（项目号：202010376003）.