2022年智能机器人开题报告 .pdf

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1、毕 业 设 计 （ 论 文 ） 开 题 报 告 智 能 移 动 机 器 人 系 统 设 计一 设计 目 的 及意 义随 着 计 算 机 、网 络 、机 械 电 子 、信 息 、自 动 化 以 及 人 工 智 能 等 技术 的 飞 速 发 展 ，移 动 机 器 人 的 研 究 进 入 了 一 个 崭 新 的 阶 段。同 时 ，太空 资 源 、海 洋 资 源 的 开 发 与 利 用 为 移 动 机 器 人 的 发 展 提 供 了 广 阔 的 空间 。目 前 ，智 能 移 动 机 器 人，无 人 自 主 车 等 领 域 的 研 究 进 入 了 应 用 的阶 段 ，随 着 研 究 的 深 入 ，对 移

2、 动 机 器 人 的 自 主 导 航 能 力 ，动 态 避 障 策略 ， 壁 障 时 间 等 方 面 提 出 了 更 高 的 要 求 。 地 面 智 能 机 器 人 路 径 规 划 ，是 行 驶 在 复 杂 动 态 自 然 环 境 中 的 全 自 主 机 器 人 系 统 的 重 要 环 节 ，而 地面 智 能 机 器 人 全 地 域 全 自 主 技 术 的 研 究 ， （ 智 械 科 技 ） 是 当 今 国 内 外学 术 界 面 临 的 挑 战 性 问 题 。移 动 机 器 人 是 一 类 能 够 通 过 传 感 器 感 知 环 境 和 自 身 状 态 ，实 现 在有 障 碍 物 的 环 境

3、中 面 向 目 标 自 主 运 动 ，从 而 完 成 一 定 功 能 的 机 器 人 系统 。理 想 的 自 主 移 动 机 器 人 可 以 不 需 人 的 干 预 在 各 种 环 境 中 自 主 完 成规 定 任 务 ，具 有 较 高 的 智 能 水 平 ，但 目 前 全 自 主 的 移 动 机 器 人 还 大 多处 于 实 验 阶 段 ，进 入 实 用 的 多 为 自 主 移 动 机 器 人 ，通 过 人 的 干 预 在 特定 环 境 中 执 行 各 种 任 务 ， 而 遥 控 机 器 人 则 完 全 离 不 开 人 的 干 预 。智 能 移 动 机 器 人 是 一 类 能 够 通 过 传

4、 感 器 、 感 知 环 境 和 自 身 状 态 ，实 现 在 有 障 碍 物 的 环 境 中 面 向 目 标 自 主 运 动 ，从 而 完 成 一 定 功 能 的 机器 人 系 统 。移 动 机 器 人 技 术 研 究 综 合 了 路 径 规 划 、导 航 定 位 、路 径 跟踪 与 运 动 控 制 等 技 术 。涉 及 包 括 距 离 探 测 、视 频 采 集 、温 湿 度 以 及 声光 等 多 种 外 部 传 感 器 ，作 为 移 动 机 器 人 的 输 入 信 息 。移 动 机 器 人 的 运动 控 制 主 要 是 完 成 移 动 机 器 人 的 运 动 平 台 ，提 供 一 种 移

5、动 机 器 人 的 控制 方 式 。性 能 良 好 的 移 动 机 器 人 运 动 控 制 系 统 是 移 动 机 器 人 运 行 的 基础 ， 能 够 服 务 于 移 动 机 器 人 研 究 的 通 用 开 发 平 台 。随 着 移 动 机 器 人 技 术 的 发 展 及 其 在 工 业 军 事 等 领 域 中 的 广 泛 应用 ，有 关 移 动 机 器 人 的 理 论 设 计 制 造 和 应 用 的 新 的 技 术 学 科 机器人 学 ，已 经 逐 渐 形 成 ，并 越 来 越 引 起 人 们 广 泛的 关 注。机 器 人 学 是 一门 综 合 性 很 强 的 学 科 ，它 涉 及 现 代

6、 控 制 技 术 、传 感 器 技 术 、计 算 机 系统 和 人 工 智 能 等 多 门 学 科 但 是 它 又 有 自 身 的 系 统 性和 专业 性 。内 容极 为 丰 富 、广 泛 ，其 中 专 业性 比 较 强 的 有 机 器 人 动 力 学 和 运 动 学 、机器 人 轨 迹 规 划 和 运 动 控 制 、 机 器 人 的 传 感 技 术 、 机 器 人 的 编 程 语 言 、机 器 人 的 智 能 和 任 务 规 划 等 。其 中 机 器 人 的 运 动 控 制 是 实 现 机 器 人 航迹 控 制 的 关 键 。运 动 控 制 是 移 动 机 器 人 的 执 行 机 构 ，对

7、机 器 人 的 平 稳 运 行 起 着 重要 作 用 。随 着 新 的 智 能 控 制 算 法 的 不 断 涌 现 ，移 动 机 器 人 正 向 着 智 能化 方 向 发 展 ，这 就 对 运 动 控 制 系 统 性 能 提 出 了 更 高 的 要 求 。设 计 实 现智 能 移 动 机 器 人 的 控 制 系 统 ， 能 够 熟 悉 移 动 机 器 人 硬 件 和 软 件 的 开发 ，掌 握 移 动 机 器 人 的 运 动 控 制 特 性 ，为 后 续 的 移 动 机 器 人 的 功 能 扩展 搭 建 一 个 可 行 、稳 定 的 平 台 ，而 这 个 平 台 则 可 以 成 为 多 种 机

8、 器 人 开发 的 公 共 基 础 平 台 。实 现 智 能 移 动 机 器 人 控 制 系 统 的 开 发 具 有 一 定 的现 实 意 义 ， 将 为 以 后 的 移 动 机 器 人 开 发 奠 定 坚 实 基 础 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - - 二 国内 外 研 究现 状移 动 机 器 人 的 研 究 始 于 60 年 代 末 期 斯 坦 福 研 究 院 （ SRI ） 的 Nils Nilssen和 C

9、harles Roesn等 人， 在 1966 年 至 1972 年 中 研 制 出 了 自主 移 动 机 器 人 Shakey 。70 年 代 末 ，移 动 机 器 人 研 究 又 出 现 了 新 的 高 潮，特 别 是 80 年 代 中 期以 来 ， 设 计 和 制 造 机 器 人 的 浪潮 席 卷 全 世 界 。 一 大 批 世 界著 名 的 公 司 ，如 美 国 通 用 电 气 、日 本 本 田 、索 尼 等 开 始 研 制 移 动 机 器 人 平 台 ，这 些促 进 了 移 动 机 器 人 学 多 种 研 究 方 向 的 出 现 。 例 如 ， （ 智 械 科 技 ） 轮 式移 动

10、机 器 人 的 代 表 作 有 ： Smart Robots公 司 推 出 的 新 型 基 于Linux的 移 动 机 器 人 SR4； 美 国 Activmedia Boties公 司 用 于 教 学 的 P3-Dx轮 式 移 动 机 器 人 ；卡 内 基 梅 隆 研 发 的 Nomad 移 动 机 器 人 ；美 国 国 家航天 航 空 局 闻 名 遐 迩 的 火 星 登 陆 车 “ 勇 气 号 ” 等 。我 国 的 机 器 人 学 研 究 起 步 较 晚 ， 但 进 步 较 快 ， 已 在 工 业 机 器 人特 种 机 器 人 和 智 能 机 器 人 各 个 方 面 都 取 得 了 显 著

11、 成 绩 。在“ 七 五“ 期间 ，完 成 了 示 教 再 现 工 业 机 器 声 成 套 技 术 。为 了 跟 踪 国 外 搞 技 术 ，80年 代 国 家 高 技 术 计 划 中 安 排 了 智 能 机 器 人 的 研 究 开 发 ，包 括 水 下 无 缆机 器 人 高 功 能 装 配 机 器 人 和 多 种 特 种 机 器 人 。进 行 了 智 能 机 器 人 体 系结 构 、机 构 、控 制 、人 工 智 能 、机 器 视 觉 ，高 性 能 传 感 器 及 新 材 料 的应 用 研 究 ，取 得 了 大 量 成 果 。其 中 ，轮 式 移 动 机 器 人 的 研 究 也 硕 果 累累

12、。国 内 研 究 轮 式 移 动 机 器 人 的 科 研 单 位 及 公 司 主 要 有 研 制 能 力 风暴 的 as-r机 器 人 的 上 海 广 茂 达 伙 伴 机 器 人 有 限 公 司 ； 研 制 的 casia-i自 主 移 动 机 器 人 的 中 科 院 自 动 化 所 ；研 制“ 青 青 ”轮 式 移 动 机 器 人 的哈 尔 滨 工 业 大 学 ，研 制“ 小蜘 蛛 ”轮 式 移 动 机 器 人 登 月 车 的 上 海 交 大等 。当 前 ， 移 动 机 器 人 技 术 的 研 究 与 发 展 的 趋 势 包 括 有 ： 机 器 人 机构 导 航 定 位 路 径 规 划 传

13、感 器 信 息 融 合 技 术 智 能 技 术 移 动 机 器 人 传 感器 技 术 等 研 究 。我国 自 “ 八 五 ” 期 间 开 始 进 入 这 一 研 究 领 域 ，并 在 国 家 863 计 划中 予 以 重 点 支 持 。较 为 全 面 对 路 径规 划 、视 觉 导 航 、信 息 融 合 、自 动驾 驶 等 一 些 基 本 的 智 能 机 器 人 技 术 做 了 探 索 ，所 形 成 的 一 些 关 键 技 术成 果 也 在 其 他 领 域 得 到 应 用 。我 国 在 机 器 人 技 术 与 自 动 化 工 艺 装 备 等方 面 已 经 取 得 了 突 破 性 进 展 ，缩

14、短 了 同 发 达 国 家 的 差距 ，但 是 在 机 器人 的 核 心 及 关 键 技 术 的 原 创 性 研 究 、高 性 能 关 键 工 艺 装 备 的 自 主 设 计和 制 造 能 力 、高 可 靠 性 基 础 功 能 部 件 的 批 量 生 产 应 用方 面 ，同 发 达 国家 相 比 ， 我 国 仍 存 在 较 大 差 距 。三 课题 任 务 、重 点 内 容、 实 现 途径通过 对 各 项 机 器 人 技 术 的 研 究 与 分 析 ，设 计 了 满 足 教 学 实 验 要 求的 智 能 移 动 机 器 人 系 统 ，完 成 机 器 人 车 体 结 构 、传 感 系 统 、运 动

15、 执 行系 统 、通 信 系 统 的 功 能 设 计 和 模 块 化 实 现 ，以 及 机 器 人 系 统 工 程 的 整体 设 计 ，并 着 重 研 究 嵌 入 式 控 制 系 统 的 软 硬 件 系 统 设计 。需 完 成 移 动机 器 人 的 结 构 图 纸 1 份 、智 能 移 动 机 器 人 原 理 分 析 、硬 件 设 计 并 编 写名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 4 页 - - - - - - - - - 相 关 程 序 。本 课 题 采 用

16、 通 用 单 片 机 实 现 轮 式 移 动 机 器 人 电 机 驱 动 和 闭 环 调速 。实 现 基 于 渡 越 时 间 法 的 超 声 波 测 距 模 块 设 计 ，为 机 器 人 提 供 简 单方 便 的 障 碍 物 距 离 检 验 。 实 时 监 测 驱 动 电 动 机 的 正 交 编 码 脉 冲实 现 移 动 机 器 人 的 运 动 学 定 位 ， 作 为 机 器 人 一 种 比 较 粗 略 的 定 位 方式 ，可 以 作 为 后 续 高 精 度 定 位 方 式 的 补 充 。使 用 模 糊 控 制 实 现 移 动 机器 人 路 径 跟 踪 控 制 ， 利 用 MATLAB的 模

17、糊 控 制 工 具 箱 实 现 路 径 跟 踪 控制 决 策 ，完 成 移 动 机 器 人 的 路 径 跟 踪 。最 后 ，论 文 设 计 的 移 动 机 器 人运 行 平 稳 ，控 制 简 单 。路 径 跟 踪 控 制 规 则 能 够 使 机 器 人 较 好 的 跟 踪 已知 路 径 。 可 以 作 为 简 单 的 移 动 机 器 人 实 验 平 台 使 用 。本 课 题 的 重 点 内 容 是 嵌 入 式 操 作 系 统 ，智 能 轮 式 移 动 机 器 人 是 一个 典 型 的 实 时 多 任 务 系 统 ，传 统 单 任 务 顺 序 执 行 机 制 不 能 满 足 该 系 统设 计 的

18、 实 时 性 要 求 ，而 且 对 于 复 杂 系 统 来 说 可 靠 性 不高 ，因 此 选 用 实时 操 作 系 统 C OS- 。它 是 一 个 源 码 公 开 ，可 移 植 ，可 固 化 ，可 裁剪 的 嵌 入 式 操 作 系 统 ， 具 有 代 码 尺 寸 小 ， 可 占 用 实 时 内 核 ， 任 务 多 ，可 确 定 执 行 时 间 ， 运 行 稳 定 可 靠 等 特 点 。 将 C OS- 移 植 到S3C44B0X 上 ， 并 对 操 作 系 统 进 行 裁 剪 ， 以 节 省存 储 空 间 。基 于 实 时 内 核 的 多 任 务 系 统 可 划 分 为 系 统 层 和 应

19、 用 层 。系 统 层由 内 核 和 驱 动 程 序 库 组 成 ；应 用 层 包 括 用 于 达 成 机 器 人 任 务 目 标 的 全部 代 码 。在 该 系 统 软 件 应 用 层 程 序 设 计 中 ，将 机 器 人 的 任 务 分 解 成 通信 、 信 息 采 集 、 电 机 控 制 等 多 个 用 户任 务 。 嵌 入 式 操 作 系 统 C OS-对 任 务 模 块 进 行 管 理 调 度 ， （ 智 械 科 技 ） 协 调 机 器 人 各 项 任 务 运 行 ，保 证 了 系 统 的 实 时 性 和 可 靠 性 。移 动 机 器 人 控 制 系 统 设 计 与 实 现 的 主

20、要 内 容 有 底 层 系 统 设 计 和控 制 系 统 的 实 现 ：（ 1） 移 动 机 器 人 底 层 系 统 设 计 ： 移 动 机 器 人 的 底 层 系 统 设 计 包 括 移动 机 器 人 的 控 制 电 路 设 计 、 电 机 驱 动 电 路 设 计 和 超 声 波 测 距 电 路 设计 。底 层 设 计 涉 及 到 的 软 件 算 法 包 括 电 机 驱 动 和 速 度闭 环 、电 机 码 盘的 机 器 人 定 位 、 超 声 波 测 距 等 。（ 2） 移 动 机 器 人 的 控 制 系 统 的 实 现 ： 移 动 机 器 人 控 制 系 统 的 主 要 内容 是 生 成

21、机 器 人 的 运 动 控 制 信 息 ，控 制 机 器 人 的 运 动 。轨 迹 跟 踪 是 移动 机 器 人 需 要 完 成 的 任 务 之 一 ，其 典 型 工 作 过 程 为 机器 人运 动 。轨 迹跟 踪 是 移 动 机 器 人 需 要 完 成 的 任 务 之 一 ，其 典 型 工 作 过 程 为 机 器 人 完成 相 应 的 移 动 ，完 成 规 划 路 径 的 跟 踪 。运 动 控 制 过 程 中 用 到 的 输 入 信息 包 括 底 层 超 声 波 测 距 模 块 提 供 的 障 碍 物 距 离 信 息 ，电 机 码 盘 提 供 的机 器 人 的 位 置 、速 度 信 息 ，以

22、 及 全 景 摄 像 机 、单 目 视 觉 摄 像 机 采 集 并经 过 处 理 后 的 视 频 信 息 等 。四 完成 本 课 题所 需 工 作条 件 （ 如工 具 书 、计 算 机 、实 验 、调研 等） 及 解 决办 法智 能 移 动 机 器 人 集 成 了 机 械 、电 子 、计 算 机 、自 动 控 制 、人 工 智能 等 多 学 科 的 研 究 成 果 ，在 当 前 机 器 人 研 究 领 域 具 有突 出地 位 。控 制系 统 是 机 器 人 的 核 心 部 分 ，所 以 完 成 本 课 题 的 条 件 之 一 就 是 对 控 制 系名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 -

23、- - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - 统 方 面 有 很 好 的 知 识 并 且 能 受 到 指 导 老 师 的 指 导 。 （ 智 械 科 技 ）需 要 我 们 的 计 算 机 安 装 仿 真 软 件 、 、 等 软 件 。 需 要 用 到 的 参 考 书 有 ：1 王 耀 南 . 机 器 人 智 能 控 制 工 程 M.北 京 ： 科 学 出 版 社 ， 2004 2 郭 洪 红 . 工 业 机 器 人 技 术 M.西 安 ： 西 安 电 子 科 技 大 学

24、出 版社， 2006 3 熊 有 伦 . 机 器 人 技 术 基 础 M.武 汉 ： 华 中 科 技 大 学 出 版 社 ，1996 4 吴 宗 泽 . 机 械 设 计 实 用 手 册 M.北 京 ： 化 学 工 业 出 版 社 ，1999 ， 2006(2) 张 毅 . 移 动 机 器 人 技 术 及 其 应 用 M. 北 京 ： 电 子 工 业 出 版社， 2007 6 宋 伯 生 .PLC 编 程 实 用 指 南 M.北 京 ：机 械 工 业 出 版 社， 2007 7 王 敏 ， 金 波 斯 科 ， 黄 心 汉 . 基 于 传 感 器 和 模 糊 规 则 的 机 器 人在动 态 障 碍

25、 环 境 中 的 智 能 运 动 控 制 J.控 制 理 论 与 应 用 ， 2000 ，6： 819825. 8 王 沫 南 ，孟 庆 鑫 . 步 行 机 器 人 控 制 方 案 及 单 足 控 制 实 验 研 究 J.林业 机 械 与 木 工 设 备 ， 2003 ， 5： 1014. 9 包 明 ，包 奎 . 基 于 FPGA的 搬运 机 器 人的 控 制 系 统 J.集 成 电路应 用 ， 2004 ， 12： 5961. 10 张 汝 波 ， 周 宁 . 基 于 强 化 学 习 的 智 能 机 器 人 避 碰 方 法 研 究J.机 器人 .1999. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - -