(完整word版)智能機(jī)器人開題報(bào)告

1、 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 開 題 報(bào) 告 智 能 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì)一設(shè)計(jì)目的及意義隨 著 計(jì) 算 機(jī) 、網(wǎng) 絡(luò) 、機(jī) 械 電 子 、信 息 、自 動(dòng) 化 以 及 人 工 智 能 等 技術(shù) 的 飛 速 發(fā) 展 ，移 動(dòng) 機(jī) 器 人 的 研 究 進(jìn) 入 了 一 個(gè) 嶄 新 的 階 段 。同 時(shí) ，太空 資 源 、海 洋 資 源 的 開 發(fā) 與 利 用 為 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 的 發(fā) 展 提 供 了 廣 闊 的 空間 。目 前 ，智 能 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 ，無 人 自 主 車 等 領(lǐng) 域 的 研 究 進(jìn) 入 了 應(yīng) 用 的階 段 ，隨 著 研 究 的 深 入 ，對(duì) 移 動(dòng)

2、 機(jī) 器 人 的 自 主 導(dǎo) 航 能 力 ，動(dòng) 態(tài) 避 障 策略 ， 壁 障 時(shí) 間 等 方 面 提 出 了 更 高 的 要 求 。 地 面 智 能 機(jī) 器 人 路 徑 規(guī) 劃 ，是 行 駛 在 復(fù) 雜 動(dòng) 態(tài) 自 然 環(huán) 境 中 的 全 自 主 機(jī) 器 人 系 統(tǒng) 的 重 要 環(huán) 節(jié) ，而 地面 智 能 機(jī) 器 人 全 地 域 全 自 主 技 術(shù) 的 研 究 ，（ 智 械 科 技 ） 是 當(dāng) 今 國(guó) 內(nèi) 外學(xué) 術(shù) 界 面 臨 的 挑 戰(zhàn) 性 問 題 。移 動(dòng) 機(jī) 器 人 是 一 類 能 夠 通 過 傳 感 器 感 知 環(huán) 境 和 自 身 狀 態(tài) ，實(shí) 現(xiàn) 在有 障 礙 物 的 環(huán) 境 中 面

3、 向 目 標(biāo) 自 主 運(yùn) 動(dòng) ，從 而 完 成 一 定 功 能 的 機(jī) 器 人 系統(tǒng) 。理 想 的 自 主 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 可 以 不 需 人 的 干 預(yù) 在 各 種 環(huán) 境 中 自 主 完 成規(guī) 定 任 務(wù) ，具有 較 高 的 智 能 水 平 ，但目 前 全 自 主 的 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 還 大 多處 于 實(shí) 驗(yàn) 階 段 ，進(jìn)入 實(shí) 用 的 多 為 自 主 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 ，通過 人 的 干 預(yù) 在 特定 環(huán) 境 中 執(zhí) 行 各 種 任 務(wù) ， 而 遙 控 機(jī) 器 人 則 完 全 離 不 開 人 的 干 預(yù) 。智 能 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 是 一 類 能 夠 通 過 傳 感 器 、

4、感 知 環(huán) 境 和 自 身 狀 態(tài) ，實(shí) 現(xiàn) 在 有 障 礙 物 的 環(huán) 境 中 面 向 目 標(biāo) 自 主 運(yùn) 動(dòng) ，從 而 完 成 一 定 功 能 的 機(jī)器 人 系 統(tǒng) 。移 動(dòng) 機(jī) 器 人 技 術(shù) 研 究 綜 合 了 路 徑 規(guī) 劃 、導(dǎo) 航 定 位 、路 徑 跟蹤 與 運(yùn) 動(dòng) 控 制 等 技 術(shù) 。涉 及 包 括 距 離 探 測(cè) 、視 頻 采 集 、溫 濕 度 以 及 聲光 等 多 種 外 部 傳 感 器 ，作為 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 的 輸 入 信 息 。移動(dòng) 機(jī) 器 人 的 運(yùn)動(dòng) 控 制 主 要 是 完 成 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 的 運(yùn) 動(dòng) 平 臺(tái) ，提 供 一 種 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 的

5、 控制 方 式 。性 能 良 好 的 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 運(yùn) 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 是 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 運(yùn) 行 的 基礎(chǔ) ， 能 夠 服 務(wù) 于 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 研 究 的 通 用 開 發(fā) 平 臺(tái) 。隨 著 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 技 術(shù) 的 發(fā) 展 及 其 在 工 業(yè) 軍 事 等 領(lǐng) 域 中 的 廣 泛 應(yīng)用 ，有 關(guān) 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 的 理 論 設(shè) 計(jì) 制 造 和 應(yīng) 用 的 新 的 技 術(shù) 學(xué) 科 機(jī) 器人 學(xué) ，已 經(jīng) 逐 漸 形 成 ，并 越 來 越 引 起 人 們 廣 泛 的 關(guān) 注 。機(jī) 器 人 學(xué) 是 一門 綜 合 性 很 強(qiáng) 的 學(xué) 科 ，它 涉 及 現(xiàn) 代 控 制 技

6、 術(shù) 、傳 感 器 技 術(shù) 、計(jì) 算 機(jī) 系統(tǒng) 和 人 工 智 能 等 多 門 學(xué) 科 但是 它 又 有 自 身 的 系 統(tǒng) 性 和 專 業(yè) 性 。內(nèi)容極 為 豐 富 、廣 泛 ，其 中 專 業(yè) 性 比 較 強(qiáng) 的 有 機(jī) 器 人 動(dòng) 力 學(xué) 和 運(yùn) 動(dòng) 學(xué) 、機(jī)器 人 軌 跡 規(guī) 劃 和 運(yùn) 動(dòng) 控 制 、 機(jī) 器 人 的 傳 感 技 術(shù) 、 機(jī) 器 人 的 編 程 語 言 、機(jī) 器 人 的 智 能 和 任 務(wù) 規(guī) 劃 等 。其 中 機(jī) 器 人 的 運(yùn) 動(dòng) 控 制 是 實(shí) 現(xiàn) 機(jī) 器 人 航跡 控 制 的 關(guān) 鍵 。運(yùn) 動(dòng) 控 制 是 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 的 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) ，對(duì) 機(jī) 器 人

7、 的 平 穩(wěn) 運(yùn) 行 起 著 重要 作 用 。隨著 新 的 智 能 控 制 算 法 的 不 斷 涌 現(xiàn) ，移動(dòng) 機(jī) 器 人 正 向 著 智 能化 方 向 發(fā) 展 ，這就 對(duì) 運(yùn) 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 性 能 提 出 了 更 高 的 要 求 。設(shè)計(jì) 實(shí) 現(xiàn)智 能 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 的 控 制 系 統(tǒng) ， 能 夠 熟 悉 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 硬 件 和 軟 件 的 開發(fā) ，掌握 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 的 運(yùn) 動(dòng) 控 制 特 性 ，為后 續(xù) 的 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 的 功 能 擴(kuò)展 搭 建 一 個(gè) 可 行 、穩(wěn)定 的 平 臺(tái) ，而這 個(gè) 平 臺(tái) 則 可 以 成 為 多 種 機(jī) 器 人 開發(fā) 的 公 共

8、 基 礎(chǔ) 平 臺(tái) 。實(shí) 現(xiàn) 智 能 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 控 制 系 統(tǒng) 的 開 發(fā) 具 有 一 定 的現(xiàn) 實(shí) 意 義 ， 將 為 以 后 的 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 開 發(fā) 奠 定 堅(jiān) 實(shí) 基 礎(chǔ) 。 二國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀移 動(dòng) 機(jī) 器 人 的 研 究 始 于 60 年 代 末 期 斯 坦 福 研 究 院（ sri）的 nilsnilssen 和 charles roesn 等 人 ， 在 1966 年 至 1972 年 中 研 制 出 了 自主 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 shakey 。70 年 代 末 ，移 動(dòng) 機(jī) 器 人 研 究 又 出 現(xiàn) 了 新 的 高 潮 ，特 別 是 80 年 代 中 期以 來

9、 ，設(shè) 計(jì) 和 制 造 機(jī) 器 人 的 浪 潮 席 卷 全 世 界 。一 大 批 世 界 著 名 的 公 司 ，如 美 國(guó) 通 用 電 氣 、日 本 本 田 、索 尼 等 開 始 研 制 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 平 臺(tái) ，這 些促 進(jìn) 了 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 學(xué) 多 種 研 究 方 向 的 出 現(xiàn) 。 例 如 ，（ 智 械 科 技 ） 輪 式移 動(dòng) 機(jī) 器 人 的 代 表 作 有 ： smart robots公 司 推 出 的 新 型 基 于 linux公 司 用 于 教 學(xué) 的 p3-dx的 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 sr4； 美 國(guó) activmedia boties輪 式 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 ；卡

10、內(nèi) 基 梅 隆 研 發(fā) 的 nomad 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 ；美國(guó) 國(guó) 家 航天 航 空 局 聞 名 遐 邇 的 火 星 登 陸 車 “ 勇 氣 號(hào) ” 等 。我 國(guó) 的 機(jī) 器 人 學(xué) 研 究 起 步 較 晚 ， 但 進(jìn) 步 較 快 ， 已 在 工 業(yè) 機(jī) 器 人特 種 機(jī) 器 人 和 智 能 機(jī) 器 人 各 個(gè) 方 面 都 取 得 了 顯 著 成 績(jī) 。在“ 七 五“ 期間 ，完 成 了 示 教 再 現(xiàn) 工 業(yè) 機(jī) 器 聲 成 套 技 術(shù) 。為 了 跟 蹤 國(guó) 外 搞 技 術(shù) ，80年 代 國(guó) 家 高 技 術(shù) 計(jì) 劃 中 安 排 了 智 能 機(jī) 器 人 的 研 究 開 發(fā) ，包 括 水 下

11、 無 纜機(jī) 器 人 高 功 能 裝 配 機(jī) 器 人 和 多 種 特 種 機(jī) 器 人 。進(jìn) 行 了 智 能 機(jī) 器 人 體 系結(jié) 構(gòu) 、機(jī) 構(gòu) 、控 制 、人 工 智 能 、機(jī) 器 視 覺 ，高 性 能 傳 感 器 及 新 材 料 的應(yīng) 用 研 究 ，取 得 了 大 量 成 果 。其 中 ，輪 式 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 的 研 究 也 碩 果 累累 。國(guó) 內(nèi) 研 究 輪 式 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 的 科 研 單 位 及 公 司 主 要 有 研 制 能 力 風(fēng)暴 的 as-r 機(jī) 器 人 的 上 海 廣 茂 達(dá) 伙 伴 機(jī) 器 人 有 限 公 司 ；研 制 的 casia-i自 主 移 動(dòng) 機(jī) 器 人

12、 的 中 科 院 自 動(dòng) 化 所 ；研 制“ 青 青 ”輪 式 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 的哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學(xué) ，研 制“ 小 蜘 蛛 ”輪 式 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 登 月 車 的 上 海 交 大等 。當(dāng) 前 ， 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 技 術(shù) 的 研 究 與 發(fā) 展 的 趨 勢(shì) 包 括 有 ： 機(jī) 器 人 機(jī)構(gòu) 導(dǎo) 航 定 位 路 徑 規(guī) 劃 傳 感 器 信 息 融 合 技 術(shù) 智 能 技 術(shù) 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 傳 感器 技 術(shù) 等 研 究 。我 國(guó) 自“ 八 五 ”期 間 開 始 進(jìn) 入 這 一 研 究 領(lǐng) 域 ，并 在 國(guó) 家 863 計(jì) 劃中 予 以 重 點(diǎn) 支 持 。較 為 全 面

13、對(duì) 路 徑 規(guī) 劃 、視 覺 導(dǎo) 航 、信 息 融 合 、自 動(dòng)駕 駛 等 一 些 基 本 的 智 能 機(jī) 器 人 技 術(shù) 做 了 探 索 ，所 形 成 的 一 些 關(guān) 鍵 技 術(shù)成 果 也 在 其 他 領(lǐng) 域 得 到 應(yīng) 用 。我 國(guó) 在 機(jī) 器 人 技 術(shù) 與 自 動(dòng) 化 工 藝 裝 備 等方 面 已 經(jīng) 取 得 了 突 破 性 進(jìn) 展 ，縮短 了 同 發(fā) 達(dá) 國(guó) 家 的 差 距 ，但是 在 機(jī) 器人 的 核 心 及 關(guān) 鍵 技 術(shù) 的 原 創(chuàng) 性 研 究 、高 性 能 關(guān) 鍵 工 藝 裝 備 的 自 主 設(shè) 計(jì)和 制 造 能 力 、高可 靠 性 基 礎(chǔ) 功 能 部 件 的 批 量 生 產(chǎn)

14、 應(yīng) 用 方 面 ，同發(fā) 達(dá) 國(guó)家 相 比 ， 我 國(guó) 仍 存 在 較 大 差 距 。三課題任務(wù)、重點(diǎn)內(nèi)容、實(shí)現(xiàn)途徑通 過 對(duì) 各 項(xiàng) 機(jī) 器 人 技 術(shù) 的 研 究 與 分 析 ，設(shè) 計(jì) 了 滿 足 教 學(xué) 實(shí) 驗(yàn) 要 求的 智 能 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 系 統(tǒng) ，完 成 機(jī) 器 人 車 體 結(jié) 構(gòu) 、傳 感 系 統(tǒng) 、運(yùn) 動(dòng) 執(zhí) 行系 統(tǒng) 、通信 系 統(tǒng) 的 功 能 設(shè) 計(jì) 和 模 塊 化 實(shí) 現(xiàn) ，以及 機(jī) 器 人 系 統(tǒng) 工 程 的 整體 設(shè) 計(jì) ，并著 重 研 究 嵌 入 式 控 制 系 統(tǒng) 的 軟 硬 件 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 。需完 成 移 動(dòng)機(jī) 器 人 的 結(jié) 構(gòu) 圖 紙 1 份 、智

15、能 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 原 理 分 析 、硬件 設(shè) 計(jì) 并 編 寫 相 關(guān) 程 序 。本 課 題 采 用 通 用 單 片 機(jī) 實(shí) 現(xiàn) 輪 式 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 和 閉 環(huán) 調(diào)速 。實(shí)現(xiàn) 基 于 渡 越 時(shí) 間 法 的 超 聲 波 測(cè) 距 模 塊 設(shè) 計(jì) ，為機(jī) 器 人 提 供 簡(jiǎn) 單方 便 的 障 礙 物 距 離 檢 驗(yàn) 。 實(shí) 時(shí) 監(jiān) 測(cè) 驅(qū) 動(dòng) 電 動(dòng) 機(jī) 的 正 交 編 碼 脈 沖實(shí) 現(xiàn) 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 的 運(yùn) 動(dòng) 學(xué) 定 位 ， 作 為 機(jī) 器 人 一 種 比 較 粗 略 的 定 位 方式 ，可以 作 為 后 續(xù) 高 精 度 定 位 方 式 的 補(bǔ) 充 。使用 模

16、 糊 控 制 實(shí) 現(xiàn) 移 動(dòng) 機(jī)器 人 路 徑 跟 蹤 控 制 ， 利 用 matlab 的 模 糊 控 制 工 具 箱 實(shí) 現(xiàn) 路 徑 跟 蹤 控制 決 策 ，完 成 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 的 路 徑 跟 蹤 。最 后 ，論 文 設(shè) 計(jì) 的 移 動(dòng) 機(jī) 器 人運(yùn) 行 平 穩(wěn) ，控制 簡(jiǎn) 單 。路徑 跟 蹤 控 制 規(guī) 則 能 夠 使 機(jī) 器 人 較 好 的 跟 蹤 已知 路 徑 。 可 以 作 為 簡(jiǎn) 單 的 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 實(shí) 驗(yàn) 平 臺(tái) 使 用 。本 課 題 的 重 點(diǎn) 內(nèi) 容 是 嵌 入 式 操 作 系 統(tǒng) ，智 能 輪 式 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 是 一個(gè) 典 型 的 實(shí) 時(shí) 多 任

17、務(wù) 系 統(tǒng) ，傳 統(tǒng) 單 任 務(wù) 順 序 執(zhí) 行 機(jī) 制 不 能 滿 足 該 系 統(tǒng)設(shè) 計(jì) 的 實(shí) 時(shí) 性 要 求 ，而且 對(duì) 于 復(fù) 雜 系 統(tǒng) 來 說 可 靠 性 不 高 ，因此 選 用 實(shí)時(shí) 操 作 系 統(tǒng) c os- 。它 是 一 個(gè) 源 碼 公 開 ，可 移 植 ，可 固 化 ，可 裁剪 的 嵌 入 式 操 作 系 統(tǒng) ， 具 有 代 碼 尺 寸 小 ， 可 占 用 實(shí) 時(shí) 內(nèi) 核 ， 任 務(wù) 多 ，可 確 定 執(zhí) 行 時(shí) 間 ， 運(yùn) 行 穩(wěn) 定 可 靠 等 特 點(diǎn) 。 將 c os- 移 植 到s3c44b0x 上 ， 并 對(duì) 操 作 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 裁 剪 ， 以 節(jié) 省 存 儲(chǔ)

18、 空 間 ?；?于 實(shí) 時(shí) 內(nèi) 核 的 多 任 務(wù) 系 統(tǒng) 可 劃 分 為 系 統(tǒng) 層 和 應(yīng) 用 層 。系 統(tǒng) 層由 內(nèi) 核 和 驅(qū) 動(dòng) 程 序 庫 組 成 ；應(yīng) 用 層 包 括 用 于 達(dá) 成 機(jī) 器 人 任 務(wù) 目 標(biāo) 的 全部 代 碼 。在該 系 統(tǒng) 軟 件 應(yīng) 用 層 程 序 設(shè) 計(jì) 中 ，將機(jī) 器 人 的 任 務(wù) 分 解 成 通信 、信 息 采 集 、電 機(jī) 控 制 等 多 個(gè) 用 戶 任 務(wù) 。嵌 入 式 操 作 系 統(tǒng) c os- 對(duì) 任 務(wù) 模 塊 進(jìn) 行 管 理 調(diào) 度 ，（ 智 械 科 技 ） 協(xié) 調(diào) 機(jī) 器 人 各 項(xiàng) 任 務(wù) 運(yùn) 行 ，保 證 了 系 統(tǒng) 的 實(shí) 時(shí)

19、性 和 可 靠 性 。移 動(dòng) 機(jī) 器 人 控 制 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 與 實(shí) 現(xiàn) 的 主 要 內(nèi) 容 有 底 層 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 和控 制 系 統(tǒng) 的 實(shí) 現(xiàn) ：（ 1） 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 底 層 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) ： 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 的 底 層 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 包 括 移動(dòng) 機(jī) 器 人 的 控 制 電 路 設(shè) 計(jì) 、 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 電 路 設(shè) 計(jì) 和 超 聲 波 測(cè) 距 電 路 設(shè)計(jì) 。底層 設(shè) 計(jì) 涉 及 到 的 軟 件 算 法 包 括 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 和 速 度 閉 環(huán) 、電機(jī) 碼 盤的 機(jī) 器 人 定 位 、 超 聲 波 測(cè) 距 等 。（ 2） 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 的 控 制 系 統(tǒng)

20、 的 實(shí) 現(xiàn) ： 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 控 制 系 統(tǒng) 的 主 要 內(nèi)容 是 生 成 機(jī) 器 人 的 運(yùn) 動(dòng) 控 制 信 息 ，控制 機(jī) 器 人 的 運(yùn) 動(dòng) 。軌跡 跟 蹤 是 移動(dòng) 機(jī) 器 人 需 要 完 成 的 任 務(wù) 之 一 ，其典 型 工 作 過 程 為 機(jī) 器 人 運(yùn) 動(dòng) 。軌跡跟 蹤 是 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 需 要 完 成 的 任 務(wù) 之 一 ，其 典 型 工 作 過 程 為 機(jī) 器 人 完成 相 應(yīng) 的 移 動(dòng) ，完成 規(guī) 劃 路 徑 的 跟 蹤 。運(yùn)動(dòng) 控 制 過 程 中 用 到 的 輸 入 信息 包 括 底 層 超 聲 波 測(cè) 距 模 塊 提 供 的 障 礙 物 距 離 信 息

21、 ，電 機(jī) 碼 盤 提 供 的機(jī) 器 人 的 位 置 、速 度 信 息 ，以 及 全 景 攝 像 機(jī) 、單 目 視 覺 攝 像 機(jī) 采 集 并經(jīng) 過 處 理 后 的 視 頻 信 息 等 。四完成本課題所需工作條件（如工具書、計(jì)算機(jī)、實(shí)驗(yàn)、調(diào)研等）及解決辦法智 能 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 集 成 了 機(jī) 械 、電 子 、計(jì) 算 機(jī) 、自 動(dòng) 控 制 、人 工 智能 等 多 學(xué) 科 的 研 究 成 果 ，在當(dāng) 前 機(jī) 器 人 研 究 領(lǐng) 域 具 有 突 出 地 位 ?？刂葡?統(tǒng) 是 機(jī) 器 人 的 核 心 部 分 ，所 以 完 成 本 課 題 的 條 件 之 一 就 是 對(duì) 控 制 系 統(tǒng) 方 面 有 很 好 的 知 識(shí) 并 且 能 受 到 指 導(dǎo) 老 師 的 指 導(dǎo) 。（ 智 械 科 技 ）需 要 我 們 的 計(jì) 算 機(jī) 安 裝 仿 真 軟 件 、 、 等 軟