南通大学本科生毕业设计(论文)开题

南通大学本科生毕业设计（论文）开题报告学生姓名吾静学 号0812002150专业电气工程及其自动化课题名称低成本轮式驱动机器人控制器设计研究阅读文献情 况国内文献 11 篇开题日期2012.02.22国外文献 3 篇开题地点南通大学主校区一 文献综述与调研报告：（阐述课题研究的现状及发展趋势，本课题研究的意义和价值、参考文献） I 轮式驱动机器人控制器设计研究的国内外现状及发展趋势 1954年，电子学家德沃尔获得了一项可编程序机械手的专利，这是一种像人手臂的机械手，它按程序进行工作，1958年，英格伯格和德沃尔联手制造出第一台真正实用的工业机器人，并很快得到了应用。随后，他们成立了世界上第一家机器人制造工厂-尤尼梅逊公司。在这短短的几年里, 伴随着计算机、自动控制理论的发展和工业生产的需要及相关技术的进步, 机器人的发展已经历了3 代【1】:(1) 可编程的示教再现型机器人; (2) 基于传感器控制具有一定自主能力的机器人; (3) 智能机器人。移动机器人平台的驱动模式通常可分为轮式、履带式、多足式和综合多种驱动模式的复合模式等几种轮式驱动模式相对于其它模式具有成本低、结构简单、机构可靠、动力效率高、高速机动性强等诸多优点【2】。同时，轮式机器人驱动和控制相对比较容易，稳定性也较足式机器人好，因此这些研究主要集中于路径规划、控制算法、平面定位、目标识别等理论方面【3】。利用其运行速度快、反应灵敏等特点，在国内外轮式机器人主要在服务领域得到了广泛的应用。20世纪70年代后期，在北京举办了一个日本的工业自动化产品展览会，会上国内的许多学者，看到一个方向，开始进行了机器人的研究，但是这时的研究基本上还局限于理论的探讨阶段。在七五、八五、九五、十五将近这二十年真正进行了机器人研究。发展最迅速的时间是在1986年我们国家成立了863计划是高技术发展计划，就是将机器人技术作为一个重要的发展的主题，国家投入将近几个亿的资金用于机器人研究，这使得我们国家在机器人这一领域的技术得到很快地、迅速地发展【4】。 其中海尔哈工大机器人技术有限公司开发研制成功了我国第一台智能型服务机器人【5】。 2003年1月，中科院自动化所成功研制开发了集多种传感器、视觉、语音识别与会话功能于一体的智能移动机器人【6】.机器人控制器是根据指令以及传感信息控制机器人完成一定的动作或作业任务的装置，它是机器人的心脏，决定了机器人性能的优劣从机器人控制算法的处理方式来看，可分为串行、并行两种结构类型,. 串行处理结构是指机器人的控制算法是由串行机来处理. 对于这种类型的控制器,从计算机结构、控制方式来划分, 又可分为以下几种【7】.(1) 单CPU 结构、集中控制方式(2) 二级CPU 结构、主从式控制方式(3) 多CPU 结构、分布式控制方式 然后构造并行处理结构的机器人控制器的计算机系统一般采用以下方式:(1) 开发机器人控制专用VL S 【8,9】(2) 利用有并行处理能力的芯片式计算机(如: T ran spu ter, DSP 等) 构成并行处理网络(3) 利用通用的微处理器机器人控制器是影响机器人性能的关键部分之一. 它从一定程度上影响着机器人的发展. 目前, 由于人工智能、计算机科学、传感器技术及其它相关学科的长足进步, 使得机器人的研究在高水平上进行, 同时也为机器人控制器的性能提出更高的要求.。控制系统是机器人的核心部分，目前应用在机器人底层控制系统的微控制器主要有816位单片机和数字信号处理器(DSP)两种类型【10】。 传统的机器人运动控制器大部分是以嵌入式单片机为核心的，但其运算速度和处理能力远不能满足机器人控制系统飞速发展的需要，且硬件电路庞大，系统稳定性弱，日益成为阻碍机器人技术进步的瓶颈。【11】 现有机器人控制器存在很多问题【12】, 如:(1) 开放性差局限于“专用计算机、专用机器人语言、专用微处理器”的封闭式结构. 。不便于对系统进行扩展和改进。(2) 软件独立性差软件结构及其逻辑结构依赖于处理器硬件, 难以在不同的系统间移植。(3) 容错性差(4) 扩展性差由于结构的封闭性, 难以根据需要对系统进行扩展, 如增加传感器控制等功能模块。(5) 缺少网络功能现在几乎所有的机器人控制器都没有网络功能 随着机器人控制技术的发展, 针对结构封闭的机器人控制器的缺陷, 开发“具有开放式结构的模块化、标准化机器人控制器”是当前机器人控制器的一个发展方向. 近几年, 日本、美国和欧洲一些国家都在开发具有开放式结构的机器人控制器, 如日本安川公司基于PC 开发的具有开放式结构、网络功能的机器人控制器【13】. 我国863 计划智能机器人主题也已对这方面的研究立项【14】. 新型的机器人控制器应有以下特色:(1) 开放式系统结构采用开放式软件、硬件结构, 可以根据需要方便的扩充功能, 使其适用不同类型机器人或机器人化自动生产线.(2) 合理的模块化设计对硬件来说, 根据系统要求和电气特性, 按模块化设计, 这不仅方便安装和维护, 而且提高了系统的可靠性, 系统结构也更为紧凑.(3) 有效的任务划分不同的子任务由不同的功能模块实现, 以利于修改、添加、配置功能.(4) 实时性、多任务要求机器人控制器必须能在确定的时间内完成对外部中断的处理, 并且可以使多个任务同时进行.(5) 网络通讯功能利用网络通讯的功能, 以便于实现资源共享或多台机器人协同工作.(6) 形象直观的人机接口II 轮式驱动机器人控制器设计研究的意义和价值 轮式移动机器人作为一种结构简单、控制方式灵活的机器人移动本体，随着社会的进步和发展,在越来越多的场合中得到使用，并在其基础上增加不同的功能模块可以实现更加具体的功能，具有广泛的应用前景。近年来计算机技术、人工智能技术、传感技术以及移动机器人技术的迅速发展,机器人控制系统的研究和开发已具备了坚实的基础和良好的发展前景。机器人的控制与工作环境往往是不确定的或多变的,用传感器探测环境、分析信号,以及通过适当的建模方法来理解环境,具有特别重要的意义。同时随着机器人技术的发展, 机器人应用领域的不断扩大, 对机器人的性能提出了更高的要求, 因此, 如何有效地将其他领域(如图像处理、声音识别、最优控制、人工智能等) 的研究成果应用到机器人控制系统的实时操作中, 是一项富有挑战性的研究工作. 而具有开放式结构的模块化、标准化机器人控制器的研究无疑对提高机器人性能和自主能力、推动机器人技术的发展具有重大意义。 参考文献【1】王树国等. 智能机器人的现状及未来. 机器人技术与应用, 1998【2】于涌川，原魁，邹伟，全驱动轮式机器人越障过程模型及影响因素分析,2008年1月【3】王鹏飞，孙立宁，黄博，地面移动机器人系统的研究现状与关键技术，期刊机械设计，2006年7月【4】蔡鹤皋，教与学讲坛：机器人发展的现状和趋势，讲座报告，2006年12月13日【5】1O 李瑞峰，孙笛生，阎国荣，等移动式作业型智能服务机器人的研制J机器人技术与应用，2003，1：272【6】李磊，陈细军，候增广等 自主轮式移动机器人CASIA-I的整体设计J高技术通讯，2003，l1：5155【7】孙迪生, 王炎著. 机器人控制技术. 机械工业出版社, 1997【8】L ing Y L C, et al. A VL S I Robo tic V ecto r P rocesso r fo r Real2time Contro l. IEEE Int Conf on Robo tics and A utoma2tion, 1988【9】Sadayappan P, et al. A RestructurableVL S IRobo ticsV ecto r P rocesso rA rch itecture fo r Real2time Contro l. IEEE T ranson Robo tics and A utomation, 1989, l5 【10】徐艾，谭宝成，廉春原，张海刚，智能轮式移动机器人嵌入式控制系统设计，国外电子元器件2008年第11 期【11】冯金光，周华平，马宏绪，国防科技大学机电工程与自动化学院，基于DSP的仿人机器人运动控制器设计,2005【12】范永，谭民，中国科学院自动化研究所，机器人控制器的现状及展望，1999年1月【13】W indow s2based PC Robo t Contro ller. YA SKAWA N ew s Release , 1997, 10【14】国家863 计划智能机器人主题课题申请指南(199821999 年度). 智能机器人主题专家组, 1998, 3二 本课题的基本内容，预计解决的难题 轮式移动机器人作为一种结构简单、控制方式灵活的机器人移动本体，随着社会的进步和发展,在越来越多的场合中得到使用，并在其基础上增加不同的功能模块可以实现更加具体的功能，具有广泛的应用前景 。机器人系统通常由四个部分组成:移动机构、感知系统、控制系统。移动机构是机器人的主体,决定了吸尘器的运动空间,一般采用轮式机构。感知系统一般采用超声波测距仪、接触和接近觉传感器、红外线传感器和CCD 摄像机等。随着近年来计算机技术、人工智能技术、传感技术以及移动机器人技术的迅速发展,机器人控制系统的研究和开发已具备了坚实的基础和良好的发展前景。机器人的控制与工作环境往往是不确定的或多变的,用传感器探测环境、分析信号,以及通过适当的建模方法来理解环境,具有特别重要的意义。对于工作在复杂非结构环境中的自主式移动机器人,要进一步提高其自动化程度,主要依靠模式识别及障碍物识别、实时数据传输及适当人工智能方法,还需要进一步开发全局模型,从而为机器人获取全局信息。 目前发展较快、对机器人发展影响较大的关键技术是:传感技术、智能控制技术、路径规划技术、电源技术等。三 课题的研究方法、技术路线通过参阅大量国内外文献资料，了解机器人的发展现状，并在对机器人的设计思路和方法研究的基础上，提出一个可实现的结构比较简单的机器人方案。机器人的控制系统，主要包含了对如下几个方面：轮式运动机构的设计、障碍检测系统的设计和控制系统。轮式运动机构的设计：利用直流电机作为轮的驱动源，结合测速传感器和单片机实现机器人的运动轨迹控制。障碍检测系统的设计：利用光电传感器、接近开关、超声波传感器、碰撞开关等实现周围环境的检测，结合单片机和对轮式运动机构的控制，实现避障。控制系统：结合障碍检测系统采集的现场数据，利用设定的控制规则，对系统的运动路径进行实时调节。四 研究工作条件和基础学生已经修完传感器技术、单片机控制技术、自动控制原理、电机控制技术等专业课程，具备设计所需的理论基础。智力风暴机器人实验平台 五、进度计划起讫日期工作内容3.53.18 查阅中外参考文献，翻译一份英文资料。3.193.30 消化吸收参考文献及资料，撰写毕业设计开题报告。3.314.29 进行总体研究（设计）工作。4.305.11 毕业设计中期检查。