课题论证书5-基于MATLAB的机器人控制方法研究与实现.docx

吉林大学本科毕业论文（设计）课题论证书题目名称基于MATLAB的机器人控制方法研究与实现拟题教师王庆凤职称讲师所在学院电子科学与工程系（教研室）电子信息工程合作导师职称所在单位适用专业电子信息工程、电子信息科学与技术题目来源生产需求()科研课题() 教研与实验室建设()其他预研课题()题目类型基础研究（）应用研究（）题目性质设计（）论文（）其他（）一、课题拟定依据1.课题来源本课题来源于横向项目“水下设备舵机、深度和航向信号模拟器的研究”中有关控制算法的设计与研究。2.课题拟解决的问题为研究机器人系统的控制方法和算法，以乐高Mindstorms机器人为研究对象，通过无线与Matlab通信，在MATLAB工作环境中交互式地开发调试和排除故障，完成机器人的特定动作并验证，为改善机器人的控制性能提供解决方法。3.主要内容与目标(1) 设计机器人机械系统并组转搭建，完成控制器与Matlab的通信； (2) 研究控制器的设计方法，设计控制算法和优化方法，编写Matlab程序，实现特定的功能。4.前沿性，理论及实际意义乐高机器人是一种优秀的科技教育产品，这一独创性的教育工具是由美国麻省理工大学、美国TUFTS大学、乐高公司和美国国家仪器公司共同开发研究的。运行中的机器人将通过类型丰富的传感器感知周围环境，用声音、动作及显示屏上的文字、图片来响应不同影响因素的改变，从而实现学生在学习过程中的工程构想，在学习中介绍了机器人以及机械工程的相关概念，锻炼了学生收集、分析数据的能力，培养了学生在团队工作中解决问题的思维方法。基于乐高头脑风暴EV3机器人组件，通过无线连接上一款在MATLAB上运行的自定义软件工具箱，用USB线或者蓝牙来遥控乐高Mindstorms机器人，从而不需要任何其他工具箱就可以直接开始编程。在MATLAB工作环境中交互式地开发调试和排除故障，使用MATLAB来分析传感数据并使其可视化，开发自定义的图像用户界面来用于控制机器人。 5.课题对学生的训练价值本课题可以训练学生将电子技术、嵌入式系统和编程相结合解决实际问题的能力。二、课题的主要任务以及设计参数等技术指标要求1、掌握电子电路的搭建方法；2、掌握自动控制的原理和控制算法的设计； 3、掌握Matlab的编程方法；4、掌握撰写论文的基本方法和思路；5、技术指标要求：完成文献综述、开题报告、毕业论文。三、毕业设计（论文）工作量以及达成度分析3.1 毕业设计（论文）的工作量要求（含外文翻译、文献综述、开题报告、毕业设计图量、论文等）（1）完成外文翻译1篇（至少10页以上）；（2）完成文献综述1篇（至少5000字）；（3）完成开题报告1份，阐明研究背景和意义，研究内容、方法和技术路线；（4）提交机器人系统算法和程序1套；（5）完成毕业论文1份。3.2 工程类专业，“复杂工程问题”的符合度分析本专业的“复杂工程问题”包括：电子线路的分析与设计，传感技术的研究与应用，信号处理方法及算法研究，嵌入式系统的设计与编程，通信原理及系统设计，控制理论与控制方法研究等等。本课题的主要研究内容属于控制理论与控制方法等范畴，属于本专业的“复杂工程问题”。3.3 毕业要求的达成度分析本课题的主要研究内容支撑了毕业要求2、4、5、6、7。对研究完成电路的焊接和搭建，增加学生理论联系实际，此过程支撑了毕业要求2、4；学生运用C语言、Altium Designer、Matlab等软件工具进行嵌入系统的设计与研究，支撑了毕业要求5；学生在分析过程中，使用了程序设计和电子电路绘图标准，此过程支撑了毕业要求6；学生在完成毕业论文的过程中，能够理解机器人与工业生产、社会安全等的理念和深度，支撑了毕业要求7。学生如完成毕业论文的编写并通过答辩，则达成度视为“达成”。四、课题的可行性分析本课题方法具有复杂性，但是思路清晰、易懂，对于本科生的学习阶段，锻炼学生理论结合实际的能力非常适宜。 本课题源于本专业本科生实际所学，将理论用于实践，也是指导教师为课题的完成提供了必要前提。五、拟题人对题目的前期研究基础拟题人多年从事“自动控制原理”的教学工作，对研究基础条件掌握得很详细；此外，拟题人多年从事控制理论与控制工程等的科研工作，对于评价方法的基础性、前沿性、发展性掌握较好，可以指导学生完成。六 、场地需求（功能实验室名称）电子信息工程实验室电工电子实验中心开放实验室七、特殊条件需求（仪器设备等） 无八、进度安排（从选题开始安排）1、2016年10月底，选题；2、2016年11月，完成文献综述、开题报告；3、2016年12月，完成资料搜集和数据整理；4、2017年1月-2月，完成单片机系统算法程序设计的学习；5、2017年3月-4月，实现机器人系统的设计及算法调试；6、2017年5月，编写论文、论文修改完善；7、2017年6月，答辩。九、参考文献及来源（要求最新文献资料，格式应按国家标准GB/T 7714-2005 文后参考文献著录规则）1 张培仁,张志坚机器人控制系统设计与实现M.北京：清华大学出版社,2006,1-2。2 船仓一郎.机器人控制电子学M.北京：科学出版社，2004,102-103。3 ATHANASIS KAROULIS,Evaluating the LEGO RoboLab Interface with ExpertsJ.ACM Computers in Entertainment, 2006.4(2):6-184 Toru ToriiResearch in autonomous agriculture vehicles in Japan J Computers and electronics in agriculture，2000，25 ( 1) : 133-1535 Bjorn Asrand，Albert Jan Baerveldt An agricultural mobile robot with vision based perception for mechanical weed controlJ autonomous robots，2002，13: 21- 356 李丽娜，梁德骕，涂志，等 基于虚拟仪器的晶体管特性测量系统J 辽宁大学学报:自然科学版，2014，41(2):117 1217 Liao H Q，Qiu Z ，Feng G H The Design of LDF Data Acquisition System Based on LabVIEWJ Procedia Environmental Sciences，2011，10:1188-11928 蔡赫zigbee 终端射频接收前端的设计D大连:大连海事大学硕士学位论文，20119 蒲泓全，贾军营，张小娇，等 ZigBee 网络技术研究综述J 计算机系统应用，2013，22(9):6-1110 王克中，宋志超基于ZigBee Mesh网络的无线串口设计J电子科技，2011，24(4):102-10611 李定珍，刘德春基于LabVIEW 的PCB 板自动检测系统的研制J微计算机信息， 2007， 23( 6) : 202-20412 赵英杰，马建莉，钱英 基于LabVIEW的粮仓监控系统研究J农机化研究， 2009， 31( 9) : 111-11313 无线电编辑部，智能机器人制作完全手册，人民邮电出版社M，2015. 14 无线电编辑部，创客们的超级开源制作项目，人民邮电出版社M，2015.15 无线电编辑部，智能小车机器人制作大全，人民邮电出版社M，2015. 16 Michael Margolis,学Arduino玩转机器人制作， 人民邮电出版社M，2014. 17 王同聚，智能机器人制作与程序设计，教育科学出版社M，2015. 18 董宗瑞等，嵌入式智能小车测试系统的设计与实现，计算机测量与控制J，2010，212-215. 19 戈惠梅等，基于Arduino的智能小车避障系统的设计J，2014：98-101.20 卢威，智能小车避障系统的设计与实现，南昌大学硕士论文，2012:99-10321 赵建伟等，基于 Arduino的智能小车的控制系统设计J，20