课题论证书1-基于单片机的嗅觉机器人系统设计与实现.docx

吉林大学本科毕业论文（设计）课题论证书题目名称基于单片机的嗅觉机器人系统设计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“大学生创新创业训练计划之机器人创新训练类”之“基于模糊识别算法的嗅觉机器人设计与研究”课题的教研。2.课题拟解决的问题基于对生物嗅觉机理和生物搜寻气源方式的分析，设计嗅觉机器人的工作原理和结构，实现机器人嗅觉系统的机械系统及电子单元的硬件搭建，为嗅觉机器人对气味源的跟踪和搜索提供解决方案。3.主要内容与目标(1) 设计嗅觉机器人机械系统和硬件电路，能通过数据接口及无线方式与上位机通信；开放式硬件结构，方便拓展功能；(2) 编写控制单元程序，能够进行多路数据采集，并对进行数据显示、存储、处理和传输，驱动执行器动作，完成对气源的追踪搜索。4.前沿性，理论及实际意义机器人仿生嗅觉即模仿生物嗅觉追踪行为，利用移动机器人主动地确定气味/气体源位置的过程，和被动气味/气体感知系统不同，属于主动感知系统，它可以感知并跟踪，最终确定气味/气体的源头。研究利用机器人仿生嗅觉技术对解决搜寻爆炸物、检测毒品、灾后搜救遇难者、检测有毒气体、保安巡逻、火灾报警、危险品储罐及其管道的检测与维修等公共安全问题具有重大的理论意义和实际应用价值。对于生物来讲，嗅觉不仅仅用于捕食，在寻找伙伴、交配、标定领土、识别家庭成员、避免天敌攻击、群居动物协调行动、寻找筑巢原料、在陌生环境导航、寻找寄宿主等方面也起着决定性作用。在尚未完全清楚动物的嗅觉机理前提下，采用模仿动物嗅觉行为的方法，可以为研究机器人味源定位问题提供帮助。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、掌握电子电路的设计方法；2、掌握嵌入式系统的编程方法；3、掌握气体传感器等的传感原理和识别方法；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）提交嗅觉机器人系统硬件电路图1份；（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嵌入式系统的设计与编程等范畴，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、Keil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，能够理解仿生机器人与社会安全、环境保护等的理念和深度，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承担了支撑本课题的机器人创新训练项目，对研究基础条件掌握得很详细；此外，拟题人多年从事电子电路的设计与算法研究工作，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，完成单片机系统程序设计的学习；5、2017年3月-4月，实现嗅觉机器人电路的搭建和调试；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 H. Ishida, T. Tokuhiro, T. Nakamoto and T. Moriizumi. Improvement ofOlfactory Video Camera: Gas/Odor Flow Visualization System. Sensors andActuators J 2002, B83(1-3):256-2612 M. Wandel1, A. Lilienthal, T. Duckett, U. Weimar, A. Zell. Gas Distribution in Unventilated Indoor Environments Inspected by a Mobile Robot. Proceedings of the IEEE International Conference on Advanced Robotics(ICAR 2003). 2003:507-5123 G. Ferri, M.V. Jakuba, E. Caselli, V. Mattoli etc. Localizing Multiple Gas/Odor Sources in an Indoor Environment using Bayesian Occupancy Grid Mapping. Intelligent Robots and Systems, 2007. IROS 2007. IEEE/RSJ International Conference on. 2007:566-5714 郝博. 机器人嗅觉系统的研究. 哈尔滨工业大学硕士论文.20055 徐保港. 基于传感器阵列的嗅觉机器人的研究. 哈尔滨工业大学硕士论文. 20066 孟庆浩, 李飞. 主动嗅觉研究现状. 机器人J. 2006, 28(1): 89967 T. Moriizumi, H. Ishida. Robotic Systems to Track Chemical Plumes. Optoelectronic and Microelectronic Materials and DevicesJ, 2002 537- 5408 L. Marques, A. T. de Almeida. Electronic Nose-Based Odour Source Localization. IEEE 2000: 36-409 V. Braitenberg, Vehicles. Experiments in Synthetic Psychology. MIT Press/Bradford BooksM, 198410 H. Ishida, T. Nakamoto, T. Moriizumi. Fundamental Study of Mobile System for Smelling-Object Localization Using Plural Gas Sensor. IEEE Industrial Electrics SocietyJ 1993:767-76811 H. Ishida, K. Suetsugu etc. Study of Autonomous Mobile Sensing System for Localization of Odor Source Using Gas Sensors and Anemometric Sensors Sensors and actuators AJ.1994, 45(2) 153-15712 H. Ishida, G. Nakayama, T. Nakamoto, and T. Moriizumi. Controlling a Gas Plume-Tracking Robot Based on Transient Responses of Gas SensorsJ. IEEE.2002:1665-167013 曹端喜等，基于Wifi技术的穿戴式动物嗅觉机器人，传感技术学报J，2015:203-208. 14 王铁军，基于传感器阵列的嗅觉机器人及搜寻算法研究，哈尔滨工业大学，2009. 15 孟庆浩等，湍流烟羽环境下多机器人主动嗅觉实现方法研究，自动化学报J，2008:221-227. 16 王同聚，智能机器人制作与程序设计，教育科学出版社M，2015. 17 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, 2010:356-361. 18 李俊彩等，基于进化梯度搜索的机器人主动嗅觉仿真研究，机器人J，2007