機(jī)器人技術(shù)論文精品(七篇)

序論：寫作是一種深度的自我表達(dá)。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇機(jī)器人技術(shù)論文范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

篇(1)

焊接機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)在于:焊接參數(shù)穩(wěn)定，大幅提高了焊接產(chǎn)品的質(zhì)量;使操作工人遠(yuǎn)離焊接弧光、煙霧和焊渣飛濺的侵害，極大地改善了工作條件;可以24h連續(xù)工作，大幅提高了勞動生產(chǎn)率。我國的工業(yè)機(jī)器人自上世紀(jì)一七五科技攻關(guān)開始起步，經(jīng)過30多年的發(fā)展，在機(jī)器人的設(shè)計(jì)、制造、控制系統(tǒng)、傳感器技術(shù)和智能應(yīng)用方面都取得了長足的發(fā)展，弧焊機(jī)器人已廣泛應(yīng)用在汽車及裝備制造等領(lǐng)域的焊裝線上。科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，使工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)不斷向大型復(fù)雜開放的方向發(fā)展，反過來又對焊接機(jī)器人等工業(yè)技術(shù)提出了更高的要求，虛擬仿真技術(shù)、人工智能控制和多智能體協(xié)同工作系統(tǒng)等高新技術(shù)正成為焊接機(jī)器人技術(shù)研究的熱點(diǎn)，不斷推進(jìn)焊接機(jī)器人向著更先進(jìn)的數(shù)字化、信息化、智能化方向發(fā)展。

1虛擬仿真高新技術(shù)

虛擬仿真技術(shù)是在信息處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，將先進(jìn)的仿真技術(shù)手段與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，對事件的現(xiàn)實(shí)性從時(shí)間和空間上進(jìn)行分解后重新組合的技術(shù)。這一技術(shù)包括了三維計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、多功能傳感技術(shù)、人工智能、高清晰度的顯示技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)的最新發(fā)展成果，是一種由計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)。在機(jī)器人研發(fā)設(shè)計(jì)階段，由于機(jī)器人的機(jī)械手是多自由度的空間連桿機(jī)構(gòu)，如果采用傳統(tǒng)的力學(xué)和運(yùn)動學(xué)理論來進(jìn)行計(jì)算分析，那么難度非常大。如果利用計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)，將機(jī)械手的幾何參數(shù)及各組成零件的結(jié)構(gòu)和力學(xué)特征與機(jī)器人學(xué)理論結(jié)合，運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件將其模擬出來，再對其進(jìn)行模擬運(yùn)動和受力分析，就可以得到直觀且可靠的結(jié)果。在機(jī)器人試驗(yàn)過程中，由真實(shí)設(shè)備和計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)綜合組成虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，讓機(jī)器人在仿真環(huán)境中模擬正常工作狀態(tài)，這樣不僅加快了機(jī)器人系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用能力檢測的進(jìn)度，也縮短了其在工作環(huán)境中的安裝和調(diào)整周期，更避免了許多在常規(guī)計(jì)算中難以測算的動態(tài)障礙、十涉等問題。

2多智能體協(xié)調(diào)控制高新技術(shù)

多智能體協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是指多個智能體通過系統(tǒng)控制互相協(xié)調(diào)、配合，協(xié)同工作，能夠共同完成一項(xiàng)工作任務(wù)的組合系統(tǒng)，是近年來剛剛興起的一項(xiàng)開放J陛智能新技術(shù)。多智能體協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是在單體智能機(jī)器人的基礎(chǔ)上，為了適應(yīng)復(fù)雜工作而將多個機(jī)器人的工作組合協(xié)調(diào)，相互關(guān)聯(lián)。在搭建該控制系統(tǒng)時(shí)，重點(diǎn)考慮多個智能體的協(xié)調(diào)運(yùn)作，即每個智能體按控制要求，在規(guī)定時(shí)間和空間內(nèi)完成既定任務(wù)，且與相關(guān)聯(lián)的智能體在時(shí)間和動作上協(xié)調(diào)一致，相互間有信息交互，具備一定的調(diào)節(jié)反饋能力。多智能控制體系利用一個控制系統(tǒng)，組成一個龐大的復(fù)雜的體系，完成復(fù)雜的工作目標(biāo)，解決了一個全局性問題。其特點(diǎn)在于，將本應(yīng)非常復(fù)雜的硬件和軟件控制系統(tǒng)，分解成了相對簡單的、獨(dú)立的、相互間有信息反饋、彼此協(xié)調(diào)的多個單智能體單元。整個系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了資源共享、信息互通、互相協(xié)調(diào)、互相控制，通過易于管理、可靈活調(diào)整的多個單體，完成各種復(fù)雜的工作任務(wù)。

3智能傳感器高新技術(shù)

近年來，隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，傳感器技術(shù)也得到了長足進(jìn)步，在傳統(tǒng)傳感器的基礎(chǔ)上，發(fā)展起了多種新型智能傳感器。在焊接機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用的有電弧傳感器、超聲波觸覺傳感器、靜電電容式距離傳感器、基于光纖陀螺慣性測量的三維運(yùn)動傳感器，以及包括光譜、光纖、紅外等在內(nèi)的光傳感器等。智能傳感器技術(shù)對機(jī)器人技術(shù)向高精方向發(fā)展起到了重要的推動作用。電弧傳感器的工作原理是直接從焊接電弧本身獲取焊縫偏差信息，不需要任何附加裝置，具有成本低、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。采用了視覺傳感器的機(jī)器人，通過視覺控制不需要預(yù)先對工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動軌跡進(jìn)行示教或離線編程，可節(jié)約大量的編程時(shí)間，提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。同時(shí)，為了使智能機(jī)器人系統(tǒng)獲取更加全面、準(zhǔn)確的環(huán)境信息，以滿足其綜合決策的需要，一種以多傳感器聯(lián)合為基礎(chǔ)的信息采集處理系統(tǒng)，即多傳感器智能信息融合技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生，與傳統(tǒng)只能測量一種信息的智能傳感器相比，其性能大為提高。

4結(jié)語

篇(2)

【關(guān)鍵詞】機(jī)器人教學(xué);能力培養(yǎng);教學(xué)內(nèi)容;教學(xué)方法

【中圖分類號】G40-057 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【論文編號】1009―8097(2010)03―0144―03

引言

20世紀(jì)是人類科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的輝煌100年,綜合諸多前沿學(xué)科和技術(shù)的機(jī)器人的誕生和機(jī)器人學(xué)(Robotics)的建立是上世紀(jì)科學(xué)技術(shù)所取得的重大成就的代表之一。從1962年美國萬能自動化(Unimation)公司的第一臺機(jī)器人的投入使用到現(xiàn)在,短短40多年的時(shí)間,機(jī)器人已從無到有,現(xiàn)在已擁有“百萬大軍”,在世界各個領(lǐng)域和人民生活的諸多方面忠誠地為人類服務(wù),做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。隨著機(jī)器人技術(shù)的蓬勃發(fā)展,目前全國的許多高校甚至中小學(xué)都開設(shè)了機(jī)器人教學(xué)的相關(guān)課程,而且學(xué)生的人數(shù)在逐年增多。以北京航空航天大學(xué)(簡稱北航)為例,現(xiàn)在每年選修機(jī)器人課程的學(xué)生都在上百人左右。機(jī)器人是一門多學(xué)科高度交叉的前沿學(xué)科,包括機(jī)械學(xué)、生物學(xué)、人類學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程、控制論與控制工程學(xué)、電子工程學(xué)、人工智能、社會學(xué)等,無論在基礎(chǔ)理論方面還是在實(shí)踐應(yīng)用方面其發(fā)展速度都十分驚人。為了進(jìn)一步更新教學(xué)理念,優(yōu)化教學(xué)策略,保持與國內(nèi)外機(jī)器人教學(xué)同步提高,筆者對國內(nèi)外十幾所著名高校的機(jī)器人教學(xué)情況,就教學(xué)大綱、成績考核等方面進(jìn)行了調(diào)查研究與分析,在此基礎(chǔ)上對筆者從事的機(jī)器人教學(xué)課程進(jìn)行了改革和探索,提出了一些建議和改革措施,并在近三年北航的《機(jī)器人學(xué)》教學(xué)過程中進(jìn)行了實(shí)踐,取得了不錯的教學(xué)效果。

一 國內(nèi)外機(jī)器人教學(xué)的調(diào)研

美國是機(jī)器人技術(shù)的發(fā)源地,開展機(jī)器人教學(xué)的高校比較多,而且教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量在國際上都是首屈一指的。調(diào)研的美國高校包括MIT[1]、Stanford[2]、CMU[3]、UC-Berkeley[4]、CIT[5]五所高校,國內(nèi)高校包括清華大學(xué)[6]、上海交通大學(xué)[7]、哈爾濱工業(yè)大學(xué)[8,9]、吉林大學(xué)[10]、天津大學(xué)[11]、北航六所高校。調(diào)研的方式主要是收集各高校網(wǎng)站相關(guān)教學(xué)信息,包括教學(xué)大綱、成績考核等,通過分析比較,總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

就所調(diào)研的國內(nèi)外高校而言,國內(nèi)外高校機(jī)器人教學(xué)特點(diǎn)可概括如下(參見表1和表2):

1 美國高校的機(jī)器人啟蒙課程或機(jī)器人導(dǎo)論等開設(shè)在本科,使本科學(xué)生對機(jī)器人有個普遍的了解,以“講解+實(shí)驗(yàn)+討論”的形式,利于形象化理解;研究生階段開設(shè)《高級機(jī)器人學(xué)》等更深層次的課程,進(jìn)行分方向研究。開設(shè)的專業(yè)較廣,涉及機(jī)械工程、電子工程、航空航天、計(jì)算機(jī)科學(xué)等專業(yè),而國內(nèi)高校本科開設(shè)機(jī)器人課程的相對較少。

2 國內(nèi)的機(jī)器人課程主要開設(shè)在碩士第一學(xué)期,部分學(xué)校在本科階段開設(shè)《機(jī)器人概論》課程,現(xiàn)有將《機(jī)器人學(xué)》從碩士提到本科的傾向。開設(shè)方式多樣,如必修、專業(yè)選修、全校選修等。國內(nèi)高校選擇教材較集中,選用蔡自興《機(jī)器人學(xué)》、熊有倫《機(jī)器人學(xué)》的居多,部分高校的課外參考書為國外原版教材。

3 美國高校的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)與課堂講解的學(xué)時(shí)比例基本上在1:1.5左右,而國內(nèi)高校的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)相對較少(實(shí)驗(yàn)與講解的比例最高為1: 3.2),半數(shù)以上高校的實(shí)驗(yàn)課時(shí)數(shù)為零。例如,MIT的課堂教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)與北航的差不多,但實(shí)驗(yàn)的學(xué)時(shí)數(shù)已經(jīng)達(dá)到了22學(xué)時(shí),而北航的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)為零。

4 就考核方式而言,美國高校的機(jī)器人課程都有期中考核,國內(nèi)高?；旧蠜]有期中考核。此外,美國高校的機(jī)器人課程作業(yè)考核占的比重比較大,比如CMU的作業(yè)考核占到了總成績的60%。

二 北航機(jī)器人教學(xué)現(xiàn)狀

以北航機(jī)器人所為全校研究生開設(shè)的《機(jī)器人學(xué)》這門課程為例,我們的機(jī)器人教學(xué)還有較多不合理之處:

1 教學(xué)內(nèi)容陳舊。課程的教學(xué)大綱是九十年代制定的,十幾年了沒有什么變化,遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。而教師在授課時(shí)基本按照教學(xué)大綱來執(zhí)行,對教學(xué)內(nèi)容的更新不多。課程設(shè)置的大多還是一些傳統(tǒng)基礎(chǔ)內(nèi)容,而從學(xué)生的反饋來看他們對該學(xué)科的前沿進(jìn)展和最新成果更加感興趣,因此需要從興趣方面引導(dǎo)學(xué)生積極地自主學(xué)習(xí),在該學(xué)科上不但具有扎實(shí)的基礎(chǔ)同時(shí)具有寬廣的知識面。

2 教學(xué)環(huán)節(jié)上也存在諸多不合理之處,過多偏重于教師的講授,學(xué)生獨(dú)立思考、實(shí)踐的課程根本沒有。而實(shí)踐環(huán)節(jié)是檢驗(yàn)學(xué)生創(chuàng)新思維能力的最佳方法, 是鍛煉學(xué)生對信息的采集、分析、處理和應(yīng)用等必不可少的重要環(huán)節(jié)。

為了全面提高機(jī)器人教學(xué)的質(zhì)量和學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量,使學(xué)生能真正學(xué)到系統(tǒng)深入的機(jī)器人知識并具有較強(qiáng)的實(shí)際運(yùn)用能力,為他們在后續(xù)的工程實(shí)踐和研究過程中創(chuàng)造出創(chuàng)新性的研究成果奠定基礎(chǔ),有必要針對上述問題進(jìn)行《機(jī)器人學(xué)》課程教學(xué)的改革,制定合理的課程內(nèi)容和教學(xué)方案。

三 改革措施與實(shí)踐效果

針對《機(jī)器人學(xué)》這門課程存在的問題,基于“能力培養(yǎng)”的主導(dǎo)思想,對該課程進(jìn)行了改革和探索。

1 教學(xué)內(nèi)容方面的改革

教學(xué)內(nèi)容方面的改革主要包括兩方面:

(1)在教學(xué)內(nèi)容上增加了入門介紹的內(nèi)容。針對我校的大部分研究生在本科階段未上過機(jī)器人相關(guān)課程的情況,借鑒國外本科機(jī)器人教學(xué)的內(nèi)容和方式,把緒論部分的學(xué)時(shí)從原來的1學(xué)時(shí)增加到了2學(xué)時(shí),并采用視頻、圖片、動畫、參觀等直觀形象的方式為學(xué)生較系統(tǒng)地介紹機(jī)器人的發(fā)展歷史、分類、用途、研究方向等,讓學(xué)生在2學(xué)時(shí)的時(shí)間內(nèi)對機(jī)器人這個學(xué)科有一個基本的認(rèn)識,避免了過去緒論時(shí)間短,學(xué)生還未弄明白學(xué)習(xí)對象的情況下就開始專業(yè)知識的學(xué)習(xí)。此外,在緒論里面每年都增加新的機(jī)器人的研究進(jìn)展,學(xué)生們既了解了歷史又開闊了眼界。在過去三年的實(shí)踐中,上述教學(xué)改革得到了學(xué)生的好評。

(2)在教學(xué)內(nèi)容上注重了“深度”與“廣度”的結(jié)合。在以前的機(jī)器人教學(xué)內(nèi)容中偏重于知識的深度而忽略了知識的廣度,例如偏重于機(jī)器人運(yùn)動學(xué)和動力學(xué),機(jī)器人控制和運(yùn)動規(guī)劃都不講,這存在一個弊端,即如果有的學(xué)生在后期的研究中要進(jìn)行機(jī)器人控制方面的工作,相關(guān)的知識是沒有學(xué)過的,還要重新自學(xué)。因此在教學(xué)內(nèi)容上我們降低了機(jī)器人運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的講解深度,增加了機(jī)器人控制和機(jī)器人規(guī)劃方面的內(nèi)容,力求通過該課程的學(xué)習(xí)讓學(xué)生們既比較深入地掌握了機(jī)器人運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的基礎(chǔ)知識,同時(shí)對于其他相關(guān)的理論也有一個基本基礎(chǔ)和認(rèn)識。

2 教學(xué)方法方面的改革

(1)在教學(xué)方式上增加了課堂討論的環(huán)節(jié)。以前的機(jī)器人教學(xué),主要采用老師講、學(xué)生聽的方式,學(xué)生與老師之間沒有交互的機(jī)會,課堂氣氛比較沉悶,學(xué)生比較容易游離于教學(xué)環(huán)節(jié)之外。為了調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,讓他們參與到機(jī)器人的學(xué)習(xí)過程中,我們在每章的教學(xué)內(nèi)容中都設(shè)置了討論的問題,讓學(xué)生自己來表述解題的方法、對問題的看法,并讓他們之間進(jìn)行互相的辯論,老師是作為一個仲裁者的身份進(jìn)行討論的組織和總結(jié)。在該方式最初試行的時(shí)候,由于中國學(xué)生天生的內(nèi)向性格,參入的學(xué)生比較少,但在后續(xù)的討論中,越來越多的學(xué)生敢于發(fā)表自己的觀點(diǎn),并積極地參與辯論。在辯論中學(xué)生們都感覺收獲很大,對于一些深奧或難理解的問題理解地比較清楚明了了。

(2)在教學(xué)方式上增加了現(xiàn)場講解環(huán)節(jié)。為了讓學(xué)生們能夠更好地理解和掌握機(jī)器人運(yùn)動學(xué)的知識,我們把部分課堂環(huán)節(jié)改在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行,以真實(shí)的機(jī)器人為例,講解機(jī)器人的關(guān)節(jié)、坐標(biāo)系、D-H建模、正運(yùn)動學(xué)和逆運(yùn)動學(xué)的知識,如圖1所示。這種教學(xué)方式避免了以往學(xué)生學(xué)習(xí)運(yùn)動學(xué)的知識只是面對機(jī)器人簡圖、缺乏真實(shí)案例的弊端,讓學(xué)生們的學(xué)習(xí)做到了理論與實(shí)際的結(jié)合。

(3)在教學(xué)方式上增加了專題作業(yè)論文的環(huán)節(jié)。專題作業(yè)論文是為了能夠擴(kuò)展學(xué)生的知識面,同時(shí)把課堂學(xué)習(xí)的機(jī)器人知識與自己未來的研究方向結(jié)合起來,選題的內(nèi)容由學(xué)生跟自己的導(dǎo)師商量,格式按照標(biāo)準(zhǔn)的期刊論文的格式來寫,必須把一個與學(xué)習(xí)內(nèi)容相關(guān)的專題內(nèi)容論述清楚。比如,往屆學(xué)生有寫輪式移動機(jī)器人機(jī)構(gòu)的、機(jī)器人視覺的、機(jī)器人優(yōu)化控制的,如圖2所示。這種專題作業(yè)論文既讓學(xué)生練習(xí)了專業(yè)論文的寫作格式,同時(shí)又結(jié)合某個專題擴(kuò)展了學(xué)生們的知識面。

(4)在教學(xué)方式上增加了實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。受我校機(jī)器人實(shí)驗(yàn)的條件限制,我們一直未能正式地開展機(jī)器人的實(shí)驗(yàn)課程,但是機(jī)器人實(shí)驗(yàn)對于鍛煉學(xué)生的實(shí)際操作能力是很重要的。在08年秋季,通過整合部分機(jī)器人資源,為學(xué)生開設(shè)了機(jī)器人實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是編程控制機(jī)器人按自設(shè)定的軌跡運(yùn)動,采用的機(jī)器人是ABB的1440。由于學(xué)生多機(jī)器人少,我們采用了四個學(xué)生一個組的方式,大家按組輪流來做實(shí)驗(yàn)。盡管學(xué)生們在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)了各種各樣的錯誤,但學(xué)生們的興致很高,一直操作到每組許可的時(shí)間結(jié)束。學(xué)生們反映這個實(shí)驗(yàn)對于他們鍛煉的價(jià)值很大,因?yàn)榘牙碚摵蛯?shí)際之間的這層窗戶紙給打通了,讓學(xué)生們對于這門機(jī)器人的課程有了一個系統(tǒng)的認(rèn)識和理解。

四 結(jié)語

機(jī)器人課程在各高校中變得越來越普遍,如何結(jié)合機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展搞好機(jī)器人的教學(xué)工作是許多機(jī)器人教育者關(guān)心的問題。筆者通過對國內(nèi)外部分高校的機(jī)器人教學(xué)進(jìn)行調(diào)研,并結(jié)合我校機(jī)器人教學(xué)的實(shí)際情況,對《機(jī)器人學(xué)》這門研究生課程進(jìn)行了改革與探索,在過去三年的改革與實(shí)踐過程中,取得了不錯的教學(xué)效果。

本論文得到了北京航空航天大學(xué)研究生教育與發(fā)展研究專項(xiàng)基金的資助,在此表示感謝。

參考文獻(xiàn)

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Research and Practice in Teaching of a Robotics Lesson

ZHAN Qiang YAN Cai-xia CAI Yao

(Robotics Institute, Beihang University, Beijing 100191, China)

篇(3)

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺；邊緣檢測；圖象識別；濾波算法

中圖分類號：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 02-0082-01

一、機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展及機(jī)器人視覺

機(jī)器人的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個成長階段，也即三個時(shí)代。第一代為簡單個體機(jī)器人；第二代為群體勞動機(jī)器人；第三代為類似人類的智能機(jī)器人。它的未來發(fā)展方向是有知覺、有思維、能與人對話。機(jī)器人向著智能化、擬人化方向發(fā)展的道路，是沒有止境的。 機(jī)器人視覺是計(jì)算機(jī)學(xué)科的一個重要分支，它綜合了光學(xué)、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)軟硬件等方面的技術(shù)，涉及到計(jì)算機(jī)、圖像處理、模式識別、人工智能、信號處理、光機(jī)電一體化等多個領(lǐng)域。我國機(jī)器人視覺應(yīng)用主要有以下目的：用以代替人類從事危險(xiǎn)、有害和惡劣環(huán)境、超凈環(huán)境下的工作；提高勞動生產(chǎn)率，改變產(chǎn)品質(zhì)量，快速相應(yīng)市場需求，加強(qiáng)在國際市場的競爭能力。

二、機(jī)器人視覺的原理

機(jī)器視覺是機(jī)器人感知周圍環(huán)境的主要途徑之一。它可以通過視覺傳感器獲取環(huán)境的二維圖像，并通過視覺處理器進(jìn)行分析和解釋，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為符號，讓機(jī)器人能夠辨識物體，并確定其位置。目前成熟的光電成像技術(shù)都只能捕獲二維明暗信息，而不能獲得距離信息，所以直接通過這種途徑獲得的機(jī)器視覺也只能是二維的。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，三維立體視覺的解決方案也如雨后春筍般涌出，其中就包括雙目立體視覺，狹縫光投影法，時(shí)間差法等。

（一）實(shí)現(xiàn)方法

1.圖像的獲取與預(yù)處理：用于進(jìn)行三維特征提取的圖像是一幅常規(guī)的二維灰度圖，所以使用一個常規(guī)的CCD或CMOS圖像傳感器即可滿足要求。圖像需要進(jìn)行量化處理，即把圖像信息分成許多像素點(diǎn)，這些亮點(diǎn)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后即可輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。2.邊緣信息提?。哼吘壧崛∷惴ň褪前岩桓被叶葓D像轉(zhuǎn)化為二值圖像，灰度圖像中的輪廓在二值圖像中用1表示，而非輪廓位置用0表示。邊緣提取算法的種類非常地多，如Robert算子卷積法等。3.邊緣檢測與輪廓連結(jié)：邊緣檢測主要采用各種算子來發(fā)現(xiàn)、強(qiáng)化圖像中那些可能存在邊緣的像素點(diǎn)。邊緣檢測算子除了有Roberts算子外，還有索貝爾算子（Sobel operator）和Prewitt算子、高斯偏導(dǎo)濾波器以及Canny邊緣檢測器等。4.利用線條分類識別三維物體：提取出二維圖像的輪廓信息，還不足以分析出其中的三維特征，我們必須對輪廓信息進(jìn)行進(jìn)一步的模式化處理，從輪廓中提取特征。5.從二維圖像中提取三維特征的局限性：雖然從二維圖像中提取圖像的三維特征的算法對設(shè)備的要求低，處理的數(shù)據(jù)量相對較小，輸出地結(jié)果也比較規(guī)整。但是這種算法也有其局限性。

（二）攝像機(jī)模型及透視技術(shù)

透視技術(shù)實(shí)際是一個非線性映射，這在實(shí)際求解時(shí)可能需要大的計(jì)算量，而且如果透視效果不明顯，直接使用該模型可能會使求解變?yōu)椴B(tài)。透視逆變換把三維物體轉(zhuǎn)變?yōu)槎S圖形表示的過程稱為投影變換。

三、基于視覺的機(jī)器人路徑規(guī)

針對移動機(jī)器人規(guī)避障礙和尋找最優(yōu)路徑問題，提出了在復(fù)雜環(huán)境下移動機(jī)器人的一種路徑規(guī)劃方法。采用了柵格法建立了機(jī)器人工作平面的坐標(biāo)系，整個系統(tǒng)由全局路徑規(guī)劃和局部避碰規(guī)劃兩部分組成[8]。在全局路徑規(guī)劃中，用改進(jìn)蟻群算法規(guī)劃出初步全局優(yōu)化路徑；局部避碰規(guī)劃是在跟蹤全局優(yōu)化路徑的過程中，通過基于滾動窗口的環(huán)境探測和碰撞預(yù)測，對動態(tài)障礙物實(shí)施有效的局部避碰策略，從而使機(jī)器人能夠安全順利的到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。這種方法能在較短時(shí)間內(nèi)找到最佳路徑并規(guī)避障礙。

四、機(jī)器人視覺處理程序

機(jī)器人視覺處理程序的主要功能包括：（1）從USB攝像頭實(shí)時(shí)讀取視頻數(shù)據(jù)，進(jìn)行簡單的預(yù)處理；（2）隨后進(jìn)行圖像處理，主要完成空域的圖像增強(qiáng)。通過對圖像進(jìn)行二值化，將目標(biāo)小球從背景中提取出來；（3）計(jì)算目標(biāo)的位置，進(jìn)而計(jì)算出機(jī)器人頭部的旋轉(zhuǎn)角度，通過舵機(jī)驅(qū)動程序，控制機(jī)器人頭部轉(zhuǎn)動到目標(biāo)所在角度，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物體的跟蹤。

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，機(jī)器人頭部可較好地跟蹤目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了視覺原型系統(tǒng)。

（一）機(jī)器人視覺的目標(biāo)與任務(wù)

目標(biāo)：使機(jī)器人具有感知周圍視覺世界的能力。讓機(jī)器人具有對周圍世界的空間物體進(jìn)行傳感、抽象、判斷的能力，從而達(dá)到識別、理解的目的。

任務(wù)：圖象的獲取、預(yù)處理、圖象分割與表示與描述、識別與分類、三維信息理解、景物描述、圖象解釋。紅色部分就構(gòu)成了圖像分析的研究內(nèi)容。

（二）視覺信息的處理

移動機(jī)器人視覺信息的處理通常由圖象獲取、圖象分析、關(guān)系描述三部分組成。

五、結(jié)束語

移動機(jī)器人是目前機(jī)器人領(lǐng)域的研究重點(diǎn)之一，吸引著眾多學(xué)者的注意。機(jī)器人的研究涉及到人工智能、控制理論、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等多門學(xué)科。通過閱讀大量的期刊、學(xué)術(shù)論文用于進(jìn)行三維特征提取的圖像是一幅常規(guī)的二維灰度圖，所以使用一個常規(guī)的CCD或CMOS圖像傳感器即可滿足要求。圖像需要進(jìn)行量化處理。為了給形態(tài)學(xué)處理的圖像提供統(tǒng)一的條件，計(jì)算機(jī)在把獲得圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)處理前，必須先對其進(jìn)行預(yù)處理。由于各方面客觀條件以及個人研究能力的限制，在機(jī)器人技術(shù)中嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用及視覺處理程序方面的研究還不夠深入，還需要在今后的研究中不斷深入探討。21世紀(jì)是信息化的時(shí)代，隨著信息技術(shù)的發(fā)展和普及，機(jī)器人視覺系統(tǒng)無論是在理論研究上上，還是在應(yīng)用方面都將很大進(jìn)展。

參考文獻(xiàn)：

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篇(4)

（北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院電子與自動化系，北京 延慶 102101）

【摘　要】雙足類人行機(jī)器人一直都是國內(nèi)外非專業(yè)和專業(yè)機(jī)器人愛好者重點(diǎn)研究的項(xiàng)目。介紹了具有g(shù)ps定位功能的雙足機(jī)器人的行走運(yùn)動控制，主要研究了對標(biāo)準(zhǔn)的“加藤一郎”約束結(jié)構(gòu)的人形機(jī)器人進(jìn)行行走運(yùn)動控制，對硬件的控制系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，動作流程的規(guī)劃，完成軟件的編程。機(jī)器人選取了被人們廣泛使用的51系列單片機(jī)，采用的是單片機(jī)STC12C5A60S2，并集成了GPS模塊，使機(jī)器人擁有了定位功能。

關(guān)鍵詞 人形機(jī)器人；單片機(jī)STC12C5A60S2；GPS；“加藤一郎”約束結(jié)構(gòu)

0　引言

類人形步行機(jī)器人的控制還有它的相關(guān)技術(shù)的研究無論是在國內(nèi)還是國外的機(jī)器人領(lǐng)域中都有著重要研究價(jià)值，同時(shí)機(jī)器人的研究成果和當(dāng)今的社會有著密不可分和不容忽視的意義，所以這項(xiàng)科學(xué)一直成為機(jī)器人研究的熱點(diǎn)之一。

時(shí)至今日，設(shè)計(jì)并完成具有GPS定位功能的類人形機(jī)器人的運(yùn)動控制，需要滿足以下幾個基本功能：其一是研制出兩足步行機(jī)構(gòu)，并使其能在許多結(jié)構(gòu)性、非結(jié)構(gòu)性環(huán)境中完成行走任務(wù)，從而代替人類進(jìn)行諸如延伸、作業(yè)、擴(kuò)大活動等領(lǐng)域；二是更多地了解和掌握人類步行時(shí)的特性和技巧，并且利用這些特性來為人類服務(wù)；三是兩足人形機(jī)器人的步行系統(tǒng)，具有極為豐富的動力學(xué)特性。在這方面進(jìn)行的研究，可以拓寬力學(xué)以及機(jī)器人學(xué)的研究方向。

1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用STC12C5A60S2 單片機(jī)作為主控芯片，集成了兩片存儲芯片AT24C512，GPS定位模塊并設(shè)計(jì)了35個IO雙向接口，用于傳感器及電機(jī)的集成。

硬件部分的控制器主要采用的是STC12C5A60S2 單片機(jī)。單片機(jī)的工作電壓為3.3 V～5.5 V（5V單片機(jī)），兼容普通8051的定時(shí)器或4個外部中斷，工作頻率在0-35MHz之間，有6個16位定時(shí)器，具有看門狗和EEPROM功能，并且內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路 。使用內(nèi)部R/C振蕩器時(shí)鐘 11MHz-17MHz。

GPS模塊性能的價(jià)值指標(biāo)主要有接收靈敏度、定位時(shí)間、位置精度、時(shí)間精度、功耗等。在不同的啟動模式下，模塊開機(jī)定位時(shí)間有很大不同。一般來說，模塊內(nèi)部沒有保存任何有助于定位的數(shù)據(jù)的情況稱為冷啟動時(shí)間，包括星歷、時(shí)間等，一般標(biāo)稱在1分鐘以內(nèi)；模塊內(nèi)部有較新的衛(wèi)星星歷（一般不超過2小時(shí)），但時(shí)間偏差很大的，稱為溫啟動時(shí)間，一般標(biāo)稱在45秒以內(nèi)；熱啟動時(shí)間是指關(guān)機(jī)不超過二十分鐘，并且RTC時(shí)間誤差很小時(shí)的情況。

人形機(jī)器人設(shè)計(jì)了35個IO接口，其中包括萬能接口11個，萬能接口可以選擇7.4V 或5V 電壓供電，可選上拉電阻或下拉電阻?？捎糜诟鞣N擴(kuò)展舵機(jī)和傳感器。

由于雙足機(jī)器人運(yùn)動控制的復(fù)雜性，為機(jī)器人使用的STC12C5A60S2單片機(jī)集成了兩片電可擦除存儲芯片AT24C512，存儲空間共有128KB，這樣可以讓機(jī)器人程序存儲器空間擴(kuò)充至190KB。AT24C512是Atmel公司生產(chǎn)的64KB串行電可擦的可編程存儲器，內(nèi)部共有512頁，每一頁為128字節(jié)，任一單元的地址為16 位，地址范圍為0000～0FFFFH之間。其優(yōu)點(diǎn)就是，采用8引腳封裝，結(jié)構(gòu)緊湊、存儲容量大。在測控系統(tǒng)中被大量采用，可以在2總線上并接4 片芯片，特別適用于具有大容量數(shù)據(jù)存儲要求的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

本設(shè)計(jì)采用由德州儀器公司推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。串口通信指的是數(shù)據(jù)的各位按順序一位一位傳送。他的優(yōu)點(diǎn)就是，只需一對傳輸線，占用硬件資源少，適用于遠(yuǎn)距離通信，而缺點(diǎn)則是，傳送速度較慢。本設(shè)計(jì)所采用的是4pinRS232接口帶“CTS”判斷位，可以同時(shí)輸出RS232電平和TTL電平。由于電腦串口RS232電平是-10v+10v，而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)所采用的信號電壓是TTL電平0+5v，所以需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，這也就是使用max232的原因，該器件包含兩個驅(qū)動器、兩個接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。

2　軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)雙足類人形機(jī)器人行走控制系統(tǒng)的功能需求和硬件電路特點(diǎn)，軟件系統(tǒng)需要滿足以下3個要求：

1）軟件模塊化，并且需要有很好的可維護(hù)性，可擴(kuò)展性。

2）能夠?qū)崿F(xiàn)PWM 信號的分時(shí)復(fù)用，并且要保證PWM 信號的高精度。從而通過軟件，及時(shí)地改變PWM 的輸出。

3）可以滿足機(jī)器人多自由度控制的實(shí)時(shí)性。

3　結(jié)論

雙足類人行機(jī)器人是近年來的前沿學(xué)科，它涉及人工智能、自動控制、仿生、通訊、機(jī)械電子等多個領(lǐng)域的技術(shù)融合。本論文重點(diǎn)研究了機(jī)器人的行走規(guī)劃以及GPS定位功能的實(shí)現(xiàn)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，所設(shè)計(jì)的機(jī)器人能夠在平坦的地面上自由行走并具有GPS定位功能。

參考文獻(xiàn)

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篇(5)

時(shí)光追溯到2002年，年輕的劉連慶到沈陽自動化研究所讀研究生時(shí)，所里剛開辟出一個與納米相關(guān)的前沿方向，就是基于機(jī)器人的理念，研究一種能夠精確操作分子、原子的新型機(jī)電系統(tǒng)――納米操作機(jī)器人。在導(dǎo)師的引導(dǎo)下，劉連慶很快投入到這樣一項(xiàng)前沿、尖端具有開拓性的科研工作中來。

納米操作機(jī)器人是伴隨著納米科技的蓬勃發(fā)展而出現(xiàn)的，它是機(jī)器人領(lǐng)域新的分支。傳統(tǒng)機(jī)器人多注重提高效率，多用來幫助人們完成人有能力但不愿意干的工作，比如焊接、搬運(yùn)等枯燥、高重復(fù)性勞動；與傳統(tǒng)機(jī)器人相比，納米操作機(jī)器人更注重提升人的能力，主要去執(zhí)行極端尺度下人們無法完成的工作，如原子精度定位、分子力測量等任務(wù)。

歲月如梭，轉(zhuǎn)眼10余年過去了，劉連慶始終與納米操作機(jī)器人研究相伴，取得一個又一個豐碩的成果。他先后主持和參與完成多項(xiàng)863與自然科學(xué)基金課題，和他的科研團(tuán)隊(duì)一起研制出我國第一套納米操作機(jī)器人系統(tǒng)，并對若干長期困擾納米操作機(jī)器人發(fā)展的關(guān)鍵難題給出了有效的解決途徑，多篇論文在國內(nèi)外著名學(xué)術(shù)期刊上以封面形式發(fā)表。這些成果讓其本人先后獲得中科院盧嘉錫青年人才獎、中科院沈陽分院優(yōu)秀青年科技人才獎、中科院院長獎等榮譽(yù)和獎勵；這些科研的礪練，讓他從一個懵懵懂懂的學(xué)生，變成助研、副研和研究員，一步一個腳印踏踏實(shí)實(shí)的在納米操作機(jī)器人的研究方向上穩(wěn)步前行。

篇(6)

關(guān)鍵詞：刷式；智能；黑板擦；機(jī)理

中圖分類號：TP23文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

智能化是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、多媒體、智能白板等高端教學(xué)設(shè)備的必然發(fā)展，也是全球新技術(shù)發(fā)展的趨勢和重要方向，但授課的效果和高價(jià)成本[1，2]，還不能取代傳統(tǒng)的黑板教學(xué)。本論文的滾刷式智能機(jī)器人黑板擦，就是為了提升傳統(tǒng)的黑板教學(xué)、師生交流便利性的關(guān)鍵技術(shù)。粉筆板書是常用傳統(tǒng)教學(xué)的主要方式，但在擦黑板的過程中，費(fèi)力，不方便，粉筆末等均給師生帶來麻煩。根據(jù)研究表明：為了規(guī)避人力擦黑板的繁瑣，目前有些新技術(shù)發(fā)明不斷涌現(xiàn)，但均沒有取得令師生滿意的效果。

因此，本論文提出了滾刷式的、智能便捷、具備識別功能的機(jī)器人黑板擦：使用者控制手柄控制器的開啟，根據(jù)擦除區(qū)域，調(diào)整滾筒擦除設(shè)備的速度和扭矩，貼近黑板，旋轉(zhuǎn)的滾筒擦除設(shè)備，便可將不需要的粉筆書寫區(qū)擦掉，產(chǎn)生的粉塵由吸塵器吸收，吸塵器的驅(qū)動系統(tǒng)由離心式驅(qū)動電機(jī)帶動，通過吸塵風(fēng)扇將粉塵吸入吸塵囊，累積多的粉塵從排塵口倒出，因而減少粉塵飛揚(yáng)，降低危害。在擦黑板時(shí)，按照黑板上擦除區(qū)域的大小，通過改變滾筒擦除設(shè)備的檔位：高速、中速及低速，實(shí)現(xiàn)高效快捷，使用方便和經(jīng)濟(jì)安全的擦除。從而實(shí)現(xiàn)了省時(shí)省力，智能便捷，操作簡單，清潔黑板和低碳環(huán)保的目標(biāo)。

1滾刷式智能機(jī)器人黑板擦總體設(shè)計(jì)

滾刷式智能機(jī)器人黑板擦的主要由控制系統(tǒng)裝置、執(zhí)行系統(tǒng)裝置和吸塵器裝置三部分構(gòu)成?？刂葡到y(tǒng)裝置屬于智能機(jī)器人的大腦，包含控制器CPU，要根據(jù)市場需求，屬于該智能機(jī)器人的核心部分。執(zhí)行系統(tǒng)裝置中的滾筒擦除設(shè)備是新提出的結(jié)構(gòu)設(shè)備，屬于該智能機(jī)器人執(zhí)行和實(shí)現(xiàn)操作者意圖的關(guān)鍵部件。吸塵器裝置中的“鱷魚嘴”式的吸塵口裝置，粉塵測試傳感器、粉塵控制單元等屬于清理除塵的主要部分。

1.1總體布置

根據(jù)功能需求，滾刷式智能機(jī)器人黑板擦的總體布置如圖1所示，主要由三部分構(gòu)成，分別是：控制系統(tǒng)裝置、執(zhí)行系統(tǒng)裝置和吸塵器裝置。

控制系統(tǒng)裝置部分，屬于黑板擦的操作主體，包含殼體的手持面，對滾刷動力控制的中央控制模塊和需要啟停擦刷的開關(guān)按鍵。

執(zhí)行系統(tǒng)裝置部分，屬于具體執(zhí)行擦除任務(wù)的機(jī)構(gòu)，通過在黑板擦的擦刷面設(shè)置滾刷，根據(jù)中央控制模塊指令驅(qū)動電機(jī)、泵吸部件、粉塵傳感器以及圖像感應(yīng)模塊，實(shí)現(xiàn)對黑板擦的擦刷工作的自動化智能控制，提供用戶的使用效果；并使?jié)L刷的一端與驅(qū)動電機(jī)動力連接，形成動力滾刷，從而實(shí)現(xiàn)黑板擦自動擦刷功能。

吸塵器裝置，屬于后處理裝置機(jī)構(gòu)。在擦除過程中產(chǎn)生的粉塵，由置于黑板擦后端的吸塵器吸收，其中吸塵器與黑板擦的中空腔體相連通，且所述吸塵器的腔口設(shè)有泵吸部件，通過所述泵吸部件，擦除時(shí)，揚(yáng)起的粉塵，通過布置在旋轉(zhuǎn)滾筒邊的“鱷魚嘴”式吸塵口吸入，如圖1所示，經(jīng)吸塵管吸入置于殼體的后端設(shè)有的吸塵器，如圖2所示?！镑{魚嘴”式的吸塵口中布置檢測吸入的粉塵測試傳感器，根據(jù)吸入粉塵量，設(shè)定閾值，由粉塵控制單元分析，吸塵器的工作狀態(tài)。當(dāng)吸入的粉塵超過設(shè)定的閾值，便報(bào)警，通知要清理吸塵器中的粉塵了。

1.2設(shè)計(jì)思路

滾刷式智能機(jī)器人黑板擦，根據(jù)設(shè)計(jì)的成本和方便制造，智能手柄控制器設(shè)計(jì)成光滑的塑料殼體，把容易磨手的棱角均設(shè)計(jì)成圓弧過渡；啟停擦刷的開關(guān)按鍵置于便于操作的手柄下方；電源集成管理器也設(shè)計(jì)在方便充電的殼體邊上。

擦除設(shè)計(jì)的部件主要由旋轉(zhuǎn)滾筒、旋轉(zhuǎn)毛刷，支撐執(zhí)行部件的軸承及軸承座及驅(qū)動旋轉(zhuǎn)毛刷的電機(jī)控制架構(gòu)出。根據(jù)中央控制模塊指令驅(qū)動電機(jī)，內(nèi)置于空腔體中的4個驅(qū)動電機(jī)；一端與所述驅(qū)動電機(jī)動力連接的滾刷，滾刷的刷毛根據(jù)需求，擦除黑板上的字；實(shí)現(xiàn)對黑板擦的擦刷工作的自動化智能控制，提供用戶的使用效果；并使?jié)L刷的一端與驅(qū)動電機(jī)動力連接，形成動力滾刷，從而實(shí)現(xiàn)黑板擦自動擦刷功能。

2滾刷式智能機(jī)器人黑板擦擦除機(jī)理

滾刷式智能機(jī)器人黑板擦裝置，主要由控制系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)和吸塵器三部分有機(jī)地組合成一體。控制系統(tǒng)屬于智能機(jī)器人的大腦，包含控制器CPU，根據(jù)設(shè)定的擦除區(qū)域，識別、判斷和決策擦除的速度和力矩，吸塵的流量和吸塵風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速等，置于操縱手柄中；執(zhí)行系統(tǒng)根據(jù)控制系統(tǒng)控制器CPU發(fā)出的信息，由執(zhí)行控制單元操縱電機(jī)驅(qū)動模塊，執(zhí)行電機(jī)的啟停狀態(tài)，滾筒擦除設(shè)備根據(jù)指令，識別出擦除區(qū)域[2]，判斷需要擦除的黑板粉筆字，并實(shí)施已決策的速度、力矩等；吸塵器屬于關(guān)鍵輔助機(jī)構(gòu)。智能機(jī)器人黑板擦記憶每次的擦除區(qū)域，擦除量的大小，粉塵測試傳感器測試吸入的粉塵量等參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)便識別、判斷和決策新的任務(wù)量，從而執(zhí)行更高效、更節(jié)能地執(zhí)行擦除工作。

2.1擦除機(jī)理

智能手柄控制器由操縱手柄，電源集成管理器，驅(qū)動控制器，通信接口模塊構(gòu)成；滾筒擦除設(shè)備由驅(qū)動模塊與電機(jī)，電機(jī)控制架，旋轉(zhuǎn)滾筒等構(gòu)成；吸塵器由吸塵風(fēng)扇、吸塵囊，排塵口等構(gòu)成。滾筒擦除設(shè)備由固定毛刷旋轉(zhuǎn)軸，軸承及軸承座，驅(qū)動電機(jī)，動力傳動裝置，旋轉(zhuǎn)滾筒，旋轉(zhuǎn)毛刷，電機(jī)控制架等新發(fā)明設(shè)備構(gòu)成；黑板的擦除潔凈程度，主要是由固定毛刷旋轉(zhuǎn)軸的直徑和毛刷的致密度決定的。與滾筒擦除設(shè)備相匹配的吸塵器，“鱷魚嘴”式的吸塵口中布置檢測吸入的粉塵測試傳感器，根據(jù)吸入粉塵量，設(shè)定閾值，由粉塵控制單元分析，吸塵器的工作狀態(tài)。

擦除時(shí)，黑板根據(jù)需要擦除的區(qū)域用紅色的粉筆圈出，設(shè)置于黑板擦上的圖像感應(yīng)模塊，采集到紅色線狀圖像，則即向中央控制模塊發(fā)出區(qū)域指令，中央控制模塊收到區(qū)域指令后，控制驅(qū)動電機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)，開始擦除。當(dāng)圖像感應(yīng)模塊，識別出黑板擦移動至紅色粉筆的邊界時(shí)，則使?jié)L刷停止擦刷工作，避免擦除標(biāo)記區(qū)域以外的內(nèi)容。根據(jù)設(shè)定，圖像感應(yīng)模塊還能夠感應(yīng)其他顏色或其他的特殊標(biāo)記。

在黑板擦移動的同時(shí)，所述圖像感應(yīng)模塊，還實(shí)時(shí)檢測黑板擦當(dāng)前擦除區(qū)域的內(nèi)容疏密程度，通過現(xiàn)有的二值化識別技術(shù)[3]，分析得到白色粉筆在當(dāng)前黑板擦除區(qū)域內(nèi)的疏密程度[4，5]，當(dāng)圖像感應(yīng)模塊感應(yīng)到當(dāng)前擦除區(qū)域需要擦除的內(nèi)容較為密集，則向中央控制模塊發(fā)送密集信號[6]，中央控制模塊接收密集信號后，增大驅(qū)動電機(jī)的力矩及轉(zhuǎn)動速率，從而增大滾刷的擦除效率，當(dāng)圖像感應(yīng)模塊感應(yīng)到當(dāng)前擦除區(qū)域需要擦除的內(nèi)容較為稀疏[7]，則向中央控制模塊發(fā)送稀疏信號，中央控制模塊接收稀疏信號后，減小驅(qū)動電機(jī)的力矩及轉(zhuǎn)動速率，從而降低滾刷的擦除效率，減少黑板擦的電能損耗。

為了操作者的擦除方便，也可以用手動按鈕進(jìn)行操作。

2.2控制策略

滾刷式智能機(jī)器人黑板擦的控制策略，根據(jù)擦除需求，擦除區(qū)域識別策略和粉塵收集需求，進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，驅(qū)動4個MCU滾刷電機(jī)進(jìn)行工作，見圖3所示。

智能機(jī)器人黑板擦的驅(qū)動控制策略由中央控制模塊發(fā)出指令，根據(jù)設(shè)定感應(yīng)特殊標(biāo)記或設(shè)定顏色的擦除區(qū)域，由圖像感應(yīng)模塊，按照擦除區(qū)域識別策略，感應(yīng)擦除圖像，確定力矩驅(qū)動策略、滾刷電機(jī)力矩控制策略和考慮擦除內(nèi)容力矩速度分配策略，移動黑板擦，使4個MCU滾刷電機(jī)執(zhí)行指令[8]。

粉塵傳感器用于檢測滾刷揚(yáng)起的灰塵含量，所述粉塵傳感器與所述中央控制模塊電性連接，所述中央控制模塊，根據(jù)粉塵傳感器檢測的灰塵含量，控制泵吸部件的泵吸速率，當(dāng)粉塵傳感器檢測的灰塵含量較大時(shí)，所述中央控制模塊控制泵吸部件的泵吸速率加快，當(dāng)粉塵傳感器檢測的灰塵含量較小時(shí)，所述中央控制模塊控制泵吸部件的泵吸速率減慢，節(jié)約電力成本。

3結(jié)語

本文創(chuàng)新性地提出了教學(xué)輔助滾刷式智能機(jī)器人黑板擦，包括三部分：控制系統(tǒng)是智能手柄控制器，執(zhí)行系統(tǒng)是滾筒擦除設(shè)備和吸塵器組成，三者有機(jī)地組合成一體。智能手柄控制器由操縱手柄，電源集成管理器，驅(qū)動控制器，通信接口模塊構(gòu)成；滾筒擦除設(shè)備由驅(qū)動模塊與電機(jī)，電機(jī)控制架，旋轉(zhuǎn)滾筒等構(gòu)成；吸塵器由吸塵風(fēng)扇、吸塵囊，排塵口等構(gòu)成。

根據(jù)生產(chǎn)需求，低成本地提出了滾刷式智能機(jī)器人黑板擦總體設(shè)計(jì)和擦除機(jī)理，控制系統(tǒng)裝置屬于智能機(jī)器人的大腦，包含控制器CUP，是創(chuàng)新性的內(nèi)容，要根據(jù)市場需求，重點(diǎn)開發(fā)。執(zhí)行系統(tǒng)裝置中的滾筒擦除設(shè)備是新提出的結(jié)構(gòu)設(shè)備，是本論文的關(guān)鍵部件，需要重點(diǎn)開發(fā)。吸塵器裝置中的“鱷魚嘴”式的吸塵口裝置需重新開發(fā)，粉塵測試傳感器、粉塵控制單元需要重新開發(fā)，吸塵風(fēng)扇和吸塵囊等可采購市場中現(xiàn)有的產(chǎn)品，無需增加成本。從而實(shí)現(xiàn)了高效快捷，使用方便和經(jīng)濟(jì)安全的擦除；省時(shí)省力，智能便捷，操作簡單，清潔黑板和低碳環(huán)保的目標(biāo)。

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篇(7)

機(jī)器人競賽

機(jī)器人競賽是一項(xiàng)很好的科技創(chuàng)新活動，形式繁多，內(nèi)容豐富。設(shè)計(jì)方案的開放性，也為學(xué)生的創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。參賽者可以用不同的方法實(shí)現(xiàn)同一個項(xiàng)目，通過比賽，激發(fā)其對機(jī)器人的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)他們積極探索機(jī)器人新科技，為其自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供良好的平臺。中國機(jī)器人大賽暨RoboCup公開賽：1999年，在RoboCup國際委員的支持和授權(quán)下，首屆中國機(jī)器人大賽暨RoboCup公開賽在中國重慶舉辦，目前是中國機(jī)器人最具影響力的賽事，比賽共設(shè)立12類65項(xiàng)賽事。機(jī)器人競賽種類多、規(guī)模大、水平高，為大學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐活動提供了很好的平臺?！拔磥砘锇椤北袊悄軝C(jī)器人大賽（暨國際機(jī)器人滅火比賽中國賽區(qū)選拔賽），是中國人工智能機(jī)器人專業(yè)委員會等多個單位主辦的一項(xiàng)全國性賽事。大賽包含機(jī)器人救火大賽、機(jī)器人足球比賽、機(jī)器人創(chuàng)新大賽、機(jī)器人搜救大賽、機(jī)器人擂臺賽和機(jī)器人舞蹈戲劇大賽等6個主題項(xiàng)目。其中機(jī)器人救火大賽是國際賽制機(jī)器人滅火比賽（暨國際機(jī)器人滅火比賽中國賽區(qū)選拔賽）?！帮w思卡爾”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽，由教育部委托高等學(xué)校自動化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會主辦。競賽分競速賽與創(chuàng)意賽兩類比賽。自2006年首次舉辦以來，“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽已經(jīng)成功舉辦了6屆。

機(jī)器人實(shí)踐教學(xué)的具體實(shí)施

機(jī)器人競賽、創(chuàng)新實(shí)踐是一項(xiàng)很好的科技創(chuàng)新活動，機(jī)器人的趣味性易于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和研究的興趣，同時(shí)將創(chuàng)新實(shí)踐、競賽引入教學(xué)過程，使學(xué)生變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)和研究?！皺C(jī)器人項(xiàng)目教學(xué)法”的一般教學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1所示：“項(xiàng)目教學(xué)法”最顯著的特點(diǎn)是“以項(xiàng)目為主線、教師為引導(dǎo)、學(xué)生為主體”，改變了以往“教師講，學(xué)生聽”被動的教學(xué)模式，創(chuàng)造了學(xué)生主動參與、自主協(xié)作、探索創(chuàng)新的新型教學(xué)模式。本文以參加2012年中國機(jī)器人大賽暨RoboCup公開賽的醫(yī)療與服務(wù)機(jī)器人組的項(xiàng)目為例，在比賽初期確定人員，將不同專業(yè)和不同年級的學(xué)生組成一個競賽小組，研究競賽規(guī)則、制定項(xiàng)目方案、機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、程序調(diào)試，學(xué)生分工合作，過程中集思廣益、取長補(bǔ)短、團(tuán)結(jié)協(xié)作。這種在探索中學(xué)習(xí)的過程是其他教學(xué)環(huán)節(jié)無法實(shí)現(xiàn)的，對于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力非常重要。本文以一種醫(yī)療與服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)為導(dǎo)向的項(xiàng)目教學(xué)法，按照以下六個教學(xué)步驟進(jìn)行：

1.項(xiàng)目的申請

本學(xué)院主要參加了醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人、機(jī)器人游中國、擂臺等機(jī)器人項(xiàng)目，學(xué)生可以針對感興趣的比賽項(xiàng)目，或者根據(jù)江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃，申報(bào)項(xiàng)目，填寫申請書。教師針對學(xué)生申報(bào)的項(xiàng)目，分析學(xué)生的實(shí)際情況，建議選擇項(xiàng)目規(guī)模和難度適中的項(xiàng)目。中國已經(jīng)進(jìn)入了老齡化社會，而且在今后幾年內(nèi)老齡人口數(shù)量將會呈上升趨勢，老齡化將更加嚴(yán)重。老齡化使社會的勞動力減少，一些老年人不僅不能參加勞動，而且有的甚至失去了自理能力，需要人照顧，這就增加了他們的子女以及社會的負(fù)擔(dān)。年輕人為了工作日益繁忙，在目前服務(wù)行業(yè)工作者稀缺的背景下，在醫(yī)院時(shí)不時(shí)會有行動不便的病人需要護(hù)士和家人的攙扶。而在沒有人幫助的情況下，行動不便的病人寸步難行，稍有不慎就有可能摔倒受傷。所以筆者建議學(xué)生選擇參加醫(yī)療與服務(wù)機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)與制作賽項(xiàng)，設(shè)計(jì)一種醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人更好的服務(wù)病人。

2.項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的建立

建立學(xué)生團(tuán)隊(duì)，營造互相競爭、互相幫助的學(xué)習(xí)氛圍，學(xué)生在做項(xiàng)目過程中攜手合作，彌補(bǔ)相互間的不足，遇到問題大家一起討論解決，這讓學(xué)生體會到團(tuán)隊(duì)的重要性，做到共同進(jìn)步。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)的學(xué)生分工明確，每人負(fù)責(zé)項(xiàng)目的某一部分，使學(xué)生真正參與到項(xiàng)目中，整個項(xiàng)目的完成，離不開每一個學(xué)生，學(xué)生為使項(xiàng)目不會因?yàn)樽约贺?fù)責(zé)的部分沒有完成而主動學(xué)習(xí)，主動查資料，可以培養(yǎng)和提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。學(xué)生團(tuán)隊(duì)的建立，應(yīng)考慮學(xué)生的專業(yè)，年紀(jì)，特長等因素。教師確定一名隊(duì)長，根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)，隊(duì)長可以自己招學(xué)生，實(shí)現(xiàn)學(xué)生管理學(xué)生。參加醫(yī)療與服務(wù)機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)與制作賽項(xiàng)，筆者選擇了5名學(xué)生，隊(duì)長由09級的一名學(xué)生擔(dān)任，該生組織能力比較強(qiáng)，專業(yè)能力也比較脫出，由他負(fù)責(zé)整個項(xiàng)目的進(jìn)展，匯報(bào)工作。其他學(xué)生分別是1名2009級的，2名2010級的，1名2011級的，專業(yè)分別是自動化、測控、電氣。

3.項(xiàng)目任務(wù)、計(jì)劃的制定

團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人制定機(jī)器人項(xiàng)目工作計(jì)劃，確定工作步驟。機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的智能儀器。本次設(shè)計(jì)的醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人由小組討論決定，醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人外形像輪椅，病人能夠獨(dú)自駕駛?cè)セ?yàn)室拿取報(bào)告，去門診找醫(yī)生復(fù)診，降低護(hù)士工作量及病人家屬的負(fù)擔(dān)。為使醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人更好的服務(wù)病人，該團(tuán)隊(duì)為機(jī)器人設(shè)置了兩種模式：座椅模式和病床模式，免去了病人就診、休息時(shí)需要被移動到病床上的麻煩。機(jī)器人將現(xiàn)場鍵盤控制和遠(yuǎn)程控制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)護(hù)士對病人的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)，機(jī)器人在前進(jìn)過程中，檢測到前方有障礙物時(shí)就會立刻停下，減少不必要的事故。同時(shí)機(jī)器人配備了機(jī)械手，可以幫助病人取物品，最大程度幫助病人。根據(jù)團(tuán)隊(duì)中學(xué)生的專業(yè)、特長等分配任務(wù)，負(fù)責(zé)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的學(xué)生需要畫圖紙、電焊等來完成機(jī)器人結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、機(jī)械手的設(shè)計(jì)；電路設(shè)計(jì)的學(xué)生制作包括單片機(jī)電路、電源穩(wěn)壓電路、電機(jī)驅(qū)動電路、紅外避障電路、鍵盤輸入電路；測控專業(yè)的學(xué)生負(fù)責(zé)電路的測試、場地的制作等工作；程序編寫的學(xué)生，完成程序的設(shè)計(jì)、調(diào)試；控制界面的設(shè)計(jì)由另外一個學(xué)生負(fù)責(zé)，主要是VB編寫上位機(jī)、WIFI攝像頭的調(diào)試、藍(lán)牙通信的調(diào)試。根據(jù)機(jī)器人項(xiàng)目的特點(diǎn)，學(xué)生在制作過程中可適當(dāng)?shù)刈饕恍┱{(diào)整。根據(jù)項(xiàng)目完成的時(shí)間確定工作步驟，進(jìn)行時(shí)間分配。最終得到教師的認(rèn)可才能執(zhí)行。

4.項(xiàng)目制作

學(xué)生自己確定各自在小組中的分工，然后按照已確立的工作步驟和程序工作。基于機(jī)器人項(xiàng)目的作品成果形式多種多樣，可以是調(diào)查報(bào)告、實(shí)物模型、演講稿、論文等。通過展示作品成果，可反映學(xué)生在項(xiàng)目完成過程中所掌握的技能。本次設(shè)計(jì)的醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人成果包括機(jī)器人模型一個、機(jī)器人設(shè)計(jì)與使用說明書一份、演講稿一份。在本項(xiàng)目比賽結(jié)束后，指導(dǎo)學(xué)生按照他們設(shè)計(jì)的醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人撰寫論文、申請專利。

5.項(xiàng)目檢查評估

整個項(xiàng)目檢查評估采用答辯的形式向教師匯報(bào)，首先由隊(duì)長對整個項(xiàng)目進(jìn)行匯報(bào)總結(jié)，再由隊(duì)員對自己負(fù)責(zé)的工作進(jìn)行匯報(bào)和自我評估，并且對設(shè)計(jì)的醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人進(jìn)行展示，教師根據(jù)團(tuán)隊(duì)成員的表現(xiàn)、研究成果表述和作品的展示進(jìn)行檢查，為到現(xiàn)場比賽作準(zhǔn)備。針對項(xiàng)目中出現(xiàn)的問題，師生共同討論，教師引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考問題，解決問題。學(xué)生通過對比師生評價(jià)結(jié)果，找出造成結(jié)果差異的原因

6.項(xiàng)目資料歸檔或應(yīng)用

為使學(xué)生養(yǎng)成良好的習(xí)慣，項(xiàng)目結(jié)束后，教師監(jiān)督學(xué)生將項(xiàng)目工作資料整理歸檔，材料包括項(xiàng)目申報(bào)書、進(jìn)度表、機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)圖、程序設(shè)計(jì)流程、機(jī)器人控制程序、項(xiàng)目結(jié)項(xiàng)書、項(xiàng)目報(bào)告講義等。

機(jī)器人項(xiàng)目教學(xué)的成果

機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐是一個綜合性、高難度的科技制作過程，有利于提高學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。在教師指導(dǎo)下，學(xué)生通過自己查閱資料、提出有創(chuàng)意的設(shè)計(jì)方案，選擇合適的元件，設(shè)計(jì)、焊接電路，編程、測試程序等，充分調(diào)動了學(xué)生的積極性，發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力，使學(xué)生在實(shí)踐中進(jìn)一步提高自己的綜合能力。有助于將學(xué)生的興趣應(yīng)用到教師的科研中，使學(xué)生們熱愛科技，投身科技，在學(xué)校形成良好的科技學(xué)術(shù)氣氛。本校參加機(jī)器人競賽源于2010年，當(dāng)時(shí)參賽的賽事為“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽、中國機(jī)器人大賽暨RoboCup公開賽、江蘇省機(jī)器人大賽、“未來伙伴”杯機(jī)器人競賽，并因此開設(shè)了機(jī)器人技術(shù)、機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐與競賽等公共選修課；制定了《大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目負(fù)責(zé)制實(shí)施辦法》，針對項(xiàng)目采取一系列措施，保證學(xué)生能在項(xiàng)目的過程中鍛煉自己的能力，同時(shí)能保證創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目的創(chuàng)新性。實(shí)踐教學(xué)效果顯著，本校代表隊(duì)在2012年第七屆“飛思卡爾”杯華東賽區(qū)比賽中，獲得攝像頭組第一名，晉級參加全國決賽的隊(duì)伍，獲得全國攝像頭組特等獎。2012年中國機(jī)器人大賽暨RoboCup公開賽獲得3項(xiàng)季軍，2010年“未來伙伴杯”獲得滅火比賽冠軍，受邀參加在美國舉辦的國際機(jī)器人滅火比賽。