报告-机电工程学院-08-29-残疾人助手智能机器人

第一篇：报告-机电工程学院-08-29-残疾人助手智能机器人

残疾人助手智能机器人

08-29陶海明郭利根

指导教师刘国平教授

摘要：本文介绍了残疾人助手机器人的总体设计思想。整个系统采用模块化设计，分成机械与电控两个大部分，机械又分为底盘、升降和夹具三部分，电控分为主控，接口板，电机驱动器和传感器四个部分。最后讲述了本课项目的研究成果和创新点。

关键词：模块化；智能性；通用性

一、选题背景

目前，全世界60岁以上的老年人口已达到6亿左右，预计到2015年，60岁以上的人口将超过2亿，占总人口的14％，其中老年病患者约有50％需要护理服务。我国有各类残疾人约6千万，约占我国总人口的5％[1]。因此，我国合计需要进行护理的人口大约为1亿人。各类残疾人和长期卧床老年人的大量存在，使得助老助残问题正日益成为一个重大的社会问题。因此，研究一款可以帮助残疾人，老年人的科技产品，即有科研价值，也很有现实意义。

“亚洲广播电视联盟亚太地区机器人大赛(简称ABU-Robocon)是由亚广联节目部发起的致力于培养各国青少年对于开发、研制高科技的兴趣与爱好，提高各参与国的科技水平，为机器人工业的发展发掘培养后备人才的一项重要赛事。“亚太大学生机器人大赛”其宗旨是致力于培养各国青少年对于开发、研制高科技的兴趣与爱好，提高各参与国的科技水平，为机器人工业的发展发觉培养后备人才，激发大学生想象力，创造力，动手和动脑能力，将探索精神和创新思维付诸实践，推进机器人事业的普及和发展。

本项目成员都是南昌大学机器人队的成员，参加了两届亚机器人大赛国内选择活动。对于设计和制作机器人具有相当的经验与能力。我们目的是在现有参加亚太大学生机器人大赛国内选拔赛的机器人基础上，改进、研制智能助残机器人，探索机器人比赛与市场开发的衔接。

二、方案论述

残疾人助手机器人是为残疾人或老年人中行动不便的人设计的，帮助他们拿取物品。机器人工作于贴有白色路线环境的室内，用传感器检测白色，实现导航。机器人启动到达目的夹取残疾人所需物品后原来返回，将物品交给残疾人，一次任务完成。

三、研究方法

3.1总述

根据助残机器人的特点和功能，以及我们的经验，机器人采用模块化设计。机械与电子的设计都分别采用了模块化设计，并且最终集成到机器人总系统上，最终形成了助残机器人系统。模块化的设计有利于成本的降低，系统的修改升级和后来人的学习。

助残机器人的硬件由机械部分和电控部分组成。机械主要包括底盘部分、升降部分和夹持部分；电控主要包括主控板、接口板、电机驱动器、传感器（见图3-1）。

图3-1 机器人系统机构图

3.2机械结构

机械部分由底盘部分、升降部分和夹具部分组成。

底盘采用四轮方式[2]，前面是两个万向轮，用于辅助支持作用；而机器人的驱动与方向控制都是两后轮实现的，后轮转速可以由控制器分别控制，机器人就可以实现直线或拐弯等运动。

升降部分用电机提供动力，并且由履带将能量传递到夹具部分，实现夹具的升降。夹具部分由拖把改进而成，用丝杆传递动力。

3.3 电子与控制系统

控制系统也模块化设计方式，并用分布式控制，各部分的连接采用I2C通信。当用户向机器人下达行动命令后，机器人就可以自动运行并完成任务。

机器人以ARM为主控板，并嵌入μC/OSⅡ操

作系统，扩展接口板口、人机交互界面、传感器、电机驱动器等模块（见图3-2），它们之间的通信采

用I2C通信、或其它通信方式。

3.3.1 电机控制

电机采用直流无刷电机，选用MD200BL-24V

型驱动器，利用直流无刷电机的霍尔信号进行倍频

后作为反馈信号传递给闭环控制模块，闭环控制算

法采用PID速度控制方式，系统控制稳定可靠，尤

其是在低速下能达到最大转矩，且具有欠压、过流、霍尔信号非法报警功能[3]。

通过DAC转换芯片TLV5618改变速度控制口SV端电压，图3-2 控制系统机构图

TLV5618为带有缓冲基准输入的双路12位数模转换器，其输入量由SSP发送；使能、刹车、正反转、报警有GPIO口控制，只需改变GPIO的高低电平即可控实现相应功能。

3.3.2 导航系统

不同颜色的物体对可见光线反射程度不同,利用这一特性可以识别不同颜色的物体。正是基于该原理，设计了机器人的导航系统[4]。

将一束光照射到场地上，并用一个光敏三极管接收反射光，通过A/D采样，由于不同颜色地

面反射光的颜色与强度不同，所以采集到的A/D信号也有差异，用芯片处理就可以知道所在场地的颜色[3]。巡线与数线传感器都是采用这种方法设计的电路，其结构如图3-3所示。

导航系统，共集成了16路巡线采样通道和

4路数线采样通道。将传感器按一定方式排列，采集的信号由AVR芯片初步处理后送入上位机

（ARM芯片），上位机根据这些信息可以感知自

身位置并对电机等其他模块进行控制。

另外，机器人还有人机界面、夹具控制等部

分，限于篇幅，在此就不详细说明了。图3-3 巡线和数线传感器框图

四、研究结果

机器人系统是集成机械、电子、计算机、材料等学科的综合性项目。然而，机器人又不将对各学科的简单叠加，而是系统的融合。这个过程是一个不断调试，不断改进的过程。最终，才能做成一个机构可靠，电控稳定，算法合理的机器人系统。在制作完成后，我们进行了：（1）灯板的测试，主要测试其工作范围，抗干扰能力；（2）电机的测试。电机是决定机器人行动能力的一个关键因素，它的稳定由机械的可靠，电控的稳定，合理的算法决定；（3）夹具的设计，夹具是本机器人的一个关键功能部分，由于夹具要达到可夹紧多种物品，又可以夹住，所以夹具要有一定柔性，而且装有行程开关或夹紧开关。

通过对各部分的分别调试和最后联调后，机器人现在可以完成的任务是：用户给机器人上电，按下“确定”按键后，机器人可以顺着预定路线行走到物品前，夹取物品，后沿原路返回，最终把物品送给用户。

五、创新点

机器人技术现在是国际的前沿研究技术之一。在众多学者的研究与实践下，现在助残机器人有很多种，根据各国的技术特点，机器人的外形与功能也略有差异。

本课所研究的残疾人助手智能机器人是由南昌大学本科生所设计制作的，具有成本低廉，技术门槛低，制作方便等特点。但又融合了一些较新的技术，比如ARM芯片，并嵌入μC/OSⅡ操作系统使机器人带有一定的智能性。而且这整个机器人系统由模块化设计，具有相对独立性、可互换、可通用的特点，非常适合用来学习机器人，且有很大的改进空间。

六、参考文献

[1] 徐方,张希伟等.我国家庭服务机器人产业发展现状调研报告[J].机器人技术与应

用,2009(2),14-19.[2] 沈猛.轮式移动机器人导航控制与路径规划研究[D].西北工业大学博士学位论文,2006,3.[3] 深圳市美莱克科技有限公司．MD200BL-24V 型无刷电机驱动器说明书 [M] ．

[4] 李朋喜.基于RGB颜色传感器的植物颜色检测系统研究[D].河北农业大学.2009.6.

第二篇：智能机器人论文

湖南农业大学课程论文

学 院： 工学院 班 级：11级机械1班 姓 名： 曾强 学 号：201140614114 课程论文题目：未来智能机器人

课程名称：MCS-51单片机原理、接口及应用 评阅成绩： 评阅意见：

成绩评定教师签名：

日期： 2014年 5月 12日

未来智能机器人

摘要：机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。近二十年中，因为电脑技术、电子产品及生物遗传工程等技术的大踏步发展，“智能机械人”的研发热潮已从专业人士的实验室中走了出来，成为一种综合科研能力的开发活动。

关键字:智能，CPU，拟人化，人性化

（一）机器人的结构组成及工作原理

机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统等组成。执行机构即机器人本体，其臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副（转动副或移动副）常称为关节，关节个数通常即为机器人的自由度数。

检测装置的作用是实时检测机器人的运动及工作情况，根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求。

控制系统有两种方式。一种是集中式控制，即机器人的全部控制由一台微型计算机完成。另一种是分散（级）式控制，即采用多台微机来分担机器人的控制。如当采用上、下两级微机共同完成机器人的控制时，主机常用于负责系统的管理、通讯、运动学和动力学计算，并向下级微机发送指令信息；作为下级从机，各关节分别对应一个CPU，进行插补运算和伺服控制处理，实现给定的运动，并向主机反馈信息。

（二）机器人的未来发展

机器人的研究从一开始就是拟人化的，所以才有机械手、机械臂的开发与制作，也是为了以机械来代替人去做人力所无法完成的劳作或探险。但近十几年来，机器人的开发不仅越来越优化，而且涵盖了许多领域，应用的范畴十分广阔。大而言之，用之于太空开发，月球车，深海探测器，海洋石油开采，航天飞机机械臂等，小至微型手术机械，生命监测仪等。军事上的用途更是日新月异，从拆弹机器人、清除机器人到无人驾驶飞机、自动化战车，有人甚至预测未来战争可能如星球大战一样，是机器人的战争。至于工业、农业、遗传生物产业、医学、文化产业、电讯业、能源开发，都将因机器人的大量登场而出现产业革命。英国电讯公司未来学部门研究员曾因准确预测手机短讯、垃圾邮件及网上搜寻引擎的出现而闻名，在最近公布的科技展望五十年的预测中，其中就有数条是关于机器人的。未来的机器人将会朝着三个方面发展：

一、与人类的生活更为密切地结合起来，以为人提供更多服务作为要素

二十年后，家中扫除、清洁的工作或老人的护理保健的工作可能全由机器人取代。美国旧金山的医院已开始使用机器人为病人送药、配药的服务。美国的阿伊机器人公司的总裁接受媒体采访时表示，该公司生产的家用大扫除机器人产品，2002年只有一百二十万美元销售额，到2012年已猛增50倍以上。还有，家居的全自动化，无需驾驶的自动汽车等等，实在无法一一计数或做出估计。

二、仿生性，生物性的大趋向

以趣味性、生物性来制造机器狗、猫、鱼等动物。譬如日本三菱重工附属公司Ryomei Engineering研制成功的金色机械鱼“金鱼虎”长1公尺，重25公斤，是一只不小的巨鱼，能自动畅游于水中，可协助监察桥梁的保安和搜集鱼汛的情况，监视河水污染等。索尼公司研制的Aibo机器狗会对主人声音有情绪反应，已能够模仿喜怒哀乐和恐惧等情绪，将来可出现代替真正导盲犬的机器狗。另外，电影《侏罗纪公园》的恐龙机器人等也是例子。这类仿生性机器人还被广泛用于军事上的侦察救险、情报传送，甚至杀敌于无形的手段上去。美国夏威夷大学设有水下机器人研究中心，已具相当规模。今年八月初俄罗斯迷你潜艇在海底为渔网所缠，困于190米下的深海，就得助于英国的“天蝎”号救援艇之助而脱险的，“天蝎”号就是海底机器人。

三、最重要的发展是人性化

日本举行的万国博览会，被称为机器人的大集合之展览会，有人甚至将之称作“机器人万国博览会”，从中亦可看出日本的这一产业优势及成果。在展场中，接待处、大会清扫工作、警备工作等，多以机器人的形式出现与取替。博览会期间还举办多项人与机器人有关的活动，其中最引人注目的还是人工智能及人性化的机器人的表演，譬如接待处的一位女性机器人能听、说六国语言，而且说话时眼、嘴皆会动，面部肌肉也有活动。造型奇特有趣的高尔夫球机器人“坎迪—5”，它内置整个高尔夫球场的3D地形和球会会员的资料，并设置有全球卫星定位系统，能作360度自如旋转，它的系统将愈加精密，并更具人性化，科学家预计在2020年完成其全部制作时，它可充当球童并可从旁给予击球建议。此外，尚有具“视觉”、“味觉”的机器人，它的红外线测定可以对食物及饮品的成份、含量马上做出判定，譬如将一只苹果摆在其手臂前，可以打印出该只苹果的糖份、维生素含量等。最引人注目的是机器人管乐队的演奏，以机器人演奏真正的乐器，而且队形不断变换，演奏技术臻于上乘。东京大学于今年八月公布已开发出人的仿真性皮肤，可如人一样感受冷热、痛楚、温度反应，甚至一些人的皮肤未具有的功能都可以设定，这对仿造机器人的生命性又是一大进步。凡此种种，不一而足。

在世纪之交，生物遗传工程因“克隆人”的出现而引致伦理、法律及道德问题的争议，“克隆人”能否问世仍然是一个未知数，但机器人的研发正在取而代之，以越接近人性化为追寻目标。因而还为之出现了新的名词，比如人工智能（简称AI），并以下述二个英文名字用来指人类模样的机器人：androids和humanoids。西方的电影导演在谈到影视中出现的非常人性化的机器人时，更常常使用这些有明确倾向的专用词： A、变得人性化—humanize B、人性化的—humanized C、人道、仁慈—humanity。

我国的机器人研发工作基本上属于科学研究的项目，据说，中国科学院目前已造出说话时嘴唇能够活动、眼睛能转动、具视觉功能的机器人，其水准可媲美日本同行其实，机器人的制作绝对并非只是液压机械与电子产品的混成物，要将机器人造得越来越有人性化，就要兼及生命医学、传感、光学及创造性的文化产业等方面，比如机器人的关节就需要研究中医的经络学、生物学上的神经刺激反应以及文化产品的某种造型特征（其中很重要的是民族特征的外表）等等。英国的科学家甚至预言，到2020年，随着机器人愈来愈精密和使用有机零件制造，它们将会受到“机器人权”的保护。

在美、日、德、法、韩等国，机器人产业的开发正在日受重视，一般采取所谓的“官产学”形式。“官”即政府的制定政策及倾斜支持，调整产业结构。据情报显示，日本政府正在调整全国的产业制造结构，名古屋中部地区的未来产业为新型汽车工业，以大阪为中心的关西地方将以机器人产业为主，东京地区以资讯情报化为中心等等；“产”即产业界的自我分类的研究与开发，并将之变成产品，取得经济效益；“学”即学校设置专门的学科，教材则与以往不同，非全盘为学校教授所写，有一些则由产业研究所编写教材，利用电脑技术介入，反过来向大学师生出售。而专门出售机器人制作的教科书、教材及装配零件、专门杂志等也已成行成市，许多公司改变既有行业，转而生产为此服务的产品。那么，这是否将导致一场工业革命？现在断言尚为时过早。但可以预计的是，未来20年，机器人产业将成为未来新产业的一个领先潮流，在现代化的高科技战争中，机器人将发挥越来越大的战斗作用，从而减少前线士兵的人命伤亡，并以奇技利器克敌制胜。

总结 ：世界上先进的工业化国家都十分注重机器人的研究开发、实用化及产业化的动向，投入大量的资金、人力，优化环境及指标，特别是重视培养年轻人对此未来科学的兴趣，吸引他们的投入，以形成人材梯队，锻造出新的产业队伍。随着科学技术的飞速发展，未来的机器人将更加智能化。机器人技术综合了多学科的发展成果，代表了高技术的发展前沿，它在人类生活应用领域的不断扩大正在引起国际上重新认识机器人技术的作用和影响。

参考文献：

1.《人工智能的未来》 陕西科学技术出版社

作者：杰夫·霍金斯

2.《人工智能:一种现代的方法》 清华大学出版社

2006 05

第三篇：智能机器人心得体会

智能机器人心得体会

这学期我们在研究性学习课上学习了智能机器人。我对此非常感兴趣。我们的课程主要为对智能机器人进行了解与它在实际应用的领域。我们对它并不是很了解，但是经过了这一学期的课程后，对它有了一定的认识。智能机器人无论是在工业领域，还是娱乐领域，都是当今社会补课缺少的元素。智能机器人并非是一定要有实体，它可以是在计算机上的某种程序，例如：智能聊天工具……等一切得到人类指令并进行人性化判断和回复的，在我认为都可称作只能机器人。

人类对智能机器人的开发还有着一段距离，但我相信这是我们可以达到的！在课上我们观看了《铁甲钢拳》、《复仇者联盟2：奥创纪元》这两部影片。这里主要为我们展现出人们对智能机器人的想象，想象是科学事业的发展前提。在中国古代，人们的飞天梦，这就是一种想象，再有了想象之后，才有了目标和人们去实现他的动力，这才成就了那些伟大的科学家。

在《铁甲钢拳》中，男主角在垃圾场拾到早在很久的只能拳击机器人，他有一个非常bug的一个功能就是模仿人类的动作，因此在最后的拳王争霸赛上男主角的父亲亲自上场开启模仿功能机型比赛，虽败犹荣。这就是智能机器人可以对人累的动作进行判别与模仿。

在《复仇者联盟2：奥创纪元》中钢铁侠的科技对人们留下了深刻的印象，在此之中钢铁侠的铠甲和智能化的系统贾维斯都是人工智能的表现。

在我们生活中智能机气人也无处不再，比如扫地机器人等等…… 我们接触了机器人，机器人的程序没有太多的难点，我们并没有学习过C语言，可以说零基础基础，我们目前并没有实际操作。我们主要学习简单的指令来进行LED灯的控制，说起来只要两个字，做起来真的不是那么简单。

我看那些对机器人进行编程和操控感觉特别的炫。我个人对机器人也有这浓厚的兴趣。我也一直想着学好英语在将来可能进行编程之类的工作，但突然发现我的英语着实是有点差，不过虽然如此我也要努力去实现自己的梦想，现如今我学习美术并不代表不能从事这个事业，我相信在将来我可以自己进行编程和设计一个属于自己的智能机器人。

第四篇：智能机器人心得体会

很庆幸能够选修《智能机器人》这门课，通过了这门课使我对智能机器人有了一个更加清晰的认识，同时也激起了我对此方面的研究的兴趣。之前就对机器视觉，认知心理学，机器学习和人工智能颇感兴趣，并对此进行了深入的了解，通过这门课，我认识到，智能机器人作为这些学科的交叉产物，是个综合应用这些知识的最好的平台。通过这门课，我也从新认识了智能机器人制作的艰辛和困难性，使我认识到之前对此不以为然，眼高手低态度得幼稚。同时也教育我，任何一个项目本身所呈现的问题只是完成该项目所需工作的冰山一角，做任何事，都必须以谦恭，认真的态度对待。同时也是我懂得了，再将事情坐完之前不可轻易对此做出评价。

通过这门课我系统的认识了机器人的感念，综上所述,目前机器人无碰路径规划大致可分为两类:全局规划方法和局部规划方法.在全局规划方法中,主要是基于构形空间的自由空间法:将机器人和障碍物映射到构形空间,得到障碍区域和自由区域,然后在自由区域里寻找最佳路径;在局部规划方法中,主要是人工势场法:对障碍物建立排斥势场,对目标点建立吸引势场,根据传感装置反馈回来的机器人与障碍物之间的距离,在排斥力和吸引力的共同作用下,机器人绕开障碍物向目标点移动.通过这门课使我了解到智能机器人所必需的三部分，就如上面所列的，人工智能，超级计算机和机械结构。三者是组成智能机器人不可或缺的部分，人工自能赋予机器人，判断，推理，学习的能力。超级计算机提供强大的处理数据的能力，使的机器人能够快速对传感器信号经处理，同时对人工智能技术提供支持。机械结构是机器人的物理组成部分，一个机器人机械结构所具有的自由度数的多少，以及结构强度的大小，决定了机器人活动的灵活性。三者只有相互结合，紧密联系，才能实现机器人的智能化。机器人路径规划技术未来的研究重点是“仿人、仿生”智能。

虽然《智能机器人》只是一门选修课，但却是我受益匪浅，在这短短八周的时间里，这门课给我最大的帮助就是，激发了我对智能机器人相关领域的学习和研究的强烈兴趣，同时也是我认识到我们大学生所学课程的重要性，十分感谢倪建军老师的严谨教学。

第五篇：智能机器人_教案

智能机器人

教学目标：

1.运用多媒体手段，激发学生学习机器人的兴趣。2.了解生活中机器人。

3.让学生体验教学机器人的实际应用。

教学重点：

体验教学机器人的实际应用

教学准备：

多媒体课件、相关教学资源。

教学时间：

1课时

教学过程：

一、导入：

同学们，喜欢像变形金刚那样的机器人吗?(喜欢)现在，老师想给你们播放一群可爱的机器人跳舞的画面。想看不?(想)看之前我有个要求请你们看完之后告诉我这场舞蹈有什么不同的地方吗? 机器人已经开发研制出智能型、清洁型等等，随着信息技术飞速的发展，一种可以替代人类工作的特殊机器在20世纪诞生了，它不但可以在恶劣的环境下完成特殊工作，还具有类似人的一些智能，它就是我们未来生活中最亲密的朋友——机器人。今天，我们就一起走进机器人世界，初步认识和了解一种适合中小学学生学习用的智能机器人，共同探索机器人世界的奥秘。板书：智能机器人

二、新课

看了刚才的录像，你想进一步的了解机器人吗? 好，出示图片“生活中的机器人”。

要想知道这些东西对于我们现在的人类来说不是什么难事了，因为我们有了神奇的网络.就让这神奇的网络为我们推开了一扇通往机器人国度的窗户。那么我们怎样在网上搜索你想知道的机器人的相关内容呢？能根据你以往的知识和日常生活中积累的微机的知识来给大家说说吗? 生：（点击“e”图标，进入百度搜索首页，在搜索栏输入机器人内容，然后再点击“百度搜索”就可以了。）

师：你说的很明白，愿意为大家演示一下吗？ 生演示。

师：同学们，你们看明白了吗？

师：你现在是不是有点迫不及待了？别急，走进自选超市，读读我们的单元要求吧。（指名读）

现在就让我们走进网络，走进网络中的机器人世界！学生搜索资料并保存。(学生活动)现在我们知道机器人是一种通过编写好的程序来控制的机器，它是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。

你愿意把你搜集到的资料展示给大家看看吗？学生展示。(生边说教师边总结其中要有老师的鼓励行的语言,例如:你真了不起,能收集到这些看 ,你多厉害,真是现代的比尔.盖茨;你让我想竖起大拇指;真棒！!等等)。

师：看着同学们收集这么多的内容，老师也按耐不住自己的急迫心情，播放老师搜索的图片。播放机器人图片

师：这些机器人都是那么的可爱，今天我要把我们的机器人展现出来，让我们同学也来认识它，你们想看到它吗？ 出示课件

师：那么我们怎样才用我们的双手赋于它们人类的智慧呢！？ 出示课件 师：让我们看看这些小朋友是怎么把自己手中的小伙伴变成一个个能走、会看的机器人的吧！

三、拓展。

英国的莎士比亚曾经说过：“知识就是我们借以飞上天堂的羽翼。”聪明好学的同学们，看着这些你自己动手搜索来的机器人的有关资料,我想你们一定很高兴，那么，愿你们乘上网络这艘知识的快艇，在知识的广阔海洋尽情游弋!相信在不久的将来我们中国的比尔.盖茨一定会在你们中间产生的!