基础机器人教学实验项目开发与研究

论文摘要

创新是一个民族进步的灵魂,是国家兴旺发达的不竭动力。要把潜在的创新能力转化为现实的创新能力,必须要有一个激发潜能,形成创新能力的环境和氛围。培养学生创造力是教育创新的当务之急,开发基础机器人教学实验项目是激发学生创造力的有效途径之一机器人作为机械学、电子学、计算机技术、人工智能等学科的典型载体被用于高校的实践教学,但目前其应用的规模仍有待扩大,而且部分产品或者价格过高或者过于简单,不能满足机器人教学需求。德普施公司的BASIC Stamp微控制器和可拆装机器人(宝贝机器人、相扑机器人、步行机器人),允许不同工程知识背景的工科学生动手组装自己的机器人,搭建、检测、控制机器人电路,然后编写程序,控制机器人的各种动作和行为,是目前国内较先进的基础工程训练平台。对于宝贝机器人,深入分析了其结构组成、电气原理；对机械零部件和电器元件的原理、功用进行了详细介绍；说明了宝贝机器人伺服电机控制原理,机器人行走方向、速度、路线控制方法；阐述了触觉导航模块、光敏电阻导航模块、红外线导航模块的功能原理,电气连接和程序编制方法。开发的实验有：伺服电机的控制,组装测试宝贝机器人,宝贝机器人走矩形轨迹,宝贝机器人触觉避障,宝贝机器人跟踪光源,宝贝机器人红外避障,宝贝机器人距离检测。对于相扑机器人,对其历史、现实意义、发展趋势以及相扑机器人比赛做了简单介绍；对其结构组成、电气原理进行了深入分析；详细阐述了界线传感器、红外线检测对手原理,电气连接和程序编制方法。开发的实验有：组装测试相扑机器人,相扑机器人避免出界,相扑机器人锁定对手,相扑比赛。对于步行机器人,详细介绍了其国内外发展历史、研究现状以及对其研究的原因和目的；详细介绍了步行机器人的组装过程；对比了步行机器人伺服电机和宝贝机器人伺服电机的特性、功能、控制方法；阐述了步行机器人行走和转弯动作原理,实现方法,编程技巧；红外线导航原理和实现方法。开发的实验有：组装测试步行机器人,步行机器人伺服电机控制,步行机器人行走,步行机器人转弯,步行机器人红外线避障。对基础机器人进行了创新性研究。利用机器人红外线导航原理,开发了机器人检测边缘功能；扩展了机器人红外线检测范围,使其不仅可以检测到前方障碍物(包括较低的障碍物,比如地面突起),还可以检测地面凹陷(比如台阶)；提出机器人困在墙角问题,帮助机器人逃离墙角；研制出音乐机器人。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状、发展动态
• 1.3 课题理论意义及实际应用价值
• 1.4 机器人教学实验室介绍
• 1.5 论文工作内容
• 第2章 基础机器人芯片、编程语言及电子器件
• 2.1 BASIC STAMP 2芯片
• 2.2 BASIC STAMP编辑器
• 2.3 编程语言指令集
• 2.4 电子器件
• 2.5 本章小结
• 第3章 宝贝机器人
• 3.1 宝贝机器人的伺服电机
• 3.1.1 伺服电机简介
• 3.1.2 伺服电机的调零
• 3.1.3 伺服电机的控制
• 3.2 宝贝机器人的组装和测试
• 3.3 宝贝机器人动作
• 3.3.1 机器人行走的基本动作
• 3.3.2 匀变速运动
• 3.3.3 走矩形轨迹
• 3.4 宝贝机器人触觉导航
• 3.4.1 机器人的触角安装及测试
• 3.4.2 机器人利用触须避障
• 3.5 宝贝机器人光敏电阻导航
• 3.5.1 光敏电阻电路搭建及测试
• 3.5.2 宝贝机器人趋光运动
• 3.5.3 机器人利用RC电路测试光线强度
• 3.5.4 机器人光源跟踪
• 3.6 宝贝机器人红外线导航
• 3.6.1 红外线检测对简介
• 3.6.2 红外线检测对电路:搭建及测试
• 3.6.3 红外线避障
• 3.7 宝贝机器人的距离检测
• 3.7.1 距离检测的原理
• 3.7.2 宝贝机器人尾随运动
• 3.8 宝贝机器人实验
• 3.8.1 宝贝机器人组装及测试实验
• 3.8.2 宝贝机器人走矩形轨迹实验
• 3.8.3 宝贝机器人触觉导航实验
• 3.8.4 宝贝机器人光敏电阻导航实验
• 3.8.5 宝贝机器人红外线导航实验
• 3.9 本章小结
• 第4章 相扑机器人
• 4.1 相扑机器人研究历史与意义
• 4.2 相扑机器人的组装
• 4.3 相扑机器人基本动作
• 4.4 界线传感器及边缘检测
• 4.4.1 界线传感器原理
• 4.4.2 界线传感器的检测
• 4.4.3 界线传感器检测边界
• 4.5 相扑机器人红外检测对手
• 4.6 机器人相扑比赛
• 4.7 相扑机器人实验
• 4.7.1 相扑机器人组装及矩形轨迹测试实验
• 4.7.2 界线传感器检测及应用实验
• 4.7.3 相扑机器人红外检测和相扑比赛实验
• 4.8 本章小结
• 第5章 步行机器人
• 5.1 步行机器人研究历史、现状和目的
• 5.2 步行机器人结构组成
• 5.3 步行机器人的组装
• 5.4 步行机器人伺服电机
• 5.4.1 步行机器人电机与宝贝机器人电机比较
• 5.4.2 两种电机特性曲线比较
• 5.5 步行机器人行走
• 5.5.1 步行机器人行走原理
• 5.5.2 步行机器人行走
• 5.6 步行机器人转弯
• 5.6.1 转弯原理
• 5.6.2 转弯受力分析
• 5.7 步行机器人红外线避障
• 5.8 步行机器人实验
• 5.8.1 步行机器人组装实验
• 5.8.2 步行机器人行走实验
• 5.8.3 步行机器人转弯实验
• 5.8.4 步行机器人红外线避障实验
• 5.9 本章小结
• 第6章 基础机器人创新性实验研究
• 6.1 机器人检测边缘
• 6.2 机器人红外线导航扩展
• 6.3 机器人逃离墙角
• 6.4 音乐机器人
• 6.5 本章小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 致谢