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教育机器人软件系统的设计与开发

2020-12-06阅读(413)

教育机器人软件系统的设计与开发

论文摘要

教育机器人是一个通用的智能化教育平台,融合了现代工业设计、机械、电子、计算机软硬件、人工智能等诸多领域的先进技术。软件系统是教育机器人平台的重要组成部分,提供的功能包括：算法编辑环境、可视化仿真环境、机器人控制等。目前应用的教育机器人软件系统功能单一,针对性差,不能发挥教育机器人的性能。因此,开发融合先进教学理念、功能丰富、高效的教育机器人软件系统是实现教育机器人平台的重中之重。本文依托东北大学“985工程”流程工业综合自动化科技创新平台,在研究现有教育机器人机械系统和控制系统的基础上,设计和开发了满足功能要求的教育机器人软件系统,并对系统的有效性进行了实验验证。本文的主要研究内容如下：1.从教育机器人软件系统的具体功能要求出发,分析了现有教育机器人软件系统的优势和不足,按照系统化、模块化的设计思想,提出了教育机器人软件系统系统设计要求,完成教育机器人软件系统的需求分析。2.基于DSS(Decentralized Software Service)服务组件模型和面向服务体系结构,设计了教育机器人软件系统,提出了教育机器人软件系统框架,分别设计了集成开发环境子系统、仿真子系统和接口子系统的功能和结构。3.根据系统的设计思想和框架结构,开发了教育机器人软件系统。采用自定义控件和消息响应的方法,实现了DSS服务开发和监控一体化的集成开发环境；建立了教育机器人虚拟仿真对象模型和仿真环境,并开发数据通讯DSS服务实现Simulation Environment与Matlab的联合仿真；开发接口DSS服务实现了系统内与系统间的交互。4.进行教育机器人软件系统的实验验证和性能分析。分析了软件系统性能和3D仿真系统的仿真可信度,设计了基于代码/图形化控制算法的虚拟仿真对象和实物对象实验,验证了软件系统的可靠性和设计的合理性。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题的研究背景
  • 1.1.1 教育机器人概述
  • 1.1.2 教育机器人应用
  • 1.1.3 教育机器人系统结构
  • 1.2 教育机器人软件系统的研究现状
  • 1.3 课题的研究意义
  • 1.4 本文的主要工作
  • 第2章 教育机器人平台描述
  • 2.1 教育机器人平台结构
  • 2.2 教育机器人平台组成系统概述
  • 2.2.1 机械系统
  • 2.2.2 硬件系统
  • 2.2.3 软件系统
  • 2.2.4 实验系统
  • 2.3 软件系统在教育机器人平台中的作用
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 教育机器人软件系统设计
  • 3.1 Microsoft Robotics Studio简介
  • 3.2 教育机器人软件系统总体架构设计
  • 3.2.1 教育机器人软件系统的需求分析
  • 3.2.2 软件系统功能设计
  • 3.2.3 软件系统结构设计
  • 3.3 集成开发环境子系统设计
  • 3.3.1 集成开发环境的设计理念
  • 3.3.2 集成开发环境子系统的功能需求
  • 3.3.3 集成开发环境子系统功能设计
  • 3.3.4 集成开发环境子系统结构设计
  • 3.4 仿真子系统设计
  • 3.4.1 MSRS Simulation Environment简介
  • 3.4.2 仿真子系统的功能需求
  • 3.4.3 仿真子系统功能设计
  • 3.4.4 仿真子系统结构设计
  • 3.5 接口子系统设计
  • 3.5.1 Matlab实时通讯
  • 3.5.2 接口子系统功能需求
  • 3.5.3 接口子系统功能设计
  • 3.5.4 接口子系统结构设计
  • 3.6 本章小结
  • 第4章 教育机器人软件系统开发
  • 4.1 教育机器人软件系统体系结构
  • 4.1.1 DSS服务概述
  • 4.1.2 基于DSS服务的软件系统结构实现
  • 4.2 集成开发环境子系统开发
  • 4.2.1 基于组件模型的体系结构实现
  • 4.2.2 人机界面的开发
  • 4.2.3 编辑编译环境开发
  • 4.2.4 服务调度功能实现
  • 4.2.5 基本数学库开发
  • 4.3 仿真子系统开发
  • 4.3.1 虚拟仿真对象建模
  • 4.3.2 运动场景建模
  • 4.3.3 与Simulink联合仿真实现
  • 4.4 接口子系统开发
  • 4.4.1 Matlab的实时交互服务实现
  • 4.4.2 与仿真子系统的交互
  • 4.4.3 与教育机器人硬件系统的交互
  • 4.5 本章小结
  • 第5章 系统性能分析和应用实例
  • 5.1 系统仿真可信度研究
  • 5.1.1 仿真可信度评估
  • 5.1.2 相似度方法
  • 5.1.3 仿真子系统可信度定量分析
  • 5.2 系统的实时性分析
  • 5.2.1 仿真子系统的实时特性分析
  • 5.2.2 服务的实时特性分析
  • 5.3 应用实例
  • 5.3.1 基于教育机器人软件系统实验方法
  • 5.3.2 基于Matlab脚本语言的仿真实验
  • 5.3.3 基于Simulink的联合仿真实验
  • 5.3.4 基于代码的实物对象控制实验
  • 5.4 本章小结
  • 第6章 结论与展望
  • 6.1 工作总结
  • 6.2 以后研究工作展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士期间发表的论文

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