一、教学机器人的设计与实现（论文文献综述）
陈雯[1]（2019）在《双足教学机器人开发平台的研究与实现》文中进行了进一步梳理随着计算能力的剧增、学科技术相互渗透和不断发展,“新工科”背景下的教学模式不断革新。开发实现以双足机器人为载体的兼具机械控制、传感器开发、图像处理和神经网络学习等功能的多学科交叉融合的教学实验平台,为用户在实验与物联网和人工智能的实际应用之间搭建了桥梁。本文设计了双足教学机器人开发平台,将自动控制、计算机语言编程、可编程逻辑门阵列设计、嵌入式系统和人工智能等学科方向的实验学习进行融合,具有交互性强、拓展性高、开放性强等特点。论文的主要研究内容如下:首先,深入分析了设计总体要求以及软硬件协同的设计内容,确定了双足机器人的执行结构以及主控器选型。在系统设计方案中,考虑到本实验平台在开发语言环境、硬件可拓展性以及算法实现和硬件加速等多方面要求,选用了异构处理器平台PYNQ-Z1作为机器人主控板。其次,构建了基于PYNQ框架的双足教学机器人的定制混合库。该混合库的设计从理论的角度出发,落实到FPGA硬件实现,能够完成双足机器人的姿态设定、步态规划和基于卷积神经网络的图像分类工作。先建立了双足机器人运动学模型并推导了正逆运动学方程,探究了基于零力矩点约束的步态规划并对运动轨迹进行了仿真,提出了基于Arduino软核子系统的机器人控制方案。然后使用高层次综合工具设计并优化了适用于不同规模和不同结构的卷积神经网络加速器IP核,并使用Python语言封装了调用接口。最后,设计了双足教学机器人开发平台的应用方案。在Juypter Notebook网页端完成了对双足教学机器人的姿态、行走控制,使用摄像头采集前方视野中的手写数字字符图片并输入到卷积神经网络加速器进行前向预测。图像分类识别的结果可表征为命令含义做为双足机器人的行走指令,使机器人与外界信息实现识别与交互。实验结果表明了双足教学机器人开发平台的机械控制、神经网络学习,图像处理,Python语言编程等功能均达到了通用性高、开放性强的标准,满足了多学科交叉融合的学习要求。
赵炜[2]（2017）在《基于建构主义的辅助教学机器人设计与应用研究》文中指出随着人工智能技术和机器人技术的发展,机器人将拥有广泛的知识覆盖面与高度智能化水平,它为实现个性化教学和因材施教提供了一种可能,必定会为教育领域带来颠覆性的改变。在教育机器人的重多研究方向中,机器人辅助教学的研究还处于起步阶段,国内外的部分研究机构已开展了相关研究。机器人技术是辅助教学的手段,而“辅助教学机器人”作为实施机器人辅助教学的主要工具之一,目前仅仅是概念性的产品。机器人应用于教学过程,必将改变传统的课堂教与学的方式,也会促进教师工作的转型。本论文以机器人辅助教学作为研究对象,分别从理论和实践的角度展开研究,探究机器人应用于课堂教学实践的思路和方案,以期为机器人辅助教学领域带来突破和发展。本论文的主要研究工作如下:1.针对目前机器人辅助教学缺乏教学理念指导的问题,在建构主义教学设计的基础上,结合机器人的功能特点,提出一种基于建构主义的机器人辅助教学设计模式。借助系统动力学模型思想构建了教学设计系统变量集,并采用结构方程模型建模方法建立了教学设计模式的量化模型。2.分析了机器人辅助教学系统构成的核心要素及其相互关系,对C-RAI教学设计中的“建立学习定向点”和“探究学习”两部分进行细化,结合机器人技术和多媒体技术,分别提出机器人课堂讲授模式和机器人在线答疑模式。3.在综合分析RAI教学中机器人的功能需求的基础上,设计一款适用于RAI的辅助教学机器人,采用“机器人躯干+固定式底座”的人形结构设计,采用分层控制思想来架构机器人控制系统,实现机器人机械运动和语音合成等基本教学功能。并利用ROS MoveIt来搭建机器人的运动规划平台,对机器人运动进行模拟和仿真。4.根据C-RAI教学设计模式的基本框架完成详细的教学案例设计,将辅助教学机器人作为辅助教学的工具,应用于C-RAI教学案例,实施RAI教学实践。通过对比分析和调查分析的手段对教学结果进行分析,实践证明RAI这种新型的教学形式具有可行性,实现以学习者为中心,教师为主导,机器人为辅导的新型教与学的方式。
张照磊[3]（2017）在《基于STC12C5A60S2单片机教学用机器人控制系统设计》文中进行了进一步梳理机器人技术和机器人正逐步融入制造业,是全世界都在研制开发和应用的高新技术领域之一。教学机器人是机器人大家庭里的重要成员,它具有工业用机器人的特点,是学生学习机器人技术的平台。为了研究和设计适合中职学校使用的教学机器人,本文在对教学机器人国内外教学机器人发展现状的基础上,提出了基于STC12C5A60S2单片机的教学机器人控制系统的开发和设计方案。论文首先介绍了发展教学机器人的意义和设计教学机器人的原则,接着比较了教学机器人的设计方案。然后详细论述了控制系统硬件电路设计、控制系统软件程序设计,介绍了基于单片机的职业学校教学用机器人的设计思路和方法。根据职业学校对人才培养的要求,教学机器人需要具有职业学校的教学特点,对教学机器人控制系统总体方案进行设计,采用STC12C5A60S2单片机作为控制系统的控制核心,上位机采用通用PC机,机器人本体通过串口与PC机进行通讯。设计了由直流调速电机专用驱动芯片LMD18200为核心的运动控制模块、以功率驱动芯片L298N为核心的直流非调速电机驱动模块、以MAX232为核心的通讯模块构成的硬件电路,在此基础上设计了控制系统的软件,实现了机器人行走巡线、转弯、抓放工件等动作。最后,总结了本文的研究工作,并对未来的发展方向进行了展望。
杨志娟[4]（2016）在《某教学机器人机械系统研发工期预测与优化》文中进行了进一步梳理近年来,国家出台了一系列政策从产品、企业和行业三个层面来鼓励机器人及相关行业的发展,为满足这些行业的快速发展需求,迫切需要培养机器人相关的技术人才。因此,旨在满足教学实践的教学机器人需求量大增,市场前景广阔。由于教学机器人的创新度和客户需求响应度是教学机器人研发制造企业的核心竞争力,因此如何合理规划教学机器人的研发任务工期成为企业迫切关注的问题。本文以某教学机器人的机械系统为研究对象,针对其研发特点及工期管理存在的问题,对该研发任务的工期预测与优化开展了系统深入的研究工作,以期改善研发任务工期管理的现状,实现快速高效满足客户需求。本文主要研究内容如下:（1）在阐述某教学机器人机械系统研发过程的基础上,分析了其在任务工期管理方面存在的问题;从产品结构和产品功能的角度进行了研发任务分解,通过设计结构矩阵（DSM）建模实现了其耦合任务的识别,并运用割裂算法对耦合任务进行排序,为该项目任务工期预测与优化研究奠定基础。（2）在离散灰色预测模型DGM（1,1）的基础上,提出了基于五点三次平滑法的离散灰色预测模型IDGM（1,1）,将其应用于该研发项目的耦合任务工期预测中,实例验证了该模型的有效性,并与灰色预测模型GM（1,1）和DGM（1,1）进行对比分析及精度检验,验证了该模型的优越性;运用关键路径法对整个研发项目任务工期进行计算,实现了研发任务工期的预测。（3）针对教学机器人企业与关键研发单位在工期优化方面存在的利益冲突问题,在深入分析两者博弈关系的基础上,从收益激励角度出发,构建了基于Stackelberg博弈的研发任务工期优化模型,并运用布谷鸟搜索算法对该模型进行仿真验证,求得关键路径任务工期最优值;最后,对部分参数进行敏感性分析,验证了该模型的合理性和有效性。论文研究成果为研发项目的进度规划及制定具有一定的借鉴意义。
唐月[5]（2015）在《教学机器人软件系统的设计与实现》文中认为教学机器人的应用是一项智能化的教育平台,这种系统的设计不仅包括各个领域在技术上的应用和开发,所体现的功能也发挥了更大的先进性和丰富性。这种系统的开发和应用在设计方式中成为我国发展科技创新的主要关键,所以在本文中对教学机器人软件系统在设计以及实现方式上进行深度的研究和探讨。
陈鸣晖,钱桦,吴健[6]（2014）在《足式教学机器人的模块化设计》文中指出为了使教学机器人具有开放式、可重构的结构,以满足教学需求,根据模块化设计的原则对足式教学机器人进行了模块划分和模块化设计,使各模块构成的整体结构能协调运动,使之能适应不同的教学环境,完成多变的动作任务,激发学生的创造力以及对机器人知识的浓厚兴趣和热情。
陈震宇[7]（2014）在《轮臂组合教学机器人的设计与避障研究》文中进行了进一步梳理为了适应日新月异的机器人技术的发展,关于教学机器人的研究研发与普及推广逐渐成为各类高校机构和机器人公司的所关注的课题之一。本文设计搭建了一款轮臂组合教学机器人,并通过教学实验对其进行了实际检验,具有较为理想的教学效果。教学机器人的避障能力是影响其教学功能与适用范围的重要因素之一。为了改善教学机器人的避障能力,本论文首先通过动态神经网络与超声波传感器的信息融合技术,使机器人具有在运动过程中识别环境类型的能力,有利于减少避障算法的复杂度。其次,针对教学机器人使用环境的特殊性,本文改良了一种利用机器视觉与超声波传感器的定位方法,实现教学机器人对障碍物的识别与定位,为教学机器人的避障控制提供指导。最后,为了弥补教学机器人在未知环境中避障能力的不足,本文设计了一种结合自适应加权信息融合技术的模糊控制算法,通过Matlab仿真和轮臂组合机器人的实物实验,证明该算法能够使得轮臂组合机器人在未知环境中可靠运行。本论文的主要新颖之处在于：本论文设计的机器人,采用轮臂合一的结构,可以实现移动、避障、抓取等多种教学功能,经过课程实践的检验,证明其可以很好的结合学院课程,相比于单纯的轮式机器人和教学机械臂,其适用范围更广且具有更丰富的教学功能；将信息融合、机器视觉以及模糊控制技术融入教学机器人的避障控制之中,不但可以改善教学机器人的避障能力,同时也可以深化该机器人的教学功能。
李慧东[8]（2013）在《六自由度教学机器人的设计与研究》文中进行了进一步梳理改革开放以来,中国经济实现了高速增长,随着劳动力成本的不断上升,工业产业结构调整转型和产业升级的发展,机器人技术作为在工业领域中代表高科技产业的典范得到了迅速的发展。伴随着机器人产业的高速发展和机器人自身系统的不断升级、更新,行业发展的客观需要,使得人们越来越注意到培养与机器人学科有关的各级人才和技术人员成为了机器人产业发展的短板。于是为了适应这个迫切要求,一种专门面对教学和研究的实物载体——教学机器人,在教学中的应用也越来越重要。教学机器人是专门为大中专院校和职业高等技校机械设计、机电一体化系统设计和控制理论等相关专业和课程提供一个完全开放、创新的综合教学平台,其设计和开发具有重要意义。本论文利用虚拟设计技术并且结合教学机器人的相关应用背景,对教学机器人进行了各个关节和连接的结构设计和驱动的选型,并在最终SolidWorks中进行虚拟设计和装配,建立了三维实体模型。本次的设计为六自由度教学机器人,包含6个旋转关节,利用步进电机以及伺服电机进行驱动,选用铝合金材料为主体材料,整体结构简单,可靠,便于控制。然后,将三维实体模型导入ADAMS中构建了虚拟样机。并根据作图法,绘制出了教学机器人的理论工作空间,并在ADAMS中实现了工作空间的仿真和边界轨迹的绘制。利用ADAMS求解器进一步对机器人进行了运动学和动力学的正、逆仿真和分析,得到运动过程中各个关节的运动曲线和力矩曲线。接着利用有限元法和运动学和动力学分析得到的数据,对机器人的底座和底座与关节1连接轴在ANSYS中进行了静力学分析。通过分析,得到了在不同情况下底座在力矩峰值下底座的变形云图和应力云图以及轴的变形云图和应力云图。分析结果表明,所选的材料满足使用要求。在论文的最后对机器人智能控制的发展、特点和各种不同控制策略的区别进行了分析,并对教学机器人的自适应PID智能控制进行了分析和探讨,对机器人的智能控制技术有了更加深刻的了解,为进一步的教学机器人的控制研究打下了坚实基础。
王玉珏[9]（2013）在《我国高校工科机器人教育发展现状及对策研究》文中研究表明中国工程院创新型工程科技人才培养研究己显示,我国在未来经济发展和现代化建设中迫切需要的工程科技人才是多元化,多层次和多类型的工程科学和技术人才。不仅仅包含人才宝塔顶端的高层次领导者类型的工程科学和技术人才,还包括从事创新活动的现场的工程技术人员和工业技术人员,同时以研究为导向的学术人才,面向应用的专业人才,以及跨平台开发的复合型人才也是不可缺少的。机器人教育是高校培养工程科技人才的迫切需要,在大学工科领域开展机器人教育,开发机器人文化的教育功能和发掘智能机器人的教育价值,对推进机器人教育创新,促进教育改革和教育现代化,对提高学生的科技创新和综合实践能力的发展具有重要的现实意义。本文从理论研究和比较研究两个方面探讨了我国高校工科机器人教育发展的现状。从理论角度出发,根据目前界定的机器人教育的内涵及发展情况,提出了在我国高校工科实施机器人教育的必要性与重要性；通过比较研究,调查了我国三所高校工科机器人教育发展的现状,通过借鉴国外三所高校机器人教育发展的成果与经验,分析了我国工科机器人教育中存在的问题与不足。在此研究基础上,提出了促进我国高校工科普及机器人教育的改革措施和建议,以期对我国未来工程科技人才培养方式有一定的借鉴和指导意义。
余纯志[10]（2012）在《教学机器人软件系统的设计与实现》文中提出针对教学机器人应用领域的特殊性，它需要具有所有一般工业机器人的普遍性能，同时还应有应用广泛和廉价成本的特点。本文研究工作的目的即是以五自由度教学机器人为研究对象，设计实现教学机器人软件系统，该软件系统既可以作为教学机器人的控制软件，也可自行构成工业机器人的模拟操作环境，独立运行。本文以教学机器人软件系统的研制过程为背景，对软件系统的设计及实现方法作了详细说明，主要涉及到软件系统的结构及通讯接口的设计、教学机器人运动控制方法的分析、机器人指令系统的开发、综合操作平台软件及底层控制器软件的设计说明。在软件系统的研制过程中，主要解决了以下几个技术问题：上下位机多任务间的并行通讯、机器人的运动学分析、机器人关节空间及直角空间的轨迹规划、机器人任务编程指令的定义、示教再现功能的实现、机器人任务开发程序的研制及机器人控制系统的实时性。本文对教学机器人系统做了简单介绍，并具体说明了软件系统的结构、运行模式及系统各组成部分的功能。由于上下位机多个任务间的通讯需求是随机、并行发生的，不具有单一性，针对系统这种多任务并行通讯的特点，本文首先采用了结构化的方法将上下位机的通讯传输问题，转换成三个较小问题分解实现，然后在多任务环境下采用基于优先级定时调度的方法实现了通讯传输模块。对于教学机器人在关节空间和直角空间的轨迹规划及生成过程，本文也作了重点分析，同时还给出轨迹规划的实例说明，主要说明教学机器人指令系统的语法定义及其使用方法，通过对机器人任务文件及工作文件的格式设定，基本达到了机器人动作规划的编程实现。在整个软件系统设计过程中，设计者始终遵循方便用户、安全可靠、简单明了、注重可扩展性和可维护性的设计思想。所有程序已经顺利通过编译，而且软件系统在模拟运行模式下也已调试完成，运行结果良好，基本完成了总体设计上的功能要求。本课题所设计的教学机器人软件系统，成功地把软件工程的思想应用在软件的开发中。
二、教学机器人的设计与实现（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、教学机器人的设计与实现（论文提纲范文）
（1）双足教学机器人开发平台的研究与实现（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 双足教学机器人国内外研究现状 |
| 1.2.2 基于卷积神经网络的图像分类技术研究现状 |
| 1.2.3 研究现状总结与分析 |
| 1.3 主要研究内容与各章节安排 |
| 1.3.1 主要研究工作 |
| 1.3.2 论文内容安排 |
| 第二章 双足教学机器人开发平台设计方案 |
| 2.1 系统设计要求 |
| 2.2 基于PYNQ的机器人教学平台搭建 |
| 2.2.1 系统需求分析 |
| 2.2.2 PYNQ框架介绍 |
| 2.2.3 软硬件协同设计流程 |
| 2.2.4 系统设计方案 |
| 2.3 双足教学机器人应用实现 |
| 2.3.1 双足机器人步行控制 |
| 2.3.2 基于卷积神经网络的图像分类 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 双足机器人运动学分析和步态规划 |
| 3.1 双足机器人运动学分析 |
| 3.1.1 运动学建模 |
| 3.1.2 正运动学方程 |
| 3.1.3 逆运动学方程 |
| 3.2 双足机器人步态规划 |
| 3.2.1 稳定性分析 |
| 3.2.2 髋关节与踝关节轨迹规划 |
| 3.2.3 步态参数设计及步态生成 |
| 3.2.4 关节运动轨迹仿真 |
| 3.3 双足机器人运动轨迹规划MATLAB仿真 |
| 3.3.1 双足机器人单腿模型的构建 |
| 3.3.2 笛卡尔空间轨迹规划仿真 |
| 3.4 双足机器人行走应用的FPGA实现 |
| 3.4.1 MicroBlaze子系统框架 |
| 3.4.2 控制程序设计 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于卷积神经网络的图像分类 |
| 4.1 卷积神经网络 |
| 4.1.1 原理介绍 |
| 4.1.2 结构分析 |
| 4.1.3 典型算法 |
| 4.2 CNN加速器的设计 |
| 4.2.1 加速器工作流程 |
| 4.2.2 CNN加速器架构 |
| 4.2.3 CNN加速器设计空间探索 |
| 4.3 CNN加速器的FPGA实现 |
| 4.3.1 CNN加速器IP核设计 |
| 4.3.2 硬件系统设计 |
| 4.3.3 调用接口API封装 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 双足教学机器人开发平台综合测试 |
| 5.1 实验环境搭建 |
| 5.2 双足机器人行走功能测试 |
| 5.2.1 姿态测试 |
| 5.2.2 行走测试 |
| 5.3 基于卷积神经网络的图像分类功能测试 |
| 5.3.1 LeNet-5 结构介绍 |
| 5.3.2 手写数字图像识别 |
| 5.4 综合测试 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 本文主要工作总结 |
| 6.2 存在的问题与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间所取得的科研成果 |
（2）基于建构主义的辅助教学机器人设计与应用研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 选题背景及意义 |
| 1.2 发展历史及现状 |
| 1.2.1 教育机器人研究现状 |
| 1.2.2 机器人辅助教学发展历史及现状 |
| 1.3 论文主要研究内容和章节安排 |
| 1.3.1 主要研究内容 |
| 1.3.2 论文的章节安排 |
| 2 基于建构主义的RAI教学设计模式研究 |
| 2.1 建构主义理论 |
| 2.1.1 建构主义学习理论 |
| 2.1.2 建构主义理论与RAI的契合点 |
| 2.2 C-RAI教学设计模式 |
| 2.2.1 设计思想 |
| 2.2.2 C-RAI教学设计模式框架 |
| 2.3 C-RAI教学设计模式的量化模型 |
| 2.3.1 影响教学设计的变量 |
| 2.3.2 构建C-RAI教学设计的变量集 |
| 2.3.3 基于教学设计影响变量的分析模型 |
| 3 机器人参与的课堂教学模式研究 |
| 3.1 机器人辅助教学系统的构成 |
| 3.2 机器人课堂讲授 |
| 3.2.1 机器人授课设计方案 |
| 3.2.2 机器人课堂讲授模式 |
| 3.3 机器人在线答疑 |
| 3.3.1 智能答疑系统 |
| 3.3.2 机器人在线答疑模式 |
| 4 辅助教学机器人的设计与实现 |
| 4.1 辅助教学机器人功能需求分析 |
| 4.2 辅助教学机器人机械结构设计 |
| 4.2.1 头部设计 |
| 4.2.2 手臂设计 |
| 4.2.3 腿部及底座设计 |
| 4.3 辅助教学机器人功能实现 |
| 4.3.1 机器人控制系统架构 |
| 4.3.2 控制系统软件设计 |
| 4.3.3 机器人语音合成 |
| 4.4 辅助教学机器人运动仿真 |
| 4.4.1 机器人建模 |
| 4.4.2 运动规划 |
| 4.4.3 仿真结果 |
| 5 C-RAI教学设计案例与RAI教学实践 |
| 5.1 C-RAI教学设计案例 |
| 5.1.1 教学系统前端分析 |
| 5.1.2 建立学习定向点 |
| 5.1.3 探究学习 |
| 5.1.4 教学评价 |
| 5.2 机器人辅助教学实践 |
| 5.2.1 课堂教学实施 |
| 5.2.2 教学效果分析 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 下一步工作展望 |
| 参考文献 |
| 附录A：作者攻读硕士学位期间发表论文及科研情况 |
| 附录B：辅助教学机器人URDF格式描述文件 |
| 致谢 |
（3）基于STC12C5A60S2单片机教学用机器人控制系统设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.2 国内外机器人发展现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 本课题研究的目的及内容 |
| 1.3.1 本课题研究目的 |
| 1.3.2 研究的主要内容 |
| 1.4 论文章节安排 |
| 第二章 教学机器人总体机构设计 |
| 2.1 教学机器人设计目标 |
| 2.2 机器人机械结构选择 |
| 2.2.1 车体结构选择 |
| 2.2.2 行走机构选择 |
| 2.2.3 手爪机构选择 |
| 2.2.4 手臂机构选择 |
| 2.3 电源系统设计 |
| 2.4 微处理器的选择 |
| 2.5 传感系统设计 |
| 2.5.1 机械部件检测传感器 |
| 2.5.2 巡线检测传感器 |
| 2.5.3 PID算法 |
| 2.6 驱动系统设计 |
| 2.6.1 直流电机的控制原理 |
| 2.6.2 PWM信号的产生 |
| 2.7 教学机器人整体结构 |
| 2.8 本章小结 |
| 第三章 机器人控制系统的硬件电路设计 |
| 3.1 教学机器人硬件电路组成 |
| 3.2 机器人主控制电路设计 |
| 3.2.1 STC 12C5A60S2单片机电路设计 |
| 3.2.2 稳压电路设计 |
| 3.2.3 串口通讯电路 |
| 3.2.4 传感器输入接口电路 |
| 3.2.5 行走电机PWM和方向控制电路 |
| 3.2.6 非调速电机方向控制电路 |
| 3.3 巡线检测传感器信号处理电路 |
| 3.4 电机驱动电路 |
| 3.4.1 行走电机驱动电路 |
| 3.4.2 上部直流电机驱动电路 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 机器人控制系统的软件设计 |
| 4.1 软件开发平台 |
| 4.2 机器人巡线行走控制算法 |
| 4.3 教学机器人控制程序设计 |
| 4.3.1 系统程序控制流程 |
| 4.3.2 变量定义 |
| 4.3.3 机器人函数设计 |
| 4.4 程序下载 |
| 4.5 机器人调试 |
| 4.6 机器人教学应用 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 本文的主要工作 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间本人出版或公开发表的论着、论文 |
| 附录1 机器人函数 |
| 致谢 |
（4）某教学机器人机械系统研发工期预测与优化（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究进展 |
| 1.2.1 任务分解与排序研究进展 |
| 1.2.2 任务工期预测研究进展 |
| 1.2.3 任务工期优化研究进展 |
| 1.3 论文的研究思路及章节安排 |
| 1.3.1 研究思路 |
| 1.3.2 章节安排 |
| 第2章 某教学机器人机械系统研发过程及工期管理分析 |
| 2.1 某教学机器人机械系统研发过程分析 |
| 2.1.1 客户需求分析 |
| 2.1.2 总体方案设计 |
| 2.1.3 详细设计分析 |
| 2.1.4 研发技术路线 |
| 2.2 某教学机器人机械系统研发任务工期管理分析 |
| 2.2.1 任务分解与排序的现状及需求分析 |
| 2.2.2 任务工期预测的现状及需求分析 |
| 2.2.3 任务工期优化的现状及需求分析 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 某教学机器人机械系统研发任务分解及排序 |
| 3.1 任务类型介绍 |
| 3.2 某教学机器人机械系统研发任务分解 |
| 3.2.1 任务分解原则 |
| 3.2.2 任务分解方法 |
| 3.2.3 任务分解步骤 |
| 3.3 某教学机器人机械系统研发任务排序 |
| 3.3.1 基于设计结构矩阵（DSM）的耦合任务识别 |
| 3.3.2 非耦合任务排序 |
| 3.3.3 耦合任务排序 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 某教学机器人机械系统研发任务工期预测 |
| 4.1 改进离散灰色预测模型IDGM（1,1）的提出 |
| 4.1.1 累加累减生成算子 |
| 4.1.2 灰色预测GM（1,1）模型 |
| 4.1.3 离散灰色预测模型DGM（1,1） |
| 4.1.4 基于五点三次平滑法的改进IDGM（1,1）模型提出 |
| 4.2 灰色预测模型精度检验 |
| 4.3 基于IDGM（1,1）模型的耦合任务工期预测 |
| 4.3.1 耦合任务工期预测过程 |
| 4.3.2 基于IDGM(1,1)模型的耦合任务工期预测 |
| 4.3.3 基于IDGM（1,1）模型的耦合任务工期预测对比研究 |
| 4.4 某教学机器人机械系统研发任务工期预测 |
| 4.4.1 任务关键路径判定 |
| 4.4.2 研发任务工期预测 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 某教学机器人机械系统研发任务工期优化 |
| 5.1 Stackelberg博弈 |
| 5.2 利益主体的博弈分析 |
| 5.3 基于Stackelberg博弈的研发任务工期优化模型构建 |
| 5.3.1 博弈模型假设 |
| 5.3.2 效用函数设计 |
| 5.3.3 基于Stackelberg博弈的研发任务工期优化模型 |
| 5.4 某教学机器人机械系统研发任务工期优化 |
| 5.4.1 布谷鸟搜索算法 |
| 5.4.2 基于布谷鸟搜索算法的研发任务工期优化 |
| 5.4.3 相关参数的敏感性分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录A 攻读学位期间发表的论文目录 |
| 附录B 某教学机器人机械系统研发任务的分解模型 |
| 附录C 某教学机器人机械系统研发子任务的DSM |
| 附录D 布尔型DSM的运算结果 |
（5）教学机器人软件系统的设计与实现（论文提纲范文）
| 引言 |
| 1 教学机器人软件系统相关概念 |
| 1.1 机器人教学意义 |
| 1.2 研制机器人软件的技术要求 |
| 2 辅助教学功能设计 |
| 2.1 教学机器人轨迹规划及生成 |
| 3 教学机器人软件系统的实现 |
| 3.1 选择操作系统 |
| 3.2 操作程序 |
| 3.3 指令示教模块 |
| 结论 |
（6）足式教学机器人的模块化设计（论文提纲范文）
| 0 引言 |
| 1模块化设计的基本方法及设计原则 |
| 1.1模块化设计的基本方法 |
| 1.2 教学机器人模块设计原则 |
| 2 机器人结构参数的确定 |
| 2.1 本体材料选择及板厚的确定 |
| 2.2 孔间距和孔径 |
| 3 足式教学机器人模块化设计 |
| 3.1 模块划分 |
| 3.1.1 功能模块 |
| 3.1.2 辅助模块 |
| 3.2 双足机器人构型与方案确定 |
| 3.3 多足机器人构型与方案确定 |
| 4 结论 |
（7）轮臂组合教学机器人的设计与避障研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1. 绪论 |
| 1.1. 机器人教育与教学机器人 |
| 1.2. 教学机器人的国内外发展现状 |
| 1.3. 课题研究背景、意义与内容 |
| 2. 轮臂组合机器人的设计与教学验证 |
| 2.1. 教学机器人的功能需求分析 |
| 2.2. 教学机器人的机构本体及其运动模型 |
| 2.3. 教学机器人的机械结构 |
| 2.3.1. 教学机器人的车身部分 |
| 2.3.2. 教学机器人的机械臂部分 |
| 2.4. 教学机器人的硬件结构 |
| 2.4.1. 控制模块 |
| 2.4.2. 驱动模块 |
| 2.4.3. 通信模块 |
| 2.4.4. 电源模块 |
| 2.4.5. 外围电路 |
| 2.5. 轮臂组合教学机器人的教学实验 |
| 2.6. 本章小结 |
| 3. 轮臂组合机器人的测距技术 |
| 3.1. 教学机器人的测距技术 |
| 3.1.1. 红外传感器技术 |
| 3.1.2. 超声波传感器技术 |
| 3.2. 超声波传感器测量数据的标定 |
| 3.3. 多传感器信息融合技术 |
| 3.4. 基于超声波传感器的环境识别 |
| 3.4.1. BP神经网络 |
| 3.4.2. 融合的实现 |
| 3.4.3. 对环境类型识别的过程 |
| 3.5. 本章小结 |
| 4. 基于机器视觉的避障研究 |
| 4.1. 数字摄像机的几何成像模型与标定 |
| 4.2. 图像的边缘检测与提取 |
| 4.2.1. 图像的预处理 |
| 4.2.2. 边缘检测与提取 |
| 4.2.3. 图像处理中自动阈值选取方法 |
| 4.2.4. 直线提取与理解 |
| 4.3. 摄像机对目标的定位 |
| 4.3.1. 利用摄像机获取物体边缘信息 |
| 4.3.2. 摄像机对障碍物的定位 |
| 4.4. 超声波阵列对于目标的定位 |
| 4.5. 本章小结 |
| 5. 基于模糊控制的轮臂组合机器人避障研究 |
| 5.1. 自适应加权融合算法 |
| 5.2. 轮臂组合机器人避障模糊控制器的设计 |
| 5.3. 模糊控制算法的仿真与实现 |
| 5.4. 本章小结 |
| 6. 总结 |
| 参考文献 |
| 个人简介 |
| 导师简介 |
| 获得成果目录 |
| 致谢 |
| 附录A |
| 附录B |
（8）六自由度教学机器人的设计与研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 目录 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外教学机器人研究现状 |
| 1.2.1 机器人概述 |
| 1.2.2 国外教学机器人现状分析 |
| 1.2.3 国内教学机器人现状分析 |
| 1.3 本课题的研究内容 |
| 第2章 教学机器人机械系统设计 |
| 2.1 虚拟设计 |
| 2.2 总体设计 |
| 2.2.1 SolidWorks |
| 2.2.2 教学机器人基本参数的确定原则 |
| 2.2.3 机器人的技术参数 |
| 2.3 机械结构设计 |
| 2.3.1 整体结构 |
| 2.3.2 关节及其传动系统设计 |
| 2.3.3 电机选型 |
| 2.3.4 底座设计 |
| 2.4 小结 |
| 第3章 教学机器人运动学分析 |
| 3.1 虚拟样机的建立 |
| 3.1.1 ADAMS软件 |
| 3.1.2 虚拟样机的建立 |
| 3.2 工作空间 |
| 3.2.1 工作空间概述 |
| 3.2.2 工作空间分析 |
| 3.3 运动学 |
| 3.3.1 运动学概述 |
| 3.3.2 运动学建模 |
| 3.3.3 运动学正反解仿真分析 |
| 3.4 小结 |
| 第4章 教学机器人动力学分析 |
| 4.1 动力学概述 |
| 4.2 ADAMS多刚体动力学 |
| 4.3 教学机器人的牛顿-欧拉递推方程 |
| 4.3.1 牛顿欧拉方程 |
| 4.3.2 惯性张量 |
| 4.3.3 动力学问题递推算法 |
| 4.4 动力学仿真分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 机械结构有限元分析 |
| 5.1 有限元方法与ANSYS简介 |
| 5.2 有限元模型的建立 |
| 5.3 对底座和连接轴的有限元分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 机器人智能控制探究 |
| 6.1 智能控制的特点 |
| 6.2 智能控制方法和策略 |
| 6.2.1 机器人的模糊控制 |
| 6.2.2 神经网络控制 |
| 6.2.3 鲁棒控制 |
| 6.2.4 自适应控制 |
| 6.2.5 PID控制 |
| 6.3 教学机器人自适应PID控制模型探究 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 研究生期间的科研情况 |
（9）我国高校工科机器人教育发展现状及对策研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 问题的提出 |
| 1.2 研究意义 |
| 1.2.1 研究的理论意义 |
| 1.2.2 研究的理论价值与实际应用价值 |
| 1.3 研究综述 |
| 1.3.1 我国机器人教育研究现状 |
| 1.3.2 国外机器人教育研究现状 |
| 1.3.3 本研究要解决的问题 |
| 1.4 研究思路及方法 |
| 1.4.1 研究方法 |
| 1.4.2 研究的可行性分析 |
| 1.5 论文的创新点 |
| 1.6 概念辨析 |
| 1.6.1 机器人教育 |
| 1.6.2 教学机器人 |
| 1.6.3 工程科技人才培养 |
| 第二章 高校工科普及机器人教育的必要性 |
| 2.1 机器人教育的发展 |
| 2.1.1 机器人教育缘起背景 |
| 2.1.2 机器人教育与机器人竞赛 |
| 2.1.3 机器人教育与高等教育 |
| 2.1.4 机器人教育与工程科技人才培养 |
| 2.2 高校普及机器人教育的意义 |
| 2.2.1 学生工程思维的培养 |
| 2.2.2 机器人教育的前瞻性与融合性 |
| 2.2.3 机器人教育的实用性 |
| 第三章 国内高校工科机器人教育现状 |
| 3.1 国内高校机器人教育发展 |
| 3.1.1 兰州大学 |
| 3.1.2 中南大学 |
| 3.1.3 北京理工大学 |
| 3.2 国内高校机器人教育的特点 |
| 3.2.1 活动组织形式 |
| 3.2.2 课程内容 |
| 3.2.3 教学方式 |
| 3.2.4 评价方式 |
| 3.3 机器人教育模式中的不足 |
| 3.3.1 国内机器人教育发展过程中存在的问题 |
| 第四章 国外高校工科机器人教育现状 |
| 4.1 国外高校机器人教育发展 |
| 4.1.1 美国麻省理工学院 |
| 4.1.2 日本千叶大学 |
| 4.1.3 新加坡南洋理工大学 |
| 4.2 国外高校机器人教育的特点 |
| 4.2.1 形式多样的机器人教育 |
| 4.2.2 为学生提供创新平台 |
| 4.2.3 课业评价方式多样 |
| 4.2.4 学科交叉性是机器人课程的明显特性 |
| 4.2.5 手脑并用“从做中学” |
| 4.2.6 课程计划周详严谨 |
| 4.2.7 个性化突出的选课制度 |
| 4.3 国外高校机器人教育所给的启示 |
| 4.3.1 机器人活动组织形式 |
| 4.3.2 学生课业的评价 |
| 4.3.3 机器人教学平台的应用 |
| 4.3.4 校企合作带动机器人教育的良性发展 |
| 第五章 促进高校工科机器人教育发展的措施 |
| 5.1 明确工程科技人才培养目标 |
| 5.2 课程内容及教学实施的合理化 |
| 5.2.1 课程设置的改革 |
| 5.2.2 课程地位的提升 |
| 5.2.3 课程计划的改革 |
| 5.2.4 明确课程定位 |
| 5.3 加大师资队伍培养和建设力度 |
| 5.4 大学机器人教育领域的拓展 |
| 5.5 校企一体的科研发展 |
| 第六章 我国高校机器人教育发展前景 |
| 6.1 本研究的不足 |
| 6.2 未来研究展望 |
| 6.2.1 以“机器人教育”为核心的教学模式和教学方法的研究 |
| 6.2.2 机器人教育课程结构设置与改革 |
| 6.2.3 积极探索体感技术、智能传感器等新技术的教学研究 |
| 6.2.4 教学机器人课程评价体系的构建 |
| 参考文献 |
| 在学期间的研究成果 |
| 在学期间的获奖情况 |
| 致谢 |
（10）教学机器人软件系统的设计与实现（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.1.1 机器人教学的意义 |
| 1.1.2 机器人控制软件的研究现状 |
| 1.2 本课题研究的意义及内容 |
| 1.2.1 本课题的意义 |
| 1.2.2 主要内容及技术要求 |
| 1.2.3 主要技术问题 |
| 1.3 论文章节安排 |
| 2 软件系统结构及通讯接口的设计 |
| 2.1 软件系统的结构 |
| 2.1.1 教学机器人软件系统的组成说明 |
| 2.1.2 软件系统的结构及接口定义 |
| 2.1.3 软件系统的两种运行模式 |
| 2.1.4 各组成部分的功能说明 |
| 2.2 软件系统通讯接口的设计与实现 |
| 2.2.1 通讯接口的体系结构 |
| 2.2.2 字节数据传输层 |
| 2.2.3 帧数据链接层 |
| 2.2.4 应用分配层 |
| 2.2.5 软件系统通讯接口的实现方法 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 教学机器人运动控制系统设计 |
| 3.1 教学机器人示教再现技术 |
| 3.2 教学机器人运动控制方式 |
| 3.3 教学机器人运动学分析 |
| 3.3.1 教学机器人正运动学问题 |
| 3.3.2 教学机器人逆运动学问题 |
| 3.4 教学机器人轨迹规划及生成 |
| 3.4.1 机器人规划的基本概念 |
| 3.4.2 机器人轨迹规划及生成过程 |
| 3.4.3 关节空间轨迹规划 |
| 3.4.4 直角坐标空间轨迹规划 |
| 3.5 教学机器人运动控制指令系统 |
| 3.5.1 指令系统的语法定义 |
| 3.5.2 路径的描述及运动指令的格式 |
| 3.5.3 操作文件的格式设定及解释方法 |
| 3.5.4 指令系统任务开发流程 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 底层实时多任务控制软件的设计 |
| 4.1 软件设计方案 |
| 4.1.1 系统实现方法的分析与选择 |
| 4.1.2 操作系统的选择 |
| 4.1.3 编程语言的选择 |
| 4.2 总体结构 |
| 4.2.1 控制器系统模块的划分 |
| 4.2.2 模块的功能及优先级 |
| 4.3 人机交互接口的设计 |
| 4.3.1 人机交互接口的图形显示 |
| 4.3.2 人机交互接口的实现方法 |
| 4.4 主要功能模块的设计与实现 |
| 4.4.1 初始化模块 |
| 4.4.2 通讯处理类模块 |
| 4.4.3 指令解释模块 |
| 4.4.4 中断处理类模块 |
| 4.5 控制器多任务的建立及其运行结构 |
| 4.5.1 多任务的建立方法 |
| 4.5.2 控制器多任务的运行结构 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 教学机器人软件系统的仿真实现 |
| 5.1 软件设计方案 |
| 5.1.1 操作系统的选择 |
| 5.1.2 软件开发方法 |
| 5.2 操作程序的实现 |
| 5.2.1 操作主窗口 |
| 5.2.2 指令示教模块 |
| 5.2.3 鼠标示教模块 |
| 5.3 任务再现程序的实现 |
| 5.3.1 任务再现主窗口 |
| 5.3.2 本地再现模块 |
| 5.3.3 下位机再现模块 |
| 5.4 教学机器人软件系统的测试 |
| 5.4.1 传感器和执行机构的标定 |
| 5.4.2 仿真控制系统测试 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 结论 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文目录 |
| 附件 |
四、教学机器人的设计与实现（论文参考文献）
- [1]双足教学机器人开发平台的研究与实现[D]. 陈雯. 东南大学, 2019(12)
- [2]基于建构主义的辅助教学机器人设计与应用研究[D]. 赵炜. 重庆师范大学, 2017(01)
- [3]基于STC12C5A60S2单片机教学用机器人控制系统设计[D]. 张照磊. 苏州大学, 2017(06)
- [4]某教学机器人机械系统研发工期预测与优化[D]. 杨志娟. 湖南大学, 2016(02)
- [5]教学机器人软件系统的设计与实现[J]. 唐月. 信息技术与信息化, 2015(12)
- [6]足式教学机器人的模块化设计[J]. 陈鸣晖,钱桦,吴健. 机械工程与自动化, 2014(02)
- [7]轮臂组合教学机器人的设计与避障研究[D]. 陈震宇. 北京林业大学, 2014(12)
- [8]六自由度教学机器人的设计与研究[D]. 李慧东. 武汉理工大学, 2013(S2)
- [9]我国高校工科机器人教育发展现状及对策研究[D]. 王玉珏. 兰州大学, 2013(11)
- [10]教学机器人软件系统的设计与实现[D]. 余纯志. 上海交通大学, 2012(04)