简易家庭服务机器人毕业设计开题报告
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二、主要研究（设计）的基本内容和拟解决的主要问题、研究（设计）思想及工作方法或技术路线或工作流程
1、家用机器人的定义
机器人是一种机械或者虚拟的人工代理。通常的表现形式是一种可以通过自身的外显的运动或者变化传达出自主性的系统。机器人可以有具体化的形态，也可以是虚拟化的软件代理，但是后者在业内又被称作“Bots”以示区分。本文中如无特殊说明，所讨论的机器人是存在具体的物理外形的，由软件系统控制的智能化设备或装置。
[1]李宇翔，黄玉清. 简易家庭服务机器人系统设计[J]. 传感器与微系统, 2008
[2]C程序设计（第二版）谭浩强 著 清华大学出版社
[3]如何使用KEIL 8051 C编译器(韩) 金炯泰著 北京-北京航空航天大学出版社 2002
[4]单片机语言C51程序设计赵文博, 刘文涛编著 北京-人民邮电出版社 2005.10
第12—14周：根据机器人移动条件进行机器人地面移动及避障越障设计规划，利用proteus绘制电路图并实现软件仿真，利用KeilC51编译软件编程完成机器人的运动控制（移动，自主移动，避障，越障等）。
第15周：整理文档，完成毕业设计说明书。
第16周：校对所有设计内容，参加毕业设计论文答辩。
主要参考文献：
机器人集机、电、材料、计算机、传感器、控制技术等多门学科于一体，是一个国家高科技实力和发展水平的重要标志。随着智能机器人技术的迅速发展, 智能机器人的应用领域正在不断扩大, 已经开始进入了家庭服务行业, 由智能型家庭服务机器人代替人来完成清洁卫生、物品搬运、家电控制、家庭娱乐、病况监视、儿童教育、报时催醒、电话接听等各种家务劳动, 这种服务机器人是一种能够自主或者半自主地提供服务而不是提供生产的机器人, 它的使用能够提高人们的生活质量。
60年代后期到70年代初期，智能机器人引起许多学者的重视 美国，日本、英国等相继建立研究机构，开展T智能机器人的研究。斯坦福大学与麻省理工学院分别研制出具有“手眼 的机器人，进行引导式的积木装配。1968年斯坦橱研究所研制出带有电视摄象机和计算机的跟一车系统。随后， 日本研制出能按识别图形进行积木组装的机器人和带视觉反馈的手眼系统；英国爱丁堡大学也研制出手眼结合的系统。由于这些工作本身难度大离实用较远， 所以进入7O年代之后， 研究重点转向智能机器人的单元技术： 如计算机视觉、机器人语言、操作器的高级控制、触觉等研究课题。智能机器人基础技术的发展， 促进整机性能提高， 开始了面向自动化应用研究。
我国的现代加工制造业在以往阶段所引进和消化的生产能力与技术实力己经有了一定的基础，并且在一些经济活跃地区已经形成了一个相对完整的产业生态链。在新的产业浪潮下，发展我国的机器人工业，特别是家用机器人产品，是提升制造业自主创新水平和增强产品竞争力，占据行业领先地位的必然趋势。但同时我们也面临着技术基础薄弱，精密制造也不发达的现状。从整合创新、引进吸收入手，充分把握市场需求和行业发展方向，中国的商用机器人行业才能取得突破。
[13]周远清，张再兴等. 智能机器人系统[M]. 北京：清华大学出版社，1989.
[14]王敏等. 基于传感器和模糊规则的机器人在动态障碍环境中的智能运动控制[J]. 控制理论与应用，2000，6：819~825.
指导
教师
意见
指导教师签字___________
年月日
院系
毕业
设计
领导
小组
审核
意见
难度
国内研究现状
国内机器人的研究起步较晚，目前和国际先进水平还有一定差距。1988年国防科技大学研制的六关节平面运动型双足步行器“先行者”是国内第一台仿人智能机器人。能够以每秒两步的频率动态步行，能够在小偏差的不确定环境中行走，并具有一定的语言功能。
目前国内最先进的仿人智能机器人是由北京理工大学研制的BHR-2。BHR-2型机器人，身高1.6m，体重63kg，共32个自由度。以1km/h的速度行走，步幅0.33m。配备力传感器、视觉传感器、加速度计、倾角计、编码器等各类传感器共44个，具有视觉、语音对话、力觉、平衡觉等功能。
机器人的应用范围广泛，从航空航天到精密电子，它们大量的出现繁重而又需要精密劳动的生产制造部门，也会出现在科学探险或国防军事等需要出生入死、吃苦耐劳的环境中。随着计算成本的下降，硬件设计的进步，机器人无疑将在今后的一段时间内逐渐进入我们的生活中。区别于产业机器人和特种用途的其他产品，本文定义以日常生活用途为主要功能诉求的，面向普通消费者设计开发生产的机器人产品为家用机器人。
相对于其他的高技术产品，机器人产品的设计开发对交叉学科团队的配合工作能力要求更高，更为强调人本设计思想的贯彻和实施。这是由于它的产品特征所决定，这些特征包括以下几个方面:首先，消费机器人市场价格敏感程度要远高于其他机器人应用领域。技术方案的评估、筛选和实施的侧重点在于合理的成本评估和之后的产业化前景上。其次，在成本控制和技术条件的约束下，家用机器人产品有着苛刻的产品易用性要求，产品的目标用户存在着更多的个体差异。再者，可扩展性和标准化可以保护开发投入，也是产品序列开发设计的重要保证，这对于一个处于发展期的新产品行业尤为重要。最后也是最为重要的一点，用户体验和积极态度的形成往往是决定产品的被市场接受程度。本文将在讨论中详细剖析这些产品特征的成因与相互间的联系，阐明家用机器人的产品设计流程与规范，进一步完善技术产品化理论与设计方法学。
对于机器人产品投资者来说，目标永远是在大批量出产的机器人上都预装自行开发的系统。当然目前为止，教育和科研机构还是机器人产品的主要客户。不过这个市场本身的容量就不大而且已经趋于饱和。各公司急于寻找到进军家用机器人领域的切入口。这是一种技术力量上的内在推动，各种技术方案都希望凭借着自身的独特优势获得一席之地。
三、毕业设计（论文）工作进度安排
第1—3周：收集资料，初步构思机器人的模型。
第4—5周：完成开题报告，进行开题答辩。
第6—8周：机器人电路及控制程序总体设计。
第9—11周：根据机器人运动约束条件，在动力学仿真软件ADAMS中建立简单的机器人运动学模型，对具有初步行走功能的虚拟样机进行运动学仿真和实验验证，得出结论。
[9]机器人学（第二版）蔡自兴编著 清华大学出版社 2000.
[10]电力电子技术（第四版） 王兆安 黄俊主编 机械工业出版社 2007.7
[11]电机与拖动（第二版） 唐介主编 高等教育出版社 2008.12
[12]检测与转换技术（第三版） 常健生 石要武 常瑞等编著 机械工业出版社 2009.6
综合训
练程度
是否隶属科研项目
教学院长（公章）___________
年月日
备注：1、题目类型分为：理论研究、应用研究、设计开发和其它。
2、题目难度分为：A、B、C、D四个等级。
3、综合训练程度分为：A、B、C三个等级。
国外研究现状
智能机器人的研究是从扩大计算机的功能，使计算机更有用开始的。1958年Shah一01111和Minsky首先提出给计算机装上“手的想法，1961年麻省理工学院林肯实验室的H．A．Ernst把AMF公司的处理放射性物质的伺服操作器和Tx一0计算机连接起来，研制出具有触觉的、用计算机控制的MH一1智能机器人。它能凭触觉决定物体的形状， 并把散放的积木进行组装。与此同时，L．G．Roberts开展了给计算机装上。眼一的研究，即以电视摄象机作为与计算机的接口， 进行物体识别研究 1963年他又发展了齐次坐标变换法，用于决定机器人的位置和方向，提出了机器人位置控制方法。1957年出现了装有电视摄象机的并由计算机控制的带视觉的机器人 这种机器人通过电视摄象确定物体的位置，用齐次变换的数学方法计算出各关节的转角和手臂的位置。
西南科技大学城市学院
毕业设计（论文）开题报告
学院
机电工程系
专业班级
自动化0701
姓名
XXX
学号
20074Xபைடு நூலகம்XX
题目
简易家庭服务机器人系统设计
题目类型
应用研究
一、选题背景及依据（简述国内外研究现状、生产需求状况，说明选题目的、意义，）
背景及意义
近三十年来，计算机技术、集成电子电路高度发展、人工智能理论与实践的长足进步、新型传感器和先进的微型机电设备等领域的突破，带来了机器人技术前所未有的发展机遇。这些突破性的新技术为机器人产业的迅速崛起奠定了基础。己经有一批企业面向市场开始提供商品，一大批新公司和研发机构迅速壮大，投身于制造新式玩具、为开发者提供各种组件，还出售其他各种平台化的产品。同时，它也是一个竞争激烈、群雄割据的行业，又是一场在产业崛起的初期进行的行业标准的争夺。虽然已经有TERSP(EvolutionRoboties)和MSRS(MierosofRoboti。Studi。)之类的标准或平台。大部分实际开发项目复杂而且进展缓慢，在民用领域的实际应用中所取得的成功案例寥寥无几。
2、研究内容
从日趋成熟的机器人技术来看，机器人产品的设计开发己经不存在较大的技术障碍。但是将以往开发的科研案例或者特种行业产品直接带入民用领域是不切实际的，面向普通消费者的机器人产品某种程度上并不依赖于更加高级和复杂的技术方案，而重在实际效能和智能化给产品设计所带来的更为优越的用户体验。在机器人将开始走入日常生活之前，鱼待解决的问题是准确的产品定位和需求分析。这也是本文所主要论述的内容之一。
[5]丁学恭.机器人控制研究[M].杭州：浙江大学出版社，2007，9
[6]51单片机应用开发范例大全 宋戈 黄鹤松 员玉良 蒋海峰编著 人民邮电出版社2010.2
[7]王庭树.机器人运动学及动力学[M].西安：西安电子科技大学出版社,1990，12
[8]微机原理与接口技术 牟琦 聂建萍编著 清华大学出版社 2008.6
1、家用机器人的定义
机器人是一种机械或者虚拟的人工代理。通常的表现形式是一种可以通过自身的外显的运动或者变化传达出自主性的系统。机器人可以有具体化的形态，也可以是虚拟化的软件代理，但是后者在业内又被称作“Bots”以示区分。本文中如无特殊说明，所讨论的机器人是存在具体的物理外形的，由软件系统控制的智能化设备或装置。
[1]李宇翔，黄玉清. 简易家庭服务机器人系统设计[J]. 传感器与微系统, 2008
[2]C程序设计（第二版）谭浩强 著 清华大学出版社
[3]如何使用KEIL 8051 C编译器(韩) 金炯泰著 北京-北京航空航天大学出版社 2002
[4]单片机语言C51程序设计赵文博, 刘文涛编著 北京-人民邮电出版社 2005.10
第12—14周：根据机器人移动条件进行机器人地面移动及避障越障设计规划，利用proteus绘制电路图并实现软件仿真，利用KeilC51编译软件编程完成机器人的运动控制（移动，自主移动，避障，越障等）。
第15周：整理文档，完成毕业设计说明书。
第16周：校对所有设计内容，参加毕业设计论文答辩。
主要参考文献：
机器人集机、电、材料、计算机、传感器、控制技术等多门学科于一体，是一个国家高科技实力和发展水平的重要标志。随着智能机器人技术的迅速发展, 智能机器人的应用领域正在不断扩大, 已经开始进入了家庭服务行业, 由智能型家庭服务机器人代替人来完成清洁卫生、物品搬运、家电控制、家庭娱乐、病况监视、儿童教育、报时催醒、电话接听等各种家务劳动, 这种服务机器人是一种能够自主或者半自主地提供服务而不是提供生产的机器人, 它的使用能够提高人们的生活质量。
60年代后期到70年代初期，智能机器人引起许多学者的重视 美国，日本、英国等相继建立研究机构，开展T智能机器人的研究。斯坦福大学与麻省理工学院分别研制出具有“手眼 的机器人，进行引导式的积木装配。1968年斯坦橱研究所研制出带有电视摄象机和计算机的跟一车系统。随后， 日本研制出能按识别图形进行积木组装的机器人和带视觉反馈的手眼系统；英国爱丁堡大学也研制出手眼结合的系统。由于这些工作本身难度大离实用较远， 所以进入7O年代之后， 研究重点转向智能机器人的单元技术： 如计算机视觉、机器人语言、操作器的高级控制、触觉等研究课题。智能机器人基础技术的发展， 促进整机性能提高， 开始了面向自动化应用研究。
我国的现代加工制造业在以往阶段所引进和消化的生产能力与技术实力己经有了一定的基础，并且在一些经济活跃地区已经形成了一个相对完整的产业生态链。在新的产业浪潮下，发展我国的机器人工业，特别是家用机器人产品，是提升制造业自主创新水平和增强产品竞争力，占据行业领先地位的必然趋势。但同时我们也面临着技术基础薄弱，精密制造也不发达的现状。从整合创新、引进吸收入手，充分把握市场需求和行业发展方向，中国的商用机器人行业才能取得突破。
[13]周远清，张再兴等. 智能机器人系统[M]. 北京：清华大学出版社，1989.
[14]王敏等. 基于传感器和模糊规则的机器人在动态障碍环境中的智能运动控制[J]. 控制理论与应用，2000，6：819~825.
指导
教师
意见
指导教师签字___________
年月日
院系
毕业
设计
领导
小组
审核
意见
难度
国内研究现状
国内机器人的研究起步较晚，目前和国际先进水平还有一定差距。1988年国防科技大学研制的六关节平面运动型双足步行器“先行者”是国内第一台仿人智能机器人。能够以每秒两步的频率动态步行，能够在小偏差的不确定环境中行走，并具有一定的语言功能。
目前国内最先进的仿人智能机器人是由北京理工大学研制的BHR-2。BHR-2型机器人，身高1.6m，体重63kg，共32个自由度。以1km/h的速度行走，步幅0.33m。配备力传感器、视觉传感器、加速度计、倾角计、编码器等各类传感器共44个，具有视觉、语音对话、力觉、平衡觉等功能。
机器人的应用范围广泛，从航空航天到精密电子，它们大量的出现繁重而又需要精密劳动的生产制造部门，也会出现在科学探险或国防军事等需要出生入死、吃苦耐劳的环境中。随着计算成本的下降，硬件设计的进步，机器人无疑将在今后的一段时间内逐渐进入我们的生活中。区别于产业机器人和特种用途的其他产品，本文定义以日常生活用途为主要功能诉求的，面向普通消费者设计开发生产的机器人产品为家用机器人。
相对于其他的高技术产品，机器人产品的设计开发对交叉学科团队的配合工作能力要求更高，更为强调人本设计思想的贯彻和实施。这是由于它的产品特征所决定，这些特征包括以下几个方面:首先，消费机器人市场价格敏感程度要远高于其他机器人应用领域。技术方案的评估、筛选和实施的侧重点在于合理的成本评估和之后的产业化前景上。其次，在成本控制和技术条件的约束下，家用机器人产品有着苛刻的产品易用性要求，产品的目标用户存在着更多的个体差异。再者，可扩展性和标准化可以保护开发投入，也是产品序列开发设计的重要保证，这对于一个处于发展期的新产品行业尤为重要。最后也是最为重要的一点，用户体验和积极态度的形成往往是决定产品的被市场接受程度。本文将在讨论中详细剖析这些产品特征的成因与相互间的联系，阐明家用机器人的产品设计流程与规范，进一步完善技术产品化理论与设计方法学。
对于机器人产品投资者来说，目标永远是在大批量出产的机器人上都预装自行开发的系统。当然目前为止，教育和科研机构还是机器人产品的主要客户。不过这个市场本身的容量就不大而且已经趋于饱和。各公司急于寻找到进军家用机器人领域的切入口。这是一种技术力量上的内在推动，各种技术方案都希望凭借着自身的独特优势获得一席之地。
三、毕业设计（论文）工作进度安排
第1—3周：收集资料，初步构思机器人的模型。
第4—5周：完成开题报告，进行开题答辩。
第6—8周：机器人电路及控制程序总体设计。
第9—11周：根据机器人运动约束条件，在动力学仿真软件ADAMS中建立简单的机器人运动学模型，对具有初步行走功能的虚拟样机进行运动学仿真和实验验证，得出结论。
[9]机器人学（第二版）蔡自兴编著 清华大学出版社 2000.
[10]电力电子技术（第四版） 王兆安 黄俊主编 机械工业出版社 2007.7
[11]电机与拖动（第二版） 唐介主编 高等教育出版社 2008.12
[12]检测与转换技术（第三版） 常健生 石要武 常瑞等编著 机械工业出版社 2009.6
综合训
练程度
是否隶属科研项目
教学院长（公章）___________
年月日
备注：1、题目类型分为：理论研究、应用研究、设计开发和其它。
2、题目难度分为：A、B、C、D四个等级。
3、综合训练程度分为：A、B、C三个等级。
国外研究现状
智能机器人的研究是从扩大计算机的功能，使计算机更有用开始的。1958年Shah一01111和Minsky首先提出给计算机装上“手的想法，1961年麻省理工学院林肯实验室的H．A．Ernst把AMF公司的处理放射性物质的伺服操作器和Tx一0计算机连接起来，研制出具有触觉的、用计算机控制的MH一1智能机器人。它能凭触觉决定物体的形状， 并把散放的积木进行组装。与此同时，L．G．Roberts开展了给计算机装上。眼一的研究，即以电视摄象机作为与计算机的接口， 进行物体识别研究 1963年他又发展了齐次坐标变换法，用于决定机器人的位置和方向，提出了机器人位置控制方法。1957年出现了装有电视摄象机的并由计算机控制的带视觉的机器人 这种机器人通过电视摄象确定物体的位置，用齐次变换的数学方法计算出各关节的转角和手臂的位置。
西南科技大学城市学院
毕业设计（论文）开题报告
学院
机电工程系
专业班级
自动化0701
姓名
XXX
学号
20074Xபைடு நூலகம்XX
题目
简易家庭服务机器人系统设计
题目类型
应用研究
一、选题背景及依据（简述国内外研究现状、生产需求状况，说明选题目的、意义，）
背景及意义
近三十年来，计算机技术、集成电子电路高度发展、人工智能理论与实践的长足进步、新型传感器和先进的微型机电设备等领域的突破，带来了机器人技术前所未有的发展机遇。这些突破性的新技术为机器人产业的迅速崛起奠定了基础。己经有一批企业面向市场开始提供商品，一大批新公司和研发机构迅速壮大，投身于制造新式玩具、为开发者提供各种组件，还出售其他各种平台化的产品。同时，它也是一个竞争激烈、群雄割据的行业，又是一场在产业崛起的初期进行的行业标准的争夺。虽然已经有TERSP(EvolutionRoboties)和MSRS(MierosofRoboti。Studi。)之类的标准或平台。大部分实际开发项目复杂而且进展缓慢，在民用领域的实际应用中所取得的成功案例寥寥无几。
2、研究内容
从日趋成熟的机器人技术来看，机器人产品的设计开发己经不存在较大的技术障碍。但是将以往开发的科研案例或者特种行业产品直接带入民用领域是不切实际的，面向普通消费者的机器人产品某种程度上并不依赖于更加高级和复杂的技术方案，而重在实际效能和智能化给产品设计所带来的更为优越的用户体验。在机器人将开始走入日常生活之前，鱼待解决的问题是准确的产品定位和需求分析。这也是本文所主要论述的内容之一。
[5]丁学恭.机器人控制研究[M].杭州：浙江大学出版社，2007，9
[6]51单片机应用开发范例大全 宋戈 黄鹤松 员玉良 蒋海峰编著 人民邮电出版社2010.2
[7]王庭树.机器人运动学及动力学[M].西安：西安电子科技大学出版社,1990，12
[8]微机原理与接口技术 牟琦 聂建萍编著 清华大学出版社 2008.6