基于模块化设计的羽毛球教育机器人系统及教学设计
发布时间：2021-10-22 01:36
近年来,人工智能技术逐渐步入人们的视野。各类机器人教育培训机构和机器人生产厂商如雨后春笋般迅速发展。据搜狐网报道2018年中国机器人教育行业市场规模高达7.5亿人民币。但调查发现,现阶段教育机器人的发展并不完善。市场上大部分教育机器人功能有限,适用人群狭窄。大部分为积木型玩具和智能语音型玩具,真正具备教学意义的机器人相对较少。2019年6月大疆推出了首台教育机器人机甲大师S1,上市后受到市场广泛好评。但在模块化设计方面仍存在很大的提升空间,模块化过于简单,无法锻炼用户动手能力。针对目前市场上现有机器人所存在的不足,本文设计一种具备教学功能的羽毛球教育机器人系统并提供相应的教学设计框架。根据不同群体的用户,本文设计了三种不同模块化套餐的机器人。用户根据自身需求采购需要相应等级的套餐,学习相应课程。对此本文做了以下工作。了解当前国内外教育机器人发展情况,分析本文研究的意义。参考羽毛球运动模型,通过羽毛球运动模型分析影响羽毛球运动的击球因素,并结合这些因素和实际情况确定击球机构的自由度。最后根据机器人的自由度简单的介绍机器人的机械。通过分析羽毛球运动员击球的动作,确定羽毛球教育机器人所需要的...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：120 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
国内外常见教育机器人(a)NAO机器人；(b)Robonova机器人；(c)Alpha1S机器
电子科技大学术硕士学位论文6可得：exiey1VC)VCy(VlnCmt(2-3)代入(2-1)可解算出羽毛球在抛物线最高点坐标1A。假设羽毛球被击出瞬间时间为t，此时刻羽毛球运动可近视为直线，则此时羽毛球的仰角可表达为：t)x(Ht)y(arctanβ(2-4)假设羽毛球落地时间点2tt，则落地坐标为)cos)(,sin)((221txtxA。综上所述，羽毛球的运动轨迹和羽毛球的出球速度，出球水平角度，出球仰角，出球高度相关，通过控制羽毛球的这四个参数即可控制羽毛球的运动轨迹，且可通过仿真估算出羽毛球的落球点。图2-1羽毛球平面运动轨迹图2.2羽毛球运动员接球流程分析羽毛球运动员接球流程如图2-2所示，首先会通过眼睛捕捉羽毛球并根据经验判断落球点并判断羽毛球是否越界，如果越界则放弃接球返回到初始位置等待下一次接球，否则快速移动到接球点接球，完成接球后返回到初始点等待下一次接球。至此一个接球周期就算是完成了，再整个接球周期中，运动员首先是通过双腿快速移动到落球点附近，然后通过手臂精确调整球拍的位置，再然后挥动手臂完成接球任务，最后收回手臂，双腿快速移动到初始位置。综上所述，运动员直接参与执行接球任务可分解为三个动作，第一双腿快速移动到落球点附近，第二挥动手臂调整球拍的位置，第三挥动手臂执行击球任务。参照此思路，羽毛球机器人的接球的动作也可拆分成三个步骤进行。
第二章方案设计与分析7图2-2羽毛球运动员接球流程图2.3机械系统方案分析通过分析羽毛球运动员的接球动作，确定机器人所需要的执行机构，图2-3为羽毛球运动员接球流程分析。羽毛球运动员在整个接球过程中，主要分为两步，第一根据经验判断落球点，第二跑去接球点接球。其运动分析图2-3。图2-3羽毛球运动员接球流程图分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]NAO机器人在特殊迷宫环境行走导航[J]. 贾文川,汪志威,孙翊,魏力. 工业控制计算机. 2019(07)
[2]AI加持下的地表最萌机器人到底有多智能? 优必选悟空机器人体验评测[J]. 黄涛. 消费电子. 2019(06)
[3]大疆发布首款教育机器人[J]. 智能城市. 2019(10)
[4]两轮差速的服务机器人底盘驱动系统设计[J]. 陈秋霞,范烨,倪丽慧. 单片机与嵌入式系统应用. 2019(04)
[5]三轮全向移动机器人的运动控制[J]. 彭亚雪,王尊,杨婷君. 南方农机. 2019(06)
[6]中学生机器人编程在教学中的运用[J]. 向斌. 电子元器件与信息技术. 2018(11)
[7]基于优必选Alpha 1S仿人形舞蹈机器人的设计研究[J]. 蒋铄. 机器人技术与应用. 2018(05)
[8]教育机器人及其应用[J]. 李斌. 四川文理学院学报. 2018(02)
[9]基于二维码定位导航的两轮差速转向AGV设计[J]. 杨友良,胡少辉,赵丽宏,毛志强. 物流科技. 2017(10)
[10]教育机器人与机器人教育:未来教育的工具和方法[J]. 陈染. 中国科技教育. 2017(08)
硕士论文
[1]基于麦克纳姆轮的全向自行式移动平台研发[D]. 何超.西安理工大学 2018
[2]基于ROS的羽毛球机器人轨迹规划及运动仿真[D]. 曹狄.广东工业大学 2018
[3]三轮全向移动机器人的同时定位与地图创建[D]. 吴志志.西南科技大学 2018
[4]新型羽毛球自动发球机系统的设计与实现[D]. 董继波.电子科技大学 2018
[5]桌面3D打印机系统设计与实现[D]. 毛磊.重庆邮电大学 2017
[6]羽毛球机器人设计与研究[D]. 王恺睿.中国矿业大学 2017
[7]基于机器视觉的羽毛球路径跟踪算法的研究及实现[D]. 赵军.电子科技大学 2017
[8]麦克纳姆轮全向机器人移动平台的设计[D]. 郑仁辉.哈尔滨工程大学 2017
[9]小型教育机器人的设计与实现[D]. 谭雄乐.华南理工大学 2016
[10]基于麦克纳姆轮全向车设计与性能研究[D]. 朱艳杰.燕山大学 2016
本文编号：3450123
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：120 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
国内外常见教育机器人(a)NAO机器人；(b)Robonova机器人；(c)Alpha1S机器
电子科技大学术硕士学位论文6可得：exiey1VC)VCy(VlnCmt(2-3)代入(2-1)可解算出羽毛球在抛物线最高点坐标1A。假设羽毛球被击出瞬间时间为t，此时刻羽毛球运动可近视为直线，则此时羽毛球的仰角可表达为：t)x(Ht)y(arctanβ(2-4)假设羽毛球落地时间点2tt，则落地坐标为)cos)(,sin)((221txtxA。综上所述，羽毛球的运动轨迹和羽毛球的出球速度，出球水平角度，出球仰角，出球高度相关，通过控制羽毛球的这四个参数即可控制羽毛球的运动轨迹，且可通过仿真估算出羽毛球的落球点。图2-1羽毛球平面运动轨迹图2.2羽毛球运动员接球流程分析羽毛球运动员接球流程如图2-2所示，首先会通过眼睛捕捉羽毛球并根据经验判断落球点并判断羽毛球是否越界，如果越界则放弃接球返回到初始位置等待下一次接球，否则快速移动到接球点接球，完成接球后返回到初始点等待下一次接球。至此一个接球周期就算是完成了，再整个接球周期中，运动员首先是通过双腿快速移动到落球点附近，然后通过手臂精确调整球拍的位置，再然后挥动手臂完成接球任务，最后收回手臂，双腿快速移动到初始位置。综上所述，运动员直接参与执行接球任务可分解为三个动作，第一双腿快速移动到落球点附近，第二挥动手臂调整球拍的位置，第三挥动手臂执行击球任务。参照此思路，羽毛球机器人的接球的动作也可拆分成三个步骤进行。
第二章方案设计与分析7图2-2羽毛球运动员接球流程图2.3机械系统方案分析通过分析羽毛球运动员的接球动作，确定机器人所需要的执行机构，图2-3为羽毛球运动员接球流程分析。羽毛球运动员在整个接球过程中，主要分为两步，第一根据经验判断落球点，第二跑去接球点接球。其运动分析图2-3。图2-3羽毛球运动员接球流程图分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]NAO机器人在特殊迷宫环境行走导航[J]. 贾文川,汪志威,孙翊,魏力. 工业控制计算机. 2019(07)
[2]AI加持下的地表最萌机器人到底有多智能? 优必选悟空机器人体验评测[J]. 黄涛. 消费电子. 2019(06)
[3]大疆发布首款教育机器人[J]. 智能城市. 2019(10)
[4]两轮差速的服务机器人底盘驱动系统设计[J]. 陈秋霞,范烨,倪丽慧. 单片机与嵌入式系统应用. 2019(04)
[5]三轮全向移动机器人的运动控制[J]. 彭亚雪,王尊,杨婷君. 南方农机. 2019(06)
[6]中学生机器人编程在教学中的运用[J]. 向斌. 电子元器件与信息技术. 2018(11)
[7]基于优必选Alpha 1S仿人形舞蹈机器人的设计研究[J]. 蒋铄. 机器人技术与应用. 2018(05)
[8]教育机器人及其应用[J]. 李斌. 四川文理学院学报. 2018(02)
[9]基于二维码定位导航的两轮差速转向AGV设计[J]. 杨友良,胡少辉,赵丽宏,毛志强. 物流科技. 2017(10)
[10]教育机器人与机器人教育:未来教育的工具和方法[J]. 陈染. 中国科技教育. 2017(08)
硕士论文
[1]基于麦克纳姆轮的全向自行式移动平台研发[D]. 何超.西安理工大学 2018
[2]基于ROS的羽毛球机器人轨迹规划及运动仿真[D]. 曹狄.广东工业大学 2018
[3]三轮全向移动机器人的同时定位与地图创建[D]. 吴志志.西南科技大学 2018
[4]新型羽毛球自动发球机系统的设计与实现[D]. 董继波.电子科技大学 2018
[5]桌面3D打印机系统设计与实现[D]. 毛磊.重庆邮电大学 2017
[6]羽毛球机器人设计与研究[D]. 王恺睿.中国矿业大学 2017
[7]基于机器视觉的羽毛球路径跟踪算法的研究及实现[D]. 赵军.电子科技大学 2017
[8]麦克纳姆轮全向机器人移动平台的设计[D]. 郑仁辉.哈尔滨工程大学 2017
[9]小型教育机器人的设计与实现[D]. 谭雄乐.华南理工大学 2016
[10]基于麦克纳姆轮全向车设计与性能研究[D]. 朱艳杰.燕山大学 2016
本文编号：3450123
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