基于动作学习与模仿的助老助残智能机器人系统研究与设计
发布时间：2020-11-12 06:12
随着国家老龄化问题不断加剧,以及大量需要护理的残疾人存在,这些问题的出现使得助老助残问题成为社会最关心和最棘手的问题。大量的护理群体不仅给家庭和个人带来了巨大的经济负担,同时也给社会和国家带来了沉重的经济和财政压力。目前,为缓解社会压力,更好的服务老残群体,智能服务型机器人成为了研究的热点。本文以此为契机,研究并设计了一款助老助残机器人系统。机器人以Arduino mega2560单片机为控制核心,以智能WiFi模块为通信媒介,利用Android平台和无线通信网络,结合视频图像,实现了机器人的远程控制;机械臂利用动作学习和模仿功能,结合语音控制技术,实现了机械臂的物体抓取;机器人的多种控制方式相互配合,实现了在特定场合下的机器人助老助残。本文主要研究机械臂的动作学习与模仿,研究的主要内容如下:首先,根据机械臂操作空间范围选择合适的自由度数和关节结构,针对残疾人走动不方便的特点,设计了机械臂动作学习与模仿的方式助老助残。紧接着对机械臂动作学习与模仿方式进行了深入细致的研究,分析了其过程控制理论和实现方法,最终实现了机械臂利用动作学习方式模仿人给的特定动作。其次,对机械臂进行了运动学分析,搭建了机械臂的运动学D-H模型,并根据D-H模型得到了机械臂的正解;随后,使用Matlab自带的Robotics Toolbox工具对机械臂运动学进行了仿真,并验证了机械臂运动学的正确性。再次,对机器人系统整体软件进行了设计,利用Eclipse开发软件,完成了机器人系统的Android手机App软件控制界面程序编写;再通过Arduino IDE上位机软件,编写了Arduino mega2560单片机的核心控制板程序,包括舵机和电机、语音等模块等控制程序。最后,完成了机器人系统的组装与测试,测试结果和实验数据表明,助老助残机器人系统移动灵活、稳定,抓取物体正确率高,在服务型机器人领域中具有一定的现实意义和实用价值。
【学位单位】：云南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP242.6
【部分图文】：
通过查阅资料整理后发现，日本主要侧重于研究服务型机器人［１５］，特??别是服务性娱乐机器人，日本早稻田大学于２００７研制的ＴＷＥＮＤＹ－ＯＮＥ是地球上??最早的服务型机器人，其设计的主要目的是助老助残［１６］，如上图１．１中（ｄ）所示，??该机器人集成了多种传感器，具备视觉、听觉、人机对话等功能，能够进行人机??对话，并根据相应的指令作出反应；而美国主要侧重于研宄机器人控制的军事核??心技术［１７］，例如，２００７年，美国ＭＤＡ公司研制的机械臂应用于“轨道快车”项??目，项目中的机械臂需要太空轨道车交换作业，由远程控制中心按照规定要求完??成对目标的抓取［１８］；加拿大侧重于研究航空航天机器人技术，例如，加拿大研制??出了?ＳＳＲＭＳ七自由度机械臂，并在该机械臂的末端位置安装有摄像头，宇航员根??据反馈回来的视频图像对该系统进行了远程操作；韩国主要是将机器人产业化，??为纪念Ａｌｂｅｒｔ
械臂的各个关节上建立坐标系，再确定各个坐标之间的齐次变换矩阵，然后，利??用两连杆之间的关系，推出末端关节相对于各关节之间的对应关系。机械臂连杆??模型如图２．２所示：??关节＿／－ｉ?关节７??＼?ｚ?７??￥??ｔ??图２．２机械臂连杆示意图??９??
的Ｄ－Ｈ参数，其调用的一般格式为Ｌ＝ｌｉｎｋ（［ａｌｐｈａ?ａ＇ＣＯＮＶＥＮＴＩＯＮ＇）。ａｌｐｈａ对应Ｄ－Ｈ表中的扭歪角，ａ代表连杆长度角度，ｄ代表关节偏移，ｓｉｇｍａ表示关节类型，０代表可旋转关节关节。ＣＯＮＶＥＮＴＩＯＮ有＇ｓｔａｎｄａｒｄ＇和＇ｍｏｄｉｆｉｅｄ＇两种模式，＇ｓｔａｎｄａｒｄ’Ｄ－Ｈ参数，’ｍｏｄｉｆｉｅｄ＇代表使用改进的Ｄ－Ｈ参数。??２）调．用ＳｅｒｉａｌＬｉｎｋ函数完成机械臂连杆的连接，其调用ａｌＬｉｎｋ（［Ｌ１，?Ｌ２－］，ＯＰＴＩＯＮＳ）??３）调用ｒ〇ｂｏｔ（）函数生成机械臂，同时为其命名。??４）调用ｄｒｉｖｅｂｏｔ（）函数生成机械臂的三维模型。??建机械臂初始位姿时，不妨设其初始位姿矩阵７?＝?［〇．〇．〇，〇．〇，〇］，臂参数代入ｍａｔｌａｂ对应的调用函数中，在ｍａｌａｂ中生成的机械．?４所示：??
【参考文献】
本文编号：2880364
【学位单位】：云南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP242.6
【部分图文】：
通过查阅资料整理后发现，日本主要侧重于研究服务型机器人［１５］，特??别是服务性娱乐机器人，日本早稻田大学于２００７研制的ＴＷＥＮＤＹ－ＯＮＥ是地球上??最早的服务型机器人，其设计的主要目的是助老助残［１６］，如上图１．１中（ｄ）所示，??该机器人集成了多种传感器，具备视觉、听觉、人机对话等功能，能够进行人机??对话，并根据相应的指令作出反应；而美国主要侧重于研宄机器人控制的军事核??心技术［１７］，例如，２００７年，美国ＭＤＡ公司研制的机械臂应用于“轨道快车”项??目，项目中的机械臂需要太空轨道车交换作业，由远程控制中心按照规定要求完??成对目标的抓取［１８］；加拿大侧重于研究航空航天机器人技术，例如，加拿大研制??出了?ＳＳＲＭＳ七自由度机械臂，并在该机械臂的末端位置安装有摄像头，宇航员根??据反馈回来的视频图像对该系统进行了远程操作；韩国主要是将机器人产业化，??为纪念Ａｌｂｅｒｔ
械臂的各个关节上建立坐标系，再确定各个坐标之间的齐次变换矩阵，然后，利??用两连杆之间的关系，推出末端关节相对于各关节之间的对应关系。机械臂连杆??模型如图２．２所示：??关节＿／－ｉ?关节７??＼?ｚ?７??￥??ｔ??图２．２机械臂连杆示意图??９??
的Ｄ－Ｈ参数，其调用的一般格式为Ｌ＝ｌｉｎｋ（［ａｌｐｈａ?ａ＇ＣＯＮＶＥＮＴＩＯＮ＇）。ａｌｐｈａ对应Ｄ－Ｈ表中的扭歪角，ａ代表连杆长度角度，ｄ代表关节偏移，ｓｉｇｍａ表示关节类型，０代表可旋转关节关节。ＣＯＮＶＥＮＴＩＯＮ有＇ｓｔａｎｄａｒｄ＇和＇ｍｏｄｉｆｉｅｄ＇两种模式，＇ｓｔａｎｄａｒｄ’Ｄ－Ｈ参数，’ｍｏｄｉｆｉｅｄ＇代表使用改进的Ｄ－Ｈ参数。??２）调．用ＳｅｒｉａｌＬｉｎｋ函数完成机械臂连杆的连接，其调用ａｌＬｉｎｋ（［Ｌ１，?Ｌ２－］，ＯＰＴＩＯＮＳ）??３）调用ｒ〇ｂｏｔ（）函数生成机械臂，同时为其命名。??４）调用ｄｒｉｖｅｂｏｔ（）函数生成机械臂的三维模型。??建机械臂初始位姿时，不妨设其初始位姿矩阵７?＝?［〇．〇．〇，〇．〇，〇］，臂参数代入ｍａｔｌａｂ对应的调用函数中，在ｍａｌａｂ中生成的机械．?４所示：??
【参考文献】
相关期刊论文 前4条
1 王勇;李秀娟;;某四自由度机械臂建模与MATLAB仿真研究[J];电子测量技术;2015年02期
2 贾瑞;;基于Arduino Mega2560的无线监控小车设计[J];数字技术与应用;2013年10期
3 夏玲;王伟平;;客户端与服务器端的Socket通信[J];电脑知识与技术;2009年04期
4 张敏,石秀华,杜向党,贾锐;三自由度机械手运动学分析[J];机械与电子;2005年01期
相关博士学位论文 前1条
1 卢栋才;服务机器人任务理解的关键技术研究[D];中国科学技术大学;2017年
本文编号：2880364
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