基于LEGO组件的“机器人实验室”系统研究与开发

摘要

机器人技术的发展是一个国家高科技水平和工业自动化程度的重要标志和体现，机器人在当前生产生活中的应用越来越广泛，正在替代人发挥着日益重要的作用，是备受当今世界关注的热点课题。近年来机器人技术向着机械结构模块化、可重构化的方向发展，利用模块化组件研究机器人技术成为机器人研究的一种新方法。 基于LEGO组件的“机器人实验室”系统将LEGO组件引入了机器人技术的研究中，为机器人技术的研究和展示提供了一个平台，在系统的设计过程，本文针对机器人的导航和定位技术，路径规划，人机接口技术进行了深入研究和探讨。 本文在阅读大量机器人技术文献的基础上，分析了机器人导航和定位的常用方法和特点，针对系统的的导航定位问题，提出了黑线导航人工路标定位方法、轨道导航角度传感器测距定位方法；接下来在归纳现有路径规划方法的特点后，改进了基于目标点已知的最短路径搜索算法-Dijkstra算法，针对目标点未知的全覆盖路径搜索，提出了一种基于栅格法的全覆盖路径搜索算法，并通过仿真实验验证了算法的有效性；之后针对机器人的人机接口问题，分析了红外通信的干扰源，提出了相应的抗干扰方法，实现了光电传感器识别、语音识别和图像识别等自动识别技术，给出了人机交互界面的设计方法；最终本文在机器人相关技术的研究基础上，设计并实现了“机器人实验室”系统包含的迷宫机器人、直角坐标仓储机器人、语音控制机器鹦鹉三个子系统。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2研究背景及现实意义

1.2.1 LEGO组件在机器人研究中的应用现状

1.2.2课题工程背景

1.3“机器人实验室”系统的研究内容

1.4本文的工作及创新点

1.5本文的结构安排

第二章LEGO组件的关键技术

2.1引言

2.2 LEGO组件的硬件技术

2.2.1 LEGO机械组件

2.2.2可编程控制器和红外发射器

2.2.3输入设备

2.2.4输出设备

2.3 LEGO组件的软件技术

2.3.1图形化编程语言

2.3.2命令式编程语言

第三章机器人的导航和定位研究

3.1引言

3.2导航和定位方案设计

3.2.1常用的导航和定位技术简介

3.2.2系统导航和定位方案的设计

3.3黑线导航人工路标定位方法

3.3.1人工路标标定方法

3.3.2路标识别方法

3.3.3机器人的运动控制

3.3.4同步定位和地图创建(SLAM)技术

3.4轨道导航角度传感器测距定位方法

3.4.1构建轨道

3.4.2角度传感器测距定位方法

第四章路径规划算法研究

4.1引言

4.2环境建模

4.2.1环境建模方法

4.2.2建立环境模型

4.3最优路径搜索算法

4.3.1 Dijkstra算法

4.3.2 Dijkstra算法改进

4.3.3算法的实现与结果

4.4全覆盖路径搜索算法

4.4.1栅格法算法原理

4.4.2算法的实现与结果

第五章机器人的人机接口技术研究

5.1引言

5.2通信方法的研究与实现

5.2.1红外通信和抗干扰技术研究

5.2.2通信方案的设计与实现

5.3机器人自动识别的实现方法

5.3.1光电传感器识别方法

5.3.2语音识别的实现

5.3.3基于图像分割的色标识别方法

5.4人机交互界面设计

5.4.1人机交互界面设计方法

5.4.2人机交互界面设计方案的选取

第六章“机器人实验室”系统的设计与实现

6.1系统的设计原则

6.2迷宫机器人子系统设计与实现

6.2.1系统的功能

6.2.2系统的总体设计

6.2.3系统的实现

6.3直角坐标仓储机器人子系统设计与实现

6.3.1系统的功能

6.3.2系统的总体设计

6.3.3系统的实现

6.4语音控制机器鹦鹉子系统设计与实现

6.4.1系统的功能

6.4.2系统的总体设计

6.4.3系统的实现

第七章总结与展望

7.1总结

7.2展望

参考文献

致谢

个人简历