用于图象识别的具有动态避障和自动循径功能的教学机器人

摘要

教育技术学是在实践基础上产生的一门新兴应用型交叉学科，它涉及教育学、心理学、计算机科学与技术等学科。教学机器人的研究方兴未艾，备受各方面的关注。近些年，教学机器人已经成为教育技术学领域的一个新兴的增长点。 本课题开发的教学机器人主要具有动态避障、智能循径和动态图象识别的功能。该教学机器人由上位机和下位机两部分组成。 该教学机器人上位机根据已有的地图，利用PTR8000无线传输模块传递信号，指挥下位机按路径移动。同时，上位机能同时对静态和动态障碍进行识别和判断，利用神经网络等算法对未知的环境信息进行局部的路径规划，利用粒子群优化(PSO)算法实现最优或近似最优的无碰路径，并重绘地图。 下位机采用模块化设计，包括超声模块、动态避障模块、无线传输模块、动态图象识别模块和教学机器人的机械结构和动力系统。同时，下位机利用避障模块和PTR8000无线传输模块将所获得的动态障碍信息传给上位机。 该教学机器人主要在动态避障和动态图象识别方面有所创新，并将其有机地结合起来。图象识别对于远程教学和多媒体教学具有实践意义。 本系统主要作为科研教学的辅助工具，可以深入到一些危险的、有毒的、非人力能及的环境进行实验数据的采集和图象的识别。另外，本系统也可以应用于医疗卫生、道路桥梁的交通监控、工厂企业的安全防护、救灾等众多领域，有较强的实用性。

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第一章绪论

1.1课题背景

1.2教学机器人功能概述

1.3论文的主要工作

1.4论文的主要创新点

1.5应用领域

第二章教学机器人的硬件系统的设计与实现

2.1教学机器人的硬件系统结构

2.2教学机器人电机电路介绍

2.3教学机器人的核心电路

2.3.1 61扳的基本工作原理

2.3.2 61A板电路组成

2.3.3 61A板在本课题中的应用

2.4教学机器人的触觉电路

2.4.1避障模块

2.4.2红外模块

2.4.3超声模块

第三章教学机器人的上下位机的无线交互系统的设计与实现

3.1 PTR8000简介

3.1.1芯片特性

3.1.2硬件接口及引脚说明

3.2.PTR8000软件编程

3.2.1配置编程

3.2.2配置编程

3.2.3 PTR8000与单片机接口电路示例

3.3 PTR8000的软件编程实现方案

3.3.1接收数据包

3.3.2发射数据包

第四章教学机器人的上位机的设计与实现

4.1路径规划

4.1.1路径规划算法的比较

4.1.2基于栅格地图的STC覆盖算法

4.2上下位机的通讯协议及其代码的实现

4.2.1上下位机的通讯协议及其代码的实现：

4.2.2地图

4.3动态图象识别

4.3.1图象识别原理简介

4.3.2神经网络图象识别系统设计

第五章教学机器人的实现及分析

5.1实施结果

5.2不足和改进方案

结束语

参考文献

附录

致谢