智能机器人感知神经元节点设计与应用平台开发

摘要

机器人是一个多学科和技术相互交叉的领域，是一个国家高科技发展水平的象征。社会需求和技术进步的推动使机器人向智能化和多样化的方向发展，智能化程度的提高离不开感知能力，未来的智能机器人必然面临着海量环境信息的感知，机器人将接入各种各样的传感器，海量感知信息的获取和处理对目前的机器人感知系统架构和处理方式提出了新的挑战，且目前的感知系统接口风格迥异，传感器的互换性差，导致机器人系统的应用开发复杂和困难，本文结合生物神经元感知外界信息的原理和机制，基于实验室承担的传感器网络国家接口标准的工作，展开了针对智能机器人感知系统高效神经元节点的研究，提出智能机器人感知系统标准化传感器接口神经元节点的硬件模型和软件模型，并设计针对标准化节点的上位机应用配置软件，为机器人感知系统的标准化和模块化设计提供一个思路，最后将本文的研究应用于机器人的足部感知系统。文章主要研究内容如下:
　　 (1)介绍了目前机器人技术和机器人感知系统的发展状况，从技术发展和应用需求两个方面指出本文研究的必要性，提出设计一种标准化的具有高效感知能力的机器人感知系统神经元节点。
　　 (2)从生物神经元感知机制出发，通过对人体神经网络感知的分析和总结，结合国家传感器接口标准信号接口标准，提出智能机器人神经元节点硬件设计模型，以人体感知信息获取和处理方法为依据，基于传感器数据接口标准传感器数据描述的思想，设计机器人感知系统神经元节点软件模型。
　　 (3)设计标准化节点的上位机应用配置平台，标准化的传感节点和数字化传感器提供统一的数据访问接口，应用配置平台通过统一的访问接口对传感节点和传感器配置，实现传感器的互换和即插即用。
　　 (4)搭建机器人足部感知系统，硬件上配置机器人足部感知需求的传感器，结合建立的神经元软件模型，针对具体的传感器信息，建立信息交互机制，并根据传感器接口数据描述规范，建立采集节点和传感器数据描述对象，通过应用配置平台对搭建的机器人足部感知系统配置，使传感器接入和系统搭建更容易。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 机器人感知系统现状

1．3 问题的提出

1．4 研究背景

1．4．1 机器人感知系统神经元

1．4．2 国内外研究现状

1．5 研究内容和研究意义

1．5．1 研究内容

1．5．2 研究意义

1．6 本文的框架

第2章 机器人感知系统神经元节点硬件架构设计

2．1 机器人感知系统神经元整体架构

2．1．1 生物神经元感知系统

2．1．2 机器人感知系统神经元硬件架构设计

2．2 机器人感知系统采集节点硬件架构

2．2．1 采集节点概述

2．2．2 系统模块

2．2．3 存储单元

2．2．4 传感器信号调理单元

2．3 采集节点标准化接口设计

2．3．1 电压接口模型

2．3．2 电流接口模型

2．3．3 脉冲量接口模型

2．3．4 开关量接口模型

2．3 机器人感知系统协调级神经元硬件架构

2．3．1 协调级节点概述

2．3．2 协调级节点功能模块介绍

2．4 本章总结

第3章 机器人感知系统神经元节点软件架构设计

3．1 机器人感知系统整体软件架构概述

3．2 感知系统信息采集、处理和交互的设计

3．2．1 采集节点的软件架构

3．2．2 协调级神经元的软件设计

3．3 标准化嵌入式组件的设计

3．3．1 数据描述组件的设计

3．3．2 信号接口数据描述

3．3．3 数据接口数据描述

3．3．2 交互组件的设计

3．4 本章总结

第4章 应用配置平台的设计

4．1 应用配置平台的作用

4．2 应用配置平台的功能

4．3 统一API函数的设计

4．4 总体概述

4．5 组件设计

4．5．1 数据导入组件

4．5．2 DLL导入组件

4．5．3 中间层组件的设计

4．4．3 实体类组件

4．4．4 界面交互组件

4．5 面向数字化传感器的应用配置平台

4．6 本章总结

第5章 机器人足部感知神经元及其应用配置的实现

5．1 足部感知神经元的设计实现

5．1．1 传感器的配置

5．1．2 信息获取与处理

5．2 数据描述对象设计

5．2．1 节点的数据描述对象

5．2．2 传感器的数据描述对象

5．3 应用配置的实现

5．3．1 采集节点的配置

5．3．2 数字化传感器的配置

5．4 本章总结

第6章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果