人形机器人太极动作实现研究.doc

榆 林 学 院毕业设计（论文）开题报告题 目人形机器人太极动作实现研究学生姓名学 号529477926qq.com院 (系)能源工程学院专 业测控技术与仪器指导教师报告日期2012 年 1 月 5 号毕业设计（论文）题目人形机器人太极动作实现研究题目类别（请在有关项目下作记号）设计论文其它题目需要在实验、实习、工程实践和社会调查等社会实践中完成是 否毕业设计（论文）起止时间2011年12月5日起至2012年5月18日（共16周）1.本课题的意义人型机器人是具备人类外形特征和行动能力的智能机器人，采用双腿行走方式，通过手臂和身体的协调完成一些简单的功能，如人形机器人随音乐起舞、行走、起卧、武术表演、打太极等等各种机器人竞赛动作。人形机器人的出现是控制科学、传感器技术、人工智能、材料科学等等学科的技术进步，以及机器人使用范围的扩大和人类日常生活需要的产物。另外人形机器人集机、电、材料、计算机、传感器、控制技术等多门学科于一体，是一个国家高科技实力和发展水平的重要标志。课题研究人形机器太极动作的实现对人形机器人及其他类型机器人的研究与应用有着重要的意义；同时能够帮助本人了解和学习更多关于人形机器人方面的知识，以及相关专业等知识的学习；另外还对本校参加中国具有影响和权威的机器人技术大赛有一定的帮助和促进作用。因此本课题的研究具有一定的理论意义和现实意义。2.国内外状况从1920年，“机器人”一词诞生；到1962年，真正意义上的工业机器人出现；再到1980年，工业机器人广泛的应用于工业现场；直至二十一世纪的今天，与人类发展的漫长历史相比，机器人的发展经历了近百年的时间，但对人类的影响却超乎人类历史上的任何一个百年。随着机器人技术的逐步完善，适于特殊作业的机器人种类也日益增多。人形机器人的研究起步于1960年代后期，目标是解决人形机器人的双足行走问题。如日本早稻田大学加藤一郎教授在1969年研制出WAP-1平面自由度步行机。研究的内容包括行走机构的设计以及相应的控制方法。1973年，加藤等人在WL-5的基础上配置机械手及人工视觉、听觉装置组成自主式机器人WAROT-1。在此后很长的一段时间里，人形机器人的研究重点是行走机构的研究，如采取新的驱动方式和步行方式的控制方法，提高人形机器人的行走速度，近期的技术发展使得人形机器人具备奔跑能力（索尼的SDR-3X）。进入1990年代，人形机器人的控制方法和人工智等方面的研究成果不断出现。日本本田公司于1997年10月推出了仿人形机器人P3，美国麻省理工学院研制出了仿人形机器人科戈（COG），德国和澳洲共同研制出了装有52个汽缸，身高2米、体重150公斤的大型机器人。我国的人形机器人研究起步于1986年启动的国家高技术计划（863计划），经过二十多年的研究，同样取得了丰硕的成果。国防科技大学、哈尔滨工业大学研制出了双足步行机器人，北京航空航天大学、北京科技大学研制出了多指灵巧手等。北京理工大学研制的机器人“汇童”有32个自由度，能打太极拳，会腾空行走，并能根据自身的平衡状态和地面高度变化，实现未知路面的稳定性走。国防科技大学也是我国人形机器人研究的佼佼者，从1987年至今已近完成了四代机器人样机的研制。综上所述，日本等国家的研究最具代表性，其技术水平已经较为先进，实用化程度也在逐步提高。国内人形机器的研究起步比较晚，与日本等技术强国相比还存在一定的差距。但随着我国科技技术的进步和发展，现如今我国在人形机器人的研究方面也取得了突破性的发展。3.研究内容在舞蹈机器人比赛中，舞步编排，动作复杂、协调程度，技术难度等是重要的评分标准。课题通过对舞蹈机器人的单舵机拖动及调速算法、舵机联动PWM 指令算法进行研究，设计PWM波控制舵机运转程序，完成舞蹈机器人整套舞步，从而顺利完成比赛任务。4.研究方案以及步骤4.1 研究方案（1）对论文相关资料进行查找总结。（2）单舵机拖动及调速算法。（3）舵机联动PWM指令算法。（4）依据太极动作，进行舞蹈动作设计。（5）实验验证。4.2 研究步骤（1）首先通过资料查找，对题目相关的国内外背景进行介绍，阐述论文的意义，确定论文方案。（2）然后找24式太极拳视频并对其进行相应的截图处理。（3）根据视频截图绘画出每个动作相对应的简图。（5）根据所画简图得到相应的角度值。（4）编定相关C语言程序。（6）根据相关程序和数据进行试验验证。（7）根据验证结果解决研究设计过程中出现的问题和不足之处。（8）问题解决后继续进行试验验证，达到预期的效果和目的。（9）对设计的全过程进行总结。5.论文提纲(1)绪论(2)太极拳动作的视频及处理(3)人形机器人太极动作实现相关算法(4)依据太极动作，进行舞蹈动作设计(5)试验验证(6)结论(7)参考文献(8)致谢6.设计工作量的估计6.1 设计篇幅根据课题提出问题、分析问题，提出方案、并进行设计分析并验证等，字数在8000左右；6.2 文献查阅查阅与毕业设计相关的文献（不含教科书）不少于5篇。7.工作条件7.1 工作条件在榆林学院图书馆电子阅览室的中国知网上查找相关的文献资料，利用word进行排版、编辑。7.2 仿真分析条件能源化工楼，配备Solidworks、Autocad、Protel、MATLAB等大型软件的计算机工作室。7.3 实验条件研究智能机器人的科技活动中心、仪器仪表实验室、PLC控制实验室、单片机实验室（能源化工楼）。8.预期达到的水平（1）提交一篇不少于8000字的毕业设计。（2）论文符合榆林学院毕业设计指导手册相关要求，格式正确，条理清楚，层次分明，有自己的见解和结论。（3）论文有相关的实验数据或者仿真进行支持。（4）掌握Office，word排版，Atuo CAD等软件的使用。9.存在的问题及拟采取的解决措施 （1）在截取视频的过程中所截取的动作不连贯，拟通过连续截图工具进行截图然后再进行筛选。（2）在画视频动作对应的简图动作时找不好角度，拟通过CAD画图进行动作的简化和提取。（3）在编写相关C语言程序时存在问题，拟通过查看C语言相关课本或请教老师进行解决。（4）对于论文的结构、部分设计内容及资料的解读有问题，拟通过请教指导老师及与同学讨论。（5）在最终试验验证时有困难，拟通过老师的指导或向参加过中国机器人大赛的同学学习来解决。参考文献1 2011年中国机器人大赛舞蹈机器人组比赛规则Z.2011.4:1-3.2 郭志攀.小型双足机器人设计及运动规划研究d.哈尔滨工业大学，2007：27-40.3 张博,杜志江,孙立宁,董为.双足步行机器人步态规划方法研究J.机械与电子,2008,(04):52-55. 4 杨东辉,徐嘉隆,陈海东.高自由度舞蹈机器人的设计和实现J.机械工程与自动化,2008,(05):123-125.5 陆光,刘海晨,彭时林,许家林.多自由度舞蹈机器人的设计与实现J.建设机械技术与管理,2006,(06):93-98.6 徐国华，谭民.移动机器人的发展现状及趋势J.机器人技术与应用，2001(3):7-13.7 谢涛，徐建峰，张永学等.仿人机器人的研究历史、现状及展望J.机器人，2002,24(4):367-374.8 谭民,徐德,侯增广,等.先进机器人控制M.北京:高等教育出版社,2007,(07):86-92.指导教师意见指导教师（签名）： 20 年 月 日院 系意 见院系负责人（签名）： 20 年 月 日备 注