家庭服務機器人設計CAD圖紙

畢業(yè)論文（設計）開題報告要求開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質量畢業(yè)論文（設計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。一、選題依據(jù)1. 論文（設計）題目及研究領域；2. 論文（設計）工作的理論意義和應用價值；3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文（設計）研究的內(nèi)容1.重點解決的問題；2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）；3. 本論文（設計）預期取得的成果。三、論文（設計）工作安排1. 擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）；2. 論文（設計）進度計劃。四、文獻查閱及文獻綜述學生應根據(jù)所在學院及指導教師的要求閱讀一定量的文獻資料，并在此基礎上通過分析、研究、綜合，形成文獻綜述。必要時應在調(diào)研、實驗或實習的基礎上遞交相關的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎。五、其他要求1. 開題報告應在畢業(yè)論文（設計）工作開始后的前四周內(nèi)完成；2. 開題報告必須經(jīng)學院教學指導委員會審查通過；3. 開題報告不合格或沒有做開題報告的學生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論文（設計）工作，否則不允許參加答辯；4. 開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導教師；5. 開題報告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?。1一、選題依據(jù)1.研究領域機械工程-機器人設計2. 論文（設計）工作的理論意義和應用價值目前，我國老齡化人口加劇，許多孤巣老人無人照顧，家庭服務機器人的出現(xiàn)可緩解并有望解決這一問題。它能完成有利于人類健康的服務工作，另一方面現(xiàn)階段全球各個國家大力發(fā)展自動或半自動的智能機器人項目，未來科技主要集中在這一方面。對服務機器人的研究將會提高我國在電子、機械、控制、通信等領域的基礎科研能力培養(yǎng)一批科技人才，滿足社會的科技需求，適合科學發(fā)展觀，也會間接促進我國航空航天方面技術突破。服務機器人的開發(fā)和研究將會為中國許許多多處在疾病折磨中得病人帶來福音，高科技的智能機器人代替人類完成更好的服務和技術方面的幫助.家庭服務機器人因其功能齊全、性能穩(wěn)定、操作方便、技術更新快、能很好的滿足日益增長的市場需求等特點而廣受研發(fā)者和投資者的喜歡3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢日本、美國是機器人研發(fā)實力最強的兩個國家，日本在機器人生產(chǎn)、應用、主要零部件供給、研究等各方面都處于領先地位，美國機器人的特點在于依靠其先進的科技技術，在機器人種類發(fā)展方面更為全面，大多應用于工業(yè)，航天，和日常生活中。我國機器人發(fā)展較晚，目前我國基本上涵蓋整個機器人產(chǎn)業(yè)鏈技術研究與產(chǎn)品開1發(fā)能力，服務機器人也初具規(guī)模。隨著機器人科技技術的提高和市場需求的變化，家庭服務機器人將向更加智能，更加人性，更加廣泛的方面發(fā)展，它將走進千家萬戶， 服務于每一個需要它的人，機器人的自主學習能力將會提高，機器人的自主性主要體現(xiàn)在機器人通過自主學習獲取智能行為的能力。隨著機器人的發(fā)展，機器人將不再是根據(jù)設定好的指令完成特定指令的機器，它可以通過自主學習獲取新的行為能力，將會更加類人化。隨著“人工智能”時代的到來，發(fā)達國家紛紛將服務機器人產(chǎn)業(yè)列為國家的發(fā)展戰(zhàn)略。我國也陸續(xù)出臺相關政策，將服務機器人作為未來優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略技術，重點攻克一批智能化高端裝備，發(fā)展和培育一批產(chǎn)值超過 100 億元的服務機器人核心企業(yè)。其中，公共安全機器人、醫(yī)療康復機器人、仿生機器人平臺和模塊化核2心部件等四大任務是重中之重。在政策的大力支持下，我國服務機器人產(chǎn)業(yè)正在快速擴張。服務機器人在國內(nèi)發(fā)展的阻力遠遠小于工業(yè)機器人。一方面是因為服務機器人是中國公司和國外公司差距較小的領域。這是由于服務機器人往往要針對特定市場進行開發(fā)，可以發(fā)揮中國本土公司與行業(yè)緊密結合的優(yōu)勢，從而在與國外競爭中占據(jù)優(yōu)勢地位；同時，國外服務機器人也屬于新興行業(yè)，目前比較大的服務機器人公司產(chǎn)業(yè)化歷史也多在 5-10 年，大量公司仍處于前期研發(fā)階段，這也在時間上客觀給予中國公司縮小差距的機會。再者，服務機器人更靠近消費端，市場空間非常廣闊。在人口老齡化的加劇以及勞動力成本的急劇上升等剛性因素的驅動下，服務機器人產(chǎn)業(yè)必將迎來大發(fā)展的春天。當下人口老齡化加劇和勞動力成本飆升，其他社會剛性需求增多， 在這樣的背景驅動下，服務機器人的普及成為必然。另外，在此新興行業(yè)，中國發(fā)展程度與外國差距較小，結合本土文化開發(fā)特色需求場景，可獲取競爭優(yōu)勢。因此，服務機器人產(chǎn)業(yè)具有更大的機遇與空間，或將成為未來機器人制造業(yè)主力軍，市場份額不可估量。二、論文（設計）研究的內(nèi)容1. 重點解決的問題（1） 機器人整體結構（2） 機構運動動力及行走能力（3） 控制系統(tǒng)設計2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）（1） 進行相關資料查閱，挑選文獻和外文文獻，寫開題報告（2） 參考資料進行整體結構設計選擇合適的機構，并設計動力裝置。（3） 依據(jù)所選結構，進行機構運動分析，進行參數(shù)計算并繪制機構圖紙，（4） 最后進行系統(tǒng)控制設計，編寫程序和調(diào)試。（5） 編寫說明書，進行答辯，3. 本論文（設計）預期取得的成果（1） 家庭服務機器人的設計方案（2） 機構設計圖紙一份（3） 說明書一份8三、論文（設計）工作安排1. 擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）；（1） 調(diào)查研究：對家庭服務機器人的目前發(fā)展概況及發(fā)展趨勢進行調(diào)研（2） 設計參數(shù)：根據(jù)選擇的機構進行運動分析，機械臂的計算，包括自由度計算， 對機器人的速度、位置等進行計算。利用 D-H 法對機械手進行位置正逆解，利用機器人速度雅可比對機器臂進行速度正逆解，利用拉格朗日法對機械手進行動力學分析，在此基礎之上進行動力元件選型和機構參數(shù)優(yōu)化，最后實現(xiàn)機構的可靠執(zhí)行。（3） 文獻資料法：參考相關文獻與資料進行設計2. 論文（設計）進度計劃1-2周對家庭服務機器人的相關資料進行調(diào)查研究，查閱相關文獻。2-3周選文獻，寫開題報告。4 周進行開題報告答辯5 周選擇一篇外文文獻進行翻譯6-10 周進行機構整體方案的設計，對機構各個參數(shù)進行計算，編寫控制系統(tǒng)。11周編寫說明書。12-14 周對設計方案進行檢查、修改準備答辯。四、需要閱讀的文獻參考文獻1 朱培培. 家庭服務機器人在室內(nèi)非結構環(huán)境中的可行走區(qū)域識別研究D. 浙江：浙江大學,2014：1-68.2 李攀.家用服務機器人物品搜尋算法的研究與實現(xiàn)D. 湖北： 中南名族大學,2015： 1-50.3 呂聯(lián)軍.基于家庭服務機器人的定位方法研究D.吉林：吉林大學, 2013：1-724 梁榮健、張濤、王學千.家用服務機器人綜術J.智慧健康, 2016(9):3-65 孔靈符、吳佩量.物聯(lián)網(wǎng)機器人系統(tǒng)研究進展J .燕山大學學報 , 2013(5):471-4796 劉志峰.面向智能家居的服務機器人設計D.廣西：廣西科技大學 , 2015：1-747 邢艷.服務機器人交互設計研究與應用D. 沈陽： 沈陽工業(yè)大學, 2017：1-748 王俊卿.服務機器人競爭格局及未來發(fā)展趨勢J .科技傳播，2016(3):186-1889 張偉、蔡亞楠、楊偉名.基于任務規(guī)劃的家庭仿真服務機器人的研究J.電腦知識與技術, 2016(2):188-19110 朱孝利.家庭服務機器人物體識別與抓取研究D .浙江：中國計量學院, 2013：1-8211 韓哲、賈寧.面向家庭的服務型機器人的設計與實現(xiàn)J .軟件 2016 ,2010(2):17-2012 張博雅 .家庭服務機器人中文語音指令解析的研究D.河北： 燕山大學, 2015：1-6413 陳濤.多功能家庭服務機器人D.四川：西華大學, 2013：1-8214 Qianli Xu,Jamie S.L.Ng,Odelia Y.Tan,Zhiyong Huang.Needs and attitudes of Singaporeans towards home service robots:a multigenerational perspectiveJ. 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Robotics and Biomimetics, 2016,3(1),.文獻綜述隨著社會老齡化的增高，人口結構老齡化以成為世界性難題，而科技的迅猛發(fā)展為這一問題有了最行之有效的解決方法。其中家庭服務機器人就起到了重要的作用， 智能機器人將逐步取代人工服務，創(chuàng)造更大的價值。通過閱讀文獻資料，各類家庭服務機器人有很多類型，有負責清掃室內(nèi)環(huán)境的， 有健康治療型機器人，有搬運機器人等等，種類很多，功能各不相同，但總體設計大致相同，主要由整體結構的設計，機構運動分析，控制系統(tǒng)設計這幾個方面，研究領域有很多種類，有基于以家庭服務機器人為研究主體,以家庭室內(nèi)非結構環(huán)境為研究條件,對其可行走區(qū)域進行識別研究。也有著力于實現(xiàn)在簡易的家居空間里,智能服務機器人AS-UIII 在設計好的程序下自行完成物品搜尋的任務并自行的避開障礙物的功能的研究。在世界信息化的浪潮下服務機器人作為家庭自動化和智能化的重要組成部分， 對其進行研究是有必要有意義的，服務機器人成為當今世界研究的熱點，對于文獻 4 的閱讀，目前對于服務機器人控制平臺的研究大都還處于 pc 平臺，智能時代與體驗性經(jīng)濟到來,使服務機器人交互設計成為研究熱點，在人機交互與合作的過程中,服務機器人更需要具備仿人的情感、思維與行為,以滿足社會服務需求。國內(nèi)服務機器人交互編程人員、UI 設計師、用戶之間交流缺失,邏輯思維相差甚遠,使得國內(nèi)服務機器人交互設計欠缺,用戶體驗不良,服務機器人產(chǎn)品交互領域和設計框架模型方面的研 究與國際尚有差距。機器人技術經(jīng)過半個世紀的發(fā)展,已成為現(xiàn)今社會中成為不可替代的組成部分。傳統(tǒng)工業(yè)機器人成為了提高生產(chǎn)效率、降低人力成本的智能化工具, 而隨著全球人口老齡化加重、勞動力成本飆升等社會問題,服務機器人已越來越受到國內(nèi)外學術、產(chǎn)業(yè)界的高度重視。目前,主導全球研發(fā)機器人技術的國家主要有美國、德國、日本、韓國、中國,我國與發(fā)達國家相比差距仍舊巨大。由于日、韓兩國在服務機器人領域與中國起步相對同期,是最有借鑒意義的機器人強國。人們對機器人的需求不再滿足于示教及娛樂的功能,如何讓機器人更加自主、智能化的提供日常服務成為研究熱點。智能空間技術為解決傳統(tǒng)機器人自身局限提供新思路。服務機器人智能空間是一個異構、動態(tài)、復雜的計算環(huán)境,其中涉及的信息種類多、規(guī)模大,如何將智能空間中的各種信息有效組織,實現(xiàn)信息的共享和融合,為機器人服務提供環(huán)境感知、服務決策的有利支持成為一個重要研究內(nèi)容。家庭服務機器人的出現(xiàn)有效的增強了人們的生活水平，科技水平顯著提高雖然現(xiàn)在正處于研發(fā)階段，但我相信不久的將來家庭服務機器人將會走進千家萬戶。目前，機器人除了依靠傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，視覺、觸覺、聲覺等多種傳感器的融合技術已經(jīng)開始成熟應用于機器人之中，加之元器件的高度集中，體積的急劇縮小。這些因素導致服務型機器人的流行，機器人使用這些集成的傳感器去感受用戶的需求，去適應、學習周邊的家庭環(huán)境。用戶通過使用這種機器人把用戶從繁重的家務勞動中解放出來，而在家庭勞動需求中，衛(wèi)生掃除占據(jù) 70%以上。因此很多商家將機器人的服務視角放到打掃機器人身上，但是由于開發(fā)時間短、市場需求量大、造價高、有安全隱患等因素，導致以打掃為主的服務型機器人有很大的市場空間和市場潛力。而目前市場上的打掃機器人，底盤操作的噪音較大，若使用普通的遙控器，容易丟失，而且充電麻煩，浪費電池。機器人大致經(jīng)歷了三個成長階段：第一代機器人為“示教-再現(xiàn)”方式工作的機器人，其特征是機器人能夠按照事先教給它們的程序進行重復工作；第二代機器人是能獲取簡單信息，通過計算機處理、分析并進行有限推理，表現(xiàn)出低級智能的感覺裝置；第三代機器人是不僅具備了感覺能力，而且還具有獨立判斷、記憶、推理、決策、完成復雜動作的智能機器人，能夠有效地適應變化的環(huán)境，具有很強的自適應、學習和自治。近年來，越來越多的國家或地區(qū)開始加大投入對機器人產(chǎn)品的研發(fā)，特別是一些國家已經(jīng)將機器人的發(fā)展作為國家戰(zhàn)略來重視，促使一些科研院所或高新技術企業(yè)投入巨大資本，進行機器人新產(chǎn)品的開發(fā)測試。機器人不僅在種類上分類繁多，也不斷的開拓者新的應用領域，同時對應的機器人產(chǎn)品的性能也越來越智能化，將對社會經(jīng)濟和生產(chǎn)力的發(fā)展產(chǎn)生更加深遠的影響。為了使家庭服務機器人準確高效地執(zhí)行用戶指令,從而更好地為人服務,本文在綜合分析國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎上,針對家庭服務機器人中文語音指令的特殊性,對機器人自然語言理解和任務規(guī)劃兩設計部分進行了深入的研究。首先,對本課題所采用的結巴中文分詞和回答集編程相關知識進行了總結概述。分析了結巴中文分詞算法、關鍵詞提取算法,以及回答集編程的語法、語義和其求解器。其次,提出了家庭服務機器人中文語音指令解析的系統(tǒng)框架。同時,針對家庭服務機器人的中文語音指令的文本信息進行了預處理。自然語言理解關鍵是使機器人能夠準確理解用戶所給予的任務信息,結合結巴中文分詞技術對文本信息進行分詞處理,提取出關鍵字詞,通過分析得出任務信息的表層信息和深層信息,最終轉換成謂詞集格式。再次,針對家庭服務機器人的任務規(guī)劃進行了探討。任務規(guī)劃的關鍵是使機器人能夠更快、更準確地完成用戶給予的任務信息?；诨卮鸺幊虒θ蝿招畔⑦M行任務規(guī)劃,對于多物品選擇問題以及物品確定問題設計了場景解析策略,通過任務規(guī)劃與行為規(guī)劃之間的協(xié)議最終轉換。針對未來家庭服務機器人的巨大需求,結合國內(nèi)家庭服務機器人的發(fā)展現(xiàn)狀, 對家庭服務機器人的標準和工具進行了一些探討。在國際服務機器人標準不斷更新的情況下,中國仍然缺乏相關的標準。國內(nèi)服務機器人企業(yè)需要積極遵循相關標準,尋找尚未被國外機器人巨頭占領的細分市場,借力開放的機器人開發(fā)平臺,努力尋找自己的機會。 “感知”智能時代推動人工智能向著心理學、腦科學、認知科學、神經(jīng)科學與計算技術相融合的“靈魂”智能時代不斷發(fā)展。在智能的人機交互與合作過程中, 仿人機器人不僅需要具備仿人外形,更重要的是具備仿人的情感、仿人的思維以及仿人行為,以滿足助老助殘、精神慰藉、康復治療等社會服務需求。目前,中國機器人并沒有形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈,在產(chǎn)業(yè)鏈上游由于核心零部件研發(fā)滯后而未能形成核心零部件產(chǎn)業(yè)鏈,在產(chǎn)業(yè)鏈中游則缺乏大型支柱企業(yè),國內(nèi)機器人企業(yè)大多在產(chǎn)業(yè)鏈的中低端。由于很多企業(yè)聚集在中低端,導致被視為高技術的機器人低端產(chǎn)能過剩甚至需要去產(chǎn)能的情況。中國機器人產(chǎn)業(yè)鏈的不健全,核心零部件技術和設備受制于人,致使中國雖然存在大批本國機器人企業(yè),國內(nèi)企業(yè)所需機器人卻有 80%要依靠外國或外資機器人企業(yè)提供,因此,在機器人產(chǎn)業(yè)鏈不健全的情況下,中國機器人產(chǎn)業(yè)在促進經(jīng)濟社會發(fā)展、服務國家整體戰(zhàn)略布局中的潛能還遠遠未能充分釋放。解決家庭服務機器人的定位問題是機器人能順利完成其他家庭生活任務的基礎。設計了基于 ZIGBEE、RGBD 視覺傳感器和二維碼三種定位的方法,針對這三種定位方法的定位精度最終選擇以二維碼作為家庭服務機器人的定位方法的基礎,提出一種結合視覺傳感器的家庭服務機器人定位算法。該算法通過在世界坐標系中以二維碼為絕對坐標系坐標建立家庭服務機器人的相對坐標,從而計算出家庭服務機器人在絕對坐標系中的坐標。驗數(shù)據(jù)表明,結合視覺傳感器的二維碼定位算法,全局定位精度可達到 16mm,很好的解決了家庭服務機器人的室內(nèi)定位問題。家庭服務機器人的發(fā)展會隨著科技的進步，越來越實用化，面向普通大眾會不再是難事。