人形機(jī)器人太極動(dòng)作實(shí)現(xiàn)研究.doc

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1、 榆 林 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 題 目 人形機(jī)器人太極動(dòng)作實(shí)現(xiàn)研究 學(xué)生姓名 學(xué) 號 529477926@ 院 (系) 能源工程學(xué)院 專 業(yè) 測控技術(shù)與儀器 指導(dǎo)教師 報(bào)告日期 2012 年 1 月 5 號 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 人形機(jī)器人太極動(dòng)作實(shí)現(xiàn)研究 題目類別（請?jiān)谟嘘P(guān)項(xiàng)目下作√記號） 設(shè)計(jì) 論文 其它 √ 題目需要在實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、工程實(shí)踐和社會(huì)調(diào)查等社會(huì)實(shí)踐中完成 是 否□ 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）起止時(shí)間 2011

2、年12月5日起至2012年5月18日（共16周） 1.本課題的意義 人型機(jī)器人是具備人類外形特征和行動(dòng)能力的智能機(jī)器人，采用雙腿行走方式，通過手臂和身體的協(xié)調(diào)完成一些簡單的功能，如人形機(jī)器人隨音樂起舞、行走、起臥、武術(shù)表演、打太極等等各種機(jī)器人競賽動(dòng)作。人形機(jī)器人的出現(xiàn)是控制科學(xué)、傳感器技術(shù)、人工智能、材料科學(xué)等等學(xué)科的技術(shù)進(jìn)步，以及機(jī)器人使用范圍的擴(kuò)大和人類日常生活需要的產(chǎn)物。另外人形機(jī)器人集機(jī)、電、材料、計(jì)算機(jī)、傳感器、控制技術(shù)等多門學(xué)科于一體，是一個(gè)國家高科技實(shí)力和發(fā)展水平的重要標(biāo)志。 課題研究人形機(jī)器太極動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)對人形機(jī)器人及其他類型機(jī)器人的研究與應(yīng)用有著重要的意義；同時(shí)能夠幫

3、助本人了解和學(xué)習(xí)更多關(guān)于人形機(jī)器人方面的知識，以及相關(guān)專業(yè)等知識的學(xué)習(xí)；另外還對本校參加中國具有影響和權(quán)威的機(jī)器人技術(shù)大賽有一定的幫助和促進(jìn)作用。因此本課題的研究具有一定的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。 2.國內(nèi)外狀況 從1920年，“機(jī)器人”一詞誕生；到1962年，真正意義上的工業(yè)機(jī)器人出現(xiàn)；再到1980年，工業(yè)機(jī)器人廣泛的應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場；直至二十一世紀(jì)的今天，與人類發(fā)展的漫長歷史相比，機(jī)器人的發(fā)展經(jīng)歷了近百年的時(shí)間，但對人類的影響卻超乎人類歷史上的任何一個(gè)百年。隨著機(jī)器人技術(shù)的逐步完善，適于特殊作業(yè)的機(jī)器人種類也日益增多。 人形機(jī)器人的研究起步于1960年代后期，目標(biāo)是解決人形機(jī)器人的雙足行走

4、問題。如日本早稻田大學(xué)加藤一郎教授在1969年研制出WAP-1平面自由度步行機(jī)。研究的內(nèi)容包括行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及相應(yīng)的控制方法。1973年，加藤等人在WL-5的基礎(chǔ)上配置機(jī)械手及人工視覺、聽覺裝置組成自主式機(jī)器人WAROT-1。在此后很長的一段時(shí)間里，人形機(jī)器人的研究重點(diǎn)是行走機(jī)構(gòu)的研究，如采取新的驅(qū)動(dòng)方式和步行方式的控制方法，提高人形機(jī)器人的行走速度，近期的技術(shù)發(fā)展使得人形機(jī)器人具備奔跑能力（索尼的SDR-3X）。進(jìn)入1990年代，人形機(jī)器人的控制方法和人工智等方面的研究成果不斷出現(xiàn)。日本本田公司于1997年10月推出了仿人形機(jī)器人P3，美國麻省理工學(xué)院研制出了仿人形機(jī)器人科戈（COG），德

5、國和澳洲共同研制出了裝有52個(gè)汽缸，身高2米、體重150公斤的大型機(jī)器人。 我國的人形機(jī)器人研究起步于1986年啟動(dòng)的國家高技術(shù)計(jì)劃（863計(jì)劃），經(jīng)過二十多年的研究，同樣取得了豐碩的成果。國防科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制出了雙足步行機(jī)器人，北京航空航天大學(xué)、北京科技大學(xué)研制出了多指靈巧手等。北京理工大學(xué)研制的機(jī)器人“匯童”有32個(gè)自由度，能打太極拳，會(huì)騰空行走，并能根據(jù)自身的平衡狀態(tài)和地面高度變化，實(shí)現(xiàn)未知路面的穩(wěn)定性走。國防科技大學(xué)也是我國人形機(jī)器人研究的佼佼者，從1987年至今已近完成了四代機(jī)器人樣機(jī)的研制。 綜上所述，日本等國家的研究最具代表性，其技術(shù)水平已經(jīng)較為先進(jìn)，實(shí)用化程度也

6、在逐步提高。國內(nèi)人形機(jī)器的研究起步比較晚，與日本等技術(shù)強(qiáng)國相比還存在一定的差距。但隨著我國科技技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，現(xiàn)如今我國在人形機(jī)器人的研究方面也取得了突破性的發(fā)展。 3.研究內(nèi)容 在舞蹈機(jī)器人比賽中，舞步編排，動(dòng)作復(fù)雜、協(xié)調(diào)程度，技術(shù)難度等是重要的評分標(biāo)準(zhǔn)。課題通過對舞蹈機(jī)器人的單舵機(jī)拖動(dòng)及調(diào)速算法、舵機(jī)聯(lián)動(dòng)PWM 指令算法進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)PWM波控制舵機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)程序，完成舞蹈機(jī)器人整套舞步，從而順利完成比賽任務(wù)。 4.研究方案以及步驟 4.1 研究方案 （1）對論文相關(guān)資料進(jìn)行查找總結(jié)。 （2）單舵機(jī)拖動(dòng)及調(diào)速算法。 （3）舵機(jī)聯(lián)動(dòng)PWM指令算法。 （4）依據(jù)太極動(dòng)作，進(jìn)行舞蹈

7、動(dòng)作設(shè)計(jì)。 （5）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 4.2 研究步驟 （1）首先通過資料查找，對題目相關(guān)的國內(nèi)外背景進(jìn)行介紹，闡述論文的意義，確定論文方案。 （2）然后找24式太極拳視頻并對其進(jìn)行相應(yīng)的截圖處理。 （3）根據(jù)視頻截圖繪畫出每個(gè)動(dòng)作相對應(yīng)的簡圖。 （5）根據(jù)所畫簡圖得到相應(yīng)的角度值。 （4）編定相關(guān)C語言程序。 （6）根據(jù)相關(guān)程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。 （7）根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果解決研究設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的問題和不足之處。 （8）問題解決后繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，達(dá)到預(yù)期的效果和目的。 （9）對設(shè)計(jì)的全過程進(jìn)行總結(jié)。 5.論文提綱 (1)緒論 (2)太極拳動(dòng)作的視頻及處理 (3)人形機(jī)器人

8、太極動(dòng)作實(shí)現(xiàn)相關(guān)算法 (4)依據(jù)太極動(dòng)作，進(jìn)行舞蹈動(dòng)作設(shè)計(jì) (5)試驗(yàn)驗(yàn)證 (6)結(jié)論 (7)參考文獻(xiàn) (8)致謝 6.設(shè)計(jì)工作量的估計(jì) 6.1 設(shè)計(jì)篇幅 根據(jù)課題提出問題、分析問題，提出方案、并進(jìn)行設(shè)計(jì)分析并驗(yàn)證等，字?jǐn)?shù)在8000左右； 6.2 文獻(xiàn)查閱 查閱與畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)的文獻(xiàn)（不含教科書）不少于5篇。 7.工作條件 7.1 工作條件 在榆林學(xué)院圖書館電子閱覽室的中國知網(wǎng)上查找相關(guān)的文獻(xiàn)資料，利用word進(jìn)行排版、編輯。 7.2 仿真分析條件 能源化工樓，配備Solidworks、Autocad、Protel、MATLAB等大型軟件的計(jì)算機(jī)工作室。

9、7.3 實(shí)驗(yàn)條件 研究智能機(jī)器人的科技活動(dòng)中心、儀器儀表實(shí)驗(yàn)室、PLC控制實(shí)驗(yàn)室、單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室（能源化工樓）。 8.預(yù)期達(dá)到的水平 （1）提交一篇不少于8000字的畢業(yè)設(shè)計(jì)。 （2）論文符合《榆林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊》相關(guān)要求，格式正確，條理清楚，層次分明，有自己的見解和結(jié)論。 （3）論文有相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或者仿真進(jìn)行支持。 （4）掌握Office，word排版，Atuo CAD等軟件的使用。 9.存在的問題及擬采取的解決措施 （1）在截取視頻的過程中所截取的動(dòng)作不連貫，擬通過連續(xù)截圖工具進(jìn)行截圖然后再進(jìn)行篩選。 （2）在畫視頻動(dòng)作對應(yīng)的簡圖動(dòng)作時(shí)找不好角度，擬通過CAD畫

10、圖進(jìn)行動(dòng)作的簡化和提取。 （3）在編寫相關(guān)C語言程序時(shí)存在問題，擬通過查看C語言相關(guān)課本或請教老師進(jìn)行解決。 （4）對于論文的結(jié)構(gòu)、部分設(shè)計(jì)內(nèi)容及資料的解讀有問題，擬通過請教指導(dǎo)老師及與同學(xué)討論。 （5）在最終試驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)有困難，擬通過老師的指導(dǎo)或向參加過中國機(jī)器人大賽的同學(xué)學(xué)習(xí)來解決。 參考文獻(xiàn) [1] 2011年中國機(jī)器人大賽舞蹈機(jī)器人組比賽規(guī)則[Z].2011.4:1-3. [2] 郭志攀.小型雙足機(jī)器人設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)規(guī)劃研究[d].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2007：27-40. [3] 張博,杜志江,孫立寧,董為.雙足步行機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃方法研究[J].機(jī)械與電子,2008,(04

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