清扫机器人结构设计
毕业设计（论文）中文题目：清扫机器人结构设计
学习中心（函授站）：江阴
专业：机械设计及自动化
姓名：夏成
学号：CS051410248
指导教师：孙菊
南京航空航天大学
2016年5月
目录
中文摘要......................................................... I ABSTRACT ........................................................ II
第一章绪论 (1)
第一节研究的目的和意义 (1)
第二节设计的重点和难点 (1)
第三节家庭清扫机器人的关键技术 (1)
第四节论文主要完成工作 (2)
第二章总体结构设计 (3)
第一节整体结构布局 (3)
第二节驱动部分 (4)
第三节吸尘部分 (6)
第四节电源部分 (6)
第五节路径规划算法 (6)
第六节仿真结果 (8)
第三章硬件控制部分设计 (9)
第一节 AT89系列单片机简介 (9)
第二节外围电路 (9)
结论 (11)
致谢 (12)
参考文献 (13)
题目：清扫机器人结构设计
中文摘要
摘要:清扫机器人属于服务机器人的一种，世界各国尤其是西方发达国家都在致力于研究开发和广泛使用服务机器人。如果清扫机器人的性价比足够高，那么清扫机器人的市场将会被看好。
本文介绍了清洁机器人在国内外发展现状和应用情况，侧重研究了清洁机器人的避障控制系统。结合实验室实际条件，设计了机器人样机。其主要工作内容包括:小车机械本体设计、控制理论的介绍、AT89C51单片机控制系统硬件电路及检测电路设计、控制系统软件设计和机器人避障性能测试试验。
通过实验表明所设计的机器人样机能够实现自主避碰的功能,达到设计要求。
关键词:清洁机器人避障 AT89C51单片机
Abstract
Cleaning robot is one part of the serving robot..Serving robot is beingresearched and developed in the countries all over the world,and which is beingused widely in the west developed countries.
If the rate of quality and price of thecleaning robot is highly enough ,the market of the cleaning robot would beprospered.
The paper studies the applications and developments of cleaning robot athome and abroad, and researches the control system of the cleaning robot avoidinga obstacle mainly.
The model is designed under the actual condition of the lab. The main work of the paper is as follows.
The mechanical design of cleaning robot,thetheory of the control system, the design of control system of hardware circuit andsoftware based on AT89C51 SCM, the design of inspective circuit and theexperiment of performance of the cleaning robot avoiding a obstacle.
The result of the experiment shows that the robot designed has the functionsof avoiding a obstacle, so it fills the demand of the task.
KEY WORD:cleaning robot avoid a obstacle AT89C51 SCM.
绪论
第一章第一节研究的目的和意义
清扫机器人将移动机器人技术和吸尘器技术有机地融合起来，实现室内环境（地面）的半自动或全自动清洁，替代传统繁重的人工清洁工作，近年来已受到国内外的研究人员重视。作为智能移动机器人的一个特殊应用，从技术方面讲，智能化清扫机器人比较具体地体现了移动机器人的多项关键技术，具有较强的代表性。从市场前景角度讲，清扫机器人将大大降低劳动强度、提高劳动效率，适用于家庭和公共场馆的室内清洁。因此，开发自主智能吸尘器既具有科研上的挑战性，又具有广阔的市场前景。融合现代传感器以及机器人领域的关键技术，本课题旨在开发一部价格便宜，全区域覆盖，能够充分满足家庭需求且方便适用的智能家庭清扫机器人。使它可以替代传统的家庭人工清扫方式，使家庭生活电气化、智能化，使科技更好地为人类服务。
第二节设计的重点和难点
由前面的设计家庭清洁机器人的工作内容和要求，在宽400高100的体积下如何设计和布置好清扫机构，行走机构，吸尘机构和储存垃圾机构。
路径方式的选择，以及如何用软件控制实现其避障功能。
第三节家庭清扫机器人的关键技术
家庭清洁机器人的关键技术吸尘机器人系统通常由四个部分组成:移动机构、感知系统、控制系统和吸尘系统。
移动机构是吸尘机器人的主体,决定了吸尘器的运动空间,一般采用轮式机构。
感知系统一般采用超声波测距仪、接触和接近传感器、红外线传感器等。
随着近年来计算机技术、人工智能技术、传感技术以及移动机器人技术的迅速发展,清扫机器人控制系统的研究和开发已具备了坚实的基础和良好的发展前景。
清扫机器人的控制与工作环境往往是不确定的或多变的,因此必须兼顾安全可靠性、抗干扰性以及清洁度。用传感器探测环境、分析信号,以及通过适当的建模方法来理解环
境,具有特别重要的意义。
目前展较快、对清扫机器人发展影响较大的关键技术是:传感技术、智能控制技术、路径规划技术、吸尘技术、电源技术等。
传感技术为了让吸尘机器人正常工作,必须对机器人位置、姿态、速度和系统内部状态进行监控,还要感知机器人所处工作环境的静态和动态信息,使得吸尘机器人相应的工作顺序和操作内容能自然地适应工作环境的变化。
第四节论文主要完成工作课题主要完成的工作包括清洁机器人结构设计，驱动电机选择，传感器的选择，控制算法的研究，硬件电路设计和软件编程及试验。
一.机械结构部分包括机器人构成方案选择、机器人本体机构设计和驱动电机的选择
二.避障系统控制方案包括机器人障碍检测系统、定位系统的确定和控制算法的选择
三.控制系统硬件部分包括AT89C51单片机控制系统硬件电路设计、电机驱动电路设计和传感器检测硬件电路设计
四.控制系统软件部分包括AT89C51单片机控制系统系统软件设计
第二章总体结构设计第一节整体结构布局
整个机器人的结构由车体,吸尘装置,传感部分,控制部分组成。
传感部分包括车身两侧的光电传感器和前面的碰板和光电开关组成的接触式传感器。
机器人前轮为随动轮,后轮采用差动式驱动,光电编码器装在前随动轮上,与随动轮同轴。
当发生碰撞时,碰板带动光开关移动产生信号变化。光电传感器对车体侧面进行探测，判断左右转弯是否可行。如结构简图2所示：
图2.1 清扫机器人结构示意图
考虑到机构和控制的复杂性,本清扫机器人采用圆形车体,圆形车体的最大优点是运动灵活,控制简单,不会发生卡死的现象。
车体前端是一个碰板系统由一套机械装置和光电开关组成,用于检测运动前方的障碍物。
左右二个后轮独立驱动,每个轮子都有电机、光电传感器,各自是一个独立的系统,只接受控制系统的控制信号和反馈给控制系统运动信息。
中间镂空的部分是清扫系统,包括二个电机驱动的一个清扫装置和一个吸尘装置。
车体左右二侧装有二个光电传感器,用于对小车转弯可行性判断。
前轮的支撑部分是一个垂直方向可滑动杆,中间有弹簧做缓冲(运动的时候也有减震的作用)。
本机器人没有采用阵列式碰撞传感器。而是独立设计了一块碰板和光电开关组成,它可以检测到车体前方的一切障碍物,不存在任何盲点。
弧形的碰板通过2个连杆和车体铰接在一起,连杆和碰板连接的部分可以沿碰板外径方向滑动,
而和车体连接的部分可以旋转,碰板二端和光电开关相连,当碰撞引发碰板移动后,通过光电开关的变化把信号反馈给控制系统。
碰板可以把障碍物的位置分为3类:正前方,前方,右前方。通过2个光电开关的组合状态给出,如果2个光电开关的初始状态是0。
如表1所示。
表2.1 碰撞检测对照表
整个清扫系统通过后方的圆孔和车体相铰接,可以作很小幅度的摆动,这样的设计将使机器人对地面的适应性有很大提高,整个清扫系统又可以分为清扫部分和吸尘部分,每部分各有1个电机提供动力,清扫部分在前端,由电机带动2个旋转方向不同的滚刷转动,从而把纸片等大块垃圾清扫进后面的灰尘箱。
后面的吸尘系统类似一个吸尘器,橡胶制成的吸尘端口与地面相接。这样双选择性的清扫比一般地单一清扫方式效果要好的多。
第二节驱动部分
驱动部分是由两个四相步进电机以及相应的驱动机构组成的。
步进电机带动两驱动轮，后轮，从而推动吸尘器运动。前轮不再采用传统的双轮结构, 而采用了应用非常广泛的平面轴承, 这既减小了结构复度, 又提高了转弯的灵活性
图2.2 驱动结构
通过改变作用于步进电机的脉冲信号的频率, 可以对步进电机实现较高精度的调速。
同时在对两电机分别施相同或不同脉冲信号时, 通过差速方式, 可以方便的实现吸尘器前进、左转、右转、后退、调头等功能。
这一设计的最大优点是吸尘器能够在任意半径下, 以任意速度实现转弯, 甚至当两后轮相互反向运动时, 实现零转弯半径绕轴中点原地施转动。
同时转弯的速度可通过改变单片机的程序来调节。
根据所需的驱动力矩和其它结构要求，驱动电机选用北京四通集团公司的57BYG250E-SAFRML-0152型两相混合式步进电动机。其参数如表2.2所示;
第三节吸尘部分
吸尘部分是由封闭在壳体中的小型吸尘器完成的。
包括气泵，吸室，吸道和吸嘴。在吸尘器爬行的过程中，通过底盘上开的吸嘴将扫过的地面上的灰尘吸入吸室。
第四节电源部分
由于智能吸尘器是以自主方式工作的，因而所用的电源不是一般脱线方式，而是采用随身携带的蓄电池，这样不但可实现无人控制，而且工作时比较灵活。
一次充电可以连续工作几个小时。
第五节路径规划算法
在本算法中,机器人的路径大体分为两类:
①面覆盖的过程,机器人走直线,相当于一个”迂回推进”的过程;
②从当前点到目标点的寻径过程,从定位的准确性考虑,路径段也为直线。
开始的时候机器人选择房间的一个角落
( 2座墙壁的交接点,便于机器人定位)作为初始点,坐标为(0, 0) ,即机器人上的p点坐标为(0, 0)
(本文中的坐标都是指p点坐标) ,沿一侧墙的方向建立X轴,第一次清扫沿X 轴的方向,完成后,返回原点,沿Y轴方向进行第二次清扫。
这样既保证了清洁质量,又在很大程度上避免了1次清扫所带来的死角问题。
而且由于2个方向的互补性,并不需要为了遍历的完整性而采用更为烦杂的算法,
通过2次数据融合就可以得到较为精确的环境信息机器人的路径为迂回前进的路径段,
每个路径段的间隔为机器人清洁机构的清扫直径,碰到障碍物后,机器人的转向90°并且侧移20cm ,在转向90°，
这个动作由控制系统做好保存,直接调用,记为micro1 。
(在前进过程中,发生碰撞时,机器人的转向所采取的方向,取值可以为”左”或者”右”,由碰撞次数的奇偶性决定。
前可行的方法就是—通过建立被控制对象的模糊模型来实现模糊控制器。
所谓建立被控制对象的模糊模型就是用“如果一一那么”的形式来描述被控对象的动态特性。
一条“如果—那么”表达式就是一条控制规则，因此被控制对象的模型是由多条控制规则组成的，这样通过该模型就可以从输入推理得出输出。
具体到本课题，模糊规则设定如下:
规则1:如果机器人前方为阶梯（沿X轴方向遍历），那么它应该左转一前行一再左转；(把此类型障碍物当作墙来处理)
规则2:如果机器人前方有障碍物（沿X轴方向遍历），同时左侧也有障碍物，那么它应该原地转弯180度；（记为左转为不可行）
规则3:如果机器人悬空，那么它应该执行电源关操作
规则4:如果机器人前方为阶梯（沿Y轴方向遍历），那么它应该从右转一前行一再右转；(把此类型障碍物当作墙来处理)
规则5:如果机器人前方有障碍物（沿Y轴方向遍历），同时右侧也有障碍物，那么它应该原地转弯180度；（记为右转为不可行）
规则6:如果机器人右前方没有障碍物，那么它应该直线前行；
规则7:如果机器人沿X轴方向遍历完成，那么执行沿Y轴方向的遍历；（完成与否的判定根据是否有连续两次转弯不可行）
规则8:如果机器人完成了沿X轴和Y轴方向的遍历，那么小车执行回充电插座充电。第六节仿真结果
由于只是表达路径规划的算法,为了描述清晰及简便,采用矩形环境边缘,障碍物也选用边缘规则的矩形,U型等,而实际上由于采用碰撞作为边缘触发条件。
经过机器人路径的规划设计对机器人的路径以达到清扫能到达的角落，不留清扫盲区。
第三章硬件控制部分设计
在实际应用中，机器人车体下部需安装吸尘或清扫等辅助机构，故控制系统安装在小车底板的上面。
控制系统硬件主要包括AT89C51单片机控制系统及其外围电路、电机驱动电路和传感器检测电路。
第一节 AT89系列单片机简介
机器人的控制系统采用的是AT89C51单片机。AT89系列单片机是 ATMEL公司的系列产品。
其主要特点如下: 1.与MCS-51'”产品兼容 2.1000次重复编程/擦写
3.具有2. 7V低电压型号
第二节外围电路
一．电源 AT89C51单片机正常工作时，其40脚(Vcc)接+SV电源，20脚(VSS接地。AJMP LOOP1 DLY： MOV R4，#M
通过改变M,M1的值调整转速 DLY1：MOV A，#M1 LOOP2: DEC A JNZ LOOP2 DJNZ R4，DLY1 RET
二、左轮控制程序： ZLKZ: PUSH A ；保护现场
MOV A，@R0 MOV P1.3，A ；
输出控制脉冲ACALL DLY ；调用延时程序INC R0 ；
控制字存储地址增1 MOV A，#00H ORL A，@R0 ；
是结束标志转移 JZ TPL LOOP1： DJNZ R3，LOOP ；
步数不为0，转移 POP A ZLKZ: PUSH A ；
保护现场 MOV A，@R0 MOV P1.3，A ；
输出控制脉冲ACALL DLY ；调用延时程序INC R0 ；
控制字存储地址增1 MOV A，#00H ORL A，@R0 ；
是结束标志转移 JZ TPL LOOP1： DJNZ R3，LOOP ；
步数不为0，转移 POP A RET TPL： MOV A，R0 ；
恢复控制字首址 SUBB A，#06H MOV R0，A AJMP LOOP1 DLY：
MOV R4，#M
通过改变M,M1的值调整转速 DLY1：MOV A，#M1 LOOP2: DEC A JNZ LOOP2 DJNZ R4，DLY1 RET
结论
虽然清扫机器人的研究已经取得了很大进步,进入了实用阶段,但是自主能力、工作效
率方面还不理想,需要在技术上解决传感器技术、定位和环境建模技术.
在此基础上,自主吸尘机器人可以向着高度智能化、多功能集成、低成本的方向发展。
清扫机器人作为服务机器人领域中的一个新产品,将使人们能在无人看守情况下轻松
地完成室内环境的吸尘等清洁工作。
因此,只要生产成本兼顾到日用电器批量大、价格低的特点, 清扫机器人将具有诱人
的市场前景,有关资料也预测清扫机器人是未来几年需求量最大的服务机器人。
特别是日用清洁电器不论是在市场上或者是在产品的创新上,绝对是所有小家电产品中最活跃的,未来仍有相当大的成长空间。
致谢
随着毕业设计的完成，我的大学生涯很快就要划上句号。
临近毕业，更多的是眷恋与不舍，三年，一段不短的时间，让我从青涩走向成熟。
回顾这一程求学路，给我帮助的人太多太多，在此学业即将完成之际对他们献上我诚挚的谢意。
饮其流时思其源，成吾学时念吾师。值此论文完成之际，谨向我尊敬的论文指导老师唐老师及辅导员包老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
论文期间，老师们不顾教务的繁忙，设身处地的为我们找资料，查文献，解决我们遇到的很多问题，力争让我们的论文做到完美。“授人以鱼，不如授之以渔”您教会我们的更重要的是学习的方法。
您还教会我们待人接物和为人处世的道理：您的勤奋，让我明白天道酬勤要坚持始终；您的博学，让我知道学海无涯仍需努力；您的朴实，让我明白善良的价值。
生活中，您还教我们如何真诚做人、做事不拖沓。老师平易近人的人格魅力，严谨进取的治学精神和乐观向上的生活态度，将是我今后生活工作中的指路航标。
桃李不言，下自成蹊；师恩深厚，不敢言报。唯有今后以百倍热情工作、学习，力争有所建树，以报师恩于万一。临别之际，真诚的祝各位老师：身体健康，生活顺心！
最后向评审论文及参加本人论文答辩的各位老师献上诚挚的谢意！您们辛苦了！
参考文献
1.著作类：
[1]. 白井良明.王棣棠译.机器人工程.科学出版社，2001。
[2]. 杨可祯，程光蕴.机械设计基础(第三版)高等教育出版社，1998。
[3]. 刘宝廷，程树康等.步进电动机及其驱动控制系统.哈尔滨工业大学出版社，1997。
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[7]. 蔡自兴,徐光. 人工智能及其应用. 北京:清华大学出版社,1996。
[8]. 李鸿主编.单片机原理及应用,湖南：湖南大学出版社，2004 。
工业机器人结构设计
1绪论 1.1工业机器人概述 工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力。从某种意义上说它也是机器进化过程的产物，它是工业以及非工业领域的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。机械手是模仿人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。工业机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全
生产，尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，由它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，工业机械手在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用。工业机械手的结构形式开始比较简单专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的应用。 1.2工业机器人的组成和分类 1.2.1工业机器人的组成 机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等组成。各系统相互之间的关系如方框图1.1所示。 图1.1机器人组成系统
人工智能原理及其应用(王万森)第3版 课后习题答案
第1章人工智能概述课后题答案 1.1什么是智能?智能包含哪几种能力？ 解：智能主要是指人类的自然智能。一般认为，智能是是一种认识客观事物和运用知识解决问题的综合能力。 智能包含感知能力，记忆与思维能力，学习和自适应能力，行为能力 1.2人类有哪几种思维方式?各有什么特点？ 解：人类思维方式有形象思维、抽象思维和灵感思维 形象思维也称直感思维，是一种基于形象概念，根据感性形象认识材料，对客观对象进行处理的一种思维方式。 抽象思维也称逻辑思维，是一种基于抽象概念，根据逻辑规则对信息或知识进行处理的理性思维形式。 灵感思维也称顿悟思维，是一种显意识与潜意识相互作用的思维方式。 1.3什么是人工智能?它的研究目标是什么？ 解：从能力的角度讲，人工智能是指用人工的方法在机器（计算机）上实现智能；从学科的角度看，人工智能是一门研究如何构造智能机器或智能系统，使它能模拟、延伸和扩展人类智能的学科。 研究目标： 对智能行为有效解释的理论分析； 解释人类智能； 构造具有智能的人工产品； 1.4什么是图灵实验？图灵实验说明了什么？ 解：图灵实验可描述如下，该实验的参加者由一位测试主持人和两个被测试对象组成。其中，两个被测试对象中一个是人，另一个是机器。测试规则为：测试主持人和每个被测试对象分别位于彼此不能看见的房间中，相互之间只能通过计算机终端进行会话。测试开始后，由测试主持人向被测试对象提出各种具有智能性的问题，但不能询问测试者的物理特征。被测试对象在回答问题时,都应尽量使测试者相信自己是“人”，而另一位是”机器”。在这个前提下，要求测试主持人区分这两个被测试对象中哪个是人，哪个是机器。如果无论如何更换测试主持人和被测试对象的人，测试主持人总能分辨出人和机器的概率都小于50%，则认为该机器具有了智能。 1.5人工智能的发展经历了哪几个阶段？ 解：孕育期，形成期，知识应用期，从学派分立走向综合，智能科学技术学科的兴起
康复机器人-设计工程规划书
设计题目：基于索驱动的康复训练仿人机械臂 1 项目的背景和意义 近年来，由于各种原因导致肢体残障的人士越来越多。目前造成残障的主要原因有三。其一，由于灾害事故造成肢体残障。由中国康复研究中心完成的北京市脊髓损伤流行病学调查结果显示，我国每年有近十万新增肢体残疾病人，我国残疾人口总数为8296 万，占总人口的 6.34%，涉及 2.6 亿家庭人口。其二，由于人口老龄化导致瘫痪。据第六次人口普查报告可知，截止2010 年我国60 岁以上的老年人已超过 1.78 亿，占总人口的13.26%，比第五次人口普查上升2.93 个百分点；65 岁以上的老年人达到1.19 亿，占总人口的8.87%，比第五次人口普查上升1.91 个百分点。有关部门预计，从2011年到2015 年，全国60 岁以上老年人将由 1.78 亿增加到2.21 亿，平均每年增加老年人860 万；老年人口比重将由13.3%增加到16%，平均每年递增0.54 个百分点，到2030 年全国老年人口规模将会翻一番。并且我国老年人中，长期卧床、生活不能自理的约有2700 万人，半身不遂的约有70 万人，82 万老年性痴呆病人中约有24万人长期卧床。其三，由于中风、脊髓损伤等疾病引起的肢体残障。中风的世界平均发病率为200/10万，且根据世界卫生组织统计，中国的中风发病率排名世界第一；对于脊髓损伤，国外报道其年发病率为每百万人口15~40例，我国上海市1991年统计的脊髓损伤发生率为34.3人/百万人，北京市2002年脊髓损伤发病率为60人/百万人。 由于以上三点的形势比较严峻，导致残障人士越来越多。而残障人士由于生活不能自理，不仅给其自身造成了痛苦，而且对于其家庭和社会而言都带来了极大的负担，因此，残障人士的康复治疗越来越受社会关注。 早期的康复治疗方式主要是通过理疗师一对一指导进行指导，不仅需要大量的康复治疗中心和理疗师，需要很高的成本，同时由于康复治疗中心离患者有一段距离，而这些残障人士一般又难以独立出行，如此会给患者及其家属造成很大的不便。因此，早期康复治疗的发展一直受到了很大的限制。 而随着机器人的发展和康复机器人这一理念的提出，这一限制得到的缓解。由于康复机器人体积小，不需要单独的理疗师辅助治疗，可以方便患者自主在家庭使用，可以降低治疗的费用并且相对方便。这在缓解残障人士给社会带来的压力方面和缓解残障人士的痛苦方面，有着重大的意义。 2 国内外研究发展现状 2.1 康复机器人发展现状 康复机器人涉及机械、电子、控制、生物、传感等多个方面，起步于20世纪80年代，美国、英国和加拿大在康复机器人方面的研究处于世界的领先地位。1990 年以前全球的56 个研究中心分布在5 个工业区内：北美、英联邦、加拿大、欧洲大陆和斯堪的纳维亚半岛及日本。1990年以后康复机器人的研究进入到全面发展时期。目前康复机器人的研究主要集中在康复机械手、医院机器人系统、智能轮椅、假肢和康复治疗机器人等几个方面。 国内康复机器人由于存在技术含量低、产学研脱节、机械加工水平低等原因，使得目前国内的康复机器人主要还处于研究阶段。虽然在“十二五”
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家庭服务机器人系统设计与研究 秦志强，喻品 （深圳中科鸥鹏智能科技有限公司， 深圳， 518067） 摘要 本文着眼于家庭服务机器人的路径规划，在铺满RFID地板的智能家居环境 中，机器人依靠RFID读卡器和电子罗盘，能够准确判断自身位置并在目标位置的 指引下调整前进方向。而依靠红外测距传感器，机器人可以探测周围障碍并在一 定范围内寻找合适路径。机器人实际工作结果表明，在我们的策略下，机器人能 够在智能家居环境中准确地完成各种任务，并体现出较强的自主决策能力。 关键词 服务机器人；路径规划；智能家居；自主决策 The Design and Research on Domestic Service Robot Zhiqiang Qin, Pin Yu (ShenZhen CAS Intelligent Technology Co., Ltd, ShenZhen, 518067) Abstract This article emphasis on path planning of domestic service robot. In a smart home environment that the floor is covered with RFID plate, a robot can determine its own position and adjust its direction with the help of RFID reader and electronic compass. And relying on infrared sensor, it can also detect the barrier within a certain range. As the result of the actual work of the robot shows that it can finish kinds of work in a smart home environment with our strategies, and it shows strong ability of making independent decisions. key words service robot; path planning; smart home environment; making independent decisions 引言 随着人工智能和传感器技术的发展，机器人技术取得了长足的进步。智能服务机器人已经开始影响人们的生活，同时人们也对机器人提出了更高的要求。服务机器人目前尚无严格统一的定义，国际机器人联合会（International Federation of Robotics， IFR）给出的初步定义是：服务机器人是一种半自动或全自动机器人，它能服务于人类或某些设备，但不包括制造业务。IFR的调研结果显示，服务机器人产业的市场在不断扩大，各种专用服务机器人的销售数量都在逐年提升。保守估计2012到2015年间，世界范围内具有专业用途的服务机器人的安装数量将会多达9.38万，而个人使用的机器人的交易数量将会接近1560万[1]。随着全球老龄化的来临，社会和家庭负担都在加重，家庭服务机器人将会扮演越来越重要的角色。当前，大部分的家庭服务机器人都不具备行走功能或只具有简单的避障能力，因此，机器人路径规划成为当前研究的重要课题。 1相关研究 机器人是人们为完成某种特定或一般性任务而设计的机器，所以为人类工作是机器人的使命。自从机器人的概念诞生开始，人们对服务机器人的研究就没有停歇过，并且服务机器人一直在朝着智能化方向发展。肖雄军和蔡自兴系统地归纳了服务机器人的发展现状和发展趋势，并提出了一些发展思路和要点[2]。Fei Lu等构建了一个面向家庭服务机器人的智能空间系统，提出了这一系统的一些关键技术，并详细介绍了家庭服务机器人能够提供的智能而灵活的服务[3]。徐海黎等构建了基于ZigBee技术的无线传感器网络系统，研究了基于RSSI 的无线传感器网络定位方法，家庭服务机器人作为无线定位系统中的盲节点，收集邻近参考节点的坐标和RSSI值，通过CC2431定位引擎计算出自身的坐标，从而实现了移动机器人
康复机器人的系统设计
第1章绪论 1.1 概述 据报道，我国60岁以上的老年人已有1.43亿，占全国人口的11％，到2050年将达到4.37亿。在老龄人群众中有大量的脑血管疾病或神经系统疾病患者，这类患者多数伴有偏瘫症状[1]。近年由于患心脑血管疾病使中老年患者出现偏瘫的人数不断增多，而且在年龄上呈现年轻化趋势。同时，由于交通运输工具的迅速增长，因交通事故而造成神经心痛损伤或者肢体损伤的人数也越来越多。在美国数以百万计的有神经科疾病病史和受到过意外伤害的患者需要进行康复治疗，仅以中风为例，每年大约有600，000中风幸存者，其中的二百万病人在中风后存在长期的运动障碍。随着国民经济的发展，这个特殊群体已得到了更多人的关注，为了提高他们的生活质量，治疗、康复和服务于他们的产品的技术和质量也在相应地提高。随着机器人技术和康复医学的发展，在欧洲、美国和日本等国家，医疗康复机器人的市场占有率呈逐年上升的趋势，仅预测日本未来机器人市场，2005年医疗、护理、康复机器人的市场份额约为250，000美元，而到2010年将上升到1，050，000美元，其增长率在机器人的所有应用领域中占据首位。因此，服务于四肢的康复设备的研究和应用有着广阔的发展前景[2]。
康复机器人是康复设备的一种类型。康复机器人技术早已广受世界各国科研工作者和医疗机构的普遍重视，其中以欧美和日本的成果最为显著。在我国康复医学工程虽然得到了普遍的重视，而康复机器人研究仍处于起步阶段，一些简单康复器械远远不能满足市场对智能化、人机工程化的康复机器人的需求，有待进一步的研究和发展。 由于康复训练机器人要与人体直接相连，来带动肢体进行康复训练，所以对驱动器的安全性、柔性的要求较高。近年来，以气动元件柔性驱动器逐渐引起人们的重视，在医疗康复器械领域中得到越来越多的应用。 本课题的研究目的是设计一种用于脑损伤、中风等病人的步态康复训练系统，帮助病人更好地进行康复训练，减轻他人的帮助，挺高效果。 1.2康复机器人的国内外研究现状 在对有运动障碍的老人或残疾人进行治疗和康复的过程中，使用康复机器人可以解决好多问题：机器人的使用可以解决专业护理人员缺乏和医疗费用昂贵的问题，可以避免由于训练方法不科学和专业护理人员个人疏忽等主观原因引起的对病人的伤害，可供病人在家或工作场所使用，使病人获得更多的独立生活能力，提高了病人的生活质量等。康复机器人是一种自动化医疗康复设备，它以医学理论为依据，帮助患者进行科学而有效的康复训练，使患者的运动机能得到更快更好的恢复。目
(完整版)六自由度机器人结构设计
六自由度机器人结构设计、 运动学分析及仿真 学科：机电一体化 姓名：袁杰 指导老师：鹿毅 答辩日期： 2012.6 摘要 近二十年来，机器人技术发展非常迅速，各种用途的机器人在各个领域广泛获 得应用。我国在机器人的研究和应用方面与工业化国家相比还有一定的差距，因此 研究和设计各种用途的机器人特别是工业机器人、推广机器人的应用是有现实意义 的。 典型的工业机器人例如焊接机器人、喷漆机器人、装配机器人等大多是固定在 生产线或加工设备旁边作业的，本论文作者在参考大量文献资料的基础上，结合项 目的要求，设计了一种小型的、固定在AGV 上以实现移动的六自由度串联机器人。 首先，作者针对机器人的设计要求提出了多个方案，对其进行分析比较，选择
其中最优的方案进行了结构设计；同时进行了运动学分析，用D-H 方法建立了坐标变换矩阵，推算了运动方程的正、逆解；用矢量积法推导了速度雅可比矩阵，并计算了包括腕点在内的一些点的位移和速度；然后借助坐标变换矩阵进行工作空间分析，作出了实际工作空间的轴剖面。这些工作为移动式机器人的结构设计、动力学分析和运动控制提供了依据。最后用ADAMS 软件进行了机器人手臂的运动学仿真，并对其结果进行了分析，对在机械设计中使用虚拟样机技术做了尝试，积累了 经验。 第1 章绪论 1.1 我国机器人研究现状 机器人是一种能够进行编程，并在自动控制下执行某种操作或移动 作业任务的机械装置。 机器人技术综合了机械工程、电子工程、计算机技术、自动控制及 人工智能等多种科学的最新研究成果，是机电一体化技术的典型代表，是当代科技发展最活跃的领域。机器人的研究、制造和应用正受到越来越多的国家的重视。近十几年来，机器人技术发展非常迅速，各种用途的机器人在各个领域广泛获得应用。 我国是从 20 世纪80 年代开始涉足机器人领域的研究和应用的。1986年，我国开展了“七五”机器人攻关计划。1987 年，我国的“863”计划将机器人方面的研究列入其中。目前，我国从事机器人的应用开发的主要是高校和有关科研院所。最初我国在机器人技术方面的主要
家用服务机器人的结构设计与开发
家用服务机器人的结构设计与开发 【摘要】介绍多功能家居服务机器人的组成、主要性能参数和机器人的运动分析，进行了结构设计和控制系统的设计。可通过程序或手柄遥控两种方法来控制机器人的所有运动，实现对室内物品的夹取和整理，并运送到指定位置，以更好的方便人们生活。 【关键词】服务型机器人；六自由度；程序控制 机器人学的进步与应用是二十世纪自动控制最有说服力的成就，是当代最高意义的自动化，尤其在当今的工业制造中，机器人学已取得了伟大的成就。进入二十一世纪，人们越来越感受到机器人已经深入到人们生产、生活和社会各个领域。当前社会家庭服务也迫切需要，一方面社会老龄化越来越严重，使很多老人需要被照顾，使社会保障和服务的需求也变的更大，老龄化的家庭结构会使很多的的年轻家庭压力增大，而且工作的压力和生活节奏的加快，也使得年轻人没有更多的时间陪伴自己的孩子，随之使家庭服务机器人市场变的更大。另一方面，服务型机器人将会广泛地代替人力从事各种工作，使人类从繁重的、重复单调的、有害健康和危险的生产作业中解放出来。 1.家用服务机器人的主要功能 该家用服务机器人机械手爪有夹紧和松开物件的功能，由五个电机驱动五个自由度的运动，由一个电机控制手爪的夹紧和松开以及两个电机驱动四轮小车后轮。这样既可实现整体的旋转、水平、垂直运动及手爪的倾斜、旋转、夹紧、松开运动，也可实现机器人在地面上的空间全方位运动。该机器人可通过手柄遥控控制，也可通过程序自动控制。从手柄遥控或程序发出控制信号到各个相应的接收器，再从接收器传给各个电机，驱动小车以及机器人的运动方向或行程，从而机械手可以夹取或放置物件。多功能家居整理机器人大多是代替人上肢的部分功能，按给定的操作、轨迹和要求进行工作。具体功能模块如图1。 2.家用服务机器人的总体结构 总体结构主要由执行系统、驱动系统、控制系统及检测系统组成。执行系统是多功能家用机器人完成抓取工件，实现各种运动所必需的机械部件，它包括手部、腕部、机身和行走机构等.驱动系统为执行系统各部件提供动力，并驱动其动力的装置。常用的机械传动、液压传动、气压传动和电传动。控制系统是通过对驱动系统的控制，使执行系统按照规定的要求进行工作，当发生错误或故障时发出报警信号。检测系统的作用是通过各种检测装置、传感装置检测执行机构的运动情况，根据需要反馈给控制系统，与设定进行比较，以保证运动符合要求。另外本机还有配重系统，由于自重、承重较大，工作时运动惯性亦较大，为使小臂接近静平衡，将伺服电动机组件、齿形带轮等大质量零部件布置在与腕部相对的另一端。底部小车的主体结构包括底盘、车身、转向机构等，对于小车而言，转向机构与驱动系统的设计是很重要的，只有严格按照阿克曼原理设计出合理的
上肢康复机器人的结构毕业设计
摘要 康复机器人是康复设备的一种类型，康复机器人技术早已广受世界各国科研工作者和医疗机构的普遍重视，其中以欧美和日本的成果最为显著。在我国康复医学工程虽然得到了普遍的重视，但是康复机器人研究仍处于起步阶段，一些简单康复器械远远不能满足市场对智能化、人机工程化康复机器人的需求，有待进一步的研究和发展。 本文从使用的角度对人体上肢的运动原理进行了分析，设计出了一种坐式上肢康复训练机器人，用于心脑血管疾病致瘫或者意外事故所造成上肢损伤的患者作上肢及其相关关节的康复训练。本设计的康复机器人机身是由放置于平台上的机座，两根可伸缩的立柱和上横梁及其手柄组成，并在其各个组成部分上分别装上上肢屈伸机构、前后摆机构、分合机构和手腕旋转机构；各运动机构由单独的电机和减速器驱动，而传动机构的主件分别是传动轴、丝杠螺母副、同步齿形带传动副。 康复机器人的立柱主要采用薄壁套筒，这样既减轻了重量，也使得丝杠螺母副能构得到套筒的固定和定位。整个设计主要要注意的主要问题是减重和减噪，避免整体结构过于庞大笨重。 关键词：康复；上肢；结构设计；减重；噪音
ABSTRACT Rehabilitation robot is a type of rehabilitation facilities. Rehabilitation robotics have long been well received by the world scientists and the general importance of medical institutions, in which Europe and the United States and Japan, the results are the most significant. Medical Engineering in our country has been received widespread attention though, and rehabilitation robotics still in its infancy, some simple rehabilitation equipment is far from meeting intelligence, ergonomics of the rehabilitation robot needs to be further research and development. This perspective on the human body from the use of upper limb movement principle is analyzed，the seated upper extremity rehabilitation robot is designed , for the paralysis caused by cardiovascular diseases or accidents. The design of the rehabilitation robot body is placed on the platform base, two scalable columns and beams of the handle on the composition and its components are installed on the upper limb flexion which include separate and close agency, before and after agency, lifting agency and the wrist rotation agency; the every movement is driven by the separate drive motor and reducer, and the main parts are the shaft, screw nut pairs, timing belt, deputy. Rehabilitation robot column mainly adopts the thin wall sleeve, so as to reduce weight, also makes the lead screw nut pair can be fixed and the positioning sleeve. The design of the main attention to the major problem is the weight loss and noise reduction, avoid the whole structure is too bulky. Key words：rehabilitation；upper limb；structural design；Weight loss; noise
机器人机械手的设计要求要点
机械手的设计要求 机械手总体结构的类型 工业机器人的结构形式主要有直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构，关节型结构四种。各结构形式及其相应的特点，分别介绍如下。 1.直角坐标机器人结构 直角坐标机器人的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的.由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，所以，直角坐标机器人有可能达到很高的位置精度（μm级）。但是，这种直角坐标机器人的运动空间相对机器人的结构尺寸来讲，是比较小的。因此，为了实现一定的运动空间，直角坐标机器人的结构尺寸要比其他类型的机器人的结构尺寸大得多。 直角坐标机器人的工作空间为一空间长方体。直角坐标机器人主要用于装配作业及搬运作业，直角坐标机器人有悬臂式，龙门式，天车式三种结构。 2.圆柱坐标机器人结构 圆柱坐标机器人的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的。这种机器人构造比较简单，精度还可以，常用于搬运作业。其工作空间是一个圆柱状的空间。 3. 球坐标机器人结构 球坐标机器人的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的。这种机器人结构简单、成本较低，但精度不很高。主要应用于搬运作业。其工作空间是一个类球形的空间。 4. 关节型机器人结构 关节型机器人的空间运动是由三个回转运动实现的。关节型机器人动作灵活，结构紧凑，占地面积小。相对机器人本体尺寸，其工作空间比较大。此种机器人在工业中应用十分广泛，如焊接、喷漆、搬运、装配等作业，都广泛采用这
种类型的机器人。 手臂的设计要求 机器人手臂的作用，是在一定的载荷和一定的速度下，实现在机器人所要求的工作空间内的运动。在进行机器人手臂设计时，要遵循下述原则； 1.应尽可能使机器人手臂各关节轴相互平行；相互垂直的轴应尽可能相交于一点，这样可以使机器人运动学正逆运算简化，有利于机器人的控制。 2.机器人手臂的结构尺寸应满足机器人工作空间的要求。工作空间的形状和大小与机器人手臂的长度，手臂关节的转动范围有密切的关系。但机器人手臂末端工作空间并没有考虑机器人手腕的空间姿态要求，如果对机器人手腕的姿态提出具体的要求，则其手臂末端可实现的空间要小于上述没有考虑手腕姿态的工作空间。 3.为了提高机器人的运动速度与控制精度，应在保证机器人手臂有足够强度和刚度的条件下，尽可能在结构上、材料上设法减轻手臂的重量。力求选用高强度的轻质材料，通常选用高强度铝合金制造机器人手臂。目前，在国外，也在研究用碳纤维复合材料制造机器人手臂。碳纤维复合材料抗拉强度高，抗振性好，比重小（其比重相当于钢的1/4，相当于铝合金的2/3），但是，其价格昂贵，且在性能稳定性及制造复杂形状工件的工艺上尚存在问题，故还未能在生产实际中推广应用。目前比较有效的办法是用有限元法进行机器人手臂结构的优化设计。在保证所需强度与刚度的情况下，减轻机器人手臂的重量。 4.机器人各关节的轴承间隙要尽可能小，以减小机械间隙所造成的运动误差。因此，各关节都应有工作可靠、便于调整的轴承间隙调整机构。 5.机器人的手臂相对其关节回转轴应尽可能在重量上平衡，这对减小电机负载和提高机器人手臂运动的响应速度是非常有利的。在设计机器人的手臂时，应尽可能利用在机器人上安装的机电元器件与装置的重量来减小机器人手臂的不平衡重量，必要时还要设计平衡机构来平衡手臂残余的不平衡重量。 6.机器人手臂在结构上要考虑各关节的限位开关和具有一定缓冲能力的机械限位块，以及驱动装置，传动机构及其它元件的安装。 腰座结构的设计要求
工业机器人内部结构及基本组成原理详解
工业机器人内部结构及基本组成原理详解 工业机器人详解 你对工业机器人有着什么样的了解？关于工业机器人，我们过去也反反复复推送了很多的文章，在这一次，我们将尝试解决有关---在工业环境中使用的最常见的机器人和作业时经常会遇到的问题。关于工业机器人定义什么可以被 认为是一个工业机器人？什么不能被称为工业机器人？工业机器人直到最近才能避开这种混乱。不是在工业环境中使 用的每个机电设备都可以被认为是机器人。根据国际标准组织的定义，工业机器人是一种可编程的三自由度或多轴自动控制的可编程多用途机械手。这几乎是在谈论工业机器人时被接受的定义。工业机器人自中年以来发生了什么变化？越来越多的工程师和企业家正在寻找越来越多的机器人技术，帮助在工业环境中优化工作流程的方式。随着时代的发展和机器人技术的进步，机器人手臂必须为诸如仓储中使用的群组AGV等新手铺路。我们经常说典型的工业机器人 由工具，工业机器人手臂，控制柜，控制面板，示教器以及其他外围设备组成。那么这些是什么？这些部分通常都在一起，控制柜类似于机器人的大脑。控制面板和示教器构成用户环境。工具（也称为末端执行器）是为特定任务设计的设备（例如焊接或喷涂）。机器人手臂基本上是移动工具的
东西。但并不是每个工业机器人都像一个手臂。不同机器人有不同类型的结构。控制面板--- 操作员使用控制面板来执行一些常规任务。（例如：改变程序或控制外围设备）。应用“机器人工人” --------- 什么时候应该使用工业机器人而不是人工？相信这个问题大家思考的次数并不少了。理想情况下，这应该是双赢的。想快速看到效果，你需要知道什么是别人最不喜欢的工作。想得最多的是那些重复的，乏味的工作，需要从工作人员那边进行大量单调的行动，这个思考是正确的，因为正是如此，例如从一个输送机到另一个输送机。如果总是相同的任务，您可以使用专门针对您的需求量身定制的自动化解决方案。工厂的工作处理需要越来越灵活，在这些情况下，正确的解决方案是：可以试用用于不同任务的可重新编程的机器人进行任务操作。此外，就是那些对人类工作有害的任务。（例如：用危险化学品进行表面处理，这是在有害环境中工作。在许多情况下，长期使用机器人比聘用工人更聪明和便宜。）当然，还有的是人类难以操作的工作。（例如：举或搬运重物或在不适合人类生活的条件下工作。）同样，在许多这些情况下，可以应用特定的自动化解决方案。然而，如果任务需要灵活性处理，还需要考虑要用到的机器人。以下是最常见的机器人应用程序列表：电弧焊、部件、涂层、去毛刺、压铸、造型、物料搬运、选择、码垛、打包、绘画、点焊、运输，仓储关于工业机器人的
清扫机器人结构设计
毕业设计（论文）中文题目：清扫机器人结构设计 学习中心（函授站）：江阴 专业：机械设计及自动化 姓名：夏成 学号：CS051410248 指导教师：孙菊 南京航空航天大学 2016年5月 目录 中文摘要......................................................... I ABSTRACT ........................................................ II
第一章绪论 (1) 第一节研究的目的和意义 (1) 第二节设计的重点和难点 (1) 第三节家庭清扫机器人的关键技术 (1) 第四节论文主要完成工作 (2) 第二章总体结构设计 (3) 第一节整体结构布局 (3) 第二节驱动部分 (4) 第三节吸尘部分 (6) 第四节电源部分 (6) 第五节路径规划算法 (6) 第六节仿真结果 (8) 第三章硬件控制部分设计 (9) 第一节 AT89系列单片机简介 (9) 第二节外围电路 (9) 结论 (11) 致谢 (12) 参考文献 (13) 题目：清扫机器人结构设计
中文摘要 摘要:清扫机器人属于服务机器人的一种，世界各国尤其是西方发达国家都在致力于研究开发和广泛使用服务机器人。如果清扫机器人的性价比足够高，那么清扫机器人的市场将会被看好。 本文介绍了清洁机器人在国内外发展现状和应用情况，侧重研究了清洁机器人的避障控制系统。结合实验室实际条件，设计了机器人样机。其主要工作内容包括:小车机械本体设计、控制理论的介绍、AT89C51单片机控制系统硬件电路及检测电路设计、控制系统软件设计和机器人避障性能测试试验。 通过实验表明所设计的机器人样机能够实现自主避碰的功能,达到设计要求。 关键词:清洁机器人避障 AT89C51单片机
上下肢康复机器人的结构设计与开发开题报告
上下肢康复机器人的结构设计与开发 开题报告 班级/学号：机械1101班/2011010015姓名：陈炜 指导教师：刘相权 一、综述 1.1研究的背景和意义 随着医疗卫生条件的发展和经济条件的改善，人类平均寿命不断增长，老年人口日益增多，老龄人群的健康问题也成了人们共同关心和面临的问题。其中，对老年人造成严重伤害的一种疾病就是中风。中风，属于脑血管疾病的一种，其所出现的脑血液循环障碍将直接对人的大脑组织造成不可恢复的损伤，从而导致偏瘫后遗症的产生，偏瘫后遗症的康复治疗更是广大医护工作者和患者所面临的棘手问题。因此，中风由于它的高致残率、高复发率和高死亡率等特点，被世界卫生组织确定为危害当今人类健康的第一杀手。 在当前医疗条件下，医护人员对于患者的急性中风能够采取比较有效的治疗手段来保证患者的生命安全。但是，中风所引起的诸如偏瘫、运动功能障碍、语言功能障碍、神志障碍等后遗症，却成为当今医疗界所面临的一个难题。在中风后遗症患者中，大多属于运动功能障碍，资料显示中风后因运动功能障碍而生活不能自理的高达42.5%。这不仅使得患者生活不能自理，而且也为患者家庭带来极大的心理与经济负担。临床研究表明，对中风后遗症患者，必须争取早期康复治疗，尤其在发病后的前三个月内进行康复治疗是获得理想功能恢复的最佳时机，治疗总有效率可达92.4%。因此，我们迫切需要寻求一种有效的康复手段，使得中风后遗症患者能够最大限度的恢复到正常状态，以减轻患者的生理和心理痛苦，减轻家庭和社会的负担。 目前，在偏瘫上下肢康复训练方面，国内外医疗界所采用的主要是康复训练师亲自对患者进行康复指导和训练。这种治疗方式虽然取得较好的治疗效果，但是仍然存在下述三方面的问题： （1）患者较多的情况下，一名康复训练师不可能在同一时间对多名患者进行有效地康复训练，治疗效率低下。即便是技术娴熟的康复训练师可以同时照顾多名患者，那么由于其体力的限制，也不能保证每个患者都能得到足够强度的康复训练。此外，康复训练师的技术能力不尽相同，不同康复训练师的治疗效果也有很大差异，很难保证每个患者都能得到高效合理的康复治疗。 （2）因为技术差异，一些康复训练师不能根据患者病况程度精确拿捏康复治疗方法和力度，不能准确记录患者康复进程中的各种病况数据，从而导致康复评价指标不够客观合理，影响治疗方案的进一步完善和改进，耽误患者的康复治疗。 （3）由于现在人力成本的不断提高，康复训练师的服务费用也不断增加，对于经济条件较差的患者，其家庭将无力承担高昂的康复训练费用，这也无疑会耽误患者治疗，影响患者一生的幸福。 综上所述，仅依靠康复训练师亲自对患者进行的康复指导和训练，无疑会制约偏瘫后
人工智能及其应用 习题参考答案 第1章
第一章绪论 1 什么是人工智能？试从学科和能力两方面加以说明。 答：人工智能（学科）：人工智能（学科）是计算机科学中涉及研究、设计和应用智能机器的一个分支。其近期的主要目标在于研究用机器来模仿和执行人脑的某些智力功能，并开发相关理论和技术。 人工智能（能力）：人工智能（能力）是智能机器所执行的通常与人类智能有关的智能行为，如判断、推理、证明、识别、感知、理解、通信、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。 2 为什么能够用机器（计算机）模仿人的智能？ 答：物理符号系统假设：任何一个系统，如果它能够表现出智能，那么它就必定能够执行上述 6 种功能。反之，任何系统如果具有这６种功能，那么它就能够表现出智能；这种智能指的是人类所具有的那种智能。 推论：既然人是一个物理符号系统，计算机也是一个物理符号系统，那么就能够用计算 机来模拟人的活动。 因此，计算机可以模拟人类的智能活动过程。 ３．现在人工智能有哪些学派？它们的认知观是什么？ 答：符号主义，又称为逻辑主义、心理学派或计算机学派。认为人工智能源于数理逻辑。连接主义，又称为仿生学派或生理学派。认为人工智能源于仿生学，特别是人脑模型的研究。
行为主义，又称为进化主义或控制论学派。认为人工智能源于控制论。 ４．你认为应从哪些层次对认知行为进行研究？ 答：应从下面４个层次对谁知行为进行研究： （１）认知生理学：研究认知行为的生理过程，主要研究人的神经系统（神经元、中枢神经系统和大脑）的活动。 （２）认知心理学：研究认知行为的心理活动，主要研究人的思维策略。 （３）认知信息学：研究人的认知行为在人体内的初级信息处理，主要研究人的认知行为如何通过初级信息自然处理，由生理活动变为心理活动及其逆过程 （４）认知工程学：研究认知行为的信息加工处理，主要研究如何通过以计算机为中心的人工信息处理系统，对人的各种认知行为（如知觉、思维、记忆、语言、学习、理解、推理、识别等）进行信息处理。 ５．人工智能的主要研究和应用领域是什么？ 答：问题求解，逻辑推理与定理证明，自然语言理解，自动程序设计，专家系统，机器学习，神经网络，机器人学，模式识别，机器视觉，智能控制，智能检索，智能调度与指挥，分布式人工智能与 Agent，计算智能与进化计算，数据挖掘与知识发现，人工生命。 6、人工智能的发展对人类有哪些方面的影响？试结合自己了解的情况何理解，从经济、社会何文化等方面加以说明？
人工智能原理与应用_(张仰森_著)_高等教育出版社_课后答案
2.7解：根据谓词知识表示的步骤求解问题如下： 解法一： (1)本问题涉及的常量定义为： 猴子：Monkey，箱子：Box，香蕉：Banana，位置：a，b，c (2)定义谓词如下： SITE(x，y)：表示x在y处； HANG(x，y)：表示x悬挂在y处； ON(x，y)：表示x站在y上； HOLDS(y，w)：表示y手里拿着w。 (3)根据问题的描述将问题的初始状态和目标状态分别用谓词公式表示如下： 问题的初始状态表示： SITE(Monkey，a)∧HANG(Banana，b)∧SITE(Box，c)∧~ON(Monkey，Box)∧~HOLDS(Monkey，Banana) 问题的目标状态表示： SITE(Monkey，b)∧~HANG(Banana，b)∧SITE(Box，b) ∧ON(Monkey，Box)∧HOLDS(Monkey，Banana) 解法二： (1)本问题涉及的常量定义为： 猴子：Monkey，箱子：Box，香蕉：Banana，位置：a，b，c (2)定义谓词如下： SITE(x，y)：表示x在y处； ONBOX(x)：表示x站在箱子顶上； HOLDS(x)：表示x摘到了香蕉。 (3)根据问题的描述将问题的初始状态和目标状态分别用谓词公式表示如下： 问题的初始状态表示： SITE(Monkey，a)∧SITE(Box，c)∧~ONBOX(Monkey)∧~HOLDS(Monkey) 问题的目标状态表示： SITE(Box，b)∧SITE(Monkey，b)∧ONBOX(Monkey)∧HOLDS(Monkey) 从上述两种解法可以看出，只要谓词定义不同，问题的初始状态和目标状态就不同。所以，对于同样的知识，不同的人的表示结果可能不同。 2.8解：本问题的关键就是制定一组操作，将初始状态转换为目标状态。为了用谓词公式表示操作，可将操作分为条件(为完成相应操作所必须具备的条件)和动作两部分。条件易于用谓词公式表示，而动作则可通过执行该动作前后的状态变化表示出来，即由于动作的执行，当前状态中删去了某些谓词公式而又增加一些谓词公式从而得到了新的状态，通过这种不同状态中谓词公式的增、减来描述动作。 定义四个操作的谓词如下，操作的条件和动作可用谓词公式的增、删表示： (1)goto 康复机器人的系统设计 哈尔滨工程大学本科生毕业论文 第1章绪论 1.1 概述 据报道，我国60岁以上的老年人已有1.43亿，占全国人口的11％，到 2050年将达到4.37亿。在老龄人群众中有大量的脑血管疾病或神经系统疾病 [1]患者，这类患者多数伴有偏瘫症状。近年由于患心脑血管疾病使中老年患 者出现偏瘫的人数不断增多，而且在年龄上呈现年轻化趋势。同时，由于交通运输工具的迅速增长，因交通事故而造成神经心痛损伤或者肢体损伤的人数也越来越多。在美国数以百万计的有神经科疾病病史和受到过意外伤害的患者需要进行康复治疗，仅以中风为例，每年大约有600，000中风幸存者，其中的二百万病人在中风后存在长期的运动障碍。随着国民经济的发展，这个特殊群体已得到了更多人的关注，为了提高他们的生活质量，治疗、康复和服务于他们的产品的技术和质量也在相应地提高。随着机器人技术和康复医学的发展，在欧洲、美国和日本等国家，医疗康复机器人的市场占有率呈逐年上升的趋势，仅预测日本未来机器人市场，2005年医疗、护理、康复机器人的市场份额约为250，000美元，而到2010年将上升到1，050，000美元，其增长率在机器人的所有应用领域中占据首位。因此，服务于四肢的康复设备的研究和应用有着广阔的发展前景 [2]。 康复机器人是康复设备的一种类型。康复机器人技术早已广受世界各国 科研工作者和医疗机构的普遍重视，其中以欧美和日本的成果最为显著。在我国康复医学工程虽然得到了普遍的重视，而康复机器人研究仍处于起步阶段，一些简单康复器械远远不能满足市场对智能化、人机工程化的康复机器 人的需求，有待进一步的研究和发展。 由于康复训练机器人要与人体直接相连，来带动肢体进行康复训练，所 以对驱动器的安全性、柔性的要求较高。近年来，以气动元件柔性驱动器逐渐引起人们的重视，在医疗康复器械领域中得到越来越多的应用。 本课题的研究目的是设计一种用于脑损伤、中风等病人的步态康复训练 1 哈尔滨工程大学本科生毕业论文 系统，帮助病人更好地进行康复训练，减轻他人的帮助，挺高效果。 1.2 康复机器人的国内外研究现状 在对有运动障碍的老人或残疾人进行治疗和康复的过程中，使用康复机 器人可以解决好多问题：机器人的使用可以解决专业护理人员缺乏和医疗费用昂贵的问题，可以避免由于训练方法不科学和专业护理人员个人疏忽等主观原因引起的对病人的伤害，可供病人在家或工作场所使用，使病人获得更多的独立生活能力，提高了病人的生活质量等。康复机器人是一种自动化医疗康复设备，它以医学理论为依据，帮助患者进行科学而有效的康复训练，使患者的运动机能得到更快更好的恢复。目前，康复机器人已经广泛地应用到康复护理、假肢和康复治疗等方面，这不仅促进了康复医学的发展，也带动了相关领域的新技术和新理论的发展。 康复机器人有两种：辅助型康复机器人和康复训练机器人。辅助型康复 机器人主要是帮助肢体运动有困难的患者完成各种动作，该类产品有机器人轮椅、机器人护士、机器人假肢、机械外骨骼等。康复训练机器人的主要功能是帮助患者完成各种运动功能的恢复训练，该类产品有行走训练、手臂运动训练、脊椎运动训练等。 康复机器人是康复医学和机器人技术的完美结合，康复机器人技术在欧康复机器人的系统设计