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1、I成人高等教育毕业设计（论文）学 院 (函 授 站 ） ： 济 南 市 海 贝 培 训 学 校 年 级 专 业 ： 电 气 工 程 及 其 自 动 化 层 次 ： 本 科 学 号 ： 1210806141007 姓 名 ： 冯 子 风 指 导 教 师 ： 题 目：面向幼儿教育的教育机器人设计II摘 要针对幼儿的生活习性，设计一种面向幼儿教育的教育机器人，从而有效地对幼儿进行教育、监护、跟踪。该机器人应该能实现寻迹、拍摄照片、与幼儿游戏互动等功能，可以实时监护幼儿。本次设计是基于 IN-RM 教学研究型智能机器人平台设计教育机器人。IN-RM 机器人以 ARM 系列 S3C2440A 处理器为主
2、控制器，51 单片机 AT89S52 作为驱动电路控制器，通过单片机产生 PWM 波，控制机器人行走速度。利用红外光电传感器通过势场栅格法对路面黑色轨迹进行检测,并将路面检测信号通过相应的端口反馈给处理器。处理器对采集到的信号予以分析判断,将控制信号根据C 语言的程序指令传给电机驱动芯片 L298N，一片 L298N 芯片控制两个直流减速电机，在不同的状态之下，能及时控制驱动电机以调整机器人速度与转向,从而使机器人能够沿着给定轨迹行驶,设计根据用户目标，进行对应的软件程序设定。由于某些技术原因，有些功能无法实现需要在以后的设计中加以改进以及突破。此种面向幼儿教育的教育机器人在将来必将得到巨大的
3、发展。关键词：教育机器人，监测监控，路径规划III目 录摘 要 .I目 录 .II1 绪论 .11.1 机器人 简介 .11.1.1 机器人 的由来 .11.1.2 机器人 的定义 .21.1.3 机器人的研 究领域 .21.2 机器人的发 展历史 .31.3 机器人的基 本结构 .51.4 机器人的 分类 .71.5 机器人技术的进展和应用 .81.6 本章小结 .102 教育机器人 .112.1 教育机器人的概念 .112.2 教育机器人产生背景 .112.3 教育机器人的分类 .112.4 教育机器人的发展 .122.5 面向幼儿教育的机器人研究 .132.6 本章小结 .143 幼儿机
4、器人的路径规划 .153.1 幼儿机器人路径规划 .153.1.1 路径规划的定义 .153.1.2 路径规划的分类 .153.2 路径规划方法 .163.3 人工势场法 .17IV3.3.1 势场概述 .173.3.2 势场函数的构建 .173.3.3 势场法的特点 .193.3.4 改进人工势场算法及实现 .203.4 栅格法 .223.4.1 栅格与环境表示 .223.4.2 障碍物栅格的处理 .243.4.3 栅格地图的初始化 .243.4.4 路径搜索 .243.4.5 栅格法的特点 .243.4.6 势场栅格法 .253.5 局部导航方法 .253.5.1 智能机器人视觉导航系统结
5、构 .253.5.2 局部导航算法设计 .263.6 本章小结 .274 教育机器人设计方案 .284.1 总体设计方案 .284.2 硬件设计 .294.2.1 IN-RM 教学研究型智能移动机器人简介 .294.2.2 IN-RM 教学研究型智能移动机器人特征 .294.2.3 控制模块 .304.3 系统软件设计 .374.3.1 Windows 的移植及驱 动程序的开发 .374.3.2 程序设计总体思路 .374.3.3 传感器布置位置 .384.3.4 机器人的几种状态 .384.3.5 传感器数据处理及寻迹流程图 .404.3.6 实现寻迹的程序设计 .424.4 本章小结 .4
6、7V5 结论 .48参考文献 .49致 谢 .51山东理工大学成人高等教育毕业设计（论文） 面向幼儿教育的教育机器人2山东理工大学成人高等教育毕业设计（论文） 面向幼儿教育的教育机器人11 绪论1.1 机器人简介机器人是人类根据想像制作出的一种机器，用来代替人来完成各式各样的工作，体现了人类长期以来的一种愿望。从最初人类对机器人简单的想像到现在，人类已经能够制作出外貌近视人类、初步具有一定智能的机器人。机器人已经具有了质的飞跃。随着近几年机器人研究的飞速发展，科幻小说中描述的各种活生生的机器人将出现在我们眼前，像动物世界里的动物一样，机器人也将真正的与人类共生 1。1.1.1 机器人的由来机器
7、人的概念早在几千年前的人类想象中就已诞生。我国西周时期，偃师就研制出了能歌善舞的伶人，这是我国最早记载的具有机器人概念的文字。据墨经的记载，春秋后期，我国著名的木匠鲁班曾制造过一只木鸟，可以在空中飞行“三日而不下” 2。东汉时期的著名科学家张衡发明了地动仪、计里鼓车以及指南车，都是具有机器人构想的装置，可算是世界上最早的机器人雏形 2。有关机器人的发明，包括中国在内的世界上许多国家的历史上都曾出现过。1662 年，日本的竹田近江利用钟表技术发明了自动机器玩偶。1738 年，法国天才技师杰克戴瓦克逊发明了一只机器鸭子。1768 年至 1774 年，瑞士钟表匠德罗斯父子三人合作制作出三个像真人一样
8、大小的机器人：写字偶人、绘图偶人、弹风琴偶人 3。“机器人”一词最早出现于 1920 年捷克剧作家卡雷尔凯培克的一部幻想剧罗萨姆的万能机器人中。科幻作家阿西莫夫于 1940 年提出了“机器人三原则” 4：1、机器人不应伤害人类；2、机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外；3、机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外。山东理工大学成人高等教育毕业设计（论文） 面向幼儿教育的教育机器人2这是给机器人赋予的伦理性纲领。机器人学术界一直将这三原则作为机器人开发的准则。山东理工大学成人高等教育毕业设计（论文） 面向幼儿教育的教育机器人2世界上第一台机器人于 1954 年诞生于美国，乔治戴沃尔设想了一种可控制的机械手，并设计制作出世界上第一台机器人实验装置。1962 年，美国万能自动化公司制作出 Unimate 机器人。它是世界上第一台工业机器人，并在美国通用汽车公司投入使用。从此，机器人出现在人们的生活中。1.1.2 机器人的定义目前，虽然机器人已被广泛应用，但世界上对机器人还没有一个统一、严格、准确的定义，不同的国家、不同的研究领域给出的定义不尽相同。尽管定义的基本原则大体一致，但仍然有较大区别。国际上主要有以下几种：美国国家标准局下的定义是：“一种机械装置。
