报告编号：
科 技 查 新 报 告
项目名称：基于单片机的多功能模块化智能机器人
委 托 人：
委托日期：
查新机构（盖章）：
查新完成日期：
中 华 人 民 共 和 国 科 学 技 术 部
二○○○年制
查新项目名 称 | 中文：基于单片机的多功能模块化智能机器人 | |||||
英文：Multifunctional Modular Intelligent Robot Based on single chip microcomputer | ||||||
查新机构 | 名 称 | 北京理工大学 | ||||
通信地址 | ||||||
负 责 人 | 电 话 | 传 真 | ||||
联 系 人 | 电 话 | |||||
一、查新目的 █ 立项查新（申报计划、开题）： 大创 范围： 国内 国外 █国内外 成果查新（成果鉴定、申报奖励）： 范围： 国内 国外 国内外 其它（请注明）： 范围： 国内 国外 国内外 | ||||||
二、查新项目的科学技术要点 1.研究目的与意义：随着控制技术、计算机技术、信息处理技术和 传感器技术的发展，智能机器人无论是在工业领域还是消费电子领域都已经扮演了非常重要的角，已成为人工智能研究和发展的热点之一。机器人的多功能也越来越被人们日常生活所需要。 2.研究内容：面向室内生活的个人机器人，它利用单片机并结合多种现代传感器、通信和扩展总线等技术，并借助了交互,语言模块化结构和开放式接口。主要实现的功能为充当生活助手，完成生活常见基本功能，例如扫地，关窗，倒垃圾等。主要由机车部分，机械臂部分和核心单片机构成，其中包括加装摄像头分析具体情况的功能。 3.拟解决的关键问题：高度集合家庭中多种家用电器的功能，实现生活的全面自动化。 4.项目的特与创新之处：集合了多种模块，多种传感器，加上机械臂，即可完成多种生活功能。 5.国内外的研究情况： 5.1国外研究背景及现状 多功能模块化智能机器人由多个模块结构组成，可以自主改变自身结构，同时每个模块又具备不同的功能特性，既可以适应周围环境，又可以执行复杂环境下的特定工作任务[2]。该种机器人的高度环境适应性和高性能的任务执行力。使其非常适合应用于搜救工作或者是空间探测等高度不可预知的复杂环境中。近年来，多功能模块化智能机器人的研发也得到了国内外的重视。在国外，有很多科研机构开展了对该新型机器人的研究，如日本的名古屋大学，东京工业大学，美国的南加州大学，卡内基梅隆大学，以及日本产业技术综合研究所(A I ST ) 等等。最为典型的多功能模块化智能机器人当属日本产业技术综合研究所研发的模块变形者“M-TRAN”，目前已经开发出多代衍生产品。M - T R A N由不同功能的模块组成，而每个模块同时又具备自己的执行机构，即电机作动器，这使得每个模块都具备自主运动的能力。M-TRAN可以自己变形，并建立了模块之间的通信，可以像蛇一样通过狭小空间，而且能够跨越障碍。同时，该机器人具备自主结构变形和自修理功能，大大提高了工作的容错性。即使其中有模块出现故障，其他部分也可以完成更换受损模块或者重新变形重组，来解决问题并保持自身功能，从而保障了工作的正常进行。 5.2国内研究背景及现状 多功能模块化智能机器人由多个模块结构组成，可以自主改变自身结构，同时每个模块又具备不同的功能特性，既可以适应周围环境，又可以执行复杂环境下的特定工作任务。该种机器人的高度环境适应性和高性能的任务执行力,其非常适合应用于搜救工作或者是空间探测等高度不可预知的复杂环境中。近年来，多功能模块化智能机器人的研发也得到了国内的重视。 | ||||||
三、查新点与查新要求 查新点： 1、 基于移动平台的机械臂控制技术。 2、 有限集语音指令。 3、 远程遥控操控机器人技术。 4、 摄像头图像分析技术。 查新要求： 通过查新，证明上述新颖点国内外有无相同或类似的文章记载。 | ||||||
四、中英文检索词 中文检索词 英文检索词 单片机 SCM 机器人 robot 模块化 modularization 多功能 multi-function 智能 intelligent 生活 lifestyle 原理 theory 运动 sport Arduino arduino | ||||||
五、文献检索范围及检索策略 中文数据库 1、中国学术期刊网络出版总库（知网） 2015——2018.9 2、数字化期刊全文数据库（万方） 2015——2018.9 3、中国优秀硕士学位论文全文数据库（知网） 2015——2018.9 4、中国博士学位论文全文数据库（知网） 2015——2018.9 5、中国学位论文全文数据库（万方） 2015——2018.9 6、中国学位论文文摘数据库（万方） 2015——2018.9 7、中国学术会议论文全文数据库（万方） 2015——2018.9 8、中国学术会议论文文摘数据库（万方） 2015——2018.9 9、中国重要会议论文全文数据库（知网） 2015——2018.9 10、中国科技成果数据库（万方） 2015——2018.9 11、中国科技论文在线 2015——2018.9 12、中国学术会议在线 2015——2018.9 外文数据库 Academic Search Elite 2015——2018.9 Academic Search Premier 2015——2018.9 Business Source Elite 2015——2018.9 Newspaper Source 2015——2018.9 MasterFILE Premier 2015——2018.9 Newspaper Source 2015——2018.9 检索策略 检索式1: 中文检索式：单片机+机器人 外文检索式：SCM+robot 检索式1: 中文检索式：模块化+机器人 外文检索式：modularization+robot 检索式1: 中文检索式：多功能+机器人 外文检索式：multi-function+robot 检索式1: 中文检索式：多功能+模块化 外文检索式：multi-function+ modularization 检索式1: 中文检索式：Arduino+机器人 外文检索式：Arduino+robot 检索式1: 中文检索式：生活+机器人 外文检索式：life+robot | ||||||
六、检索结果及查新结论 一、依据上述文献检索范围和检索式，公检索出相关文献20篇，其中密切相关文献10篇： 1、【篇名】基于SPCE061A单片机的家居智能机器人设计 【作者】翟娜 【出处】河北工业大学 【摘要】机器人技术是20世纪最伟大的发明之一，微软之父比尔•盖茨曾表示机器人产业目前所处的形势就好比30年前的电脑，伴随着机器人技术的高速发展，将来它会像计算机一样改变人们的生活。家居服务型机器人是第三代智能机器人发展的典型代表。本课题在对国内外服务型机器人的现状及发展趋势研究之后，设计提出了一款低成本、多功能、易维护、集家居服务和娱乐功能于一身的智能家居机器人，并完成了其控制系统的软硬件研究与开发工作。 2、【篇名】基于单片机的多功能智能机器人设计 【作者】张亚东 葛锁良 【作者单位】合肥工业大学电气与自动化工程学院 【出处】通信技术 【摘要】主要介绍了一种具有娱乐功能和安防功能的智能机器人的设计方案,该方案以英飞凌16位单片机XE162FN为核心,并且通过蓝牙以及全球移动通信系统(GSM,Global System for Mobile Communications)方式实现无线通讯,包含娱乐和安防两大主要功能.娱乐方面可以实现机器人多方式遥控、智能跟随、移动中避障、彩灯随拍手频率闪烁、音乐播放等功能；安防方面可以实现检测家中煤气泄露或者火灾发生时的烟雾,并发出本地声光报警以及通过GSM网络发送报警短信给指定手机号码的功能. 3、【篇名】基于M68HC11单片机的智能机器人 【作者】李玉霞 李丽 李宏穆 【作者单位】成都理工大学,应用核技术与自动化学院 【出处】四川师范大学学报(自然科学版) 【摘要】结合应用实例,介绍了以M68HC11单片机作为控制核心的智能机器人的基本组成原理和电路设计,并给出了系统硬件设计电路图、基本程序结构和智能行为控制的程序实例.该智能机器人在实际使用中取得了良好的运行效果,在教学领域具有广泛的应用前景. 4、【篇名】基于单片机的智能机器人设计与实现 【作者】聂茹 李国豪 【作者单位】成都理工大学,应用核技术与自动化学院 【出处】华南理工大学广州学院电子信息工程学院 【摘要】设计采用STC89C52单片机为控制核心，红外避障模块、声控模块、光电寻迹、电机驱动及语音播报模块等功能模块设计智能机器人。采用模块化设计方案，实现智能小车的自动循迹和避障功能。小车可以自动循迹在设计好的线路上行走，在遇到障碍物时可以自行停止并可以实现反向运行，可以利用声音控制小车的启停。整个系统小巧紧凑，控制准确，性价比高。 5、【篇名】针对多功能模块化智能机器人的科学研究 【作者】贺文 【作者单位】泸州天立学校,四川泸州 【摘要】机器人作为典型的自动化智能产品,在近几年备受关注.针对不同的应用环境,不同种类的机器人得到研发并被投入到复杂或危险的工作任务中去.为打破通用性和成本等因素的制约,进一步提高环境适应性和任务执行力,一种新型的多功能模块化智能机器人得到了国内外很多研发团队的青睐.本文将立足于该现状,针对多功能模块化智能机器人展开科学研究. 6、【篇名】TWI总线模块化设计在智能机器人中的应用 【作者】顾星辰 胡仁杰 马智勇 【作者单位】东南大学电气工程学院 【出处】单片机与嵌入式系统应用 【摘要】利用AVR单片机的TWI (Two-Wire Serial Interface)总线构建了智能机器人系统的模块化构架.利用TWI总线实现了主控模块与扩展模块之间的双向多字节通信,介绍了软件编程方法,可以将机器人各传感器模块采集到的数据实时发送至主控制器进行处理.有效提高了程序的运行效率,使得智能机器人整体架构灵活、调试方便、扩展性强. 7、【篇名】智能机器人的模块化设计 【作者】刘俊梅 王莉 王海梅 魏源 郑佳佳 【作者单位】阜阳师范学院数学与统计学院 【出处】科技展望 【摘要】 随着科学技术的发展,信息化时代的到来,智能机器人在人们的生活中扮演着越来越重要的角.近年来,迅速发展的机器人技术和产品,以及在学生中流行的机器人竞技比赛,又使人们与机器人的距离更近了一步.人们对于机器人方面的探索展现出了前所未有的激情,功能多样的机器人在人们生产和生活中越来越具有不可或缺的作用.其中模块化机器人更直接明了的展现了其功能多样的特点. 8、【篇名】模块化智能机器人平台研究 【作者】郭巍 【作者单位】东南大学 【摘要】 智能机器人是机器人技术领域中的一个重要分支，跨计算机、自动控制、机械、电子等多个学科。智能机器人作为信息技术发展的前沿领域，是一门具有高度综合性、前瞻未来性、创新实践性的学科，蕴含着极其丰富的教育资源。论文研究的模块化智能机器人平台就是一种可应用于教育领域的智能机器人。论文的主要工作是完成了模块化智能机器人平台的研究与设计。 论文从智能机器人的模块化和扩展性等方面考虑，提出了基于FPGA逻辑扩展和总线相结合的接口扩展方案。一方面，使用FPGA进行逻辑接口扩展提高了增强系统的可扩展性，并可进行初步的数据处理；另一方面，采用I2C和SPI总线作为扩展总线，提高了总线通信的效率和速度，可对新增模块进行快速扩展。 本文采用模块化的设计方法，完成了智能车系统的硬件设计。通过系统分析，将整个系统分为5大模块，包括核心控制模块、电源模块、电机控制模块、传感器测量模块、无线传感器网络模块。本文使用ARM9 S3C2410和FPGA相结合做为主控制系统模块，详细分析了主控制模块、超声波测距模块和无线传感器网络模块的设计方法。并完成了FPGA模块和电机控制模块相应Linux驱动程序。 针对移动机器人的无线通信，以MSP430F169微控制器和CC2420射频无线通信芯片为基础进行了无线传感器网络节点的硬件开发。完成了IEEE802．15．4协议相应的物理层和MAC层数据定义和软件实现，并进行了数据传输和组网验证。设计了基于航向角和里程计的节点定位方法和基于RSSI测距的三角定位法。针对智能机器人的测距和壁障，本文设计了超声波测距模块，并对多超声波信息融合技术进行了研究。 最后，对所取得的结论和成果进行了概括和总结，提出了本课题在未来的发展趋势和下一步研究方向。 9、【篇名】基于单片机智能机器人的设计 【作者】刘天钊 【作者单位】山东省人民防空办公室 【出处】科技信息 【摘要】 本文设计了一种简易智能机器人,该智能机器人是以小车为平台,以STC89C52单片机为核心控制器,用L298N作为直流减速电机的驱动,控制小车的运行.本款智能机器人具有寻迹前进、智能避障、金属振测等功能. 10、【篇名】基于单片机控制的智能机器人系统设计 【作者】程玉凯 陆倩 【作者单位】中国矿业大学信电学院,江苏徐州 【出处】宁波职业技术学院学报 【摘要】 研究了如何将单片机控制技术应用于智能机器人的显示模块、听觉模块等重要部件上，旨在提高机器人工作的可靠性和智能性 11、【篇名】基于AVR单片机智能机器人的设计 【作者】吴年祥 任启宏 许锦苹 【作者单位】安徽国防科技职业学院,安徽六安, 【出处】安庆师范学院学报（自然科学版） 【摘要】 本设计以AVR高速嵌入式单片机作为智能机器人的检测和控制核心,实现了声控、霓虹灯、自走、寻迹、避障、显示路程等智能功能,具有速度调节性能优良、运算控制精确、自由度大、可靠性高、电路简单、成本低、功能易于扩展、显示直观、智能化程度高、体积小等特点. 12、【篇名】单片机在智能机器人中的应用 【作者】李维谦 吴耀彬 【作者单位】福州大学电气系 【出处】福建电脑 【摘要】 本文简要介绍单片机在智能机器人中的应用,着重讨论现场信号检测、单片机输入输出接口以及系统执行机构的控制,并进一步展望了智能机器人的未来发展. 13、【篇名】基于单片机的控制系统在智能机器人中的应用 【作者】程玉凯 陆倩 【作者单位】中国矿业大学信电学院,江苏徐州, 【出处】保山学院学报 【摘要】 机器人工程是一门综合性科学,它涵盖了电子技术、自动控制、机械理论等学科.自从世界上第一台“机器人”的诞生以来,我们对于机器人工作的可靠性,人性化,智能化要求越来越高.单片机技术作为自动控制技术的核心技术之一,其被广泛应用于工业控制、智能仪器等领域.阐述了如何将单片机应用到智能机器人的控制系统中,旨在提高机器人工作的可靠性和智能性. 14、【篇名】基于单片机的简易智能机器人设计 【作者】蔡丽 周原野 【作者单位】武汉大学东湖分校工学院 【出处】新财经（理论版） 【摘要】 随着微电子技术的不断发展,微处理器的集成程度越来越高,单片机将计算机技术与控制技术融合起来,可研制出一些具有特殊功能的简易智能机器人.本设计提出一种简易机器人的设计,采用51单片机为控制核心,控制电机运行的速度和方向,从而实现寻迹和避障功能,电路结构简单,可靠性能高. 15、【篇名】基于Mega128单片机简易智能机器人的设计 【作者】郭庆伟 姚尚绩 蒋玉娟 【作者单位】哈尔滨市瑞兴电气有限公司,黑龙江,哈尔滨 【出处】企业科技与发展 【摘要】智能机器人的发展速度很快,但价格高、成本贵,这不但影响机器人爱好者实践,而且使得它的应用受到了限制,影响了我国未来机器人知识的普及.为了解决这一问题,文章提出了一种基于Mega128单片机简易智能机器人的设计. 16、【篇名】The development and evaluation of Robot Light Skin: A novel robot signalling system to improve communication in industrial human–robot collaboration 【作者】Gilbert Tang; Phil Webb; John Thrower; Cranfield UniversityCranfield 【出处】Elsevierjournal 【摘要】Abstract(#br)In a human–robot collaborative production system, the robot could make request for interaction or notify the human operator if an uncertainty arises. Conventional industrial tower lights were designed for generic machine signalling purposes which may not be the ultimate solution for robot signalling in a collaborative setting. In this type of system, human operators could be monitoring multiple robots while carrying out a manual task so it is important to minimise the diversion of their attention. This paper presents a novel robot signalling solution, the Robot Light Skin (RLS),which is an integrated signalling system that could be used on most articulated robots. Our experiment was conducted to validate this concept in terms of its effect on improving operator’s reaction time, hit-rate, awareness and task performance. The results showed that participants reacted faster to the RLS as well as achieved higher hit-rate. An eye tracker was used in the experiment which shows a reduction in diversion away from the manual task when using the RLS. Future study should explore the effect of the RLS concept on large-scale systems and multi-robot systems. 17、【篇名】Chatter stability in robotic milling 【作者】Marcel Cordes; Wolfgang Hintze; Yusuf Altintas; 【出处】Elsevierjournal 【摘要】Abstract(#br)Industrial robots are desired to be used in milling light but large aerospace parts due to easier set-up and portability than large machine tools. However, robots are significantly less stiff than the machine tools, hence they cannot be used in all machining applications. This paper presents dynamics of robotic milling. The structural dynamics of an articulated manipulator with a spindle and a tool are modeled. The dynamic milling forces are applied on the robot structure which has strong cross coupling terms. The stability of the resulting system is analyzed using semi-discrete time and frequency domain methods. The predicted stability charts are experimentally validated in milling of Aluminum and Titanium parts. It is shown that the pose-dependent modes of the robot structure are all at low frequencies, and they are damped out by the machining process at high spindle speeds. Only the pose independent spindle modes cause chatter in high-speed milling, hence high material removal rates can be achieved by selecting analytically predicted stable depth of cuts and spindle speeds in robotic milling of Aluminum parts. In low speed milling of Titanium parts however, the pose dependent low frequency robot modes chatter. 18、【篇名】A distributed approach to robust control of multi-robot systems 【作者】Yuan Zhou; Hesuan Hu; Yang Liu; Shang-Wei Lin; Zuohua Ding; 【出处】Elsevierjournal 【摘要】Abstract(#br)Motion planning of multi-robot systems has been extensively investigated. Many proposed approaches assume that all robots are reliable. However, robots with priori known levels of reliability may be used in applications to account for: (1) the cost in terms of unit price per robot type, and (2) the cost in terms of robot wear in long term deployment. In the former case, higher reliability comes at a higher price, while in the latter replacement may cost more than periodic repairs, e.g., buses, trams, and subways. In this study, we investigate robust control of multi-robot systems, such that the number of robots affected by the failed ones is minimized. It should mandate that the failure of a robot can only affect the motion of robots that collide directly with the failed one. We assume that the robots in a system are divided into reliable and unreliable ones, and each robot has a predetermined and closed path to execute persistent tasks. By modeling each robot’s motion as a labeled transition system, we propose two distributed robust control algorithms: one for reliable robots and the other for unreliable ones. The algorithms guarantee that wherever an unreliable robot fails, only the robots whose state spaces contain the failed state are blocked. Theoretical analysis shows that the proposed algorithms are practically operative. Simulations with seven robots are carried out and the results show the effectiveness of our algorithms. 19、【篇名】Ultrasound image guidance and robot impedance control for beating-heart surgery 【作者】Lingbo Cheng; Mahdi Tavakoli; 【出处】Elsevierjournal 【摘要】Abstract(#br)A novel control method is proposed for master–slave telerobotic beating-heart surgery to solve the challenges of rapid heart motion and oscillatory haptic feedback. In this paper, the ultrasound imaging-based control algorithms are used to make the slave robot compensate for the heart motion automatically. Issues including slow sampling rate and time delay caused by ultrasound imaging are addressed by a cubic interpolation and an extended Kalman filter (EKF), respectively. Meanwhile, to provide the human operator (surgeon) a feeling of operating on an idle heart, an impedance model is designed for the master robot. The proposed method is validated through experiments. 20、【篇名】Design and analysis of a multi-mode mobile robot based on a parallel mechanism with branch variation 【作者】Yezhuo Li; Yan-an Yao; Yanying He; 【出处】Elsevierjournal 【摘要】Abstract(#br)In this paper we propose the design idea of branch variation of a mobile parallel mechanism so that it can execute different locomotion modes. A novel robot is presented based on this idea, which can be reconfigured to be different equivalent mobile robots in topological structure.(#br)The robot is a four-limbed parallel mechanism in which each limb contains eight revolute joints. Based on the branch variation with topological reconfiguration of the parallel mechanism, the robot has 3 locomotion modes with 7 gaits to reply to different situations by analyzing its topological structure via adjacency matrixes and transformation equations.(#br)Tracked locomotion mode is realized by the motion of platforms as a 3-dof (degree of freedom) planar 6R closed-loop mechanism which can operate obstacles. Legged mode is realized by the deforming of four limbs to carry out trot-walking gait with 1-dof mechanism units. Wheeled mode is realized by the relative motion between each limb and platforms as a 4-dof mechanism to carry out fast moving and direction switching in this mode.(#br)To verify the locomotion modes and functionality of the robot, we present the results of a series of experiments, performed on a simulation system and a manufactured prototype. 2、查新结论 在上述检索范围内，通过对检索到的相关文献进行对比分析，结论如下： 在中文文献中提到了：多功能模块化机器人的研究背景，发展现状，讲到了多模块机器人的制造的原理，单片机机器人的发展情况，智能机器人的研究与运用，也有智能机器人为家居生活服务的例子。 在外文文献中提到了：多功能模块化机器人的研究前景，生活机器人的应用成果，模块化机器人的好处，基于arduino的机器人的理论基础，基于单片机机器人和基于arduino机器人的性能比较。 国内外对于多模块智能生活机器人都有一定程度的涉及，并有完善的理论依据和技术支持，但未发现有结合多功能小车运动生活机器人的相关文献和报道，相关联文章中对于机器人的具体功能实现也比较局限。 查新员（签字）： 查新员职称： 审核员（签字）： 审核员职称： （科技查新专用章） 年 月 日 | ||||||
七、查新员、审核员声明 1、报告中陈述的事实是真实和准确的。 2、我们按照科技查新规范进行查新、文献分析和审核，并作出上述查新结论。模块化设计的目的 3、我们获取的报酬与本报告中的分析、意见和结论无关，也与本报告的使用无关。 4、本报告仅用于项目立项和成果鉴定。 查新员（签字）： 审核员（签字）： 年 月 日 年 月 日 | ||||||
八、附件清单 （可以省略或标注参考文献） | ||||||
九、备注 1、教育部认定的“教育部科技查新工作站”； 2、本查新报告无“科技查新专用章”、签字和骑缝章（或每页盖章）无效； 3、本查新报告涂改、部分复印无效； 4、检索结果及查新报告结论仅供参考。 | ||||||
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