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一种基于树莓派的四足机器人上位机系统设计

申报人:叶鸿宇 申报日期:2021-12-09

基本情况

2022校院级项目管理
一种基于树莓派的四足机器人上位机系统设计 学生申报
创新训练项目
工学
自动化类
教师科研项目选题
一年期
本次所研究的一种基于树莓派的四足机器人上位机,可以运行ROS系统、视觉系统和物联网系统。在ROS系统中,激光雷达的信号经树莓派处理后与四足机器人下位机连接,使四足机器人拥有路径规划,自主避障的功能;在视觉系统中,树莓派通过本地机器学习或云端训练的方式识别人脸及常规物体;在物联网系统中,通过物联网接口,实现对四足机器人的远程控制和状态监测。

1作者发表论文10篇,其中2篇被SCI收录,6篇核心期刊发表;第1发明人获授权发明专利和实用新型专利各一项,申请发明专利一项;完成多项横向科研项目;主编《运动控制实践教程》获“十二五”江苏省高等学校重点教材(编号:2015-2-033),主编《运动控制技术与应用》被中国轻工业出版社列为“十二五”规划教材,另参编教材两部;担任北大核心期刊《机电工程》杂志审稿专家。指导学生获省优秀毕业设计(论文)三等奖二项,完成国家级大创项目结题1项、省大学生创新实践训练计划项目结题3项;参与省教改项目并结题一项;获校级奖励多次。现从事运动控制、传感与检测、现场总线、电力电子、单片机、机器人与机器视觉、工业企业管理、模式识别等方面的教学与科研。

1作者发表论文10篇,其中2篇被SCI收录,6篇核心期刊发表;第1发明人获授权发明专利和实用新型专利各一项,申请发明专利一项;完成多项横向科研项目;主编《运动控制实践教程》获“十二五”江苏省高等学校重点教材(编号:2015-2-033),主编《运动控制技术与应用》被中国轻工业出版社列为“十二五”规划教材,另参编教材两部;担任北大核心期刊《机电工程》杂志审稿专家。指导学生获省优秀毕业设计(论文)三等奖二项,完成国家级大创项目结题1项、省大学生创新实践训练计划项目结题3项;参与省教改项目并结题一项;获校级奖励多次。现从事运动控制、传感与检测、现场总线、电力电子、单片机、机器人与机器视觉、工业企业管理、模式识别等方面的教学与科研。

1.对本项目进行指导,监督,督促本小组成员在规定时间内完成既定任务

2.对本项目提出合理的方案和建议,使本项目更具有丰富性,可靠性和相关性

3.项目经费使用上的监管:劳务费发放、实验费用支出等。

院级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
叶鸿宇 机械与电气工程学院 机器人工程(本科) 2020 未定
荣永平 机械与电气工程学院 机器人工程(本科) 2020 未定
李想 机械与电气工程学院 机器人工程(本科) 2020 未定
闫飞飞 机械与电气工程学院 机器人工程(本科) 2020 未定
吕鹏祥 机械与电气工程学院 机器人工程(本科) 2020 未定

指导教师

序号 教师姓名 所属学院 是否企业导师 教师类型
熊田忠 机械与电气工程学院

立项依据

本次所研究的一种基于树莓派的四足机器人上位机,可以运行ROS系统、视觉系统和物联网系统。在ROS系统中,激光雷达的信号经树莓派处理后与四足机器人下位机连接,使四足机器人拥有路径规划,自主避障的功能;在视觉系统中,树莓派通过本地机器学习或云端训练的方式识别人脸及常规物体;在物联网系统中,通过物联网接口,实现对四足机器人的远程控制和状态监测。

设计一种基于树莓派的四足机器人上位机,可以运行ROS系统、视觉系统和物联网系统。在ROS系统中,激光雷达的信号经树莓派处理后与四足机器人下位机连接,使四足机器人拥有路径规划,自主避障的功能;在视觉系统中,树莓派通过本地机器学习或云端训练的方式识别人脸及常规物体;在物联网系统中,通过物联网接口,实现对四足机器人的远程控制和状态监测。

目前国内外都非常重视四足机器人的研究与开发,国外进行相关研究的起步较早,技术也较为成熟。国外四足机器人已经具有建立巷道三维模型的功能(比如美国
卡内基梅隆大学研制的机器人Groundhog),国内外机器人的控制方面都是采用远程遥控方式,目前也都还没有在场地完成自主巡航的报道。伴随着传感器、智能控制等技术领域的发展,移动机器人在自主导航方面已经有了长足的进步,尤其是室内机器人自主导航技术已经相对成熟,而室外如汽车自动驾驶模式的发展也十分迅速。我们主要研究一种基于树莓派的四足机器人上位机,旨在使四足机器人智能化,拥有地图建模,自主导航,图像识别,远程遥控以及状态监测的功能。

创新的使用了物联网设备/摄像头/激光雷达+树莓派+下位机(STM32/Adrunio)的架构。可以有效运行ROS系统、视觉系统以及物联网系统,使四足机器人拥有路径规划,自主避障,图像识别,远程控制以及状态监测等功能。

通过毕业设计使学生对所学专业知识进行全面、系统的综合运用,掌握机器人操作系统的基本方法,提高分析和解决实际问题的能力,培养独立工作能力和组织能力及认真负责的工作态度。本毕业设计课题着重要求学生分析设计出一种基于树莓派的四足机器人上位机,创建出一种具有高度灵活性的架构。这种上位机可以有效运行ROS系统、视觉系统以及物联网系统,使四足机器人拥有路径规划,自主避障,图像识别,远程控制以及状态监测等功能,具有较高的研制价值。本毕业设计能达到通过设计对所学专业知识进行巩固和灵活运用的目的。

第一阶段:指导教师下发任务书,师生见面讨论、并当面给学生分配设计任务。
第二阶段:学生搜集资料,熟悉课题要完成的内容,提交开题报告及外文翻译的初稿。
第三阶段:提交开题报告、外文参考资料及译文的定稿,查阅相关资料。
第四阶段:进一步完善前期的各项材料,进行基于树莓派的四足机器人上位机的课题研究、具体方案设计等工作。
第五阶段:  进行毕业设计中期检查,进行基于树莓派的四足机器人上位机的设计、编程、安装、调试等工作。
第六阶段:进一步完善基于树莓派的四足机器人上位机的设计、编程、安装、调试。

机器人实物的搭建
一种基于Liunx的控制方法

1、针对上位机的ROS系统架构,可以学会操作Liunx系统;
2、通过摄像头来进行图片识别,可以学会相关机器学习知识;
3、通过对上位机的编程与调试,训练学生实践动手能力和团队协作能力。

尚缺少的条件
机器短缺 技术短缺

经费预算

开支科目 预算经费(元) 主要用途 阶段下达经费计划(元)
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 1500.00 650.00 850.00
1. 业务费 1000.00 350.00 650.00
(1)计算、分析、测试费 100.00 50.00 50.00
(2)能源动力费 200.00 100.00 100.00
(3)会议、差旅费 500.00 200.00 300.00
(4)文献检索费 100.00 0.00 100.00
(5)论文出版费 100.00 0.00 100.00
2. 仪器设备购置费 0.00 0.00 0.00
3. 实验装置试制费 300.00 200.00 100.00
4. 材料费 200.00 100.00 100.00
结束