科创研究院2018暑假科研营:自平衡机器人设计与控制方向(自平衡机器人系统设计与实现)

理工 2018-07-31 10:43:42

 科创研究院2018暑假科研营

自平衡机器人设计与控制方向(自平衡机器人系统设计与实现)

 

项目简介

机器人方向属于当今乃至整个21世纪最热门的前沿研究领域之一,涉及机械、电子、控制、人工智能等多个学科。本项目以日常生活中常见的自平衡机器人为例,带你步入机器人系统设计的大门。本项目通过理论与实践相结合、仿真平台与物理平台相结合的方式,系统、全面地介绍了机器人系统理论基础、自平衡机器人系统建模与仿真,以及基于Arduino平台的自平衡机器人软硬件开发,旨在提升学生的理论水平、编程能力、团队协作能力,培养创新思维,也为今后的专业方向选择及未来所从事的工作打下基础。

 

项目进行过程中,会以分组的方式布置多个homework,如调研机器人前沿领域的某个主题并通过presentation展示、使用Matlab/Simulink搭建自平衡机器人仿真系统、基于Arduino平台进行传感器姿态解算及电机闭环控制等。最终引导学生通过所学知识创作属于自己的自平衡机器人,并通过teamwork的方式完成现场展示和交流。项目结束后,导师会根据学生表现出具推荐信。

 

项目内容

项目内容大致介绍如下:

介绍当今机器人领域的前沿技术、最新研究动态及发展趋势,了解机器人系统的组成及工作原理;

讲解机器人系统建模理论及基础的线性系统理论,并以自平衡机器人系统为例,教会学生如何分析机器人系统,以及如何通过Matlab/Simulink工具进行机器人系统仿真;

讲解常用的控制算法及其在机器人中的应用,并指导学生搭建基于PID算法的自平衡机器人控制系统;

讲解卡尔曼滤波算法及其在机器人状态估计中的应用,并指导学生使用Matlab/Simulink仿真实现卡尔曼滤波算法;

练习使用Arduino开源硬件平台,通过此平台学习传感器MPU6050的姿态解算方法以及直流电机的闭环控制方法;

讲解自平衡机器人系统的控制原理(平衡控制、速度控制、方向控制)及其基于Arduino平台的软硬件设计方法,以及系统的参数整定方法。

 

师资背景

任职教师为知名研究所助理研究员,主要研究方向为控制理论与应用、机器人与无人自主智能系统设计、嵌入式软硬件开发等,近几年完成多项国家和省部级课题以及企业合作项目,如仿生机器人关键技术研究、智能机器人嵌入式系统开发、双目视觉稳定系统研制等,以第一作者发表论文十余篇,其中包括《控制理论与应用》等期刊论文及机器人领域顶级会议论文等。

 

招生对象及要求

大二以上优秀本科生及部分优秀高中生,计划申请自动化、机械、电子、计算机等相关专业,为了让学生可以更好的完成科研项目,项目组会以笔试和面试的形式对学生进行筛选。

 

行程安排

时间:8.4-8.10

日期

时间

项目进度

Lab相关

8月4日

下午

外地学生入住酒店,破冰活动,自我介绍,学生分组,导师进行项目简介

 

8月5日

上午

介绍机器人的基本概念、特点、分类、系统组成、工作原理,介绍机器人领域的前沿技术、最新研究动态及发展趋势

Simulink模块搭建、S-函数编写

下午

Matlab常用指令介绍、m文件编写

8月6日

上午

线性系统理论简介

Matlab/Simulink搭建自平衡机器人系统

下午

机器人系统建模

8月7日

上午

机器人控制系统

卡尔曼滤波算法的Matlab/Simulink仿真

下午

机器人状态估计

8月8日

上午

开源硬件平台——Arduino开发

基于Arduino平台实现MPU6050姿态解算

下午

Arduino与姿态传感器MPU6050

8月9日

上午

直流电机原理与控制

直流电机原理及驱动介绍,自平衡机器人软件架构分析

下午

自平衡机器人系统设计

8月10日

上午

自平衡机器人系统调试

Matlab/Simulink线性系统仿真

下午

大作业验收与课程总结

 

备注:实际行程安排顺序可能会根据特定原因进行调

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