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基本信息
- 項目名稱：
- 太陽能交互式自主搬運(yùn)機(jī)器人
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本項目主要以單片機(jī)處理技術(shù)為核心，采用串口通訊、無線通訊和多傳感器融合等技術(shù)，通過智能算法實現(xiàn)機(jī)器人自主搬運(yùn)、太陽能自主采集、能量無線補(bǔ)給、機(jī)器人之間協(xié)同作業(yè)以及上位計算機(jī)無線監(jiān)控等任務(wù)。 作品分五部分：(1)搬運(yùn)機(jī)器人采用智能算法自主尋線，辨識裝卸位置，伺服控制裝、卸，完成自動搬運(yùn)任務(wù)。(2)太陽能機(jī)器人通過紅外和碰撞避障，遠(yuǎn)紅外追光，太陽能板多自由度擺位以及智能導(dǎo)航，并實現(xiàn)光線的實時跟蹤，以完成太陽能自主采集和返回目標(biāo)位置對搬運(yùn)機(jī)器人充電的任務(wù)。(3)機(jī)器人之間的協(xié)同作業(yè)體現(xiàn)在搬運(yùn)機(jī)器人需要充電時，它將主動給太陽能采集機(jī)器人發(fā)出充電信號，太陽能采集機(jī)器人在接收到指令后到達(dá)充電位置對其進(jìn)行充電。(4)太陽能采集機(jī)器人在充電位置處通過能量無線傳輸方式對搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行能量補(bǔ)給。（5）無線通訊主要包括上位機(jī)對機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)的實時監(jiān)控以及機(jī)器人與機(jī)器人之間的通信。 本作品利用太陽能實現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保?？赏茝V應(yīng)用倉儲業(yè)、制造業(yè)以及一些危險場所。
- 詳細(xì)介紹：
- 太陽能交互式自主型搬運(yùn)機(jī)器人作品說明 一、系統(tǒng)功能 1、兩個機(jī)器人共同協(xié)作完成工作：搬運(yùn)器人自主完成搬運(yùn)任務(wù)，太陽能采集機(jī)器人主要通過紅外和碰撞避障，遠(yuǎn)紅外追光，太陽能板多自由度擺位以及智能導(dǎo)航，完成尋找光源、收集太陽能以及對搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行能量補(bǔ)給。 2、太陽能采集機(jī)器人在收到搬運(yùn)機(jī)器人能量補(bǔ)給信號后，自主尋找充電位置處，并通過能量無線傳輸方式對搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行能量補(bǔ)給。 3、通過上位機(jī)與機(jī)器人以及機(jī)器人與機(jī)器人之間的無線通訊。上位機(jī)與機(jī)器人之間的通信實現(xiàn)人機(jī)交互（上位機(jī)可以向機(jī)器人下達(dá)指令，機(jī)器人也可以給上位機(jī)報告自己當(dāng)前的動作狀況）。機(jī)器人之間的通信主要體現(xiàn)在當(dāng)搬運(yùn)機(jī)器人需要補(bǔ)充能量時，將向太陽能采集機(jī)器人發(fā)出信號。如果發(fā)送信號失敗，可由上位機(jī)補(bǔ)發(fā)。 同時為確保安全，機(jī)器人安裝有報警裝置。 該作品可以應(yīng)用于倉儲業(yè)、制造業(yè)郵局、圖書館、港口碼頭和機(jī)場、危險場所和特種行業(yè)等領(lǐng)域的搬運(yùn)工作，可實現(xiàn)搬運(yùn)的智能化和機(jī)器人能量的自動補(bǔ)給。 二、系統(tǒng)硬件構(gòu)成 該項目系統(tǒng)硬件主要由上位機(jī)、單片機(jī)控制板、無線通訊模塊、灰度擴(kuò)展卡、紅外接收擴(kuò)展卡、遠(yuǎn)紅外火焰擴(kuò)展卡、伺服電機(jī)擴(kuò)展卡、多功能擴(kuò)展卡、能量無線傳輸模塊、儲能模塊和太陽能采集模塊等部分構(gòu)成。 1 搬運(yùn)機(jī)器人 1.1傳感器的使用和安裝 為了滿足上述任務(wù)的要求。主要配置的傳感器有一套紅外發(fā)射和接收，四個灰度傳感器。紅外發(fā)射和接收主要用于障礙物方位的檢測。四個灰度傳感器其中三個主要用于配合循跡算法以及裝卸倉庫的判定，另外一個主要用于檢測目標(biāo)地點，即是否達(dá)到充電位置。 1.2執(zhí)行結(jié)構(gòu)設(shè)計 進(jìn)入倉庫完成搬運(yùn)作業(yè)主要由裝載和卸載兩個過程構(gòu)成。裝載部分機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，仿照了鏟土機(jī)鏟斗和收割機(jī)的機(jī)械裝置。能較好的完成零散貨物的裝載任務(wù)。搬運(yùn)機(jī)器人的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖參照項目附件。 1.3能量無線接收 搬運(yùn)機(jī)器人在需要補(bǔ)充能量時，將向太陽能采集機(jī)器人發(fā)送信息，同時自行回到充電位置，進(jìn)行能量補(bǔ)給的無線接收。 2 太陽能采集機(jī)器人 2.1傳感器的使用和安裝 為使機(jī)器人完成預(yù)期的功能,配置了灰度、火焰、光敏、遠(yuǎn)紅外發(fā)射和接收等傳感器?；鹧?zhèn)鞲衅髯裱容^和補(bǔ)償?shù)乃惴?，使機(jī)器人能夠自主找到光線最強(qiáng)處，并實現(xiàn)光線的實時跟蹤；紅外發(fā)射和接收主要用避障；改進(jìn)型筒式光敏傳感器結(jié)合差值算法,能夠靈敏地檢測光線光線的變化；灰度傳感器主要用于目標(biāo)位置識別。 2.2執(zhí)行機(jī)構(gòu) 為使太陽光的利用率最大化，太陽能采集機(jī)器人具有自主移動，主動尋光。根據(jù)光線的變化，實時調(diào)整太陽能帆板仰角。動力源由伺服電機(jī)提供。太陽能采集機(jī)器人的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖參照項目附件。 2.3太陽能存儲和能量無線傳送 太陽能采集機(jī)器人存儲能量并在接收到搬運(yùn)機(jī)器人指令后自主返回充電位置，通過無線傳送模塊對搬運(yùn)機(jī)器人補(bǔ)給能量。 2.4無線通信部分 當(dāng)機(jī)器人出現(xiàn)失誤時，上位機(jī)可以給機(jī)器人發(fā)送指令，對其進(jìn)行遙控控制。同時，機(jī)器人會實時給上位機(jī)報告自己當(dāng)前的動作情況。當(dāng)搬運(yùn)機(jī)器人需要能量補(bǔ)給時，它將給太陽能采集機(jī)器人發(fā)出信號。兩個機(jī)器人協(xié)調(diào)配合完成能量補(bǔ)充任務(wù)。該系統(tǒng)在模擬場景下系統(tǒng)運(yùn)行良好。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品設(shè)計目的：當(dāng)前自動搬運(yùn)車由于受電源電量的影響，其連續(xù)工作性受到一定限制。為了提高其連續(xù)工作能力和充分利用清潔能源，因此設(shè)計此作品。 基本思路：搬運(yùn)機(jī)器人在正常情況下執(zhí)行搬運(yùn)任務(wù)，當(dāng)需要能量補(bǔ)給時由太陽能采集機(jī)器人對其進(jìn)行充電。 創(chuàng)新點： 本設(shè)計由兩臺機(jī)器人協(xié)同完成交互式自主搬運(yùn)任務(wù)。 1. 搬運(yùn)機(jī)器人按規(guī)劃自主完成搬運(yùn)任務(wù)。搬運(yùn)機(jī)器人采用智能算法自主尋線，辨識裝卸位置，伺服控制裝、卸，自主完成搬運(yùn)任務(wù)。在電力充足的情況下，可以完成多次搬運(yùn)。 2.自主尋光：太陽能采集機(jī)器人通過紅外和碰撞避障，遠(yuǎn)紅外追光，太陽能板多自由度擺位以及智能導(dǎo)航，找到光線最強(qiáng)位置，根據(jù)光線的變化做到實時跟蹤，完成太陽能自主采集和返回目標(biāo)位置對搬運(yùn)機(jī)器人充電的任務(wù)。 3.太陽能采集機(jī)器人在能量補(bǔ)充位置通過能量無線傳輸方式對搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行能量補(bǔ)給。 4. 節(jié)能、環(huán)保性：太陽能采集機(jī)器人能自主的完成避障、尋光、太陽能存儲并對搬運(yùn)機(jī)器人補(bǔ)充能量。 5.交互、通訊性：實現(xiàn)了上位機(jī)對機(jī)器人的遠(yuǎn)程操控。使機(jī)器人的工作狀態(tài)實時處于上位機(jī)的監(jiān)控之中。從上位機(jī)的控制界面中，我們不僅可看到機(jī)器人的運(yùn)行狀況，而且也可以對機(jī)器人進(jìn)行遙控。從而確保機(jī)器人運(yùn)行過程中不會出現(xiàn)失誤。同時兩個機(jī)器人之間可以進(jìn)行通訊，進(jìn)行信息交互。 技術(shù)關(guān)鍵：自主完成搬運(yùn)任務(wù)；自主尋光并實時跟蹤光線，收集太陽能；上位機(jī)監(jiān)控和能量無線傳輸部分。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 該作品運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)、無線通訊技術(shù)和多傳感器融合技術(shù)實現(xiàn)了機(jī)器人的自主搬運(yùn)、太陽能自主采集和光線的實時跟蹤、上位機(jī)和機(jī)器人以及機(jī)器人之間的無線通訊，克服了地面灰度導(dǎo)引方式走丟后必須人工現(xiàn)場干預(yù)的缺點。與傳統(tǒng)地面灰度導(dǎo)引方式的自動搬運(yùn)車相比，運(yùn)用太陽能作為能量來源，做到了節(jié)能環(huán)保，技術(shù)方面的顯著進(jìn)步是采用無線能量傳輸方式可以及時的對搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行能量補(bǔ)給；通過無線通訊方式利用上位機(jī)實時監(jiān)控搬運(yùn)機(jī)器人的工作狀態(tài)，并可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2009年4月 榮獲本校第七屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽特等獎 2009年5月 榮獲省第七屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎
作品所處階段
- 在模擬場景實現(xiàn)了自主搬運(yùn)；太陽能自主采集、存儲；能量無線傳輸；上位機(jī)對機(jī)器人實時監(jiān)控及機(jī)器人間通信。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 暫無
作品可展示的形式
- 該模型可在大約3m*3.5m的演示場地進(jìn)行現(xiàn)場演示。
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 使用說明：以上位機(jī)為監(jiān)控中心，搬運(yùn)機(jī)器人自主完成所設(shè)置的搬運(yùn)任務(wù)；太陽能采集機(jī)器人通過避障、尋光、定位和跟蹤光源，實現(xiàn)太陽能采集和存儲；通過能量無線傳輸方式對搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行能量補(bǔ)給，模擬了兩個機(jī)器人協(xié)同作業(yè)的生產(chǎn)過程。 技術(shù)特點和優(yōu)勢：自動搬運(yùn)車是一種物料搬運(yùn)設(shè)備，采用地面灰度引導(dǎo)方式，能自動按照規(guī)定的路線行走，進(jìn)行貨物的裝載、卸載；運(yùn)用多傳感器融合技術(shù)進(jìn)行光源的尋找和太陽能采集與存儲；通過能量無線傳輸方式對搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行能量補(bǔ)給；通過無線通訊方式實現(xiàn)對機(jī)器人的監(jiān)控和操控。 適用范圍：倉儲業(yè)、制造業(yè)、郵局、圖書館、港口、碼頭和機(jī)場、危險場所及特種行業(yè)等。 市場分析：代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工搬運(yùn)方式，提高生產(chǎn)自動化水平；運(yùn)用了太陽能這個綠色能源，節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境。 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測：由于其使用了地面灰度導(dǎo)引方式、綠色能源、能量無線傳輸和無線通訊技術(shù)，將會有較高的實際應(yīng)用價值。
同類課題研究水平概述
- 自動無人搬運(yùn)機(jī)器人(AGV) ，是當(dāng)今柔性制造系統(tǒng)和自動化倉儲系統(tǒng)中物流運(yùn)輸?shù)挠行Чぞ?，它的可靠運(yùn)行對于整個物流系統(tǒng)至關(guān)重要。隨著工廠自動化的日益發(fā)展，原有自動化系統(tǒng)的可擴(kuò)展性及靈活性十分重要。無人搬運(yùn)車的引導(dǎo)方式主要有電磁感應(yīng)引導(dǎo)、激光引導(dǎo)和地面灰度引導(dǎo)等方式。電磁引導(dǎo)方式屬于傳統(tǒng)的方式，技術(shù)較成熟，但其缺點是需要在運(yùn)行線路的地表下埋設(shè)電纜，施工時間長，費用高，不易變更路線。雖然激光引導(dǎo)式AGV裝置可以采用標(biāo)準(zhǔn)的器件、控制板和軟件，使其具有容易安裝、容易編程和定位精度比較高等優(yōu)點。但是它明顯的缺點是成本高，且在有些路線環(huán)境中易受干擾。地面灰度導(dǎo)引方式是一種新型導(dǎo)引方式，在AGV導(dǎo)引區(qū)域內(nèi)，路徑修改、增刪、重新規(guī)劃、定義均可以快速地完成，智能化程度高，適應(yīng)性、靈活性強(qiáng)，路徑的擴(kuò)充和修改更為方便，但容易走丟，且走失后必須人工現(xiàn)場干預(yù)；另外，由于搬運(yùn)機(jī)器人工作的連續(xù)性，因此對電池電量等性能要求較高，并且機(jī)器人工作環(huán)境對地面灰度檢測的影響很大。 太陽能是一種清潔可再生能源，其利用價值已受到人們的青睞，但大多都是被動式吸收采集。主動尋光、自主運(yùn)行，可移動智能太陽能采集設(shè)備是當(dāng)前太陽能采集的發(fā)展趨勢。太陽能采集機(jī)器人能通過自主避障、自主尋光、自動跟蹤光源、儲能，并通過接收和執(zhí)行遠(yuǎn)程指令，對搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行能量補(bǔ)給。 無線能量傳輸技術(shù)是一種新型能量傳輸技術(shù)，可以保證無線設(shè)備在保持工作狀態(tài)時實現(xiàn)無線充電，但無線充電范圍很小。為了保證傳輸效率，我們設(shè)計了能量補(bǔ)給目標(biāo)位置，并以超級電容替代可充電電池，大大縮短了充電時間。
