基本信息
- 項目名稱：
- 太陽能交互式自主搬運機器人
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本項目主要以單片機處理技術為核心，采用串口通訊、無線通訊和多傳感器融合等技術，通過智能算法實現(xiàn)機器人自主搬運、太陽能自主采集、能量無線補給、機器人之間協(xié)同作業(yè)以及上位計算機無線監(jiān)控等任務。 作品分五部分：(1)搬運機器人采用智能算法自主尋線，辨識裝卸位置，伺服控制裝、卸，完成自動搬運任務。(2)太陽能機器人通過紅外和碰撞避障，遠紅外追光，太陽能板多自由度擺位以及智能導航，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位置對搬運機器人充電的任務。(3)機器人之間的協(xié)同作業(yè)體現(xiàn)在搬運機器人需要充電時，它將主動給太陽能采集機器人發(fā)出充電信號，太陽能采集機器人在接收到指令后到達充電位置對其進行充電。(4)太陽能采集機器人在充電位置處通過能量無線傳輸方式對搬運機器人進行能量補給。（5）無線通訊主要包括上位機對機器人的運行狀態(tài)的實時監(jiān)控以及機器人與機器人之間的通信。 本作品利用太陽能實現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保?？赏茝V應用倉儲業(yè)、制造業(yè)以及一些危險場所。
- 詳細介紹：
- 太陽能交互式自主型搬運機器人作品說明 一、系統(tǒng)功能 1、兩個機器人共同協(xié)作完成工作：搬運器人自主完成搬運任務，太陽能采集機器人主要通過紅外和碰撞避障，遠紅外追光，太陽能板多自由度擺位以及智能導航，完成尋找光源、收集太陽能以及對搬運機器人進行能量補給。 2、太陽能采集機器人在收到搬運機器人能量補給信號后，自主尋找充電位置處，并通過能量無線傳輸方式對搬運機器人進行能量補給。 3、通過上位機與機器人以及機器人與機器人之間的無線通訊。上位機與機器人之間的通信實現(xiàn)人機交互（上位機可以向機器人下達指令，機器人也可以給上位機報告自己當前的動作狀況）。機器人之間的通信主要體現(xiàn)在當搬運機器人需要補充能量時，將向太陽能采集機器人發(fā)出信號。如果發(fā)送信號失敗，可由上位機補發(fā)。 同時為確保安全，機器人安裝有報警裝置。 該作品可以應用于倉儲業(yè)、制造業(yè)郵局、圖書館、港口碼頭和機場、危險場所和特種行業(yè)等領域的搬運工作，可實現(xiàn)搬運的智能化和機器人能量的自動補給。 二、系統(tǒng)硬件構成 該項目系統(tǒng)硬件主要由上位機、單片機控制板、無線通訊模塊、灰度擴展卡、紅外接收擴展卡、遠紅外火焰擴展卡、伺服電機擴展卡、多功能擴展卡、能量無線傳輸模塊、儲能模塊和太陽能采集模塊等部分構成。 1 搬運機器人 1.1傳感器的使用和安裝 為了滿足上述任務的要求。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地點，即是否達到充電位置。 1.2執(zhí)行結構設計 進入倉庫完成搬運作業(yè)主要由裝載和卸載兩個過程構成。裝載部分機械結構的設計，仿照了鏟土機鏟斗和收割機的機械裝置。能較好的完成零散貨物的裝載任務。搬運機器人的控制系統(tǒng)結構圖參照項目附件。 1.3能量無線接收 搬運機器人在需要補充能量時，將向太陽能采集機器人發(fā)送信息，同時自行回到充電位置，進行能量補給的無線接收。 2 太陽能采集機器人 2.1傳感器的使用和安裝 為使機器人完成預期的功能,配置了灰度、火焰、光敏、遠紅外發(fā)射和接收等傳感器?；鹧?zhèn)鞲衅髯裱容^和補償?shù)乃惴?，使機器人能夠自主找到光線最強處，并實現(xiàn)光線的實時跟蹤；紅外發(fā)射和接收主要用避障；改進型筒式光敏傳感器結合差值算法,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位置識別。 2.2執(zhí)行機構 為使太陽光的利用率最大化，太陽能采集機器人具有自主移動，主動尋光。根據(jù)光線的變化，實時調整太陽能帆板仰角。動力源由伺服電機提供。太陽能采集機器人的控制系統(tǒng)結構圖參照項目附件。 2.3太陽能存儲和能量無線傳送 太陽能采集機器人存儲能量并在接收到搬運機器人指令后自主返回充電位置，通過無線傳送模塊對搬運機器人補給能量。 2.4無線通信部分 當機器人出現(xiàn)失誤時，上位機可以給機器人發(fā)送指令，對其進行遙控控制。同時，機器人會實時給上位機報告自己當前的動作情況。當搬運機器人需要能量補給時，它將給太陽能采集機器人發(fā)出信號。兩個機器人協(xié)調配合完成能量補充任務。該系統(tǒng)在模擬場景下系統(tǒng)運行良好。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 作品設計目的：當前自動搬運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，因此設計此作品。 基本思路：搬運機器人在正常情況下執(zhí)行搬運任務，當需要能量補給時由太陽能采集機器人對其進行充電。 創(chuàng)新點： 本設計由兩臺機器人協(xié)同完成交互式自主搬運任務。 1. 搬運機器人按規(guī)劃自主完成搬運任務。搬運機器人采用智能算法自主尋線，辨識裝卸位置，伺服控制裝、卸，自主完成搬運任務。在電力充足的情況下，可以完成多次搬運。 2.自主尋光：太陽能采集機器人通過紅外和碰撞避障，遠紅外追光，太陽能板多自由度擺位以及智能導航，找到光線最強位置，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位置對搬運機器人充電的任務。 3.太陽能采集機器人在能量補充位置通過能量無線傳輸方式對搬運機器人進行能量補給。 4. 節(jié)能、環(huán)保性：太陽能采集機器人能自主的完成避障、尋光、太陽能存儲并對搬運機器人補充能量。 5.交互、通訊性：實現(xiàn)了上位機對機器人的遠程操控。使機器人的工作狀態(tài)實時處于上位機的監(jiān)控之中。從上位機的控制界面中，我們不僅可看到機器人的運行狀況，而且也可以對機器人進行遙控。從而確保機器人運行過程中不會出現(xiàn)失誤。同時兩個機器人之間可以進行通訊，進行信息交互。 技術關鍵：自主完成搬運任務；自主尋光并實時跟蹤光線，收集太陽能；上位機監(jiān)控和能量無線傳輸部分。
科學性、先進性
- 該作品運用單片機技術、無線通訊技術和多傳感器融合技術實現(xiàn)了機器人的自主搬運、太陽能自主采集和光線的實時跟蹤、上位機和機器人以及機器人之間的無線通訊，克服了地面灰度導引方式走丟后必須人工現(xiàn)場干預的缺點。與傳統(tǒng)地面灰度導引方式的自動搬運車相比，運用太陽能作為能量來源，做到了節(jié)能環(huán)保，技術方面的顯著進步是采用無線能量傳輸方式可以及時的對搬運機器人進行能量補給；通過無線通訊方式利用上位機實時監(jiān)控搬運機器人的工作狀態(tài)，并可以進行遠程控制。
獲獎情況及鑒定結果
- 2009年4月 榮獲本校第七屆“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術科技作品競賽特等獎 2009年5月 榮獲省第七屆“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術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；太陽能自主采集、存儲；能量無線傳輸；上位機對機器人實時監(jiān)控及機器人間通信。
技術轉讓方式
- 暫無
作品可展示的形式
- 該模型可在大約3m*3.5m的演示場地進行現(xiàn)場演示。
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 使用說明：以上位機為監(jiān)控中心，搬運機器人自主完成所設置的搬運任務；太陽能采集機器人通過避障、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機器人進行能量補給，模擬了兩個機器人協(xié)同作業(yè)的生產過程。 技術特點和優(yōu)勢：自動搬運車是一種物料搬運設備，采用地面灰度引導方式，能自動按照規(guī)定的路線行走，進行貨物的裝載、卸載；運用多傳感器融合技術進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機器人進行能量補給；通過無線通訊方式實現(xiàn)對機器人的監(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)的人工搬運方式，提高生產自動化水平；運用了太陽能這個綠色能源，節(jié)約能源、保護環(huán)境。 經濟效益預測：由于其使用了地面灰度導引方式、綠色能源、能量無線傳輸和無線通訊技術，將會有較高的實際應用價值。
同類課題研究水平概述
- 自動無人搬運機器人(AGV) ，是當今柔性制造系統(tǒng)和自動化倉儲系統(tǒng)中物流運輸?shù)挠行Чぞ撸目煽窟\行對于整個物流系統(tǒng)至關重要。隨著工廠自動化的日益發(fā)展，原有自動化系統(tǒng)的可擴展性及靈活性十分重要。無人搬運車的引導方式主要有電磁感應引導、激光引導和地面灰度引導等方式。電磁引導方式屬于傳統(tǒng)的方式，技術較成熟，但其缺點是需要在運行線路的地表下埋設電纜，施工時間長，費用高，不易變更路線。雖然激光引導式AGV裝置可以采用標準的器件、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。地面灰度導引方式是一種新型導引方式，在AGV導引區(qū)域內，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，適應性、靈活性強，路徑的擴充和修改更為方便，但容易走丟，且走失后必須人工現(xiàn)場干預；另外，由于搬運機器人工作的連續(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、自主運行，可移動智能太陽能采集設備是當前太陽能采集的發(fā)展趨勢。太陽能采集機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)行遠程指令，對搬運機器人進行能量補給。 無線能量傳輸技術是一種新型能量傳輸技術，可以保證無線設備在保持工作狀態(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，我們設計了能量補給目標位置，并以超級電容替代可充電電池，大大縮短了充電時間。
