基本信息
- 項目名稱：
- 圖案快速實現(xiàn)機器人
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本項目目的在于制造能快速、準確實現(xiàn)任意軌跡并且造價低廉的機器人，具有計算機圖形輸入、自動生成驅(qū)動程序等功能，可以進行二次開發(fā)。 用戶通過計算機輸入特定圖案，相應軟件自動生成程序代碼，以驅(qū)動電機完成任務。因任意圖案均可看成由直線和圓弧組成，故可以開發(fā)實現(xiàn)直線和圓弧的通用程序，以達到任意軌跡的目的。因此，系統(tǒng)結構緊湊簡單、可靠性強，可進行時時在線調(diào)整，成本底，可以應用于大型線條圖案的低成本繪制、小型復雜軌跡的精確重復實現(xiàn)以及生產(chǎn)線物料配送及其快速改造等。
- 詳細介紹：
- 本作品是綜合了單片機技術、步進電機控制技術以及相應軟件技術而設計，解決了輪式機構小角度轉(zhuǎn)彎有死區(qū)、步進電機正反轉(zhuǎn)切換誤差等問題，實現(xiàn)了任意圖形的精確繪制。避免了繪制大型圖形時，首先印制模板然后進行噴涂的繁瑣過程，同時克服導軌式的繪圖產(chǎn)品繪圖范圍有限制的缺陷。另外，對繪制圖形變化的快速響應也是一種突破。本項目的主要研究內(nèi)容從整體上來說可以分為機械本體、軌跡記錄執(zhí)行機構、用戶數(shù)據(jù)輸入部分和程序自動生成部分。各部分的設計方案如下： 1. 用戶數(shù)據(jù)輸入部分 應用MATLAB編程數(shù)據(jù)采集界面，用戶根據(jù)所要生成軌跡在采集界面上描繪關鍵點，該部分自動記錄邏輯順序關系，供程序自動生成部分使用。 2. 程序自動生成部分 該部分主要包括四個子程序：數(shù)據(jù)格式化部分、角度調(diào)節(jié)部分、繪圖工具工作控制部分、直線軌跡部分和圓弧軌跡部分。其基本思想是：由于實際應用中絕大多數(shù)圖形均可由直線和圓弧逼近，因此，該部分只需產(chǎn)生直線和圓弧軌跡即可滿足大部分要求。數(shù)據(jù)格式化部分確定關鍵點處直線或圓弧切線之間的角度。角度調(diào)節(jié)部分使機械本體與軌跡中直線或圓弧切線的方向一致。直線軌跡是通過兩個電機以相同速度運轉(zhuǎn)實現(xiàn)的。圓弧部分是根據(jù)圓弧半徑和機械部分所確定的兩個電機的轉(zhuǎn)速之比再通過單片機控制完成的。最后得到相應軌跡的單片機的驅(qū)動程序。 3. 軌跡記錄執(zhí)行機構 該部分由繼電器、電磁鐵和繪圖工具組成，以實現(xiàn)記錄機器人軌跡的功能。由于所需的軌跡不一定連續(xù)，故需通過繼電器控制繪圖工具是否工作。 4. 機械本體 該部分完成將上述各系統(tǒng)或機構連接在一起的功能，使其能順利工作。同時設置執(zhí)行機構更換接口，實現(xiàn)功能拓展，擴大應用范圍。
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
- 本設計基于單片機控制和步進電機驅(qū)動，并配合繼電器、電磁鐵等器件按照模塊化思想快速實現(xiàn)任意圖形的繪制。用戶通過計算機輸入需繪制的圖案，相應軟件自動生成程序代碼，轉(zhuǎn)化為單片機程序，驅(qū)動電機完成任務。 任意圖案均可看成由直線和圓弧組成，故可以開發(fā)實現(xiàn)直線和圓弧的通用程序，以達到繪制任意軌跡的目的。對圖形進行此種抽象可以使應用程序簡單可靠，抗干擾能力加強。本作品的機械本體前支撐采用鋼珠套筒機構，兩個后輪分別由步進電機獨立驅(qū)動，可以實現(xiàn)任意角度的轉(zhuǎn)動，理論上不存在任何死區(qū)。執(zhí)行機構由電磁鐵實現(xiàn)驅(qū)動，控制繪圖機構的開關，既簡單又可靠實用。本作品涉及的一個主要技術是對單片機的精確控制。根據(jù)實際應用，步進電機的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的切換是很普遍的，通過記錄切換前后的步進電機的狀態(tài)，實現(xiàn)無誤差切換，從而達到精確繪圖的目的。
科學性、先進性
- 本作品是綜合了單片機技術、步進電機控制技術以及相應軟件技術而設計，解決了輪式機構小角度轉(zhuǎn)彎有死區(qū)、步進電機正反轉(zhuǎn)切換誤差等問題，實現(xiàn)了任意圖形的精確繪制。避免了繪制大型圖形時，首先印制模板然后進行噴涂的繁瑣過程，同時克服導軌式的繪圖產(chǎn)品繪圖范圍有限制的缺陷。另外，對繪制圖形變化的快速響應也是一種突破。
獲獎情況及鑒定結果
- 2009年四月獲得某?！疤魬?zhàn)杯”課外學術科技競賽一等獎
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物和產(chǎn)品，現(xiàn)場演示，圖片，錄像
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(jīng)濟效益預測
- 圖案快速實現(xiàn)機器人具有結構簡單、造價低廉以及可用范圍廣的特點，可以改善工人的勞動環(huán)境，提高勞動生產(chǎn)率，具有一定的社會、經(jīng)濟意義和廣闊的應用前景。本作品有效的拓展了繪圖裝置的應用范圍，降低使用成本，并且更加靈活方便。 基于該作品的工作原理，它的應用范圍主要有第一，可用于大圖案、軌跡的繪制，在此方面最能體現(xiàn)本作品的優(yōu)勢；第二，可用于工廠中按一定軌跡行走的送料小車，尤其適用于柔性制造中經(jīng)常更換送料路線的生產(chǎn)線。 隨著科技的進步和生活水品的提高，節(jié)約型和環(huán)保型設備在日常生活中更加受到歡迎，具有更加廣闊的市場。本作品有效的控制了繪圖過程中的污染及能源浪費問題，而且具有“一機多能”的特點。因此，它必將能夠在以后的生活生產(chǎn)中發(fā)揮自己的作用，實現(xiàn)自己的價值！
同類課題研究水平概述
- 圖案快速實現(xiàn)機器人屬于小型機器人的范疇，主要工作是在當前成熟技術上的開發(fā)利用。它并不存在重大的技術難關，因而沒有引起國際和國內(nèi)著名研究機構的普遍注意。相關作品基本上都是個體愛好者的小發(fā)明，并沒有形成通用的系列化的產(chǎn)品。但是作為一種有益的嘗試，圖案快速實現(xiàn)機器人的出現(xiàn)一定會引起人們的注意，產(chǎn)生一定的社會經(jīng)濟效益。 概括起來，圖案快速實現(xiàn)機器人的研究目前的狀況是： 1.資金投入少，并未形成規(guī)模 2.產(chǎn)品有斷層，存在高精度和高專業(yè)化的繪圖機構。但日常生活中低端的廉價的繪圖機構并沒有成熟的適用范圍廣的產(chǎn)品出現(xiàn) 3.研究人員多為個體愛好者，而不是團隊。因此，許多同類的產(chǎn)品中的某一項指標由于某個人的知識得到改進，但由于個人研究，不能集思廣益，故不能形成綜合特性好、規(guī)范的產(chǎn)品 應用前景廣闊，市場范圍大。隨著科技的進步和人們環(huán)保節(jié)能的觀念的加強，綠色產(chǎn)品越來越受到人們的歡迎。因而圖案快速實現(xiàn)機器人的設計與制造也正朝著小型化、節(jié)能化、零污染的方向發(fā)展。
