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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 圖案快速實(shí)現(xiàn)機(jī)器人
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 本項(xiàng)目目的在于制造能快速、準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)任意軌跡并且造價(jià)低廉的機(jī)器人，具有計(jì)算機(jī)圖形輸入、自動(dòng)生成驅(qū)動(dòng)程序等功能，可以進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。 用戶通過(guò)計(jì)算機(jī)輸入特定圖案，相應(yīng)軟件自動(dòng)生成程序代碼，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)完成任務(wù)。因任意圖案均可看成由直線和圓弧組成，故可以開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)直線和圓弧的通用程序，以達(dá)到任意軌跡的目的。因此，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單、可靠性強(qiáng)，可進(jìn)行時(shí)時(shí)在線調(diào)整，成本底，可以應(yīng)用于大型線條圖案的低成本繪制、小型復(fù)雜軌跡的精確重復(fù)實(shí)現(xiàn)以及生產(chǎn)線物料配送及其快速改造等。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品是綜合了單片機(jī)技術(shù)、步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)以及相應(yīng)軟件技術(shù)而設(shè)計(jì)，解決了輪式機(jī)構(gòu)小角度轉(zhuǎn)彎有死區(qū)、步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)切換誤差等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了任意圖形的精確繪制。避免了繪制大型圖形時(shí)，首先印制模板然后進(jìn)行噴涂的繁瑣過(guò)程，同時(shí)克服導(dǎo)軌式的繪圖產(chǎn)品繪圖范圍有限制的缺陷。另外，對(duì)繪制圖形變化的快速響應(yīng)也是一種突破。本項(xiàng)目的主要研究?jī)?nèi)容從整體上來(lái)說(shuō)可以分為機(jī)械本體、軌跡記錄執(zhí)行機(jī)構(gòu)、用戶數(shù)據(jù)輸入部分和程序自動(dòng)生成部分。各部分的設(shè)計(jì)方案如下： 1. 用戶數(shù)據(jù)輸入部分 應(yīng)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(guān)鍵點(diǎn)，該部分自動(dòng)記錄邏輯順序關(guān)系，供程序自動(dòng)生成部分使用。 2. 程序自動(dòng)生成部分 該部分主要包括四個(gè)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(shí)際應(yīng)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(guān)鍵點(diǎn)處直線或圓弧切線之間的角度。角度調(diào)節(jié)部分使機(jī)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(guò)兩個(gè)電機(jī)以相同速度運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的。圓弧部分是根據(jù)圓弧半徑和機(jī)械部分所確定的兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速之比再通過(guò)單片機(jī)控制完成的。最后得到相應(yīng)軌跡的單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序。 3. 軌跡記錄執(zhí)行機(jī)構(gòu) 該部分由繼電器、電磁鐵和繪圖工具組成，以實(shí)現(xiàn)記錄機(jī)器人軌跡的功能。由于所需的軌跡不一定連續(xù)，故需通過(guò)繼電器控制繪圖工具是否工作。 4. 機(jī)械本體 該部分完成將上述各系統(tǒng)或機(jī)構(gòu)連接在一起的功能，使其能順利工作。同時(shí)設(shè)置執(zhí)行機(jī)構(gòu)更換接口，實(shí)現(xiàn)功能拓展，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并配合繼電器、電磁鐵等器件按照模塊化思想快速實(shí)現(xiàn)任意圖形的繪制。用戶通過(guò)計(jì)算機(jī)輸入需繪制的圖案，相應(yīng)軟件自動(dòng)生成程序代碼，轉(zhuǎn)化為單片機(jī)程序，驅(qū)動(dòng)電機(jī)完成任務(wù)。 任意圖案均可看成由直線和圓弧組成，故可以開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)直線和圓弧的通用程序，以達(dá)到繪制任意軌跡的目的。對(duì)圖形進(jìn)行此種抽象可以使應(yīng)用程序簡(jiǎn)單可靠，抗干擾能力加強(qiáng)。本作品的機(jī)械本體前支撐采用鋼珠套筒機(jī)構(gòu)，兩個(gè)后輪分別由步進(jìn)電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)任意角度的轉(zhuǎn)動(dòng)，理論上不存在任何死區(qū)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電磁鐵實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，控制繪圖機(jī)構(gòu)的開(kāi)關(guān)，既簡(jiǎn)單又可靠實(shí)用。本作品涉及的一個(gè)主要技術(shù)是對(duì)單片機(jī)的精確控制。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的切換是很普遍的，通過(guò)記錄切換前后的步進(jìn)電機(jī)的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)無(wú)誤差切換，從而達(dá)到精確繪圖的目的。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本作品是綜合了單片機(jī)技術(shù)、步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)以及相應(yīng)軟件技術(shù)而設(shè)計(jì)，解決了輪式機(jī)構(gòu)小角度轉(zhuǎn)彎有死區(qū)、步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)切換誤差等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了任意圖形的精確繪制。避免了繪制大型圖形時(shí)，首先印制模板然后進(jìn)行噴涂的繁瑣過(guò)程，同時(shí)克服導(dǎo)軌式的繪圖產(chǎn)品繪圖范圍有限制的缺陷。另外，對(duì)繪制圖形變化的快速響應(yīng)也是一種突破。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2009年四月獲得某?！疤魬?zhàn)杯”課外學(xué)術(shù)科技競(jìng)賽一等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物和產(chǎn)品，現(xiàn)場(chǎng)演示，圖片，錄像
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 圖案快速實(shí)現(xiàn)機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉以及可用范圍廣的特點(diǎn)，可以改善工人的勞動(dòng)環(huán)境，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，具有一定的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)意義和廣闊的應(yīng)用前景。本作品有效的拓展了繪圖裝置的應(yīng)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(yīng)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(shì)；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(jìn)步和生活水品的提高，節(jié)約型和環(huán)保型設(shè)備在日常生活中更加受到歡迎，具有更加廣闊的市場(chǎng)。本作品有效的控制了繪圖過(guò)程中的污染及能源浪費(fèi)問(wèn)題，而且具有“一機(jī)多能”的特點(diǎn)。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(shí)現(xiàn)自己的價(jià)值！
同類課題研究水平概述
- 圖案快速實(shí)現(xiàn)機(jī)器人屬于小型機(jī)器人的范疇，主要工作是在當(dāng)前成熟技術(shù)上的開(kāi)發(fā)利用。它并不存在重大的技術(shù)難關(guān)，因而沒(méi)有引起國(guó)際和國(guó)內(nèi)著名研究機(jī)構(gòu)的普遍注意。相關(guān)作品基本上都是個(gè)體愛(ài)好者的小發(fā)明，并沒(méi)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(shí)現(xiàn)機(jī)器人的出現(xiàn)一定會(huì)引起人們的注意，產(chǎn)生一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。 概括起來(lái)，圖案快速實(shí)現(xiàn)機(jī)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(jī)構(gòu)。但日常生活中低端的廉價(jià)的繪圖機(jī)構(gòu)并沒(méi)有成熟的適用范圍廣的產(chǎn)品出現(xiàn) 3.研究人員多為個(gè)體愛(ài)好者，而不是團(tuán)隊(duì)。因此，許多同類的產(chǎn)品中的某一項(xiàng)指標(biāo)由于某個(gè)人的知識(shí)得到改進(jìn)，但由于個(gè)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(yīng)用前景廣闊，市場(chǎng)范圍大。隨著科技的進(jìn)步和人們環(huán)保節(jié)能的觀念的加強(qiáng)，綠色產(chǎn)品越來(lái)越受到人們的歡迎。因而圖案快速實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制造也正朝著小型化、節(jié)能化、零污染的方向發(fā)展。
