題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 模塊化多自由度寫(xiě)字教學(xué)機(jī)械手系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 機(jī)械與控制
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作B類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 開(kāi)放的寫(xiě)字靈巧手主要用于教學(xué)領(lǐng)域，解決學(xué)生用教學(xué)機(jī)械手類(lèi)實(shí)驗(yàn)儀器的結(jié)構(gòu)龐大，可實(shí)現(xiàn)的自由度低，動(dòng)作功能單一，價(jià)格昂貴，實(shí)際控制復(fù)雜，可實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目稀少和不利于開(kāi)展科創(chuàng)研究學(xué)習(xí)等問(wèn)題，填補(bǔ)了教學(xué)領(lǐng)域機(jī)械手擁有高靈敏度、高精確度自動(dòng)閉環(huán)控制回路的空白。
- 詳細(xì)介紹：
- 本項(xiàng)目小組研究的寫(xiě)字靈巧手正是以教學(xué)機(jī)器手為研究主旨。寫(xiě)字靈巧手系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)寫(xiě)字主要由2大部分組成，第一部分，硬件機(jī)械手平臺(tái)，利用AUTOCAD軟件建立模型，以功能模塊化與結(jié)構(gòu)模塊化為設(shè)計(jì)目標(biāo)，進(jìn)行模型設(shè)計(jì)，并在PROTEL中反復(fù)仿真、調(diào)試，確定靈巧手各部位最佳狀況。在實(shí)際空間中建立空間坐標(biāo)模型，完成機(jī)械手寫(xiě)字的基礎(chǔ)工作。第二部分，軟件設(shè)計(jì)及算法優(yōu)化。本項(xiàng)目主要是以VC++軟件為主要工具，自主開(kāi)發(fā)軟件平臺(tái)，來(lái)完成對(duì)信息采集、信息加工、自定義規(guī)則等內(nèi)部算法的自動(dòng)控制，同時(shí)通過(guò)對(duì)材料選擇，控制制作成本，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)靈巧手應(yīng)用的簡(jiǎn)易化、智能化、普遍化。
作品圖片
作品專(zhuān)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)
- 發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)： （一）獨(dú)立設(shè)計(jì)機(jī)械手，遙控裝置，移動(dòng)底盤(pán)等結(jié)構(gòu)。 （二）自由設(shè)計(jì)機(jī)械手上位機(jī)軟件，實(shí)現(xiàn)寫(xiě)字控制。 （三）模塊化設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)，全部部件均可自由拆裝及改裝。 （四）教學(xué)機(jī)械平臺(tái)首次實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)控制功能，自定義算法及書(shū)寫(xiě)規(guī)則。 （五）儀器結(jié)構(gòu)向使用者全面開(kāi)源。 （六）實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)適用面廣。 技術(shù)關(guān)鍵： 獨(dú)立設(shè)計(jì)機(jī)械靈巧手、攝像頭定位等裝置，配合上微機(jī)軟件結(jié)構(gòu)，使機(jī)械手在實(shí)際空間中能書(shū)寫(xiě)對(duì)應(yīng)漢字?？朔C(jī)械手末端操作單一、活動(dòng)空間小、缺少靈活性、難以精確控制等缺點(diǎn)。使機(jī)械靈巧手指端加裝針形攝像頭，能夠?qū)崿F(xiàn)跟蹤定位最終實(shí)現(xiàn)中文精確書(shū)寫(xiě)功能。具體實(shí)現(xiàn)寫(xiě)字分四步。 第一步：計(jì)算機(jī)屏幕輸入簡(jiǎn)單漢字，通過(guò)ucdos字庫(kù)自動(dòng)調(diào)用其點(diǎn)陣信息。 第二步：利用已確定的【點(diǎn)陣-坐標(biāo)】轉(zhuǎn)換算法進(jìn)行計(jì)算，在實(shí)體模型中將各個(gè)點(diǎn)陣信息轉(zhuǎn)化為三維空間坐標(biāo)。 第三步：通過(guò)運(yùn)動(dòng)方程計(jì)算，進(jìn)行空間【坐標(biāo)-角度】轉(zhuǎn)換，最終確定靈巧手各舵機(jī)角度值。 第四步：自定義書(shū)寫(xiě)規(guī)則，實(shí)現(xiàn)書(shū)寫(xiě)功能
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 技術(shù)先進(jìn)性： （一）上位軟件的設(shè)計(jì)，以及與電路控制接口板的有效通信和數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的有效動(dòng)作同時(shí)盡量減低指令復(fù)雜度，來(lái)實(shí)現(xiàn)控制6自由度的教學(xué)機(jī)械手或是進(jìn)行多個(gè)高自由度機(jī)械手系統(tǒng)綜合仿真的舵機(jī)協(xié)同動(dòng)作。 （二）通過(guò)內(nèi)嵌算法及書(shū)寫(xiě)規(guī)則的自定義，機(jī)械手可到達(dá)任意指定的三維空間坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)的位置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)閉環(huán)控制功能。填補(bǔ)了教學(xué)領(lǐng)域機(jī)械手擁有高靈敏度、高精確度自動(dòng)閉環(huán)控制回路的空白。 （三）教學(xué)機(jī)械手各個(gè)功能組件的設(shè)計(jì)，手抓頭，前臂，后臂，固定轉(zhuǎn)盤(pán)等部分；機(jī)械手系統(tǒng)可移動(dòng)底盤(pán)的設(shè)計(jì)；機(jī)械手主控制電路板及無(wú)線通訊部分的整合設(shè)計(jì)。 （四）教學(xué)裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)開(kāi)放式的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，涉及到多種教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的快速插接轉(zhuǎn)換功能模塊以及系統(tǒng)可以搭載其他實(shí)驗(yàn)儀器，進(jìn)行數(shù)據(jù)收集測(cè)試的額外部分。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2011年評(píng)為上海市第二屆大學(xué)生科創(chuàng)論壇“百佳項(xiàng)目” 2011年評(píng)為上海市第二屆大學(xué)生科創(chuàng)論壇“百佳論文”
作品所處階段
- 中試階段。已完成預(yù)期功能，還需做些改進(jìn)，計(jì)劃量產(chǎn)。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 暫無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物 現(xiàn)場(chǎng)演示 錄像 圖片 產(chǎn)品
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)
- 模塊化多自由度寫(xiě)字教學(xué)機(jī)械手系統(tǒng)在使用上十分方便，機(jī)械手本身帶有經(jīng)過(guò)測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)機(jī)構(gòu)裝置裝配圖和關(guān)鍵組件的組合說(shuō)明，供實(shí)驗(yàn)者學(xué)習(xí)。同時(shí)機(jī)械手會(huì)有驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和組裝創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)兩個(gè)部分不同的裝置使用說(shuō)明。在實(shí)際的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新過(guò)程中，試驗(yàn)者可以根據(jù)自己的試驗(yàn)?zāi)康牟煌?，參考不同試?yàn)指導(dǎo)說(shuō)明書(shū)。主要的使用操作流程為： （1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康拇_定； （2）仿真組件選??； （3）模型組裝； （4）上位軟件算法編程； （5）總裝測(cè)試。 機(jī)械手本身設(shè)計(jì)目標(biāo)就是：結(jié)構(gòu)緊湊，功能多樣，可實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目豐富，同時(shí)由于是開(kāi)放型電路板和上位軟件，相關(guān)的成本得以控制。總的裝配生產(chǎn)價(jià)格相比現(xiàn)在市場(chǎng)上的在售產(chǎn)品有不小的成本優(yōu)勢(shì)。此外，模塊化多自由度寫(xiě)字教學(xué)機(jī)械手系統(tǒng)裝卸維護(hù)方便，可以?xún)H更換部分零件就能轉(zhuǎn)變成其他實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目仿真平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)裝置的利用率高，性?xún)r(jià)比強(qiáng)。我們的目標(biāo)對(duì)象主要是高等學(xué)院相關(guān)理科專(zhuān)業(yè)的學(xué)科實(shí)驗(yàn)室以及專(zhuān)科相關(guān)專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)室，還有鼓勵(lì)學(xué)生科創(chuàng)等素質(zhì)教育的高中學(xué)校。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 國(guó)外產(chǎn)品相比我們國(guó)內(nèi)目前的機(jī)械手平臺(tái)有了很大的進(jìn)步：首先體現(xiàn)在產(chǎn)品的體積上?；埕~(yú)三自由度工業(yè)機(jī)械手平臺(tái)不過(guò)25*20（cm），相比之前我們一個(gè)氣動(dòng)機(jī)械手要一個(gè)以上工作臺(tái)來(lái)擺放設(shè)備的規(guī)模，體積得到了大大的縮小。同時(shí)縮小的還有使用者的知識(shí)儲(chǔ)備程度，慧魚(yú)和樂(lè)高圖形化的編程平臺(tái)讓使用者很容易上手，通過(guò)限位開(kāi)關(guān)和電機(jī)配合，幾個(gè)簡(jiǎn)單的指令就可以讓機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，這就為學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)提供了可能。硬制塑料件不容易損壞，較小的體積可以讓人快速的完成構(gòu)想。這一期間我國(guó)有了不少這種慧魚(yú)、樂(lè)高等等公司產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)室，不但能夠進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也能服務(wù)于學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐的要求。也出現(xiàn)了很多基于慧魚(yú)模型設(shè)計(jì)的研究，如機(jī)械手遠(yuǎn)程操作實(shí)驗(yàn)嵌入式控制系統(tǒng)，慧魚(yú)教具在大學(xué)生創(chuàng)新中的探索性研究。 但是，這些公司的產(chǎn)品也和我們中國(guó)的教學(xué)現(xiàn)狀有著不可調(diào)和的矛盾。首先，價(jià)格還是一樣的高昂，甚至有時(shí)加上獨(dú)立的傳感器裝置，充電電池組，無(wú)線遙控模塊等等部分以后，價(jià)格可以高得讓人乍舌。其次，過(guò)于強(qiáng)調(diào)整體的便捷性和維護(hù)的簡(jiǎn)易性以及一些其他方面的技術(shù)保護(hù)原因，導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)了過(guò)多的封閉模塊，這很不利于進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)研究，同時(shí)也不利于平臺(tái)功能拓展。簡(jiǎn)單舉例，以慧魚(yú)來(lái)說(shuō)，當(dāng)我們想把工業(yè)機(jī)械手模型和移動(dòng)模型包提供的移動(dòng)底座拼接在一起時(shí)，甚至由于各組合包之間都存在的不可兼容性，導(dǎo)致我們不得不去掉機(jī)械手上的一部分功能，才得以實(shí)現(xiàn)這個(gè)平臺(tái)的整體組合。這只是冰山一角，整個(gè)裝置的核心——控制接口板和它的上位機(jī)軟件，全部都是不開(kāi)放的。這才是最致命的問(wèn)題，慧魚(yú)的裝置是基于歐美80-90年代主流的產(chǎn)品做得仿真，故而仿真精度只有最高3自由度，而且是老舊的直角坐標(biāo)系行動(dòng)方式。這在現(xiàn)在看來(lái)，簡(jiǎn)直低的要命，老舊的可怕，同時(shí)它拒絕修改。 我們的優(yōu)勢(shì)： 優(yōu)點(diǎn)： （一）基于模塊化設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊，可實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的快速組裝，零件利用率高； （二）自主開(kāi)發(fā)的上位軟件和單片機(jī)硬件平臺(tái)能最多控制達(dá)32自由度的機(jī)械手動(dòng)作，控制范圍寬廣； （三）豐富的外部設(shè)備設(shè)計(jì)，如移動(dòng)底盤(pán)，無(wú)線控制，傳感避障裝置等的綜合利用，使教學(xué)機(jī)械手的應(yīng) （四）實(shí)驗(yàn)范圍廣，可實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多等特點(diǎn)。
