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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 光控運(yùn)動(dòng)機(jī)器人
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 通過光敏元件傳感器和控制算法實(shí)現(xiàn)光運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)。
- 詳細(xì)介紹：
- 提出了一種利用Arduino控制板為核心設(shè)計(jì)光引導(dǎo)小車的設(shè)計(jì)方案，給出了運(yùn)動(dòng)小車系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)過程。該方案利用光線沿直線傳播的原理，通過光敏元件設(shè)計(jì)傳感器檢測小車不同方向上的光強(qiáng)，計(jì)算出小車和光源之間的相對位置；利用PWM直流電機(jī)調(diào)速技術(shù)控制小車的啟動(dòng)、加速、減速和轉(zhuǎn)彎；利用紅外線反射式脈沖編碼器對小車的轉(zhuǎn)速和位移進(jìn)行反饋，實(shí)現(xiàn)了光源引導(dǎo)小車運(yùn)動(dòng)的精確控制。實(shí)驗(yàn)證明，光引導(dǎo)小車在實(shí)驗(yàn)室中運(yùn)行穩(wěn)定，設(shè)計(jì)方案切實(shí)可行，可以在實(shí)踐中應(yīng)用。
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)
- 設(shè)計(jì)目的：本款“光控運(yùn)動(dòng)機(jī)器人”的設(shè)計(jì)主要是通過調(diào)制光源或特殊光源控制小車移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在車間環(huán)境、高速公路、建筑工地等環(huán)境內(nèi)工件、貨物等的光引導(dǎo)無軌運(yùn)輸。 基本思路：該項(xiàng)目是基于脈寬調(diào)制直流電動(dòng)機(jī)控制原理的機(jī)電一體化機(jī)器人設(shè)計(jì)與制作。 技術(shù)關(guān)鍵：經(jīng)該實(shí)驗(yàn)制作出的機(jī)器人以小型數(shù)字集成電路為控制單元，以光敏電阻為傳感單元，以直線電機(jī)為動(dòng)力單元，可以實(shí)現(xiàn)以光線發(fā)生器為無線引導(dǎo)裝置的二維自由運(yùn)動(dòng)。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1)開發(fā)出一套偏差處理算法，利用此算法只需在小車前方放置三個(gè)光敏電阻傳感器可以檢測出前方180°視野范圍內(nèi)的光源位置； 2)提供了一種利用光源引導(dǎo)實(shí)現(xiàn)物體追蹤、避障的解決方案； 3)分析傳感器檢測到的光源信號，根據(jù)光信號的強(qiáng)弱判斷小車與光源的距離，并決定小車行進(jìn)速度及行進(jìn)方向。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 作品的先進(jìn)性：一般車間或建筑工地等工作環(huán)境內(nèi)，工件或貨物的運(yùn)輸路線短時(shí)間內(nèi)是固定的，因此若為這種運(yùn)輸要求來鋪設(shè)軌道或增設(shè)傳送帶，就會(huì)增加生產(chǎn)成本，降低運(yùn)輸?shù)撵`活性。傳統(tǒng)的運(yùn)輸辦法是依靠人駕駛裝卸車運(yùn)輸貨物。人在貨物運(yùn)輸中的主要作用就是控制車的啟動(dòng)、停止、運(yùn)動(dòng)方向和速度，這類相對簡單的勞動(dòng)可以用自動(dòng)控制技術(shù)來改進(jìn)。本項(xiàng)目提出了利用光源來引導(dǎo)小車運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)方案。這種利用光信號引導(dǎo)小車運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)，節(jié)約了人力，提高了生產(chǎn)效率和工作的靈活性。 技術(shù)分析：脈寬調(diào)制電動(dòng)機(jī)控制，對于控制小型DC電動(dòng)機(jī)的速度和轉(zhuǎn)矩來說，是很有效的。通過對DC電動(dòng)機(jī)施加精確控制，可以開發(fā)出許多有趣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，包括遠(yuǎn)程控制項(xiàng)目。本項(xiàng)目主要是以PWM電動(dòng)機(jī)控制為基礎(chǔ)，開發(fā)一種可以追隨（或者避開）光源的機(jī)器人，電位器用光敏電阻（LDR）取代。照射到傳感器上的光線得總量，決定了每一個(gè)電動(dòng)機(jī)的速度，以及隨后機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向，根據(jù)傳感器安放的方式不同，機(jī)器人將會(huì)追隨或者避開光源。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 本作品代表工程訓(xùn)練中心參加2009-2010年度校開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目計(jì)劃，于2010年5月通過學(xué)校驗(yàn)收，并獲評為“優(yōu)秀”項(xiàng)目。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實(shí)物 圖片 錄像 樣品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)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：通過Arduino控制系統(tǒng)、C語言程序等來實(shí)現(xiàn)小車運(yùn)動(dòng)，并通過控制在小車行進(jìn)路徑上的定向光源的啟動(dòng)次序及調(diào)制頻率精確調(diào)節(jié)小車運(yùn)動(dòng)路線。 技術(shù)優(yōu)勢：首先該作品以普通散射光為引導(dǎo)源，引導(dǎo)光源易獲取且成本低、實(shí)用性強(qiáng)；其次小車若用于定點(diǎn)運(yùn)輸，光源引導(dǎo)的路徑靈活，克服了傳統(tǒng)有軌運(yùn)輸中軌道鋪設(shè)費(fèi)用高和不易更改的缺點(diǎn)；此外，智能的程序算法為小車的精確控制提供了保障。 適應(yīng)范圍及推廣前景：在實(shí)際應(yīng)用中可以實(shí)現(xiàn)以普通散射光源為引導(dǎo)源的無線引導(dǎo)裝置，適用于那些重復(fù)性高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、較為復(fù)雜的工作環(huán)境或是實(shí)現(xiàn)無人駕駛運(yùn)輸。只需要有適當(dāng)?shù)墓庠礊橐龑?dǎo)源，就可用于針對于光源引導(dǎo)無人操作的項(xiàng)目。 市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測： 該光控運(yùn)動(dòng)機(jī)器人模型經(jīng)過精確計(jì)算及設(shè)計(jì)后，可將模型進(jìn)行實(shí)物轉(zhuǎn)化，投入市場應(yīng)用。小車可實(shí)現(xiàn)在車間環(huán)境中不同工序，其應(yīng)用前景廣泛，節(jié)能效果明顯，能將產(chǎn)品的運(yùn)輸成本大大降低，能大幅度降低產(chǎn)品制造成本，取得較大的經(jīng)濟(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- 1.工業(yè)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 工業(yè)機(jī)器人是機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起形成的一種機(jī)電一體化的產(chǎn)品，從其誕生起就受到人們的關(guān)心與重視。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)很成熟。工業(yè)機(jī)器人已從最初在解決勞動(dòng)密集型工業(yè)中單調(diào)、重復(fù)的體力勞動(dòng)發(fā)展到滿足制造業(yè)自動(dòng)化規(guī)模生產(chǎn)需要的工作。其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，從最初主要應(yīng)用于汽車工業(yè)發(fā)展到現(xiàn)在涉及制造業(yè)的各個(gè)行業(yè)。 2.光控運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì) 本作品設(shè)計(jì)思路主要是將光控技術(shù)應(yīng)用到小車行走上，在人類的生產(chǎn)生活中,很多貨物的運(yùn)輸路線是固定的，而從長期來看路線是不固定的，因此若為這種運(yùn)輸要求鋪設(shè)軌道或增設(shè)傳送帶，就會(huì)增加生產(chǎn)成本，降低靈活性。傳統(tǒng)的運(yùn)輸辦法是依靠人駕駛裝卸車運(yùn)輸貨物。人在貨物運(yùn)輸中的主要作用就是控制車的啟動(dòng)、停止、運(yùn)動(dòng)方向和速度。這類相對簡單的勞動(dòng)可以用自動(dòng)化技術(shù)來改進(jìn)。
