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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 太陽(yáng)能交互式自主搬運(yùn)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A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本項(xiàng)目主要以單片機(jī)處理技術(shù)為核心，采用串口通訊、無(wú)線通訊和多傳感器融合等技術(shù)，通過(guò)智能算法實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主搬運(yùn)、太陽(yáng)能自主采集、能量無(wú)線補(bǔ)給、機(jī)器人之間協(xié)同作業(yè)以及上位計(jì)算機(jī)無(wú)線監(jiān)控等任務(wù)。 作品分五部分：(1)搬運(yùn)機(jī)器人采用智能算法自主尋線，辨識(shí)裝卸位置，伺服控制裝、卸，完成自動(dòng)搬運(yùn)任務(wù)。(2)太陽(yáng)能機(jī)器人通過(guò)紅外和碰撞避障，遠(yuǎn)紅外追光，太陽(yáng)能板多自由度擺位以及智能導(dǎo)航，并實(shí)現(xiàn)光線的實(shí)時(shí)跟蹤，以完成太陽(yáng)能自主采集和返回目標(biāo)位置對(duì)搬運(yùn)機(jī)器人充電的任務(wù)。(3)機(jī)器人之間的協(xié)同作業(yè)體現(xiàn)在搬運(yùn)機(jī)器人需要充電時(shí)，它將主動(dòng)給太陽(yáng)能采集機(jī)器人發(fā)出充電信號(hào)，太陽(yáng)能采集機(jī)器人在接收到指令后到達(dá)充電位置對(duì)其進(jìn)行充電。(4)太陽(yáng)能采集機(jī)器人在充電位置處通過(guò)能量無(wú)線傳輸方式對(duì)搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行能量補(bǔ)給。（5）無(wú)線通訊主要包括上位機(jī)對(duì)機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控以及機(jī)器人與機(jī)器人之間的通信。 本作品利用太陽(yáng)能實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保。可推廣應(yīng)用倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)、制造業(yè)以及一些危險(xiǎn)場(chǎng)所。
- 詳細(xì)介紹：
- 太陽(yáng)能交互式自主型搬運(yùn)機(jī)器人作品說(shuō)明 一、系統(tǒng)功能 1、兩個(gè)機(jī)器人共同協(xié)作完成工作：搬運(yùn)器人自主完成搬運(yùn)任務(wù)，太陽(yáng)能采集機(jī)器人主要通過(guò)紅外和碰撞避障，遠(yuǎn)紅外追光，太陽(yáng)能板多自由度擺位以及智能導(dǎo)航，完成尋找光源、收集太陽(yáng)能以及對(duì)搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行能量補(bǔ)給。 2、太陽(yáng)能采集機(jī)器人在收到搬運(yùn)機(jī)器人能量補(bǔ)給信號(hào)后，自主尋找充電位置處，并通過(guò)能量無(wú)線傳輸方式對(duì)搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行能量補(bǔ)給。 3、通過(guò)上位機(jī)與機(jī)器人以及機(jī)器人與機(jī)器人之間的無(wú)線通訊。上位機(jī)與機(jī)器人之間的通信實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互（上位機(jī)可以向機(jī)器人下達(dá)指令，機(jī)器人也可以給上位機(jī)報(bào)告自己當(dāng)前的動(dòng)作狀況）。機(jī)器人之間的通信主要體現(xiàn)在當(dāng)搬運(yùn)機(jī)器人需要補(bǔ)充能量時(shí)，將向太陽(yáng)能采集機(jī)器人發(fā)出信號(hào)。如果發(fā)送信號(hào)失敗，可由上位機(jī)補(bǔ)發(fā)。 同時(shí)為確保安全，機(jī)器人安裝有報(bào)警裝置。 該作品可以應(yīng)用于倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)、制造業(yè)郵局、圖書館、港口碼頭和機(jī)場(chǎng)、危險(xiǎn)場(chǎng)所和特種行業(yè)等領(lǐng)域的搬運(yùn)工作，可實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)的智能化和機(jī)器人能量的自動(dòng)補(bǔ)給。 二、系統(tǒng)硬件構(gòu)成 該項(xiàng)目系統(tǒng)硬件主要由上位機(jī)、單片機(jī)控制板、無(wú)線通訊模塊、灰度擴(kuò)展卡、紅外接收擴(kuò)展卡、遠(yuǎn)紅外火焰擴(kuò)展卡、伺服電機(jī)擴(kuò)展卡、多功能擴(kuò)展卡、能量無(wú)線傳輸模塊、儲(chǔ)能模塊和太陽(yáng)能采集模塊等部分構(gòu)成。 1 搬運(yùn)機(jī)器人 1.1傳感器的使用和安裝 為了滿足上述任務(wù)的要求。主要配置的傳感器有一套紅外發(fā)射和接收，四個(gè)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(cè)。四個(gè)灰度傳感器其中三個(gè)主要用于配合循跡算法以及裝卸倉(cāng)庫(kù)的判定，另外一個(gè)主要用于檢測(cè)目標(biāo)地點(diǎn)，即是否達(dá)到充電位置。 1.2執(zhí)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 進(jìn)入倉(cāng)庫(kù)完成搬運(yùn)作業(yè)主要由裝載和卸載兩個(gè)過(guò)程構(gòu)成。裝載部分機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，仿照了鏟土機(jī)鏟斗和收割機(jī)的機(jī)械裝置。能較好的完成零散貨物的裝載任務(wù)。搬運(yùn)機(jī)器人的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖參照項(xiàng)目附件。 1.3能量無(wú)線接收 搬運(yùn)機(jī)器人在需要補(bǔ)充能量時(shí)，將向太陽(yáng)能采集機(jī)器人發(fā)送信息，同時(shí)自行回到充電位置，進(jìn)行能量補(bǔ)給的無(wú)線接收。 2 太陽(yáng)能采集機(jī)器人 2.1傳感器的使用和安裝 為使機(jī)器人完成預(yù)期的功能,配置了灰度、火焰、光敏、遠(yuǎn)紅外發(fā)射和接收等傳感器?；鹧?zhèn)鞲衅髯裱容^和補(bǔ)償?shù)乃惴ǎ箼C(jī)器人能夠自主找到光線最強(qiáng)處，并實(shí)現(xiàn)光線的實(shí)時(shí)跟蹤；紅外發(fā)射和接收主要用避障；改進(jìn)型筒式光敏傳感器結(jié)合差值算法,能夠靈敏地檢測(cè)光線光線的變化；灰度傳感器主要用于目標(biāo)位置識(shí)別。 2.2執(zhí)行機(jī)構(gòu) 為使太陽(yáng)光的利用率最大化，太陽(yáng)能采集機(jī)器人具有自主移動(dòng)，主動(dòng)尋光。根據(jù)光線的變化，實(shí)時(shí)調(diào)整太陽(yáng)能帆板仰角。動(dòng)力源由伺服電機(jī)提供。太陽(yáng)能采集機(jī)器人的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖參照項(xiàng)目附件。 2.3太陽(yáng)能存儲(chǔ)和能量無(wú)線傳送 太陽(yáng)能采集機(jī)器人存儲(chǔ)能量并在接收到搬運(yùn)機(jī)器人指令后自主返回充電位置，通過(guò)無(wú)線傳送模塊對(duì)搬運(yùn)機(jī)器人補(bǔ)給能量。 2.4無(wú)線通信部分 當(dāng)機(jī)器人出現(xiàn)失誤時(shí)，上位機(jī)可以給機(jī)器人發(fā)送指令，對(duì)其進(jìn)行遙控控制。同時(shí)，機(jī)器人會(huì)實(shí)時(shí)給上位機(jī)報(bào)告自己當(dāng)前的動(dòng)作情況。當(dāng)搬運(yùn)機(jī)器人需要能量補(bǔ)給時(shí)，它將給太陽(yáng)能采集機(jī)器人發(fā)出信號(hào)。兩個(gè)機(jī)器人協(xié)調(diào)配合完成能量補(bǔ)充任務(wù)。該系統(tǒng)在模擬場(chǎng)景下系統(tǒng)運(yùn)行良好。
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)
- 作品設(shè)計(jì)目的：當(dāng)前自動(dòng)搬運(yùn)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(shè)計(jì)此作品。 基本思路：搬運(yùn)機(jī)器人在正常情況下執(zhí)行搬運(yùn)任務(wù)，當(dāng)需要能量補(bǔ)給時(shí)由太陽(yáng)能采集機(jī)器人對(duì)其進(jìn)行充電。 創(chuàng)新點(diǎn)： 本設(shè)計(jì)由兩臺(tái)機(jī)器人協(xié)同完成交互式自主搬運(yùn)任務(wù)。 1. 搬運(yùn)機(jī)器人按規(guī)劃自主完成搬運(yùn)任務(wù)。搬運(yùn)機(jī)器人采用智能算法自主尋線，辨識(shí)裝卸位置，伺服控制裝、卸，自主完成搬運(yùn)任務(wù)。在電力充足的情況下，可以完成多次搬運(yùn)。 2.自主尋光：太陽(yáng)能采集機(jī)器人通過(guò)紅外和碰撞避障，遠(yuǎn)紅外追光，太陽(yáng)能板多自由度擺位以及智能導(dǎo)航，找到光線最強(qiáng)位置，根據(jù)光線的變化做到實(shí)時(shí)跟蹤，完成太陽(yáng)能自主采集和返回目標(biāo)位置對(duì)搬運(yùn)機(jī)器人充電的任務(wù)。 3.太陽(yáng)能采集機(jī)器人在能量補(bǔ)充位置通過(guò)能量無(wú)線傳輸方式對(duì)搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行能量補(bǔ)給。 4. 節(jié)能、環(huán)保性：太陽(yáng)能采集機(jī)器人能自主的完成避障、尋光、太陽(yáng)能存儲(chǔ)并對(duì)搬運(yùn)機(jī)器人補(bǔ)充能量。 5.交互、通訊性：實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)對(duì)機(jī)器人的遠(yuǎn)程操控。使機(jī)器人的工作狀態(tài)實(shí)時(shí)處于上位機(jī)的監(jiān)控之中。從上位機(jī)的控制界面中，我們不僅可看到機(jī)器人的運(yùn)行狀況，而且也可以對(duì)機(jī)器人進(jìn)行遙控。從而確保機(jī)器人運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)失誤。同時(shí)兩個(gè)機(jī)器人之間可以進(jìn)行通訊，進(jìn)行信息交互。 技術(shù)關(guān)鍵：自主完成搬運(yùn)任務(wù)；自主尋光并實(shí)時(shí)跟蹤光線，收集太陽(yáng)能；上位機(jī)監(jiān)控和能量無(wú)線傳輸部分。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 該作品運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)、無(wú)線通訊技術(shù)和多傳感器融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的自主搬運(yùn)、太陽(yáng)能自主采集和光線的實(shí)時(shí)跟蹤、上位機(jī)和機(jī)器人以及機(jī)器人之間的無(wú)線通訊，克服了地面灰度導(dǎo)引方式走丟后必須人工現(xiàn)場(chǎng)干預(yù)的缺點(diǎn)。與傳統(tǒng)地面灰度導(dǎo)引方式的自動(dòng)搬運(yùn)車相比，運(yùn)用太陽(yáng)能作為能量來(lái)源，做到了節(jié)能環(huán)保，技術(shù)方面的顯著進(jìn)步是采用無(wú)線能量傳輸方式可以及時(shí)的對(duì)搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行能量補(bǔ)給；通過(guò)無(wú)線通訊方式利用上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控搬運(yùn)機(jī)器人的工作狀態(tài)，并可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2009年4月 榮獲本校第七屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng) 2009年5月 榮獲省第七屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 在模擬場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)了自主搬運(yùn)；太陽(yáng)能自主采集、存儲(chǔ)；能量無(wú)線傳輸；上位機(jī)對(duì)機(jī)器人實(shí)時(shí)監(jiān)控及機(jī)器人間通信。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 暫無(wú)
作品可展示的形式
- 該模型可在大約3m*3.5m的演示場(chǎng)地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示。
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)
- 使用說(shuō)明：以上位機(jī)為監(jiān)控中心，搬運(yùn)機(jī)器人自主完成所設(shè)置的搬運(yùn)任務(wù)；太陽(yáng)能采集機(jī)器人通過(guò)避障、尋光、定位和跟蹤光源，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能采集和存儲(chǔ)；通過(guò)能量無(wú)線傳輸方式對(duì)搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行能量補(bǔ)給，模擬了兩個(gè)機(jī)器人協(xié)同作業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程。 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：自動(dòng)搬運(yùn)車是一種物料搬運(yùn)設(shè)備，采用地面灰度引導(dǎo)方式，能自動(dòng)按照規(guī)定的路線行走，進(jìn)行貨物的裝載、卸載；運(yùn)用多傳感器融合技術(shù)進(jìn)行光源的尋找和太陽(yáng)能采集與存儲(chǔ)；通過(guò)能量無(wú)線傳輸方式對(duì)搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行能量補(bǔ)給；通過(guò)無(wú)線通訊方式實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的監(jiān)控和操控。 適用范圍：倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)、制造業(yè)、郵局、圖書館、港口、碼頭和機(jī)場(chǎng)、危險(xiǎn)場(chǎng)所及特種行業(yè)等。 市場(chǎng)分析：代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工搬運(yùn)方式，提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平；運(yùn)用了太陽(yáng)能這個(gè)綠色能源，節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境。 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：由于其使用了地面灰度導(dǎo)引方式、綠色能源、能量無(wú)線傳輸和無(wú)線通訊技術(shù)，將會(huì)有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
同類課題研究水平概述
- 自動(dòng)無(wú)人搬運(yùn)機(jī)器人(AGV) ，是當(dāng)今柔性制造系統(tǒng)和自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中物流運(yùn)輸?shù)挠行Чぞ?，它的可靠運(yùn)行對(duì)于整個(gè)物流系統(tǒng)至關(guān)重要。隨著工廠自動(dòng)化的日益發(fā)展，原有自動(dòng)化系統(tǒng)的可擴(kuò)展性及靈活性十分重要。無(wú)人搬運(yùn)車的引導(dǎo)方式主要有電磁感應(yīng)引導(dǎo)、激光引導(dǎo)和地面灰度引導(dǎo)等方式。電磁引導(dǎo)方式屬于傳統(tǒng)的方式，技術(shù)較成熟，但其缺點(diǎn)是需要在運(yùn)行線路的地表下埋設(shè)電纜，施工時(shí)間長(zhǎng)，費(fèi)用高，不易變更路線。雖然激光引導(dǎo)式AGV裝置可以采用標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)。但是它明顯的缺點(diǎn)是成本高，且在有些路線環(huán)境中易受干擾。地面灰度導(dǎo)引方式是一種新型導(dǎo)引方式，在AGV導(dǎo)引區(qū)域內(nèi)，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(yīng)性、靈活性強(qiáng)，路徑的擴(kuò)充和修改更為方便，但容易走丟，且走失后必須人工現(xiàn)場(chǎng)干預(yù)；另外，由于搬運(yùn)機(jī)器人工作的連續(xù)性，因此對(duì)電池電量等性能要求較高，并且機(jī)器人工作環(huán)境對(duì)地面灰度檢測(cè)的影響很大。 太陽(yáng)能是一種清潔可再生能源，其利用價(jià)值已受到人們的青睞，但大多都是被動(dòng)式吸收采集。主動(dòng)尋光、自主運(yùn)行，可移動(dòng)智能太陽(yáng)能采集設(shè)備是當(dāng)前太陽(yáng)能采集的發(fā)展趨勢(shì)。太陽(yáng)能采集機(jī)器人能通過(guò)自主避障、自主尋光、自動(dòng)跟蹤光源、儲(chǔ)能，并通過(guò)接收和執(zhí)行遠(yuǎn)程指令，對(duì)搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行能量補(bǔ)給。 無(wú)線能量傳輸技術(shù)是一種新型能量傳輸技術(shù)，可以保證無(wú)線設(shè)備在保持工作狀態(tài)時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電，但無(wú)線充電范圍很小。為了保證傳輸效率，我們?cè)O(shè)計(jì)了能量補(bǔ)給目標(biāo)位置，并以超級(jí)電容替代可充電電池，大大縮短了充電時(shí)間。
