題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于太陽(yáng)能電池的移動(dòng)機(jī)器人能源自治系統(tǒng)研究
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 利用太陽(yáng)能電池來(lái)解決機(jī)器人的能源自治問(wèn)題；利用研制的二自由度太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤平臺(tái)及其相應(yīng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)的自動(dòng)跟蹤，保證機(jī)器人移動(dòng)時(shí)太陽(yáng)能電池板始終與光線垂直，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能最大程度的轉(zhuǎn)化為電能；利用充、放電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能源自治，即移動(dòng)機(jī)器人閑時(shí)儲(chǔ)能和忙時(shí)根據(jù)移動(dòng)機(jī)器人的需要穩(wěn)定供給能源。為實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人完全智能化的問(wèn)題打下基礎(chǔ)。
- 詳細(xì)介紹：
- 本設(shè)計(jì)以步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)元件，自行設(shè)計(jì)的二自由度機(jī)構(gòu)為跟蹤平臺(tái)，它在水平和高度兩個(gè)方向的跟蹤范圍滿足設(shè)計(jì)的要求。硬件電路部分采用光敏電阻比較法，根據(jù)光敏電阻在光照時(shí)阻值發(fā)生變化的原理，將兩個(gè)完全相同的光敏電阻分別放置于一塊電池板東西方向邊沿的下方，如果太陽(yáng)光垂直照射太陽(yáng)能電池板時(shí)，兩個(gè)光敏電阻接受到的光照強(qiáng)度相同，此時(shí)它們的阻值完全相等，步進(jìn)電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)太陽(yáng)光方向與電池板垂直方向有夾角時(shí)，接受光強(qiáng)多的光敏電阻阻值減小，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，直至兩個(gè)光敏電阻上的光照強(qiáng)度相同。南北方向上與上相同。其優(yōu)點(diǎn)在于控制較精確，且電路也比較容易實(shí)現(xiàn)。 利用場(chǎng)效mos管的開(kāi)關(guān)作用和防反沖電路實(shí)現(xiàn)對(duì)充電過(guò)程的自動(dòng)控制和電沖擊保護(hù)，同時(shí)利用場(chǎng)效mos管的導(dǎo)能電阻作為電流檢測(cè)電阻，通過(guò)AD轉(zhuǎn)換模塊和單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)放電過(guò)程的自動(dòng)控制
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)
- 利用太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在蓄電池中，在忙時(shí)可以用蓄電池中的電能供給小車運(yùn)動(dòng)，閑時(shí)可以給蓄電池充電，從而解決了機(jī)器人在野外環(huán)境作業(yè)時(shí)實(shí)現(xiàn)能源自治的問(wèn)題，避免了活動(dòng)范圍小和更換電源的限制。同時(shí)為了提高光電轉(zhuǎn)換效率，電池板必須能夠在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)的跟蹤，始終可以使光垂直照射太陽(yáng)能電池板 本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)是小車的能源可以實(shí)現(xiàn)自治，利用太陽(yáng)能這種清潔能源提供電能，在跟蹤太陽(yáng)裝置上可以實(shí)現(xiàn)大角度跟蹤，同時(shí)利用場(chǎng)效MOS管等實(shí)現(xiàn)對(duì)充放電過(guò)程的自動(dòng)控制 本設(shè)計(jì)的技術(shù)關(guān)鍵是：①對(duì)太陽(yáng)實(shí)現(xiàn)大范圍的自動(dòng)跟蹤②實(shí)現(xiàn)對(duì)電池充放電過(guò)程的自動(dòng)控制 主要技術(shù)指標(biāo)：太陽(yáng)能電池板水平旋轉(zhuǎn)角度360°，俯仰角度180°，峰值電壓17.5V，蓄電池電壓12V，容量1300mAh，步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)工作電壓12V，單片機(jī)型號(hào)AT89S52，數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片型號(hào)ADC0809，光敏電阻型號(hào)GL5516
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 機(jī)器人作為人體力的延伸，是當(dāng)今最為先進(jìn)，發(fā)展最為活躍的一門學(xué)科，要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的完全智能化自治，除了行為自治外，還需要能源自治，從能源角度講，移動(dòng)機(jī)器人要真正實(shí)現(xiàn)行為自治，不但需要有效合理的利用自身能源，而且需要能夠從環(huán)境中提取能量，這也是移動(dòng)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程任務(wù)需解決的關(guān)鍵技術(shù)之一，目前國(guó)內(nèi)外的研究大多集中在機(jī)器人仿人的行為自治方面，多通過(guò)電纜或者各種充電電池提供能源，沒(méi)有自己從環(huán)境中提取能量的能力，利用電纜限制了活動(dòng)范圍，利用充電電池有供電時(shí)效性問(wèn)題，現(xiàn)階段機(jī)器人與環(huán)境之間能量自主交換方面的研究較少，凸顯其必要性和緊迫性。本設(shè)計(jì)著眼于能量的自主供給方面，用小車代替移動(dòng)機(jī)器人，利用太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能儲(chǔ)存在蓄電池中，利用光敏傳感器收集太陽(yáng)相對(duì)位置的信號(hào)，在單片機(jī)通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)的水平和垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)位置的大角度跟蹤，使太陽(yáng)直射電池板，提高光電轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)利用單片機(jī)控制充放電過(guò)程，使充滿電時(shí)能夠自動(dòng)終止充電。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 在2011年5月在“挑戰(zhàn)杯”2011年河北工業(yè)大學(xué)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中獲得二等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 技術(shù)轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實(shí)物產(chǎn)品，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)
- 技術(shù)優(yōu)勢(shì)：太陽(yáng)能資源極其豐富，屬于清潔綠色能源，是國(guó)際上開(kāi)發(fā)利用的重要方向之一?；谔?yáng)能的智能移動(dòng)機(jī)器人能源自治技術(shù)研究與應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外都剛剛起步。 技術(shù)特點(diǎn)：(1)以太陽(yáng)能為移動(dòng)機(jī)器人能源的供給。以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的二自由度跟蹤平臺(tái)和光敏電阻檢測(cè)太陽(yáng)位置。其優(yōu)點(diǎn)在于控制較精確，且電路也比較容易實(shí)現(xiàn)。 (2)設(shè)計(jì)移動(dòng)機(jī)器人蓄電池沖放電系統(tǒng)，閑時(shí)利用太陽(yáng)能電池對(duì)蓄電池充電，忙時(shí)蓄電池放電供給負(fù)載使用。 (3)搭建試驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)太陽(yáng)能電池板對(duì)太陽(yáng)的水平放置和實(shí)時(shí)跟蹤的兩種試驗(yàn)，得出在移動(dòng)機(jī)器人能源自治系統(tǒng)中，對(duì)太陽(yáng)的實(shí)時(shí)跟蹤是對(duì)太陽(yáng)能的有效利用。 本作品可有效解決露天危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境中移動(dòng)機(jī)器人的能源自治問(wèn)題，擺脫使用電纜時(shí)對(duì)活動(dòng)范圍的限制和解決充電電池供電的時(shí)效性問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)有效合理利用純凈無(wú)污染的廉價(jià)太陽(yáng)能，拓寬機(jī)器人的應(yīng)用范圍，提高其智能化程度，可以改善人們的勞動(dòng)環(huán)境，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，具有重要的社會(huì)意義，科學(xué)價(jià)值和實(shí)際價(jià)值
同類課題研究水平概述
- 機(jī)器人在國(guó)際上已有40多年的發(fā)展歷史，現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始實(shí)實(shí)在在地走進(jìn)了人們的生活。目前，各國(guó)科學(xué)家都在致力于研制具有完全自主能力，擬人化的智能機(jī)器人。隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，對(duì)機(jī)器人的智能化提出了更高的要求。實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的完全智能化自治，除了其行為自治外，還需要能源自治。從能源角度講，移動(dòng)機(jī)器人要真正實(shí)現(xiàn)行為自治，不但需要有效合理的利用其自身能源，而且需要能夠從環(huán)境中提取能量，這也是移動(dòng)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程任務(wù)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前國(guó)內(nèi)外的研究大多集中在機(jī)器人仿人的行為自治方面，基本上都是基于各種傳感器技術(shù)的機(jī)器人與環(huán)境的信息交換及其相關(guān)技術(shù)，當(dāng)前的機(jī)器人多是通過(guò)電纜或者各種充電電池提供能源，它們沒(méi)有自主從環(huán)境獲取能量的能力。利用電纜供電，對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人限制了其活動(dòng)范圍；利用各種充電電池供電，雖然沒(méi)了活動(dòng)范圍的限制，卻有供電的時(shí)效性等方面的限制?，F(xiàn)階段機(jī)器人與環(huán)境之間能量自主交換方面的研究較少。所以，進(jìn)行機(jī)器人的能源自治研究，凸現(xiàn)了其必要性和緊迫性。從研究現(xiàn)狀來(lái)看，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)機(jī)器人能源自治的研究主要集中在以下幾個(gè)方面。1化學(xué)能的研究，2生物能的研究，3 激光的研究，4 肌肉組織的研究，5 太陽(yáng)能的研究 化學(xué)能是利用燃料電池中的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行電流的輸出，受到了化學(xué)制劑等方面對(duì)其限制；生物能是一門新興的能源，正在進(jìn)行研究；激光與肌肉組織固然可作為機(jī)器人的一種能源，但其發(fā)展應(yīng)用的前景受到成本，性能等方面的制約，不是今后長(zhǎng)期可依賴的可靠能源。而太陽(yáng)能以其長(zhǎng)久性，再生性，無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)備受人們的青睞，所以太陽(yáng)能將會(huì)成為較為重要的動(dòng)力源，開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能是人類社會(huì)長(zhǎng)期追求的目標(biāo)，尤其對(duì)于石化，煉油等企業(yè)的危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境下的移動(dòng)機(jī)器人，太陽(yáng)能是比較合適的選擇。
