基本信息
- 項目名稱：
- 光控運動機器人
- 小類：
- 機械與控制
- 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現(xiàn)光運動機器人的設(shè)計。
- 詳細介紹：
- 提出了一種利用Arduino控制板為核心設(shè)計光引導(dǎo)小車的設(shè)計方案，給出了運動小車系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計過程。該方案利用光線沿直線傳播的原理，通過光敏元件設(shè)計傳感器檢測小車不同方向上的光強，計算出小車和光源之間的相對位置；利用PWM直流電機調(diào)速技術(shù)控制小車的啟動、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)速和位移進行反饋，實現(xiàn)了光源引導(dǎo)小車運動的精確控制。實驗證明，光引導(dǎo)小車在實驗室中運行穩(wěn)定，設(shè)計方案切實可行，可以在實踐中應(yīng)用。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 設(shè)計目的：本款“光控運動機器人”的設(shè)計主要是通過調(diào)制光源或特殊光源控制小車移動，實現(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)無軌運輸。 基本思路：該項目是基于脈寬調(diào)制直流電動機控制原理的機電一體化機器人設(shè)計與制作。 技術(shù)關(guān)鍵：經(jīng)該實驗制作出的機器人以小型數(shù)字集成電路為控制單元，以光敏電阻為傳感單元，以直線電機為動力單元，可以實現(xiàn)以光線發(fā)生器為無線引導(dǎo)裝置的二維自由運動。 創(chuàng)新點： 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)光信號的強弱判斷小車與光源的距離，并決定小車行進速度及行進方向。
科學(xué)性、先進性
- 作品的先進性：一般車間或建筑工地等工作環(huán)境內(nèi)，工件或貨物的運輸路線短時間內(nèi)是固定的，因此若為這種運輸要求來鋪設(shè)軌道或增設(shè)傳送帶，就會增加生產(chǎn)成本，降低運輸?shù)撵`活性。傳統(tǒng)的運輸辦法是依靠人駕駛裝卸車運輸貨物。人在貨物運輸中的主要作用就是控制車的啟動、停止、運動方向和速度，這類相對簡單的勞動可以用自動控制技術(shù)來改進。本項目提出了利用光源來引導(dǎo)小車運動的設(shè)計方案。這種利用光信號引導(dǎo)小車運動的設(shè)計，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)制電動機控制，對于控制小型DC電動機的速度和轉(zhuǎn)矩來說，是很有效的。通過對DC電動機施加精確控制，可以開發(fā)出許多有趣的實驗項目，包括遠程控制項目。本項目主要是以PWM電動機控制為基礎(chǔ)，開發(fā)一種可以追隨（或者避開）光源的機器人，電位器用光敏電阻（LDR）取代。照射到傳感器上的光線得總量，決定了每一個電動機的速度，以及隨后機器人的運動方向，根據(jù)傳感器安放的方式不同，機器人將會追隨或者避開光源。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 本作品代表工程訓(xùn)練中心參加2009-2010年度校開放性實驗項目計劃，于2010年5月通過學(xué)校驗收，并獲評為“優(yōu)秀”項目。
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物 圖片 錄像 樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(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語言程序等來實現(xiàn)小車運動，并通過控制在小車行進路徑上的定向光源的啟動次序及調(diào)制頻率精確調(diào)節(jié)小車運動路線。 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、實用性強；其次小車若用于定點運輸，光源引導(dǎo)的路徑靈活，克服了傳統(tǒng)有軌運輸中軌道鋪設(shè)費用高和不易更改的缺點；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：在實際應(yīng)用中可以實現(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、勞動強度大、較為復(fù)雜的工作環(huán)境或是實現(xiàn)無人駕駛運輸。只需要有適當?shù)墓庠礊橐龑?dǎo)源，就可用于針對于光源引導(dǎo)無人操作的項目。 市場分析和經(jīng)濟效益預(yù)測： 該光控運動機器人模型經(jīng)過精確計算及設(shè)計后，可將模型進行實物轉(zhuǎn)化，投入市場應(yīng)用。小車可實現(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)濟效益。
同類課題研究水平概述
- 1.工業(yè)機器人的研究現(xiàn)狀 工業(yè)機器人是機械技術(shù)、電子技術(shù)與計算機技術(shù)有機結(jié)合在一起形成的一種機電一體化的產(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)機器人技術(shù)已經(jīng)很成熟。工業(yè)機器人已從最初在解決勞動密集型工業(yè)中單調(diào)、重復(fù)的體力勞動發(fā)展到滿足制造業(yè)自動化規(guī)模生產(chǎn)需要的工作。其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，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)的各個行業(yè)。 2.光控運動機器人的設(shè)計 本作品設(shè)計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，因此若為這種運輸要求鋪設(shè)軌道或增設(shè)傳送帶，就會增加生產(chǎn)成本，降低靈活性。傳統(tǒng)的運輸辦法是依靠人駕駛裝卸車運輸貨物。人在貨物運輸中的主要作用就是控制車的啟動、停止、運動方向和速度。這類相對簡單的勞動可以用自動化技術(shù)來改進。
