基本信息
- 项目名称：
- 光控运动机器人
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 通过光敏元件传感器和控制算法实现光运动机器人的设计。
- 详细介绍：
- 提出了一种利用Arduino控制板为核心设计光引导小车的设计方案，给出了运动小车系统的硬件和软件设计过程。该方案利用光线沿直线传播的原理，通过光敏元件设计传感器检测小车不同方向上的光强，计算出小车和光源之间的相对位置；利用PWM直流电机调速技术控制小车的启动、加速、减速和转弯；利用红外线反射式脉冲编码器对小车的转速和位移进行反馈，实现了光源引导小车运动的精确控制。实验证明，光引导小车在实验室中运行稳定，设计方案切实可行，可以在实践中应用。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计目的：本款“光控运动机器人”的设计主要是通过调制光源或特殊光源控制小车移动，实现在车间环境、高速公路、建筑工地等环境内工件、货物等的光引导无轨运输。 基本思路：该项目是基于脉宽调制直流电动机控制原理的机电一体化机器人设计与制作。 技术关键：经该实验制作出的机器人以小型数字集成电路为控制单元，以光敏电阻为传感单元，以直线电机为动力单元，可以实现以光线发生器为无线引导装置的二维自由运动。 创新点： 1)开发出一套偏差处理算法，利用此算法只需在小车前方放置三个光敏电阻传感器可以检测出前方180°视野范围内的光源位置； 2)提供了一种利用光源引导实现物体追踪、避障的解决方案； 3)分析传感器检测到的光源信号，根据光信号的强弱判断小车与光源的距离，并决定小车行进速度及行进方向。
科学性、先进性
- 作品的先进性：一般车间或建筑工地等工作环境内，工件或货物的运输路线短时间内是固定的，因此若为这种运输要求来铺设轨道或增设传送带，就会增加生产成本，降低运输的灵活性。传统的运输办法是依靠人驾驶装卸车运输货物。人在货物运输中的主要作用就是控制车的启动、停止、运动方向和速度，这类相对简单的劳动可以用自动控制技术来改进。本项目提出了利用光源来引导小车运动的设计方案。这种利用光信号引导小车运动的设计，节约了人力，提高了生产效率和工作的灵活性。 技术分析：脉宽调制电动机控制，对于控制小型DC电动机的速度和转矩来说，是很有效的。通过对DC电动机施加精确控制，可以开发出许多有趣的实验项目，包括远程控制项目。本项目主要是以PWM电动机控制为基础，开发一种可以追随（或者避开）光源的机器人，电位器用光敏电阻（LDR）取代。照射到传感器上的光线得总量，决定了每一个电动机的速度，以及随后机器人的运动方向，根据传感器安放的方式不同，机器人将会追随或者避开光源。
获奖情况及鉴定结果
- 本作品代表工程训练中心参加2009-2010年度校开放性实验项目计划，于2010年5月通过学校验收，并获评为“优秀”项目。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物 图片 录像 样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：通过Arduino控制系统、C语言程序等来实现小车运动，并通过控制在小车行进路径上的定向光源的启动次序及调制频率精确调节小车运动路线。 技术优势：首先该作品以普通散射光为引导源，引导光源易获取且成本低、实用性强；其次小车若用于定点运输，光源引导的路径灵活，克服了传统有轨运输中轨道铺设费用高和不易更改的缺点；此外，智能的程序算法为小车的精确控制提供了保障。 适应范围及推广前景：在实际应用中可以实现以普通散射光源为引导源的无线引导装置，适用于那些重复性高、劳动强度大、较为复杂的工作环境或是实现无人驾驶运输。只需要有适当的光源为引导源，就可用于针对于光源引导无人操作的项目。 市场分析和经济效益预测： 该光控运动机器人模型经过精确计算及设计后，可将模型进行实物转化，投入市场应用。小车可实现在车间环境中不同工序，其应用前景广泛，节能效果明显，能将产品的运输成本大大降低，能大幅度降低产品制造成本，取得较大的经济效益。
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- 1.工业机器人的研究现状 工业机器人是机械技术、电子技术与计算机技术有机结合在一起形成的一种机电一体化的产品，从其诞生起就受到人们的关心与重视。经过几十年的发展，目前工业机器人技术已经很成熟。工业机器人已从最初在解决劳动密集型工业中单调、重复的体力劳动发展到满足制造业自动化规模生产需要的工作。其应用领域不断扩大，从最初主要应用于汽车工业发展到现在涉及制造业的各个行业。 2.光控运动机器人的设计 本作品设计思路主要是将光控技术应用到小车行走上，在人类的生产生活中,很多货物的运输路线是固定的，而从长期来看路线是不固定的，因此若为这种运输要求铺设轨道或增设传送带，就会增加生产成本，降低灵活性。传统的运输办法是依靠人驾驶装卸车运输货物。人在货物运输中的主要作用就是控制车的启动、停止、运动方向和速度。这类相对简单的劳动可以用自动化技术来改进。
