基本信息
- 项目名称：
- 图案快速实现机器人
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本项目目的在于制造能快速、准确实现任意轨迹并且造价低廉的机器人，具有计算机图形输入、自动生成驱动程序等功能，可以进行二次开发。 用户通过计算机输入特定图案，相应软件自动生成程序代码，以驱动电机完成任务。因任意图案均可看成由直线和圆弧组成，故可以开发实现直线和圆弧的通用程序，以达到任意轨迹的目的。因此，系统结构紧凑简单、可靠性强，可进行时时在线调整，成本底，可以应用于大型线条图案的低成本绘制、小型复杂轨迹的精确重复实现以及生产线物料配送及其快速改造等。
- 详细介绍：
- 本作品是综合了单片机技术、步进电机控制技术以及相应软件技术而设计，解决了轮式机构小角度转弯有死区、步进电机正反转切换误差等问题，实现了任意图形的精确绘制。避免了绘制大型图形时，首先印制模板然后进行喷涂的繁琐过程，同时克服导轨式的绘图产品绘图范围有限制的缺陷。另外，对绘制图形变化的快速响应也是一种突破。本项目的主要研究内容从整体上来说可以分为机械本体、轨迹记录执行机构、用户数据输入部分和程序自动生成部分。各部分的设计方案如下： 1. 用户数据输入部分 应用MATLAB编程数据采集界面，用户根据所要生成轨迹在采集界面上描绘关键点，该部分自动记录逻辑顺序关系，供程序自动生成部分使用。 2. 程序自动生成部分 该部分主要包括四个子程序：数据格式化部分、角度调节部分、绘图工具工作控制部分、直线轨迹部分和圆弧轨迹部分。其基本思想是：由于实际应用中绝大多数图形均可由直线和圆弧逼近，因此，该部分只需产生直线和圆弧轨迹即可满足大部分要求。数据格式化部分确定关键点处直线或圆弧切线之间的角度。角度调节部分使机械本体与轨迹中直线或圆弧切线的方向一致。直线轨迹是通过两个电机以相同速度运转实现的。圆弧部分是根据圆弧半径和机械部分所确定的两个电机的转速之比再通过单片机控制完成的。最后得到相应轨迹的单片机的驱动程序。 3. 轨迹记录执行机构 该部分由继电器、电磁铁和绘图工具组成，以实现记录机器人轨迹的功能。由于所需的轨迹不一定连续，故需通过继电器控制绘图工具是否工作。 4. 机械本体 该部分完成将上述各系统或机构连接在一起的功能，使其能顺利工作。同时设置执行机构更换接口，实现功能拓展，扩大应用范围。
作品图片
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
- 本设计基于单片机控制和步进电机驱动，并配合继电器、电磁铁等器件按照模块化思想快速实现任意图形的绘制。用户通过计算机输入需绘制的图案，相应软件自动生成程序代码，转化为单片机程序，驱动电机完成任务。 任意图案均可看成由直线和圆弧组成，故可以开发实现直线和圆弧的通用程序，以达到绘制任意轨迹的目的。对图形进行此种抽象可以使应用程序简单可靠，抗干扰能力加强。本作品的机械本体前支撑采用钢珠套筒机构，两个后轮分别由步进电机独立驱动，可以实现任意角度的转动，理论上不存在任何死区。执行机构由电磁铁实现驱动，控制绘图机构的开关，既简单又可靠实用。本作品涉及的一个主要技术是对单片机的精确控制。根据实际应用，步进电机的正转与反转的切换是很普遍的，通过记录切换前后的步进电机的状态，实现无误差切换，从而达到精确绘图的目的。
科学性、先进性
- 本作品是综合了单片机技术、步进电机控制技术以及相应软件技术而设计，解决了轮式机构小角度转弯有死区、步进电机正反转切换误差等问题，实现了任意图形的精确绘制。避免了绘制大型图形时，首先印制模板然后进行喷涂的繁琐过程，同时克服导轨式的绘图产品绘图范围有限制的缺陷。另外，对绘制图形变化的快速响应也是一种突破。
获奖情况及鉴定结果
- 2009年四月获得某校“挑战杯”课外学术科技竞赛一等奖
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
- 实物和产品，现场演示，图片，录像
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
- 图案快速实现机器人具有结构简单、造价低廉以及可用范围广的特点，可以改善工人的劳动环境，提高劳动生产率，具有一定的社会、经济意义和广阔的应用前景。本作品有效的拓展了绘图装置的应用范围，降低使用成本，并且更加灵活方便。 基于该作品的工作原理，它的应用范围主要有第一，可用于大图案、轨迹的绘制，在此方面最能体现本作品的优势；第二，可用于工厂中按一定轨迹行走的送料小车，尤其适用于柔性制造中经常更换送料路线的生产线。 随着科技的进步和生活水品的提高，节约型和环保型设备在日常生活中更加受到欢迎，具有更加广阔的市场。本作品有效的控制了绘图过程中的污染及能源浪费问题，而且具有“一机多能”的特点。因此，它必将能够在以后的生活生产中发挥自己的作用，实现自己的价值！
同类课题研究水平概述
- 图案快速实现机器人属于小型机器人的范畴，主要工作是在当前成熟技术上的开发利用。它并不存在重大的技术难关，因而没有引起国际和国内著名研究机构的普遍注意。相关作品基本上都是个体爱好者的小发明，并没有形成通用的系列化的产品。但是作为一种有益的尝试，图案快速实现机器人的出现一定会引起人们的注意，产生一定的社会经济效益。 概括起来，图案快速实现机器人的研究目前的状况是： 1.资金投入少，并未形成规模 2.产品有断层，存在高精度和高专业化的绘图机构。但日常生活中低端的廉价的绘图机构并没有成熟的适用范围广的产品出现 3.研究人员多为个体爱好者，而不是团队。因此，许多同类的产品中的某一项指标由于某个人的知识得到改进，但由于个人研究，不能集思广益，故不能形成综合特性好、规范的产品 应用前景广阔，市场范围大。随着科技的进步和人们环保节能的观念的加强，绿色产品越来越受到人们的欢迎。因而图案快速实现机器人的设计与制造也正朝着小型化、节能化、零污染的方向发展。
