編號：2013-S41機電工程學院大二年度基于項目學習的機械創(chuàng)新設計大賽項目名稱：多功能收作業(yè)機器人 項目負責人： 學號： 聯(lián)系電話：_電子郵箱：_院系及專業(yè)：機電學院工業(yè)工程專業(yè) 指導教師： 職稱： 聯(lián)系電話：_電子郵箱：院系及專業(yè)：機電學院機械電子工程專業(yè)哈爾濱工業(yè)大學機電工程學院制表填表日期：2013年10月26日項目名稱：多功能收作業(yè)機器人一、課題組成員：（包括項目負責人、按順序）二、指導教師意見：四、項目研究結(jié)題報告1、 課題背景第六屆全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽的主題為“幻?夢課堂”內(nèi)容為“教室用設備和教具的設計與制作”我們根據(jù)對日常課堂教學和學習情況的觀察，和對未來若干年以后課堂教學環(huán)境和狀態(tài)的設想，鑒于平常老師收取作業(yè)工作量大，以及考試收發(fā)試卷時監(jiān)考教師注意力難以集中（在收發(fā)試卷的同時，需要監(jiān)控考場秩序）的問題，設計制作了多功能收作業(yè)機器人（以下簡稱收作業(yè)機器人），實現(xiàn)收取作業(yè)或試卷和清點數(shù)目兩大基本功能。其中收取物品并搬運的功能是現(xiàn)代生產(chǎn)技術中的重要組成部分，被應用于生產(chǎn)生活中的各個領域。清點數(shù)目功能參照光電開關計數(shù)的工作原理，在現(xiàn)實生活中也已得到廣泛應用。本項目便是將這兩部分巧妙組合起來，以實現(xiàn)自動收取作業(yè)、試卷及清點數(shù)目的功能，最終達到減輕教師工作量的目的。2、 課題研究內(nèi)容與方法市場調(diào)研與產(chǎn)品用途在平時上課過程中我們發(fā)現(xiàn)老師收取作業(yè)工作量大，以及考試收發(fā)試卷時監(jiān)考教師注意力難以集中（在收發(fā)試卷的同時，需要監(jiān)控考場秩序）的問題，為解決這一問題設計制作了多功能收作業(yè)機器人（以下簡稱機器人），實現(xiàn)收取作業(yè)或試卷和清點數(shù)目兩大基本功能。相信該機器人的出現(xiàn)定能成為未來智能教室的一大亮點。該機器人的使用范圍為教室、實驗室等課堂教學環(huán)境。產(chǎn)品設計方案（1）功能設計機器人功能設計思路框圖如下：概述：運動部分：通過單片機設計程序，利用光電開關可以實現(xiàn)讓小車巡線運動及在固定位置停下的功能。計數(shù)部分：投放作業(yè)時，作業(yè)遮擋光電開關，光電開關對其作出反應，實現(xiàn)計數(shù)的功能。兩種功能相組合最終實現(xiàn)收作業(yè)機器人巡線運動和計數(shù)的綜合功能。電路設計原理圖如下：電源模塊：由于小車電機使用8.2V電源模塊：由于小車電機使用8.2V供電，其他模塊都在5V電壓下工作，所以整個系統(tǒng)采用一塊8.2V電池供電。將8.2V電壓經(jīng)過LM2940穩(wěn)壓后得到5V電壓。模塊中電容用于濾波，排針接口用于方便臨時添加的需要和便于用萬用表檢查BUG。傳感器模塊：首先由紅外發(fā)光管發(fā)射紅外光照射地面，紅外接收管根據(jù)地面吸收紅外光的程度而體現(xiàn)出不同的阻值，從而獲取地面黑線信息。得到的模擬信號經(jīng)過LM393比較器做二值化處理，其比較電壓閥值由從電位器得到的電壓設置和調(diào)節(jié)（比如傳感器返回電壓3.3V大于比較器比較電壓2.5V則比較器輸出其供電電壓5V，反之則輸出0V）。250P0O.S3

250P0O.S3電機驅(qū)動模塊：外部由單片機送過來的信號IN1、IN2(PWM信號)控制電機A的方向和轉(zhuǎn)速，同理IN3、IN4控制電機B。后端續(xù)流二極管1N5819用于防止電機反向電動勢對芯片造成破壞。1：'KPOOpio.nMlP11.T2ESpmPHM3P13P04P14PMP15.WSI膠1：'KPOOpio.nMlP11.T2ESpmPHM3P13P04P14PMP15.WSI膠P15.?J1￡OPO7P17SCKRXD.P30TXD.P311NT0.P32INT1.P33T0.P34T1.P35歴P齊RDP37DRE嗎DB1料12FT|斗芒言7n-亠「亠I「4「4「亠「42PPPPPFPPXI PSENALE.PXI —REEETGND VCC43單片機模塊：作為中心控制器，用11.0592MHz晶振提供時鐘頻率，通過I/O口P0口檢測測傳感器數(shù)值，記錄所收作業(yè)份數(shù)，并提供兩個電機的控制PWM信號，以此控制機器人的行走。結(jié)構(gòu)設計底盤部分：三輪車，其中二輪驅(qū)動，另外一個為萬向輪，可以有效的實現(xiàn)收作業(yè)機器人尋線行走及定位的功能，其中在底盤上安裝紅外線傳感器，同時電路板上裝載程序，紅外線傳感器接收地面光強信息并將其反饋給單片機，單片機按預定程序輸出高低電壓，控制電機轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)收作業(yè)機器人巡線行走以及在固定位置停下等功能。等待學生將作業(yè)投放到箱子中。箱體部分：箱體部分與郵筒的結(jié)構(gòu)相似，可以將作業(yè)本平穩(wěn)的放入，箱體外部投放口處安裝一個平臺，方便試卷的投放。因為箱體尺寸大小適當所以作業(yè)本在滑下后會整齊的落在架上。箱體結(jié)構(gòu)設有門體結(jié)構(gòu)，老師可以在收作業(yè)機器人收完作業(yè)后，打開箱子的門，從箱體結(jié)構(gòu)中取出作業(yè)。投擲作業(yè)的箱體口同時有感光裝置，實現(xiàn)計數(shù)的功能。3、實物制作機器人制作所需的零件由兩部分組成：一類是自己加工的零件，另一類是按規(guī)格購買的零件各零件明細如圖所示：結(jié)構(gòu)名稱型號數(shù)目規(guī)格制備方式底盤5mm亞克力板1個360*310(mm)自制箱體2mm亞克力板2個360*400(mm)自制2個310*400(mm)自制2個360*310(mm)自制

車輪驅(qū)動輪2個直徑65mm;寬度25mm購買萬向輪1個直徑50mm;寬度20mm購買電機一2個6V150轉(zhuǎn),直流減速電機購買電池BD8V100001個5000mAh購買開關一1個一購買顯示屏一1個一購買方鋁一4根15*15*400(mm)購買螺釘、螺母一若干一購買合頁一2個一購買4、實物組裝、調(diào)試(1)機器人組裝機器人設計模型如圖小車底部有三個車輪：前方兩個為驅(qū)動輪，后方一個為萬向輪，車輪由聯(lián)軸器連接在底板上。4塊2mm亞克力板用強力膠粘連在方鋁支架上并固定于底板上。在360*400(mm)板上開出一個開口用于投放試卷。在其中一個310*400(mm)側(cè)板上安裝顯示屏和開關。將另一個310*400(mm)用合頁連接在方鋁框架上做成一個可開關的門。將各控制電路板、電源置于底板上并在上方用360*310(mm)亞克力板將其與盛放試卷的空間分開。(2)機器人調(diào)試機器人要實現(xiàn)巡線行走、定點定位和準確計數(shù)的功能。故測試機器人定位精度和計數(shù)準確度。①定位精度多次試驗測量機器人在指定位置定位的偏差，實際測量結(jié)果如圖:實驗序號1234567誤差(mm)5743634從實驗結(jié)果可見機器人定位誤差均小于10mm，對于實際需求來說基本上沒有影響。故小車定位精度滿足使用要求。②計數(shù)準確度向箱體內(nèi)投放試卷驗證顯示屏顯示數(shù)目與實際數(shù)目是否一致。實測數(shù)據(jù)如圖：試驗序號123456投放試卷數(shù)目(張)202025253030顯示屏顯示數(shù)目(張)202025253030從實驗結(jié)果我們可以看出機器人計數(shù)功能準確。

3、研究結(jié)果圖1圖2圖2圖3圖1為小車車門部分；圖2為小車計數(shù)顯示屏以及開關；圖3為小車投放試卷的投放口。參數(shù)指標：項目參數(shù)小車幾何尺寸(長*寬*高)(mm)360*310*450小車重量(kg)2.0小車軸距/輪距(mm)210/280電源容量(mAh)/電壓(V)10000/8運動速度(m/s)0.34、創(chuàng)新點收作業(yè)機器人利用巡線技術可以實現(xiàn)指定軌道運動，并準確定位的功能。同時實現(xiàn)收取作業(yè)并整理整齊，以及精確清點數(shù)目并顯示等綜合功能。5、 結(jié)束語從本次創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動開題至今，我們從中受益良多，總結(jié)起來有以下幾點：（1） 小組成員要默契合作，發(fā)揮大家的想象力和創(chuàng)造力。機器人的功能之一便是計數(shù)功能。我們最開始的設計思路是將作業(yè)收取到一個平臺上，再通過分離才能實現(xiàn)計數(shù)。然而由于作業(yè)紙張比較軟而且很薄，所以要想實現(xiàn)分離其實是比較困難的。后來經(jīng)過我們小組的共同討論，我們發(fā)現(xiàn)仿照郵箱的設計來實現(xiàn)這一功能。取得了滿意的結(jié)果。（2） 設計方案時要整體設計，考慮周全。我們最開始只是加工了整塊的亞克力板，并沒有為安裝車輪、布線等打孔，導致后期多次去加工室加工，耽誤的大量時間。（3） 項目進展要按計劃進行，合理控制時間。此次科創(chuàng)項目我們的實際進度與原計劃相差很大，基本上都是在項目結(jié)題后期完成的，導致最后時間非常緊張，很多地方都做的不是很完美。這讓我們意識到了項目按計劃進行的重要性。6、 參考文獻劉瑩，艾紅主編.創(chuàng)新設計恩維與技法.機械工業(yè)出版社，2004.柏林主編.設計的構(gòu)思與想象.湖北工學院，2004.[3]（美）斯克萊特，（美）奇羅尼斯主編.機械設計實用機構(gòu)與裝置圖冊.機械工業(yè)出版社，2007.7、項目經(jīng)費使用序號項目名稱數(shù)量規(guī)格型