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1、1附件附件 1： ：项项目目编编号号郑州轻工业学院郑州轻工业学院大学生创新实验项目申报书大学生创新实验项目申报书项目名称项目名称 智能搬运机器人智能搬运机器人 项目来源项目来源 （ ） 自主立题自主立题 （ ）教师指导选题教师指导选题 项目组成员项目组成员 李德宝、李德宝、 黄黄畅畅、 、 袁其政、袁其政、 付林林付林林 所在院（直属系）所在院（直属系） 计计算机与通信工程学院算机与通信工程学院 指导教师指导教师 韩雪琴韩雪琴 填写日期填写日期 2012 年年 6 月月 1 日日 教务处制教务处制二二一一年十月年十月2一、基本情况一、基本情况项目名称项目名称智能搬运机器人智能搬运机器人项目类别
2、项目类别小发明、小发明、小创作、小设计等小创作、小设计等 基础性研究基础性研究 应用性研究应用性研究 社会调查社会调查 姓名姓名李德宝李德宝性别性别男男民族民族汉汉出生年月出生年月1990.05院（直属系）院（直属系）计计算机与通信工程学院算机与通信工程学院专业班级专业班级通信工程通信工程 10-1 班班项项 目目 负负 责责 人人 手机手机15824880973E-mailE-姓名姓名性别性别院（系）院（系）专业班级专业班级分工分工签字签字李德宝李德宝男男计计通学院通学院电电子信息子信息 10-1 班班硬件硬件电电路路设计设计黄黄畅畅男男计计通学院通学院电电子信息子信息 10-1 班班硬件硬
3、件电电路路设计设计袁其政袁其政男男计计通学院通学院电电子信息子信息 10-1 班班程序程序设计设计付林林付林林女女计计通学院通学院通信工程通信工程 10-1 班班模模块测试块测试项项 目目 组组 成成 员员曹曹预预建建男男计计通学院通学院电电子信息子信息 10-1 班班程序程序设计设计姓名姓名性别性别出生年月出生年月职称职称联系电话联系电话签字签字韩韩雪琴雪琴女女副教授副教授13849187270指指 导导 教教 师师 情情 况况承担质量工程项目、指导学科竞赛等情况：承担质量工程项目、指导学科竞赛等情况：指指导导了近几年的全国大学生了近几年的全国大学生电电子子设计设计大大赛赛；指；指导导了上一
4、届了上一届创创新新实验实验指指导导了挑了挑战战杯大学生科技活杯大学生科技活动动； ；二、前期基础二、前期基础3（研究成员的知识条件、研究兴趣、相关经历及开展本项目的基础）（研究成员的知识条件、研究兴趣、相关经历及开展本项目的基础）参与开参与开发设计发设计的的组组成成员应员应具有具有单单片机相关的基片机相关的基础础知知识识，在，在电电子子设计设计方面具有方面具有浓浓厚的厚的兴兴趣和趣和热热情，情，动动手能力手能力强强，有相关，有相关电电路模路模块块的制作的制作经验经验。因。因为为搬运机器人技搬运机器人技术术相相对对已已经经比比较较成熟，此成熟，此项项目就是在搬运机器人的基目就是在搬运机器人的基础
5、础上加以上加以发挥创发挥创新，使其可以更好的新，使其可以更好的为为人人们们服服务务。 。三、研究方案三、研究方案1、研究意义与目的，同类研究工作国内外研究现状与存在的问题等、研究意义与目的，同类研究工作国内外研究现状与存在的问题等研究此研究此项项目的目的主要是，目的目的主要是，为为一些体力不足或身体不太好的人提供搬运一些一些体力不足或身体不太好的人提供搬运一些较较重物重物体的帮助，做到可以跟踪人的行踪体的帮助，做到可以跟踪人的行踪轨轨迹帮人迹帮人们们搬运物品，也可以在工厂或其他搬运物品，也可以在工厂或其他场场所自所自动动搬运一些物品，以方便人搬运一些物品，以方便人们们的生活和工厂生的生活和工厂
6、生产产。 。项项目完成后，除可目完成后，除可实现实现上述功能外也可以上述功能外也可以改装成改装成为为一种自一种自动识别动识别路径和障碍物的代步工具，路径和障碍物的代步工具，对对于机器服于机器服务务于人，以及机器人的推于人，以及机器人的推广使用具有重要意广使用具有重要意义义。 。40 多年来，机器人工多年来，机器人工业发业发展迅速，在第一代工展迅速，在第一代工业业机器人的基机器人的基础础上，第二代机器人广上，第二代机器人广泛泛应应用。目前我国已研制出第三代智能机器人，并将在世界市用。目前我国已研制出第三代智能机器人，并将在世界市场场上与国外上与国外产产品展开激烈品展开激烈竞竞争。最主要的是通争。
7、最主要的是通过过此此项项研究，使人研究，使人们们的生活和工厂的生的生活和工厂的生产产更加的方便和快捷。更加的方便和快捷。现现在的在的搬运机器人搬运机器人虽说虽说技技术术已已经经比比较较成熟，但是大部分机器人成熟，但是大部分机器人还还只能先在工作区域只能先在工作区域设设好好标标志，志，或是在地上或是在地上铺铺上上颜颜色区色区别别于地板的于地板的线线条或是条或是铺铺上通有交流上通有交流电电的的电线电线以供机器人循迹，此以供机器人循迹，此类类方案方案虽虽然是机器人工作相然是机器人工作相对对比比较稳较稳定迅速，但也往往使是机器人只能在某个固定的空定迅速，但也往往使是机器人只能在某个固定的空间间内工作，
8、内工作，场场地适地适应应性差，而且性差，而且 增加了增加了铺设轨铺设轨迹的迹的费费用。用。42、研究内容及工作方案、研究内容及工作方案此此项项目主要研究智能跟踪搬运机器人的制作与改目主要研究智能跟踪搬运机器人的制作与改进进。研究内容主要可分。研究内容主要可分为为六大模六大模块块。 。1、智能控制核心（机器人的大、智能控制核心（机器人的大脑脑）的）的设计设计； ；2、 、红红外蔽障模外蔽障模块电块电路的路的设计设计； ；3、超声波（或、超声波（或电电磁波）跟踪磁波）跟踪电电路（机器人的眼睛）的路（机器人的眼睛）的设计设计； ；4、机械搬运模、机械搬运模块电块电路与机械装置（机器人的手臂）的路与机
9、械装置（机器人的手臂）的设计设计； ；5、机器人移、机器人移动动模模块电块电路与机械装置（机器人的腿脚）的路与机械装置（机器人的腿脚）的设计设计； ；6、遥控控制、遥控控制电电路模路模块块（ （备备用）的用）的设计设计。 。基于以上六大模基于以上六大模块块制定相制定相应应的工作的工作设计设计方案。方案。组组内成内成员员分工分工协协作，首先完成核心控制芯片的作，首先完成核心控制芯片的选选型以及核心板的制作，另外根据各型以及核心板的制作，另外根据各个模个模块块需要，明确分工，落需要，明确分工，落实实到人，模到人，模块块制作制作负责负责人，人，负责负责适当适当选择传选择传感器感器类类型与型号，型与型
10、号，完成功能模完成功能模块块的的设计设计制作与制作与测试测试， ，组组其他成其他成员积员积极极协协助，共同完成各模助，共同完成各模块电块电路，最后再由路，最后再由专专人人负责负责，完成各模，完成各模块块的的组组合合设计设计，使机器人可以正常工作。，使机器人可以正常工作。该设计暂该设计暂定定为为采用采用 STC89C51 单单片机作片机作为为智能机器人的智能机器人的检测检测和控制核心，使用激光和控制核心，使用激光校正校正导导航技航技术检测术检测需要搬运的物体并使用超声波需要搬运的物体并使用超声波测测距技距技术检测术检测与被服与被服务对务对象的距离以象的距离以实实现现跟随搬运（即跟在被服跟随搬运（
11、即跟在被服务对务对象后面帮其搬运象后面帮其搬运东东西）的目的。直流西）的目的。直流电电机机驱动电驱动电路采用四通路采用四通道道驱动驱动集成芯片集成芯片 L298N，采用，采用 PWM 脉冲脉冲调调制制驱动驱动直流直流电电机。机械臂采用套取形式的机机。机械臂采用套取形式的机械手臂，其形式械手臂，其形式简单简单，性价比高。并且以拖拽的方式搬运物体，可避免物体脱落的，性价比高。并且以拖拽的方式搬运物体，可避免物体脱落的问题问题， ，并且在放置物体并且在放置物体时时，能使被搬运物体，能使被搬运物体较为较为整整齐齐的排列。供的排列。供电电模模块块采用双采用双电电池供池供电电。用一个。用一个电电池池给电给
12、电机机驱动驱动系系统单统单独供独供电电，另外一个，另外一个电电池池给给信息采集及信息采集及 MCU 控制系控制系统统供供电电。将。将电电动动机机驱动驱动系系统电统电源与信息采集及源与信息采集及 MCU 控制系控制系统电统电路路电电源完全隔离，源完全隔离，这样这样做做虽虽然不如然不如单单电电源方便灵活，但可以将源方便灵活，但可以将电动电动机机驱动驱动所造成的干所造成的干扰彻扰彻底清除，提高了系底清除，提高了系统统的的稳稳定性和可定性和可5靠性。系靠性。系统统具有很大的具有很大的扩扩展潜力。展潜力。实现实现无人控制即可完成一系列无人控制即可完成一系列动动作。作。对对于自于自动动跟踪系跟踪系统统的的
13、设计设计方案方案暂暂定定为为利用超声波利用超声波测测距原理，因距原理，因为为超声波具有超声波具有方向性方向性强强，能量易于集中，穿透力，能量易于集中，穿透力强强； ；能在各种不同媒能在各种不同媒质质中中传传播，且可播，且可传传播足播足够远够远的距离；的距离；具有透射、反射和折射的特点。具有透射、反射和折射的特点。所以，方案利用超声波的所以，方案利用超声波的这这些特点，通些特点，通过过在被服在被服务对务对象身上安装超声波象身上安装超声波发发射模射模块块，来，来检测检测机器人与其之机器人与其之间间的距离，由于机器人上装有多个超声波接收探的距离，由于机器人上装有多个超声波接收探头头， ，这样这样，比
14、，比较较各超声各超声波模波模块测块测得数据之得数据之间间的大小，靠近人的一的大小，靠近人的一侧侧， ，测测得的数据会比其他位置的小，由此就可以得的数据会比其他位置的小，由此就可以是小是小车车与人保持一定的距离而与人保持一定的距离而实现实现跟踪功能。跟踪功能。以下是整体以下是整体设计设计框框图图及部分及部分电电路模路模块块框框图图： ：图图 1 搬运机器人机构框搬运机器人机构框图图遥控接遥控接收模收模块块超声波超声波导导航模航模块块激光激光导导航航模模块块按按键键模模块块控制器模控制器模块块显显示模示模块块机械手机械手模模块块电电机机驱驱动动模模块块6图图 2 超声波模超声波模块块工作原理框工作
15、原理框图图3、支持条件（使用仪器或设备）、支持条件（使用仪器或设备）1、示波器、示波器2、 、计计算机算机3、 、电电烙烙铁铁4、函数信号、函数信号发发生器生器5、台、台钻钻4、预期研究成果（研究论文、设计、专利、产品、鉴定、推广应用等）、预期研究成果（研究论文、设计、专利、产品、鉴定、推广应用等）项项目研究目研究过过程中制作的程中制作的样样品机器，品机器，经测试经测试成功后，可投入生成功后，可投入生产产，生，生产产的的产产品可以帮一品可以帮一些体力不足或是身体不便的朋友些体力不足或是身体不便的朋友们们搬运一定重量的物品当然也可以改装成搬运一定重量的物品当然也可以改装成为为一种代步工一种代步工
16、具，也可以具，也可以应应用于工厂或其他用于工厂或其他场场所。另外此所。另外此项项目可以在很大程度上提高机器人的工作适目可以在很大程度上提高机器人的工作适应应能力，使其更能力，使其更贴贴近人近人们们的生活，的生活，对对于机器人的推广使用具有重要作用。于机器人的推广使用具有重要作用。75、项目创新之处、项目创新之处1、采用激光校正超声波、采用激光校正超声波测测距技距技术协术协同同导导航；航；2、机械手臂采用套取的形式，以拖拽的方式搬运物体，避免抓取不牢，使物体掉落，、机械手臂采用套取的形式，以拖拽的方式搬运物体，避免抓取不牢，使物体掉落，并能使物体在并能使物体在仓库仓库中中摆摆放整放整齐齐； ；3、采用、采用测测
