大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目中期檢查報告 中國石油大學(北京)14.doc

大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目中期檢查書項 目 名 稱 爬樓式自動吸塵器的研究制作及其應用 項 目 編 號 14 項 目負責人 張國燦 所 在 學 院地球物理與信息工程學院 資 助 總 額 1.29 萬元，已撥款項 0 萬元起 止 年 月 2012年5月10日2012年8月10日 電 話E-mail 939470547 填 表 日 期 2012年12月26日 中國石油大學（北京）填寫說明1.中期檢查報告由正文和附件兩部分組成，正文部分請按表格要求填寫，并可根據(jù)需要加頁，要求層次分明、內容準確。項目執(zhí)行過程中的進展或研究成果、計劃調整情況等，需在報告中如實反映。2.對不按要求填報本中期報告書，或項目執(zhí)行不力，或研究內容調整不當而影響項目順利開展的，學校將中止撥款。3.院系專家組認真評審，簽署意見后，按時將本檢查書（一式二份）報送項目管理辦公室。一、項目主要進展（附已發(fā)表論文首頁或其他成果的復印件）第一階段：1、 初步設計了機器人機械結構及外形，學習solidworks 軟件并繪出吸塵器外形3D影視圖；2、 通過廣泛調研和實驗比較，確定了選用紅外傳感器來定位障礙物的設計方案。第二階段：1、 學習電路設計軟件Protel的使用；2、 設計了基于紅外探測方法的障礙物檢測電路以及吸塵器向各個方向運行的控制電路，購買了相應電路元器件。一、二、下一步工作計劃第三階段：1、焊接實驗電路板，調試目前所設計的電路，實現(xiàn)對障礙物的定位和避讓功能；2、研制并調試剩余電路，主要是實現(xiàn)爬樓梯功能所用到的控制電路；3、吸塵器機械部分的設計及加工。第四階段：實體組裝，對整個系統(tǒng)進行聯(lián)調，發(fā)現(xiàn)電路及機械設計中存在的不足，加以整改；第五階段：機器功能完善與外形美化；實現(xiàn)機器自動躲避障礙物及爬樓吸塵的目的。三、經費使用情況和經費安排計劃已使用經費：1、資料查閱、購買書籍、軟件：350元2、搭建實驗電路、購買元器件：600元整體經費安排：資料查閱、購買書籍：900元購買電路元器件及簡單工具：3000元電路板加工制作：2000元機械模具加工：3000元系統(tǒng)組裝：500元耗材：500元論文版面費：3000四、存在問題、建議及需要說明的情況本次創(chuàng)新是給吸塵裝置設計一個外殼，使其具有探測障礙物并加以繞行以及爬樓梯的功能，目前已經設計了基于紅外線傳感器的障礙物探測電路及吸塵器運行控制電路，但還未進行焊接與調試，如果調試順利，繞行障礙物的功能即可實現(xiàn)，下一步重點圍繞爬樓梯功能展開相關工作。 項目負責人簽字： 年 月 日 五、指導教師意見項目組成員學習了solidworks和Protel軟件的使用，在大量調研和實驗比較的基礎上，確定了利用紅外線方式來實現(xiàn)障礙物探測的功能，并設計了相應的紅外收發(fā)電路以及吸塵器自由運行的控制電路，電路設計合理，工作原理正確， 下一步的工作重點應該放在對已有電路的調試以及對吸塵器機械部分的設計，在機械部分的設計中，要做到多看、多想、多試，充分發(fā)揮想象力，因為合理的機械結構及其工作原理對機器外形和性能的影響都至關重要。從目前的進展情況看，項目基本是按照初期計劃的時間節(jié)點執(zhí)行的，希望今后再接再厲。 校內導師（簽章）年 月 日 企業(yè)導師（簽章）年 月 日六、院系專家組意見專家組組長（簽章）年 月 日七、學校專家組意見專家組組長（簽章）年 月 日八、學校領導小組審批意見 負責人（簽章）年 月 日附件：1.吸塵器外觀3D影像圖：左視圖 主視圖上圖分別為機器初步模型，機器采用輪式爬樓，經過大量調研發(fā)現(xiàn)葉輪式爬樓最具有優(yōu)勢，可實現(xiàn)平地及爬樓兩方是并行，但模型設計中并未體現(xiàn)，目前模型并沒有制作完畢投入實驗，將在后續(xù)實驗中繼續(xù)改進。2.吸塵裝置 本次創(chuàng)新點并不在吸塵裝置，但吸塵裝置位置尤為重要，經過大量調研，小組決定采用手臂伸展式。在整體構架上放兩段方形長筒裝支架，兩段長筒支架以360度可轉軸承相連，兩邊分別與機身和長方形吸塵端口互接，吸塵管道由長筒導入儲物倉，實現(xiàn)吸塵。3.紅外感應方式探測： 該方案實現(xiàn)比較簡單，不用單片機處理，只需純硬件電路就可以實現(xiàn)。利用紅外線的發(fā)射和接收感應障礙物的反射。再利用常用的556和555集成芯片進行邏輯判斷，然后驅動兩個直流電機做出動作，從而實現(xiàn)整個功能。4.電路設計和工作原理：電路如下圖所示，圖中兩個直流電動機分別安裝在機器人的左右兩側下方，機器人的行走方向與每個電動機的旋轉方向有關。例如，使兩個電動機都朝同一方向旋轉時，機器人可以前進或倒退。此外，當一個直流電動機正轉，而另一個直流電動機反轉時，機器人也可以原地轉彎。例如當左電動機正轉（前進方向），右電動機反轉（后退方向）時，機器人就向右行。兩個電動機的旋轉方向是通過兩只雙極雙擲式繼電器來控制的，機器人的每只眼睛均由一只紅外發(fā)光二極管和一只光電三極管組成，這兩只眼睛控制兩只繼電器工作。圖中的556型雙時基集成電路的一半（IC1-1）起著一個雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的作用，并按約1kHz的頻率振蕩。IC1-1的輸出（5腳）驅動三極管VT1，VT1的輸出（射極）又驅動紅外發(fā)光二極管VD4和VD5。機器人的右眼由圖中VD4和VT2組成，這兩只器件應并排安裝（彼此不面對），其間約離1/4英寸的距離。左眼由VD5和VT4組成，按與右眼同樣方式安裝，但左、右兩眼間應相隔約4英寸的距離。避免彼此的干擾。機器人工作時，IC1-1通過發(fā)生多諧振蕩在5腳輸出一個頻率約為1kHz的脈沖波，通過VT1的放大再經VD4這兩個紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去。若在VD4前方有障礙物，則VD4發(fā)出的脈沖波會通過障礙物的反射到光電三極管VT2上，VT2所檢測到的脈沖波經過電容C2耦合加至三極管VT3的基極，經VT3放大后的脈沖波由其集電極輸出去觸發(fā)IC2（加至555的2腳）。于是IC2按單穩(wěn)態(tài)方式工作，并由3腳輸出2.75s的脈沖。IC2的3腳輸出的脈沖經三極管VT7放大后驅動繼電器K2動作，使得加至左電動機的電壓的極性相反，于是左電動機反轉，機器人避開障礙物向左行。利用圖中556型雙時基集成電路的另一半（IC1-2），機器人左眼電路部分按同樣方式工作。這樣。機器人就可以避開障礙物行走。當機器人的左、右眼前方同時出現(xiàn)障礙物時，兩只繼電器都工作，加至左右兩電動機的電壓的極性均相反，兩個電動機都反轉，于是機器人將倒退行走。 圖中由三極管VT8VT10及其外圍元件組成的電路?？蔀橛译妱訖C提供更長的導通時間，避免機器人在窄通道受到阻擋。5.選用的芯片IC1采用雙時基集成電路（即里面包含了兩只555）的NE556，NE556為雙極型電路,其輸出驅動能力大,輸出電流可達到200MA,工作頻率范圍可達01001Hz500kHz。其引腳圖如下圖 其引腳功能分別為：1、13腳：放電；2、12腳：閾值；3、11腳：控制；4、10腳：復位；5、9腳：輸出；6、8腳：置位觸發(fā)；7腳：GND14腳：+電源VccIC2采用NE555NE555是屬于555系列的計時IC的其中的一種型號，555系列IC的接腳功能及運用都是相容的，只是型號不同的因其價格不同其穩(wěn)定度、省電、可產生的振蕩頻率也不大相同；而555是一個用途很廣且相當普遍的計時IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈沖信號。a. NE555的特點有： 1.只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時作用。其延時范圍極廣，可由幾微秒至幾小時之久。 2.它的操作電源電壓范圍極大，可與TTL，CMOS等邏輯電路配合，也就是它的輸出準位及輸入觸發(fā)準位，均能與這些邏輯系列的高、低態(tài)組合。 3.其輸出端的供給電流大，可直接推動多種自動控制的負載。 4.它的計時精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價格便宜。5.靜態(tài)電流 最大值 VCC = 5 V, RL = =6mA VCC =15 V, RL = =15mA b. NE555引腳位功能配置說明下： Pin 1 (接地) -地線(或共同接地) ，通常被連接到電路共同接地。 Pin 2 (觸發(fā)點) -這個腳位是觸發(fā)NE555使其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC 。 Pin 3 (輸出) -當時間周期開始555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時的最大輸出電流大約200 mA 。 Pin 4 (重置) -一個低邏輯電位送至這個腳位時會重置定時器和使輸出回到一個低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。 Pin 5 (控制) -這個接腳準許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當計時器經營在穩(wěn)定或振蕩的運作方式下,這輸入能用來改變或調整輸出頻率。 Pin 6 (重置鎖定) - Pin 6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當這個接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時啟動這個動作。 Pin 7 (放電) -這個接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當輸出為ON時為LOW，對地為低阻抗，當輸出為OFF時為HIGH，對地為高阻抗。 Pin 8 (V +) -這是555個計時器IC的正電源電壓端。供應電壓的范圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。參數(shù)功能特性： 供應電壓4.5-18V 供應電3-6 mA 輸出電225mA (max) 上升/下時間100 ns.NE555的相關應用: NE555的作用范圍很廣，但一般多應用于單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器（Monostable Mutlivibrator）及無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器(Astable Multivibrator)。6.“眼睛”的選擇對于該方案來說，機器人“眼睛”的選擇至關重要，因為機器人工作時判斷的依據(jù)都是依靠于這兩只眼睛。根據(jù)電路，眼睛由一只紅外發(fā)光二極管和一只光電三極管組成。通過查資料選用了型號為LTH-155