TDK 杯第 13 届全国大专院校创思设计与制作竞赛论文集 2009 年 10 月 16 日至 2009 年 10 月 18 日
台湾新竹 明新科技大学
自动组 队名:大牛
机器人名:ㄚ牛
指导老师:陈文耀 参赛同学:黄荣斌 林柏志 王昱凯 张智杰 南台科技大学 电机工程系
机器人简介
车体机构是利用方型铝条制作,重量轻且坚固耐撞, 车体结构上分为上下两层,上层负责抓取资源回收物及回 收物种类判断与放置功能,而下层机构是负责认路及定点 停车功能. 电控部分采用 AT 89C51 单晶片做为中央控制核心, 认路方面采取光二极体作为 sensor,装於车底的前后两 端,如此一来不管是前进或后退机动性便大大的提升,就 没有车头,车尾之分,都能准确的达到认路功能,并且在 需要取物及置物之处做准确的定位停车.
4.进行电路测试与程式设计,使车子能够延著白色轨迹 认路前进. 5.制作抓取回收物及放置回收物机构. 6.设计与制作取物与置物用控制电路. 7.进行电路测试与程式设计,使取物机构能够顺利将三 个回收物一次取回. 8.将取物机构安装到车上,实地测试车子的行进功能与 取物,置物功能. 9.进行各部份机构修正及程式修改.
机构设计 设计概念
我们的设计概念是简单的机构,不要将其复杂化,并 以最少的经费预算完成各项动作功能,最重要的是各项功 能的稳定性,其次才是要求速度.车体机构分为上下两层 分开制作,上层负责抓取资源回收物及回收物种类判断与 放置功能,而下层机构是负责认路及定点停车功能.为了 提高分辨回收物颜色的准确度,利用外部指拨开关的选择 设定,以避免颜色误判. 设计重点主要在於上层的抓取回收物的部份,我们利 用 L 型铝条制作三个置物槽来放置回收物,而重点在於抓 取回收物品时的准确度及时间快慢,我们摒除了机械手臂 夹取物体的作法,而是利用伸缩架将回收物平台上的三个 物品一次抓取回来,然后在车子行进当中再一边做物品分 类判断,如此一来就能快速且准确的抓取物品及分类回收 标的物. 制作与测试步骤: 1.先将基本车体组装起来,再将马达和轮胎装上. 2.调整四颗轮胎都能平均接触地面. 3.设计与制作认路用控制电路. 图 1 下层自走车体实体图 车体机构的材料选择方面,主要是利用方型铝条制 作,重量轻且坚固耐用,很适合我们作为车体骨架的要件. 而车体机构将其分为上下两层分开制作,并且分别测试功 能,等功能正确了之后再将上下合并测试,上层是抓取回 收物的机构,而下层是认路自走机构. 下层的机构为,制作一方形的车架,长 80 公分宽 60 公分,并且安装 4 颗额定 10W DC24V 的直流马达,图 1 所示为下层自走车体的实体图.而上层的机构是利用伸缩 滑轨配合马达的控制,如此一来就能将上层机构向前伸至
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TDK 杯第 13 届全国大专院校创思设计与制作竞赛论文集 2009 年 10 月 16 日至 2009 年 10 月 18 日
回收物平台附近,由车子的侧向抓取回收物,在放置回收 物的时候,也是相同作法,先将上层机构伸出之后再将回 收物放下. 上层抓取回收物的机构部分,是利用一般的胡桃木条 装置於回收置物槽上方,并利用橡皮筋的弹力加以牵制 住,并勾於马达的转轴上的固定拴上,当上层机构向前伸 至回收物平台附近时,此时控制马达转动,将牵制用的橡 皮筋放开,木条就会因橡皮筋弹力的关系向下摆动,并将 三个回收物一起拨入回收置物槽内,图 2 所示为抓取回收 物的实体图. 回收物的分类放置是利用 L 型铝条制作出三个置物 槽,并以塑胶 PP 瓦楞板做为活动的底盖,再利用橡皮筋 的弹力将其牵制住,并勾於马达的转轴上的固定拴上,当 车子移动到回收物放置桶时,只需分别控制对应颜色的马 达转动,将牵制用橡皮筋放开,如此一来,因回收物本身 的重量,就会使得底盖打开使回收物快速掉入回收桶,图 3 所示为上层回收物置物槽与马达配置图.
台湾新竹 明新科技大学 机电控制
电控部分采用 ATMEL 公司所生产的 AT89C51 单晶片
来负责所有输入信号的感测与马达的控制.图 4 所示为下 层自走车体系统配置图,我们於车头,车尾的底部中央位 置,各安装 6 个认路 sensor,安装位置如图 4(a)所示.图 4(b)所示为感测器与白色路线位置图,路线的左右各有 3 个 sensor,当感测器在白色轨迹上方时输出信号为 High, 当感测器离开白色轨迹时输出信号为 Low,根据 6 个感测 器的信号变化,经过单晶片的程式运算执行之后,就能分 别控制左右马达的转速,以达到修正路线和转弯动作.也 就是说,如果 6 个 sensor 都没有压到白色轨迹,则左右马 达转速一样快,车子直线前进;如果靠近中间的 2 个 sensor 压到白色轨迹时,则做轻度的方向修正;如果左右两边的 第 2 个 sensor 压到白色轨迹时,则做中度的方向修正;如 果靠近最外侧的 2 个 sensor 压到白色轨迹时,则做重度的 方向修正.

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