自动巡线机器人设计

教学内容 5.自动避障机器人 课型 新授课

教 学

要 求 1、 了解红外避障传感器的组成；

2、 会应用红外避障传感器；

3、 会用“永久循环”模块编写程序；

4、 会用“条件判断”模块编写程序；

5、 会在仿真环境中设置障碍物。

教学分析 重点 会应用红外避障传感器。

难点 会用“永久循环”模块、“条件判断”模块编写程序。

关键 会用“永久循环”模块、“条件判断”模块编写程序。

教具 课件

教时 1课时

教

学

过

程 一、 视频导入

1、播放一段机器人的视频。

2、师：大家看！这个机器人能机灵地避开各种障碍物，安全地穿越迷魂阵呢。大家猜猜它是怎么做的？只要给机器人装上“眼睛”——红外避障传感器，机器人检测到障碍物的时候，就可以想办法躲避开了。这节课，我们将一起设计一款自动避障机器人吧。

3、板书课题：自动避障机器人。

二、认识红外避障传感器

1、初步认识：红外避障传感器相当于机器人的“眼睛”，它是由一个红外线发射管和一个红外线接收管组成的。它的主要功能室检测红外线发射管的前方是否有物体存在。

2、工作原理：当红外线发射管发射出去的红外光遇到物体时会发射给接收管，接收管就会把这个信息传输给机器人的微电脑（图5-2）。

三、编写避障机器人程序

1、初试编程，引入新知主程序—画笔—红外避障传感器———结束，编程至此，学生会发现问题。

2、自学书本，寻找解决方法。

3、交流探讨： ?“永久循环”模块，让机器人不停地通过红外避障传感器检测前方是否有障碍物。（对比上一节课的“多次循环”模块）。

?“条件判断”模块，在红外避障传感器检测到前方是否有障碍物以后，做出不同的操作。

4、学生自主编程。

四、模拟仿真机器人寻光

1、固定光源，将机器人放置在光源外内。

2、两个大小不同的光源。

3、移动光源，机器人是如何运动的？

五、课堂小结

教学反思 本节课，我以初试编程的方式引发学生的质疑，带着疑问进行学习，让学生自学课本，从课本中认识到“永久循环”、“条件判断”等模块，并引导学生了解使用这些模块的原因及其作用，逐步教学生程序设计的思想和步骤。

机器人自动喷涂设计方案

1、设计思想

金属喷涂设备采用机器人自动喷涂，利用电动转台运输工件及辅助机器人喷涂。

2、设计思想概述

2 .1金属喷涂设备的组成

设备由火焰喷涂设备、机械手（瑞士ABB）、电动转台，及管路组成。

2.1.1、火焰喷涂设备的组成及相关技术数据

火焰喷涂设备的组成：

由丝材火焰喷枪与24V电动输送系统组成

5、工作原理：

火焰喷涂设备的气体金属线材喷枪是采用氧-乙炔气为热源，电马达为动力，将单根金属丝不断地送入高温火焰区熔化后雾化，喷向经过预处理的工件表面，形成涂层的一种专用设备。本设备具有送丝精确，稳定，用气量少。涂层质量优良，特别适合喷涂高熔点的金属丝材和机械零部件的修复工作。

3、机械手自动喷涂系统

采用瑞士（ABB）进口机器人， IRB 4600的精度为同类产品之最，其操作速度更快，废品率更低，在扩大产能、提升效率方面，将起到举足轻重的作用，尤其适合弧焊、喷涂等工艺应用。其高精度由专利的TrueMoveTM运动控制软件实现。

IRB4600采用优化设计，机身紧凑轻巧，节拍时间与行业

标准相比可缩减多达25%。专利的QuickMoveTM运动控制

软件使其加速度达到同类最高，并实现速度最大化，从而 提高产能与效率。

IRB 4600工作范围超大，安装方式灵活，可轻松直达目标

设备，不会干扰辅助设备。优化机器人安装，是提升生产

效率的有效手段。模拟工艺布局时，灵活的安装方式

更能带来极大的便利。

ABB工业机器人防护计划之周全居业内领先水平。IRB4600标准型达到IP67防护等级，该机型机身紧凑，荷重能力强，设计优化，适合弧焊、物料搬运、喷涂、上下料等目标应用。可灵活选择落地、壁挂、支架、斜置、倒置等安装方式。该产品灵敏可靠，故障率低等优点，根据不同需要的喷涂产品，选择预先设定好的程序，在人机界面上选择需要的程序，机器人自动完成喷涂的整个流程。

机器人固定在金属喷涂房室内，臂展2410mm，采用专用夹具固定火焰喷枪结构。机器人＋专有喷涂软件构成，达到更好的喷涂效果。

编号

南京航空航天大学

毕业设计

题 目 高压输电线路巡线机器人

结构设计

二〇一四年六月 学生姓名 曹嘉彬

学 号 *********

学 院 机电学院

专 业 机械工程及自动化

班 级 0510101

指导教师 王扬威 讲师

南京航空航天大学

本科毕业设计（论文）诚信承诺书

本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）（题目： 高压输电线路巡线机器人结构设计）是在导师的指导下本人独立完成的。尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

作者签名： 年 月 日

（学号）：

毕业设计（论文）报告纸

i

高压输电线路巡线机器人结构设计

摘要

目前在国内，高压输电线路的巡检、维护主要有两种方法：一种方法是人为地检查，其缺陷有人工劳动强度大、工作效率低、可靠性差、存在检查的盲区；另一种方法是用直升机检查，虽然这种方法有较高检测效率和精度，但是这种方法受一些环境因素的制约，同时不仅增加了巡检的技术难度，还将大大增加巡检的费用。所以急需一种可以替代之的工作方式。移动机器人技术的发展为高压输电线的检查工作提供了新的手段。

本文首先介绍了高压输电线路巡线机器人的研究背景及意义，综述了国内外巡线机器人的研究发展现状。然后针对高压输电线路设计出一种全新的巡线机器人运动结构，该机构采用三臂式多自由度机械手臂，可以实现安全可靠的自主巡线，并且利用solidworks建立了巡线机器人的三维模型。此结构的优点在于抓线能力强，运动稳定。

关键词 巡线机器人，结构设计，运动学分析，动力学分析

毕业设计（论文）报告纸

龙源期刊网

某型智能巡线机器人的设计

作者：郭强

来源：《数字化用户》2013年第27期

【摘 要】本巡线机器人设计运用了传感器技术和单片机智能控制技术。机器人前排安装万向轮、后排安装两个独立驱动轮，使其拥有较高的简易性和稳定性。采用光电传感器、MSP430 F449实现了机器人快速和准确的巡线功能。

【关键词】机器人；MSP430F449：巡线

一、引言

智能巡线机器人产生于二十世纪九十年代，其是一个移动的测控系统，采用线路颜色巡线。由机械机构、动力驱动单元、执行机构、传感测试单元和信息处理与控制单元五个部分。机械机构的作用类似于人体的骨骼。传感与测试单元的作用相当于人体的五官，对装备本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，并将其变换成可识别信号，传输到信息处理单元。执行机构相当于人体的手和足，根据控制单元的指令，快速高精度地完成要求的动作。常用的执行机构是电磁式、液压式和气动式机构。信息处理与控制单元相当于人体中的头脑，将来自传感器与测试单元的检测信息和外部输入命令进行集中、存贮、分析、加工，根据信息处理结果和预设的控制算法，发出相应的指令控制整个系统有目的地运行。当条带与场地底色的反射性能区别不明显时，根据反射光强识别线路的效果不会很好，所以采用色彩识别完成巡线[1]。

二、机械结构设计

机械部分是机器人的载体，设计性能良好的机械结构，将有利于简化机器人控制算法，机构在执行过程中可以实现控制精度。在本方案中采用了四轮移动机构的配置方式，灵活性和稳定性较高，而且能够使机器人在比较狭长的空间内实现转向，结构上采用两层机构，第一层底盘装万向轮和驱动轮电机，第二层底盘用于连接上层机构。两层之间用角铝连接，采用了在同一连接处紧固两个螺钉的方法来加强强度。

三、传感器接口电路设计

传感器采用超声波传感器检测是否有障碍物和有没有到达目的地。超声波传感器的工作方式是通过发送器发射出来的超声波被物体反射后传到接收器接受来判断是否检测到物体。超声波传感器内部都有一个振子（一块金属片上贴着压电陶瓷）通过给压电陶瓷加上电压，它就会根据电压的大小产生相应的机械变形，进而产生机械振动，这就是所谓的压电现象。超声波传感器也有透过式和反射式之分。超声波传感器不但可以检测到物体，还可以通过发射器的回波返回接收器所需要的时间来测量距离。