大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目中期檢查報(bào)告 中國石油大學(xué)(北京)14.doc

大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目中期檢查書項(xiàng) 目 名 稱 爬樓式自動(dòng)吸塵器的研究制作及其應(yīng)用 項(xiàng) 目 編 號(hào) 14 項(xiàng) 目負(fù)責(zé)人 張國燦 所 在 學(xué) 院地球物理與信息工程學(xué)院 資 助 總 額 1.29 萬元，已撥款項(xiàng) 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(xué)（北京）填寫說明1.中期檢查報(bào)告由正文和附件兩部分組成，正文部分請(qǐng)按表格要求填寫，并可根據(jù)需要加頁，要求層次分明、內(nèi)容準(zhǔn)確。項(xiàng)目執(zhí)行過程中的進(jìn)展或研究成果、計(jì)劃調(diào)整情況等，需在報(bào)告中如實(shí)反映。2.對(duì)不按要求填報(bào)本中期報(bào)告書，或項(xiàng)目執(zhí)行不力，或研究內(nèi)容調(diào)整不當(dāng)而影響項(xiàng)目順利開展的，學(xué)校將中止撥款。3.院系專家組認(rèn)真評(píng)審，簽署意見后，按時(shí)將本檢查書（一式二份）報(bào)送項(xiàng)目管理辦公室。一、項(xiàng)目主要進(jìn)展（附已發(fā)表論文首頁或其他成果的復(fù)印件）第一階段：1、 初步設(shè)計(jì)了機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)及外形，學(xué)習(xí)solidworks 軟件并繪出吸塵器外形3D影視圖；2、 通過廣泛調(diào)研和實(shí)驗(yàn)比較，確定了選用紅外傳感器來定位障礙物的設(shè)計(jì)方案。第二階段：1、 學(xué)習(xí)電路設(shè)計(jì)軟件Protel的使用；2、 設(shè)計(jì)了基于紅外探測(cè)方法的障礙物檢測(cè)電路以及吸塵器向各個(gè)方向運(yùn)行的控制電路，購買了相應(yīng)電路元器件。一、二、下一步工作計(jì)劃第三階段：1、焊接實(shí)驗(yàn)電路板，調(diào)試目前所設(shè)計(jì)的電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙物的定位和避讓功能；2、研制并調(diào)試剩余電路，主要是實(shí)現(xiàn)爬樓梯功能所用到的控制電路；3、吸塵器機(jī)械部分的設(shè)計(jì)及加工。第四階段：實(shí)體組裝，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)調(diào)，發(fā)現(xiàn)電路及機(jī)械設(shè)計(jì)中存在的不足，加以整改；第五階段：機(jī)器功能完善與外形美化；實(shí)現(xiàn)機(jī)器自動(dòng)躲避障礙物及爬樓吸塵的目的。三、經(jīng)費(fèi)使用情況和經(jīng)費(fèi)安排計(jì)劃已使用經(jīng)費(fèi)：1、資料查閱、購買書籍、軟件：350元2、搭建實(shí)驗(yàn)電路、購買元器件：600元整體經(jīng)費(fèi)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(jī)械模具加工：3000元系統(tǒng)組裝：500元耗材：500元論文版面費(fèi)：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(shè)計(jì)一個(gè)外殼，使其具有探測(cè)障礙物并加以繞行以及爬樓梯的功能，目前已經(jīng)設(shè)計(jì)了基于紅外線傳感器的障礙物探測(cè)電路及吸塵器運(yùn)行控制電路，但還未進(jìn)行焊接與調(diào)試，如果調(diào)試順利，繞行障礙物的功能即可實(shí)現(xiàn)，下一步重點(diǎn)圍繞爬樓梯功能展開相關(guān)工作。 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人簽字： 年 月 日 五、指導(dǎo)教師意見項(xiàng)目組成員學(xué)習(xí)了solidworks和Protel軟件的使用，在大量調(diào)研和實(shí)驗(yàn)比較的基礎(chǔ)上，確定了利用紅外線方式來實(shí)現(xiàn)障礙物探測(cè)的功能，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的紅外收發(fā)電路以及吸塵器自由運(yùn)行的控制電路，電路設(shè)計(jì)合理，工作原理正確， 下一步的工作重點(diǎn)應(yīng)該放在對(duì)已有電路的調(diào)試以及對(duì)吸塵器機(jī)械部分的設(shè)計(jì)，在機(jī)械部分的設(shè)計(jì)中，要做到多看、多想、多試，充分發(fā)揮想象力，因?yàn)楹侠淼臋C(jī)械結(jié)構(gòu)及其工作原理對(duì)機(jī)器外形和性能的影響都至關(guān)重要。從目前的進(jìn)展情況看，項(xiàng)目基本是按照初期計(jì)劃的時(shí)間節(jié)點(diǎn)執(zhí)行的，希望今后再接再厲。 校內(nèi)導(dǎo)師（簽章）年 月 日 企業(yè)導(dǎo)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(xué)校專家組意見專家組組長（簽章）年 月 日八、學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)小組審批意見 負(fù)責(zé)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(jī)器初步模型，機(jī)器采用輪式爬樓，經(jīng)過大量調(diào)研發(fā)現(xiàn)葉輪式爬樓最具有優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)平地及爬樓兩方是并行，但模型設(shè)計(jì)中并未體現(xiàn)，目前模型并沒有制作完畢投入實(shí)驗(yàn)，將在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中繼續(xù)改進(jìn)。2.吸塵裝置 本次創(chuàng)新點(diǎn)并不在吸塵裝置，但吸塵裝置位置尤為重要，經(jīng)過大量調(diào)研，小組決定采用手臂伸展式。在整體構(gòu)架上放兩段方形長筒裝支架，兩段長筒支架以360度可轉(zhuǎn)軸承相連，兩邊分別與機(jī)身和長方形吸塵端口互接，吸塵管道由長筒導(dǎo)入儲(chǔ)物倉，實(shí)現(xiàn)吸塵。3.紅外感應(yīng)方式探測(cè)： 該方案實(shí)現(xiàn)比較簡單，不用單片機(jī)處理，只需純硬件電路就可以實(shí)現(xiàn)。利用紅外線的發(fā)射和接收感應(yīng)障礙物的反射。再利用常用的556和555集成芯片進(jìn)行邏輯判斷，然后驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)做出動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)功能。4.電路設(shè)計(jì)和工作原理：電路如下圖所示，圖中兩個(gè)直流電動(dòng)機(jī)分別安裝在機(jī)器人的左右兩側(cè)下方，機(jī)器人的行走方向與每個(gè)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向有關(guān)。例如，使兩個(gè)電動(dòng)機(jī)都朝同一方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)器人可以前進(jìn)或倒退。此外，當(dāng)一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，而另一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)器人也可以原地轉(zhuǎn)彎。例如當(dāng)左電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)（前進(jìn)方向），右電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)（后退方向）時(shí)，機(jī)器人就向右行。兩個(gè)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向是通過兩只雙極雙擲式繼電器來控制的，機(jī)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(shí)基集成電路的一半（IC1-1）起著一個(gè)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(qū)動(dòng)三極管VT1，VT1的輸出（射極）又驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管VD4和VD5。機(jī)器人的右眼由圖中VD4和VT2組成，這兩只器件應(yīng)并排安裝（彼此不面對(duì)），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(yīng)相隔約4英寸的距離。避免彼此的干擾。機(jī)器人工作時(shí)，IC1-1通過發(fā)生多諧振蕩在5腳輸出一個(gè)頻率約為1kHz的脈沖波，通過VT1的放大再經(jīng)VD4這兩個(gè)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(huì)通過障礙物的反射到光電三極管VT2上，VT2所檢測(cè)到的脈沖波經(jīng)過電容C2耦合加至三極管VT3的基極，經(jīng)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(jīng)三極管VT7放大后驅(qū)動(dòng)繼電器K2動(dòng)作，使得加至左電動(dòng)機(jī)的電壓的極性相反，于是左電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，機(jī)器人避開障礙物向左行。利用圖中556型雙時(shí)基集成電路的另一半（IC1-2），機(jī)器人左眼電路部分按同樣方式工作。這樣。機(jī)器人就可以避開障礙物行走。當(dāng)機(jī)器人的左、右眼前方同時(shí)出現(xiàn)障礙物時(shí)，兩只繼電器都工作，加至左右兩電動(dòng)機(jī)的電壓的極性均相反，兩個(gè)電動(dòng)機(jī)都反轉(zhuǎn)，于是機(jī)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?dòng)機(jī)提供更長的導(dǎo)通時(shí)間，避免機(jī)器人在窄通道受到阻擋。5.選用的芯片IC1采用雙時(shí)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(qū)動(dòng)能力大,輸出電流可達(dá)到200MA,工作頻率范圍可達(dá)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(fù)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(jì)時(shí)IC的其中的一種型號(hào)，555系列IC的接腳功能及運(yùn)用都是相容的，只是型號(hào)不同的因其價(jià)格不同其穩(wěn)定度、省電、可產(chǎn)生的振蕩頻率也不大相同；而555是一個(gè)用途很廣且相當(dāng)普遍的計(jì)時(shí)IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈沖信號(hào)。a. NE555的特點(diǎn)有： 1.只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時(shí)作用。其延時(shí)范圍極廣，可由幾微秒至幾小時(shí)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(zhǔn)位及輸入觸發(fā)準(zhǔn)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(dòng)多種自動(dòng)控制的負(fù)載。 4.它的計(jì)時(shí)精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價(jià)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(diǎn)) -這個(gè)腳位是觸發(fā)NE555使其啟動(dòng)它的時(shí)間周期。觸發(fā)信號(hào)上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC 。 Pin 3 (輸出) -當(dāng)時(shí)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(jié)束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時(shí)的最大輸出電流大約200 mA 。 Pin 4 (重置) -一個(gè)低邏輯電位送至這個(gè)腳位時(shí)會(huì)重置定時(shí)器和使輸出回到一個(gè)低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。 Pin 5 (控制) -這個(gè)接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計(jì)時(shí)器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運(yùn)作方式下,這輸入能用來改變或調(diào)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(dāng)這個(gè)接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時(shí)啟動(dòng)這個(gè)動(dòng)作。 Pin 7 (放電) -這個(gè)接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為ON時(shí)為LOW，對(duì)地為低阻抗，當(dāng)輸出為OFF時(shí)為HIGH，對(duì)地為高阻抗。 Pin 8 (V +) -這是555個(gè)計(jì)時(shí)器IC的正電源電壓端。供應(yīng)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(yīng)電壓4.5-18V 供應(yīng)電3-6 mA 輸出電225mA (max) 上升/下時(shí)間100 ns.NE555的相關(guān)應(yīng)用: NE555的作用范圍很廣，但一般多應(yīng)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(duì)于該方案來說，機(jī)器人“眼睛”的選擇至關(guān)重要，因?yàn)闄C(jī)器人工作時(shí)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(hào)為LTH-155