機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室
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機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室范文第1篇
關(guān)鍵詞：涂料；噴涂機(jī)器人；結(jié)構(gòu)原理；發(fā)展趨勢(shì)
中圖分類號(hào)： TP242.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20160132012
1 引言
隨著城市化的普及，人們經(jīng)濟(jì)收入的增加，生活水平的提高，人們對(duì)汽車的需求及購買力度越來越大，汽車需求量飛速增長，汽車車身涂裝是汽車制造中主要的生產(chǎn)工藝之一，它不僅能夠提高汽車產(chǎn)品的耐蝕性，延長汽車使用壽命，它還最直接地體現(xiàn)了汽車外表面顏色、光澤和亮度等質(zhì)量的優(yōu)劣，是人們對(duì)汽車質(zhì)量最直觀的評(píng)價(jià)[1]，所以它對(duì)汽車市場(chǎng)競(jìng)爭力有著最直接的影響。在這種需求的驅(qū)動(dòng)下，研究汽車涂料具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。實(shí)驗(yàn)室汽車噴涂機(jī)器人是根據(jù)生產(chǎn)線上的需求來模擬噴涂效果，是研發(fā)供生產(chǎn)線上使用涂料的重要設(shè)備。
2 汽車噴涂機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀
在國外，20世紀(jì)60年代末，挪威Trallfa公司發(fā)明了歷史上第1臺(tái)噴涂機(jī)器人，隨著時(shí)間的推移，國外機(jī)器人噴涂技術(shù)已相當(dāng)成熟。例如瑞士的 ABB 、日本的安川 MOTOMAN 和 FANUC、德國的 KUKA、法國的史陶比爾以及美國的 ADEPT是世界上處于領(lǐng)先的噴涂機(jī)器人。其中瑞士ABB 公司生產(chǎn)的靜電噴涂機(jī)器人最為著名。ABB公司在噴涂機(jī)器人設(shè)計(jì)制造方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，除此之外ABB公司還有其他的噴涂技術(shù)，所以ABB公司的產(chǎn)品被汽車行業(yè)廣泛使用[2-4]。
在國內(nèi)，噴涂機(jī)器人起步比較晚，于1990年前后，北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所機(jī)器人中心開始了對(duì)噴涂機(jī)器人的研究，我國研究機(jī)器人是在國外研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，在此過程中還研發(fā)了不少周邊技術(shù)。2000以年來由于國內(nèi)汽車發(fā)展迅速，許多制造公司也在設(shè)計(jì)制造我國自己的噴涂機(jī)器人，在此同時(shí)國外的MOTOMAN公司與我國北京首鋼集團(tuán)合作；瑞士ABB公司在京滬建立分公司，以銷售噴涂機(jī)器人和工業(yè)機(jī)器人為主[5-8]，目前噴涂機(jī)器人已經(jīng)是我國需求最多的機(jī)器人之一，而我國在這方面相對(duì)落后，目前來看，我國大部分都是采用的國外的噴涂機(jī)器人，有的照搬國外的生產(chǎn)線，還存在維修，保養(yǎng)等問題，從而影響噴涂的發(fā)展。所以，設(shè)計(jì)制造出我國自己的噴涂機(jī)器人是非常迫切和必要的[9]。
3 實(shí)驗(yàn)室噴涂機(jī)器人結(jié)構(gòu)及原理
3.1 實(shí)驗(yàn)室噴涂機(jī)器人的的整體結(jié)構(gòu)
實(shí)驗(yàn)室噴涂機(jī)器人的主要結(jié)構(gòu)分為6個(gè)部分如圖1所示： ①主體機(jī) ②中控機(jī) ③送料倉（升降艙）④轉(zhuǎn)向頭（1.旋杯，2.噴槍）⑤背板 ⑥X軸滑道。
3.2 汽車涂料實(shí)驗(yàn)機(jī)的工作原理
常見的涂料噴涂機(jī)構(gòu)：依據(jù)涂料霧化的原理可分為噴槍和旋杯2大類。依據(jù)加電的方式還可以分為內(nèi)部加電和外部加電2大類。其中最常用的噴涂類型有：手工噴槍噴涂，手工高流量低氣壓氣噴槍HVLP的噴涂，手工靜電噴槍噴涂，自動(dòng)涂料實(shí)驗(yàn)機(jī)氣噴槍，間接加電旋杯（水性色漆）噴涂，直接加電旋杯（溶劑型色漆或水性色漆）噴涂等。
3.2.1 汽車實(shí)驗(yàn)機(jī)噴槍的工作原理
氣噴槍的工作原理是利用大流量的霧化空氣把油漆霧化成小液滴，利用壓縮空氣控制油漆小液滴和噴涂扇面的大小達(dá)到精確控制噴涂的目的。噴嘴的結(jié)構(gòu)如圖2。
為了獲得良好的噴涂效果，噴槍噴嘴的尺寸和合適的頂針的選用取決于涂料的類型，不能超出規(guī)定的最大的出漆量如表1。
3.2.2 汽車涂料實(shí)驗(yàn)機(jī)旋杯的工作原理
旋杯是通過高壓空氣驅(qū)動(dòng)高轉(zhuǎn)速氣馬達(dá)，由驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)杯口帶有齒紋的高速旋杯來霧化涂料。在此同時(shí)控制旋杯周圍的成形空氣來控制漆霧扇面的大小，以達(dá)到精確控制噴涂的目的。旋杯的結(jié)構(gòu)原理圖3。
4 噴涂機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)
4.1 適應(yīng)性發(fā)展趨勢(shì)
為了追求最好的噴涂過程中的靈活性和效率，從21世紀(jì)起汽車工業(yè)開始使用機(jī)器人來代替噴涂機(jī)械，與此同時(shí)開始使用機(jī)器人進(jìn)行涂料的開發(fā)。 與傳統(tǒng)的機(jī)械噴涂相對(duì)比，采用自動(dòng)噴涂機(jī)器人噴涂有2個(gè)最突出的優(yōu)點(diǎn)：可以減少大約35%的噴槍數(shù)量；提高了噴涂效益。為了適應(yīng)高速噴涂，在內(nèi)表面噴涂和第2層金屬漆噴涂時(shí)都要采用高速旋杯來噴涂。隨著社會(huì)的發(fā)展，人們生活水平的提高 ，汽車行業(yè)的迅速發(fā)展，汽車型號(hào)和車體設(shè)計(jì)在不斷變化。為了適應(yīng)這一變化，只有利用好噴涂機(jī)器人才可能實(shí)現(xiàn)這種迅速發(fā)展要求。
機(jī)器人的作用是控制噴槍或者旋杯，使之在噴涂過程中與工件表面保持最佳的角度和一定的距離（一般為200～250mm）。為了突破這一難度，工程師利用三維專門的軟件對(duì)噴涂機(jī)器人進(jìn)行三維模型處理，確定噴槍的移動(dòng)路徑和工件的移動(dòng)路徑，相應(yīng)的噴涂參數(shù)。然后將這些數(shù)據(jù)輸人機(jī)器人中控器，來控制噴涂機(jī)器人的整個(gè)噴涂過程。
4.2 安全環(huán)保
今天人們的環(huán)保意識(shí)日益增強(qiáng)，安全性越來越高，人們稱環(huán)保效果好的涂料生產(chǎn)廠為“綠色工廠”，技術(shù)陳舊的涂料生產(chǎn)廠為“褐色工廠”。無論是新建綠色工廠還是改造褐色工廠，建立噴涂機(jī)器人全自動(dòng)噴涂，模擬生產(chǎn)線噴涂都是十分必要的。
4.3 零部件標(biāo)準(zhǔn)化
歐美發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)的噴涂機(jī)器人基本上都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了社會(huì)化大協(xié)作和零部件的系列化“專業(yè)化”標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)[8]，而我國生產(chǎn)的零部件品種單一、結(jié)構(gòu)簡單、制造粗糙、裝配精度不合格，嚴(yán)重制約了涂料研發(fā)的發(fā)展，因此，我國要加快開發(fā)研制零部件，使零部件生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化。
5 結(jié)論
在汽車行業(yè)速度發(fā)展的情況下，設(shè)計(jì)制造出我國自己的適應(yīng)性強(qiáng)的機(jī)器人是我國國情的新型噴涂機(jī)器人是必然要求。我國應(yīng)該借鑒外國成功的經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)的技術(shù)，加快對(duì)噴涂機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制造，以提高噴涂機(jī)器人的實(shí)用性和先進(jìn)性。
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機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室范文第2篇
根據(jù)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)課程特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有ABB IRB1410
機(jī)器人的基礎(chǔ)上自主開發(fā)了機(jī)器人上下料平臺(tái)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用真空吸附的工作原理實(shí)現(xiàn)板料的搬運(yùn)。制定并執(zhí)行了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)控制以及機(jī)器人上下料模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案，經(jīng)機(jī)械電子工程專業(yè)學(xué)生實(shí)踐，證明該實(shí)驗(yàn)方案能達(dá)到預(yù)期實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，在有限課時(shí)內(nèi)鍛煉學(xué)生的自主開發(fā)能力。
[關(guān)鍵詞]機(jī)器人;運(yùn)動(dòng)學(xué);實(shí)驗(yàn)
[中圖分類號(hào)]G642.4[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1005-4634（2015）02-0103-03
0引言
機(jī)器人學(xué)的有關(guān)課程實(shí)質(zhì)上是迎接未來挑戰(zhàn)的有力武器和理想助手[1]。機(jī)器人教學(xué)在國內(nèi)高校中已被列入人工智能、自動(dòng)化、機(jī)電一體化等的相關(guān)專業(yè)的課程之中[2]。機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)是燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械電子工程專業(yè)較早開設(shè)的一門針對(duì)高年級(jí)學(xué)生的專業(yè)課，主要介紹機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、雅可比矩陣、軌跡規(guī)劃、機(jī)器人控制以及機(jī)器人語言和離線編程等。該課程內(nèi)容抽象、邏輯性強(qiáng)、學(xué)生不易理解吸收。隨著工業(yè)機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中，掌握機(jī)器人的基本原理、控制過程以及應(yīng)用實(shí)例，對(duì)于機(jī)械電子工程專業(yè)本科生意義重大。
傳統(tǒng)的機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)課程，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有限，課時(shí)安排僅圍繞理論教學(xué)大綱開展，無拓展性、開放性;實(shí)驗(yàn)形式單一，一切以教師的“教”為中心，學(xué)生只是被動(dòng)地接受，演示型、驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)多，創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)少，學(xué)生缺乏專業(yè)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，缺少獨(dú)立動(dòng)手和創(chuàng)新的機(jī)會(huì)，抑制了學(xué)生的想象力、自由發(fā)揮空間和學(xué)習(xí)興趣。隨著社會(huì)對(duì)人才創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力要求的不斷提高，構(gòu)建創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系在培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力、創(chuàng)新能力等方面的重要性日益凸顯[3]。
本文在機(jī)電實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有ABB IRB1410機(jī)器人的基礎(chǔ)上自主開發(fā)了機(jī)器人上下料平臺(tái)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，制定了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)控制以及機(jī)器人上下料模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案。經(jīng)機(jī)械電子工程專業(yè)學(xué)生實(shí)踐，根
據(jù)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果以及研究過程中的心得體會(huì)證明該實(shí)驗(yàn)方案能達(dá)到預(yù)期實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，在有限課時(shí)內(nèi)鍛煉學(xué)生的自主開發(fā)能力。
1實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡介
1.1IRB1410工業(yè)機(jī)器人
ABB公司的IRB1410工業(yè)機(jī)器人工作周期短、運(yùn)行可靠，能大幅度提高生產(chǎn)效率。該機(jī)器人在弧焊、物料搬運(yùn)和過程應(yīng)用領(lǐng)域經(jīng)歷考驗(yàn)，能實(shí)現(xiàn)弧焊、裝配、上膠、密封、機(jī)械管理、物料搬運(yùn)等功能。承重能力為5 kg，上臂可承受18 kg的附加載荷;機(jī)器人工作范圍大、最長能到達(dá)1.44 m;其大臂背后設(shè)計(jì)有平行連桿及雙軸承支承結(jié)構(gòu)，對(duì)稱分布的接觸力使機(jī)械振動(dòng)大為減小，因而比串行鏈接結(jié)構(gòu)更為堅(jiān)固、響應(yīng)更為迅速、工作空間更為集中，非常適合模擬汽車沖壓線的上下料任務(wù)。為本科生教學(xué)提供了良好的環(huán)境，為研究生科研搭建了良好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
IRB1410工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)如圖1所示，系統(tǒng)包括：ABB IRB1410六自由度關(guān)節(jié)型串聯(lián)機(jī)器人、
ElexPendant示教器、IRC5控制柜以及RobotStudio/RobotWare離線編程軟件。
2機(jī)器人上下料實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建
結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有ABB IRB1410機(jī)器人，參照汽車柔性自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線機(jī)器人上下料系統(tǒng)，為之搭建相應(yīng)的上下料平臺(tái)系統(tǒng)，自主設(shè)計(jì)、選購機(jī)器人上下料各單元，完成端拾器的設(shè)計(jì)和組裝、上下料平臺(tái)的設(shè)計(jì)制造與裝配、視覺系統(tǒng)的搭建和真空氣路的連接等工作，在一定程度上實(shí)現(xiàn)旨在模擬汽車覆蓋件柔性沖壓過程的在線作業(yè)，為后續(xù)開展機(jī)器人上下料模擬實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。機(jī)器人上下料系統(tǒng)如圖2所示。
圖1ABB IRB1410工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)
圖2機(jī)器人上下料系統(tǒng)
ABB IRB1410機(jī)器人上下料實(shí)驗(yàn)采用了真空吸附的工作原理來實(shí)現(xiàn)板料的搬運(yùn)，其中，真空系統(tǒng)由真空泵、分路塊、兩位三通直通式電磁閥、真空開關(guān)、真空吸盤、緩沖支桿等構(gòu)成。ABB IRB1410機(jī)器人上下料系統(tǒng)真空吸附的電氣控制原理圖如圖3所示。
其工作原理如下：當(dāng)機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)到上料平臺(tái)上料中心之上的某一位置時(shí)，程序發(fā)出吸附指
令，IO板DSQC652的一路DO輸出高電平，繼電器線圈得電，常開觸點(diǎn)閉合，從而使兩位三通電磁閥得電，進(jìn)氣口和出氣口接通，真空泵將系統(tǒng)中的空氣向外排，整個(gè)系統(tǒng)氣路開始工作;當(dāng)吸盤內(nèi)達(dá)到設(shè)定的真空度后，真空開關(guān)自動(dòng)給電磁閥發(fā)送電信號(hào)，令其控制真空泵保持當(dāng)前真空度不變;真空吸盤以恒定吸力抓取物料向下料平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到下料中心點(diǎn)某一指定位置時(shí)，程序發(fā)出釋放指令，DSQC652的同一路DO輸出低電平，繼電器線圈失電，常開觸點(diǎn)斷開，從而使兩位三通電磁閥失電，進(jìn)氣口和排氣口導(dǎo)通，整個(gè)系統(tǒng)氣路與外界大氣導(dǎo)通，從而破壞真空，真空吸盤釋放物料，
ABB IRB1410機(jī)器人完成一次板料傳遞任務(wù)。
3實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目
堅(jiān)持理論與實(shí)踐相結(jié)合的原則，實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排在理論課基本知識(shí)講授完畢之后，要求學(xué)生提前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，進(jìn)行理論知識(shí)儲(chǔ)備工作，以保證學(xué)習(xí)成效。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置方面，以“原理性實(shí)驗(yàn)和研究性實(shí)驗(yàn)相互滲透”為原則，既讓學(xué)生掌握基本的原理性知識(shí)，對(duì)機(jī)器人有基本的認(rèn)識(shí)，又通過開設(shè)深層次的研究性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生透過現(xiàn)象看本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立研究能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。
3.1機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)控制
實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)機(jī)器人在空間運(yùn)動(dòng)軌跡的控制，完成預(yù)定的作業(yè)任務(wù)，就必須知道機(jī)器人手部在空間瞬時(shí)的位置與姿態(tài)。如何計(jì)算機(jī)器人手部在空間的位姿是實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的控制首先要解決的問題[4]。物體在空間的位姿可以用固定于物體上任一點(diǎn)上的坐標(biāo)系來表示，如果把坐標(biāo)系固定在每個(gè)連桿的關(guān)節(jié)上，通過齊次坐標(biāo)變換來描述兩個(gè)相鄰坐標(biāo)系之間的相互關(guān)系，就能建立并解算機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。在該階段，要求學(xué)生能準(zhǔn)確理解物體在空間位置與姿態(tài)的表示方法，掌握齊次坐標(biāo)及齊次坐標(biāo)方程變換的定義，能進(jìn)行簡單的平移坐標(biāo)變換、旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換及綜合坐標(biāo)變換（平移加旋轉(zhuǎn)）等計(jì)算。
通過本實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生完成以下內(nèi)容。
1） 觀察串聯(lián)機(jī)器人IRB1410的結(jié)構(gòu)，了解其動(dòng)作原理，并繪制其結(jié)構(gòu)簡圖。
2） 計(jì)算IRB1410機(jī)器人自由度數(shù)并判別自由度性質(zhì)。
3） 根據(jù)ABB IRB1410機(jī)器人各軸標(biāo)準(zhǔn)尺寸圖（如圖4所示）對(duì)IRB1410
機(jī)器人建立連桿坐標(biāo)系，確定連桿參數(shù)和關(guān)節(jié)變量。相應(yīng)參數(shù)填入
IRB1410連桿參數(shù)表。
圖4ABB IRB1410
機(jī)器人各軸標(biāo)準(zhǔn)尺寸
4） 確定0nT
，在此基礎(chǔ)上利用上述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，求解關(guān)節(jié)變量q1，q2，……，qn。
5） 確定末端執(zhí)行器的操作速度V，在此基礎(chǔ)上利用機(jī)器人操作速度和關(guān)節(jié)速度的變換方程的逆變換方程V=J
，求解滿足末端執(zhí)行器速度要求的關(guān)節(jié)速度變量1，2，……，n。
6） 手動(dòng)操縱機(jī)器人至某一姿態(tài)，對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)正、反解運(yùn)算結(jié)果與操縱窗口的顯示值進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。
3.2機(jī)器人上下料模擬實(shí)驗(yàn)
通過機(jī)器人上下料模擬實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生增強(qiáng)對(duì)汽車覆蓋件自動(dòng)化沖壓線機(jī)器人上下料的感性認(rèn)識(shí)。對(duì)6
自由度串聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析和機(jī)器人上下料的自動(dòng)化控制有較深刻理解。也對(duì)用ABB
語言離線或在線編程加深體會(huì)。使學(xué)生能夠了解上下料平臺(tái)搭建的主要裝備及關(guān)鍵技術(shù)，掌握現(xiàn)代沖壓自動(dòng)機(jī)器人上下料技術(shù)的發(fā)展方向。培養(yǎng)學(xué)生初步掌握實(shí)驗(yàn)研究的能力，正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力。
通過本實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生完成以下內(nèi)容。
1） 學(xué)習(xí)并熟練掌握利用示教器手動(dòng)操作1410機(jī)器人到達(dá)指定目標(biāo)位置。
2） 完成1410機(jī)器人沖壓線上下料模擬實(shí)驗(yàn)的軌跡規(guī)劃。
3） 完成1410機(jī)器人沖壓線上下料模擬實(shí)驗(yàn)的程序編寫調(diào)試。
4） 記錄并分析1410機(jī)器人的實(shí)際工況（平穩(wěn)性、速度、加速度）等數(shù)據(jù)。
4結(jié)束語
通過機(jī)械電子工程專業(yè)學(xué)生的課程實(shí)踐，證明該實(shí)驗(yàn)方案能達(dá)到預(yù)期實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，能幫助學(xué)生更好地理解機(jī)器人理論知識(shí)，有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，在提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)和科研能力等方面有積極意義。
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Experimental teaching reform and practice
of Robot Technology Foundation course
TANG Yan-hua，ZHANG Qing-ling
（Mechanical Engineering College，Yanshan University，Qinhuangdao，Hebei066004，China）
Abstract
Based on the characteristics of robot technology foundation course，the robot loading platform experiment system was developed on the basis of IRB1410 ABB robot existing in the laboratory.The system adopts the vacuum adsorption principle to do the sheet metal handling.The robot kinematics control and robot up-down material simulation experiment teaching plan were developed and implemented.After the mechatronics students practice，we found that the experiment scheme can achieve the expected goal，effectively stimulate the learning enthusiasm of the students，and exercise students′ ability of independent development within the limited class time.
機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室范文第3篇
關(guān)鍵詞：中小學(xué)；信息技術(shù)；班級(jí)教學(xué)；機(jī)器人
中圖分類號(hào)：G633 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-4289（2014）01-0057-02
在中小學(xué)信息技術(shù)課程中，如何有效地引入機(jī)器人載體以促進(jìn)信息技術(shù)教育、教學(xué)的創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生的操作實(shí)踐能力，提高創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，這是中小學(xué)信息技術(shù)課程建設(shè)實(shí)踐中需要研究的重要課題。
一、實(shí)踐研究的做法
（一）注重平臺(tái)建設(shè)，打好研究基礎(chǔ)
在中小學(xué)信息技術(shù)課程中引入機(jī)器人載體的研究需要兩個(gè)平臺(tái)的支撐：一是教材，二是機(jī)器人器材。前者是信息技術(shù)課程的要素，后者是開展實(shí)踐研究活動(dòng)的載體，缺一不可。
為此，首先對(duì)我國部分省市現(xiàn)行義務(wù)教育階段《信息技術(shù)》教材進(jìn)行了查閱分類，以了解目前國內(nèi)機(jī)器人進(jìn)入義務(wù)教育階段信息技術(shù)課程的現(xiàn)狀。這包括：義務(wù)教育階段《信息技術(shù)》教材中有關(guān)機(jī)器人內(nèi)容分布，內(nèi)容的詳略，涉及的機(jī)器人品牌型號(hào)等。同時(shí)，對(duì)所涉及的機(jī)器人進(jìn)行比較，確定其教育教學(xué)性能，經(jīng)濟(jì)性等，最終確定了適合我省義務(wù)教育階段開展機(jī)器人教育教學(xué)活動(dòng)可選用的機(jī)器人品牌型號(hào)。這一階段的研究成果也被我省義務(wù)教育階段課程改革實(shí)驗(yàn)教材《信息技術(shù)》修訂組吸收，形成了適應(yīng)本省教學(xué)需求的機(jī)器人教學(xué)教材，也為本課題研究的開展提供了范本。
在此基礎(chǔ)上，向義務(wù)教育階段課程改革實(shí)驗(yàn)教材《信息技術(shù)》所涉及的機(jī)器人公司尋求支持，得到了智慧天下公司、四川天平教學(xué)儀器公司的鼎力相助，為20個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)校各捐贈(zèng)了25套“智慧天下機(jī)器人套件”，為實(shí)踐研究工作開展打下了良好物質(zhì)基礎(chǔ)。
（二）申報(bào)省級(jí)課題，推動(dòng)實(shí)踐研究
為更好地推動(dòng)中小學(xué)信息技術(shù)課程中引入機(jī)器人載體的實(shí)踐研究，2011年申報(bào)了四川省教育廳普教科研資助金項(xiàng)目：《中小學(xué)信息技術(shù)課程中以機(jī)器人為載體的創(chuàng)新教育研究》（批準(zhǔn)文號(hào)為：川教函[2011]632號(hào)），并設(shè)置了21個(gè)子課題研究學(xué)校，目的是通過子課題的研究，取得一手研究資料，提供研究實(shí)例，以支持實(shí)踐研究的成果。
二、實(shí)踐研究的效果及影響
（一）實(shí)驗(yàn)學(xué)校信息技術(shù)課程教學(xué)得以優(yōu)化
智能機(jī)器人技術(shù)融合了造型技術(shù)、機(jī)械、電子、傳感器、計(jì)算機(jī)軟件、硬件和人工智能等眾多先進(jìn)技術(shù)，充分地體現(xiàn)了當(dāng)代信息技術(shù)多個(gè)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，是綜合知識(shí)和技術(shù)的結(jié)晶。機(jī)器人活動(dòng)不僅主題有趣，富有挑戰(zhàn)性，更重要的是其問題解決方案是開放性的，學(xué)生可以用不同的方法達(dá)到同一個(gè)目標(biāo)，因而智能機(jī)器人活動(dòng)能激發(fā)學(xué)生充分發(fā)揮想象力、創(chuàng)造力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的開放性思維，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。
（二）實(shí)驗(yàn)學(xué)校教師創(chuàng)新意識(shí)增強(qiáng)
1.教師的教學(xué)觀念得以更新
參研教師通過自學(xué)、參培、研討等形式提高了理論認(rèn)識(shí)；對(duì)教材、教法的研討、課堂教學(xué)的設(shè)計(jì)、反思，教學(xué)效果的總結(jié)中教師的業(yè)務(wù)水平得到提升；教師將“課堂交給了學(xué)生”，通過生動(dòng)、直觀、有趣的實(shí)際情境，激發(fā)學(xué)生興趣和參與熱情，促使學(xué)生主動(dòng)探究，充分發(fā)揮學(xué)生能動(dòng)性和創(chuàng)造性，而教師只是課堂組織者。這樣一來，老師的觀念得到了轉(zhuǎn)變。
2.提高了教師的綜合能力
在活動(dòng)開展及課題研究過程中，課題組老師通過自己設(shè)計(jì)活動(dòng)、組織活動(dòng)、了解收集活動(dòng)資料、整理分析、歸納總結(jié)、撰寫經(jīng)驗(yàn)文章及研究報(bào)告等，一步步學(xué)會(huì)了教學(xué)研究，提升了研究能力，促進(jìn)老師向一個(gè)創(chuàng)新型、研究型、專家型教師發(fā)展。
（三）實(shí)驗(yàn)學(xué)校學(xué)生創(chuàng)新能力明顯提升
中小學(xué)信息技術(shù)課程中引入機(jī)器人載體的實(shí)踐研究，其最終目標(biāo)還是落實(shí)到對(duì)人的培養(yǎng)上，通過實(shí)踐研究，學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力是否有效提高，實(shí)驗(yàn)學(xué)校對(duì)實(shí)驗(yàn)班和參照班進(jìn)行了《威廉斯創(chuàng)造性傾向量表》測(cè)試，結(jié)果表明：經(jīng)過機(jī)器人教學(xué)實(shí)驗(yàn)的班級(jí)，其冒險(xiǎn)性，好奇性、想象力和挑戰(zhàn)性等四項(xiàng)指標(biāo)明顯高于對(duì)比班。
（四）以機(jī)器人為載體的教育、教學(xué)影響廣泛
實(shí)驗(yàn)學(xué)校通過實(shí)踐研究，產(chǎn)生強(qiáng)大的社會(huì)效應(yīng)。如內(nèi)江十小的機(jī)器人教育是該校特色教育之一，從2006年至今多次榮獲省、全國機(jī)器人比賽一等獎(jiǎng)，在省、市都有較高的聲譽(yù)。四川教育電視臺(tái)于2013年1月專門就此進(jìn)行了采訪，從管理、教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)、課外活動(dòng)等多方面介紹該校在機(jī)器人教育教學(xué)方面的經(jīng)驗(yàn)，社會(huì)反響強(qiáng)烈。
又如自貢市大安區(qū)回龍中心校等實(shí)驗(yàn)學(xué)校也被多家網(wǎng)絡(luò)及報(bào)刊媒體進(jìn)行宣傳報(bào)道，提高了學(xué)校知名度。
三、問題及建議
（一）機(jī)器人引入課堂的制約因素
1.器材
從教學(xué)理念來說，現(xiàn)在使用機(jī)器人產(chǎn)品與目前的教育潮流相符合，有利于同學(xué)們動(dòng)手能力的培養(yǎng)。機(jī)器人的搭建空間很大，能充分發(fā)揮學(xué)生的想象力。整個(gè)機(jī)器人平臺(tái)符合中小學(xué)生的年齡特點(diǎn)，有利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
但機(jī)器人套件成本較高、損耗較大，直接影響了機(jī)器人在常規(guī)教學(xué)中的應(yīng)用。同時(shí)機(jī)器人本身的質(zhì)量問題需進(jìn)一步提升，在面向全體學(xué)生進(jìn)行機(jī)器人教學(xué)時(shí)，如何對(duì)學(xué)生和器材進(jìn)行科學(xué)有效的管理才能方便實(shí)施教學(xué)等問題需要思考。
2.上課環(huán)境
開展機(jī)器人創(chuàng)新教育要面向全體學(xué)生，學(xué)校首先需要購置大批機(jī)器人設(shè)備，電腦設(shè)備，還需要標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室以及一些機(jī)器人文化背景的設(shè)置。上課環(huán)境的配置需要學(xué)校投入一定的資金和場(chǎng)地。這對(duì)多數(shù)學(xué)校來說，經(jīng)濟(jì)支撐能力是不足的。
3.教師水平
機(jī)器人知識(shí)涵蓋的范圍很廣，涉及機(jī)械、電子、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、控制理論、傳感檢測(cè)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等學(xué)科，老師對(duì)這些學(xué)科的基礎(chǔ)了解很有必要。同時(shí)，因?yàn)闄C(jī)器人對(duì)程序的要求很高，對(duì)機(jī)器人語言、程序設(shè)計(jì)等方面，應(yīng)該有深入的學(xué)習(xí)，掌握好這方面的知識(shí)和能力。在教學(xué)活動(dòng)中，不可避免的會(huì)有機(jī)器人器材的損壞，因此，對(duì)簡單的電子電路維修，對(duì)一些維修器具的使用，教師也需要有所了解和掌握。只有教師本身具備了足夠的與機(jī)器人有關(guān)的知識(shí)，才能夠保證教學(xué)活動(dòng)的正常進(jìn)行。
4.教學(xué)大綱要求
教育部2000年頒布的《中小學(xué)信息技術(shù)課程指導(dǎo)綱要（試行）》沒有機(jī)器人教育的內(nèi)容，目前，各省只能根據(jù)自己的實(shí)際情況，編寫教材。“機(jī)器人教育”進(jìn)入中小學(xué)課堂是一項(xiàng)新內(nèi)容，各地所使用的教材版本不一樣，可供參考的案例、課堂實(shí)錄及相關(guān)研究成果很少。因此，修訂全國課程標(biāo)準(zhǔn)，明確教學(xué)目標(biāo)，有利于機(jī)器人引入課堂的推廣。
（二）進(jìn)一步深入開展研究的建議
1.系統(tǒng)的教師培訓(xùn)
義務(wù)教育階段機(jī)器人教育需要教師不僅掌握信息技術(shù)知識(shí)，還需要了解數(shù)字電路，機(jī)器人組裝等多種知識(shí)，針對(duì)許多信息技術(shù)教師不了解機(jī)器人模塊教育，不能很好的指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。建議對(duì)義務(wù)教育階段的信息技術(shù)教師開展系統(tǒng)的機(jī)器人教育培訓(xùn)。
2.統(tǒng)一的器材配備
由于機(jī)器人套件費(fèi)用較高，學(xué)校自主配置比較困難，建議將機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室納入中小學(xué)教學(xué)儀器配備目錄，統(tǒng)一為所有中小學(xué)配備機(jī)器人套件，電腦設(shè)備，以利課堂教學(xué)的開展。
3.教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的引入
機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室范文第4篇
關(guān)鍵詞：對(duì)弈機(jī)器人；五子棋；圖像識(shí)別；PLC；實(shí)驗(yàn)教學(xué)
中圖分類號(hào)：TP242.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
Abstract：This paper designed and developed a robot system can real-time game Gobang with people.The chess robot identifies chessboard information with the camera，then make up the decision with the strategy system，and then execute action through the mechanical arm.This paper introduced the software and hardware design，implementation and debugging of each function module of the system.It has been testified that the robot achieved human-computer interaction at low cost，and played a promoting role in the experimental teaching of computer control device，artificial intelligence，software technology curriculum.
Keywords：chess robot；Gobang；image recognition；PLC；experiment teaching
1 引言（Introduction）
“人工智能之父”圖靈在1950年曾說：“下棋是很抽象的活動(dòng)，是機(jī)器可以和人競(jìng)爭的純智能領(lǐng)域之一[1]?！彪S著1997年“深藍(lán)”戰(zhàn)勝人類國際象棋冠軍卡斯帕羅夫，人機(jī)對(duì)弈成為一種人工智能的代表應(yīng)用形式，被普通民眾所熟知。
隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的普及，人機(jī)對(duì)弈類型的應(yīng)用軟件層出不窮[2-4]，豐富了人們的休閑娛樂生活。隨著機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展，娛樂機(jī)器人成為機(jī)器人領(lǐng)域中一支極具前景的新生力量[5]，新的技術(shù)也對(duì)人機(jī)對(duì)弈平臺(tái)在人機(jī)交互方式[6]和真實(shí)用戶體驗(yàn)方面提出了新的需求。國內(nèi)的人機(jī)對(duì)弈系統(tǒng)一般針對(duì)中國象棋或五子棋[3-7]，其中五子棋尤其具有現(xiàn)代休閑“短、平、快”的特征[2]。本文設(shè)計(jì)制作了一個(gè)實(shí)時(shí)交互的五子棋人機(jī)對(duì)弈系統(tǒng)，旨在提供一個(gè)具有真實(shí)用戶體驗(yàn)，服務(wù)于相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的人機(jī)對(duì)弈實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)（System design）
五子棋人機(jī)對(duì)弈系統(tǒng)主要包括視覺系統(tǒng)、策略系統(tǒng)和機(jī)械臂系統(tǒng)三大功能模塊，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。視覺系統(tǒng)對(duì)棋盤進(jìn)行圖像采集，通過特定的圖像識(shí)別算法對(duì)雙方棋子進(jìn)行識(shí)別和定位，得到當(dāng)前的棋盤布局。策略系統(tǒng)對(duì)當(dāng)前棋盤布局進(jìn)行分析，調(diào)用智能對(duì)弈算法計(jì)算出最優(yōu)落子位置坐標(biāo)，并換算成為執(zhí)行器的動(dòng)作量，通過串行數(shù)據(jù)線發(fā)送至機(jī)械臂系統(tǒng)，由其完成取子、移動(dòng)、落子等運(yùn)動(dòng)控制。從而在真實(shí)的棋盤上實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)弈。策略系統(tǒng)提供可視化的人機(jī)界面，能將視覺系統(tǒng)得到的棋盤布局圖形化顯示，實(shí)現(xiàn)對(duì)弈過程中界面與棋盤信息的同步。此外，用戶亦可通過人機(jī)界面與策略系統(tǒng)進(jìn)行純軟件的虛擬對(duì)弈，增強(qiáng)了趣味性，豐富了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
3 視覺系統(tǒng)（Vision system）
視覺子系統(tǒng)是機(jī)器人的眼睛，由攝像頭與圖像處理算法組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。攝像頭采集棋盤圖像，通過USB傳至裝有圖像處理程序的計(jì)算機(jī)，再經(jīng)過色塊分割、識(shí)別和定位得到雙方棋子的布局情況，上傳至策略系統(tǒng)。攝像頭型號(hào)為PHILIPS SPC900NC，USB接口，最高幀速率為90幅/s，安裝于棋盤正上方。圖像處理算法通過C++語言實(shí)現(xiàn)，開發(fā)平臺(tái)為Visio Studio 2010，程序流程如圖3所示。
圖像識(shí)別[8，9]的步驟為：色塊分割、棋子識(shí)別、棋子定位。首先根據(jù)顏色特征來區(qū)分雙方棋子。將攝像頭獲取圖像轉(zhuǎn)換為YUV顏色空間信息，分別定義雙方棋子顏色的閾值范圍，即可將圖像分成不同顏色的色塊。綜合考慮圖像噪聲等因素的影響，根據(jù)色塊面積、形狀等特征嚴(yán)格地判斷是否為待識(shí)別目標(biāo)。為了輔助定位，在棋盤的四個(gè)角上用不同于棋子的顏色作為標(biāo)記，因此實(shí)際的目標(biāo)識(shí)別還包括對(duì)四角標(biāo)志點(diǎn)的識(shí)別。識(shí)別出標(biāo)志點(diǎn)后，根據(jù)棋子和標(biāo)志點(diǎn)的圖像坐標(biāo)的關(guān)系，即可獲得具體的位置信息，識(shí)別效果如圖4所示。
4 策略系統(tǒng)（Strategy system）
策略系統(tǒng)是機(jī)器人的大腦，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。它接收來自視覺系統(tǒng)的棋盤位置信息，判斷當(dāng)前的勝負(fù)關(guān)系，計(jì)算出下一步落子點(diǎn)坐標(biāo)，再經(jīng)過機(jī)械臂控制執(zhí)行換算得到輸出動(dòng)作量，通過串行口發(fā)送至機(jī)械臂系統(tǒng)。策略系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)軟件編程實(shí)現(xiàn)，包括智能決策算法與人機(jī)界面兩部分。智能決策算法采用C++語言開發(fā)，界面采用C#語言開發(fā)，開發(fā)平臺(tái)為Visio Studio 2010。
4.1 智能決策算法
智能決策算法主要包括最優(yōu)落子點(diǎn)的計(jì)算，勝負(fù)判定和控制執(zhí)行換算三部分，程序流程如圖6所示。計(jì)算最優(yōu)落子點(diǎn)采用最直接也是最有效的遍歷搜索法。預(yù)設(shè)棋盤布局為10格×10格，計(jì)算可得雙方均分別有192種取勝的狀態(tài)。首先對(duì)取勝緩沖標(biāo)識(shí)區(qū)以及雙方的搜索空間分別進(jìn)行初始化；隨著雙方對(duì)弈的深入，棋子的增長與局勢(shì)的變化，系統(tǒng)通過判斷對(duì)方所有符合條件的取勝狀態(tài)及其威脅性，按照一定的加分規(guī)則來更新搜索空間的評(píng)價(jià)值，以數(shù)值最大的點(diǎn)為下一步的最佳落子點(diǎn)，如此往復(fù)循環(huán)。對(duì)于結(jié)果的判斷比較簡單，取勝的條件為五子連線；平局的條件為棋子布滿棋盤。
在真實(shí)對(duì)弈的過程中，機(jī)器人的落子行為通過機(jī)械臂系統(tǒng)來執(zhí)行，機(jī)械臂控制執(zhí)行換算實(shí)現(xiàn)最優(yōu)落子點(diǎn)坐標(biāo)與機(jī)械臂動(dòng)作量之間的數(shù)值轉(zhuǎn)換。根據(jù)機(jī)械手爪的位置與目標(biāo)落子點(diǎn)的坐標(biāo)，規(guī)劃出最優(yōu)的移動(dòng)路徑；再結(jié)合機(jī)械臂各個(gè)自由度上的機(jī)械參數(shù)，計(jì)算得到各執(zhí)行電機(jī)的輸出動(dòng)作量。
4.2 人機(jī)界面
人機(jī)界面是棋盤之外的輔助人機(jī)交互接口，具有參數(shù)設(shè)置、信息可視化和軟件模擬的功能。人機(jī)界面如圖7所示，設(shè)計(jì)有黑、白方的選擇按鈕，啟動(dòng)、停止、重啟比賽按鈕，串口參數(shù)設(shè)置以及計(jì)時(shí)器等功能模塊；與實(shí)際對(duì)弈競(jìng)賽一樣，人/機(jī)雙方在落子之后還需點(diǎn)擊相應(yīng)的“落子確認(rèn)”按鈕。由于系統(tǒng)具有真實(shí)和虛擬兩種人機(jī)對(duì)弈模式，在真實(shí)對(duì)弈過程中，界面能實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的棋盤布局；在虛擬對(duì)弈過程中，用戶直接通過界面與智能對(duì)弈算法進(jìn)行較量。
5 機(jī)械臂系統(tǒng)（The mechanical arm system）
機(jī)械臂系統(tǒng)是機(jī)器人的手臂，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖8所示，它通過RS-232接收來自策略系統(tǒng)的電機(jī)輸出動(dòng)作量，經(jīng)可編程控制器（PLC）轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的脈沖信號(hào)，由開關(guān)量輸出（DO）端口傳送至驅(qū)動(dòng)器，控制電機(jī)和電磁閥帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤、絲桿及汽缸動(dòng)作。結(jié)合開關(guān)量輸入（DI）端口接收到的位置傳感器反饋信號(hào)，完成在立體空間中抓取、移動(dòng)和放置棋子的動(dòng)作。
機(jī)械臂系統(tǒng)選用亞龍公司YL-SJ-Z型工業(yè)機(jī)械臂實(shí)訓(xùn)臺(tái)，由全金屬架構(gòu)搭建而成（長×寬×高：1200mm×780mm×840mm）。通過垂直、水平和底盤旋轉(zhuǎn)三個(gè)自由度的活動(dòng)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手爪在一定三維空間區(qū)域內(nèi)活動(dòng)定位，即使用了坐標(biāo)式架構(gòu)。底盤旋轉(zhuǎn)通過直流減速電機(jī)與光電碼盤配合實(shí)現(xiàn)精確定位；垂直與水平移動(dòng)分別由兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)帶滾珠動(dòng)絲桿旋進(jìn)，行程終點(diǎn)裝有限位開關(guān)，保證電機(jī)安全運(yùn)行；機(jī)械手爪采用高精度氣動(dòng)式手爪，配備電磁位置開關(guān)及兩位三通電磁閥，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的抓取和放開動(dòng)作。
實(shí)訓(xùn)臺(tái)的主控制器為歐姆龍CP1H-XA40DT-D型PLC，CP1H-XA40DT-D是一款緊湊型一體化高性能PLC，具有24路DI和16路DO，直流24V供電，能通過USB與RS-232/485等多種方式與計(jì)算機(jī)通訊。PLC程序采用梯形圖編程語言編寫，開發(fā)軟件為CX-programmer7.0。程序流程如圖9所示，可分為抓取棋子，接收串口數(shù)據(jù)，產(chǎn)生并發(fā)送控制信號(hào)，移動(dòng)至落子位置，放置棋子，返回起點(diǎn)幾個(gè)步驟。
6 結(jié)論（Conclusion）
將各功能模塊聯(lián)機(jī)調(diào)試，挑選學(xué)生志愿者與機(jī)器人進(jìn)行對(duì)弈測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，真實(shí)對(duì)弈與虛擬對(duì)弈都較好地實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)，尤其是真實(shí)對(duì)弈模式在一定區(qū)域內(nèi)很好地實(shí)現(xiàn)了棋子的識(shí)別，機(jī)械手取子、移動(dòng)、落子等動(dòng)作，給用戶沉浸式的操作體驗(yàn)。實(shí)際測(cè)試效果如圖10所示。系統(tǒng)各功能模塊都具有通用的軟硬件接口，供學(xué)生探索研究和繼續(xù)開發(fā)，已經(jīng)應(yīng)用于計(jì)算機(jī)控制裝置、人工智能、軟件技術(shù)等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，收到良好的效果。
對(duì)弈機(jī)器人利用硬件設(shè)備將人機(jī)交互實(shí)物化，更加符合傳統(tǒng)對(duì)弈的形式，在教學(xué)研究、科技展示、家庭娛樂等方面具有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用價(jià)值。通用的硬件配置，個(gè)性化的軟件設(shè)計(jì)，既降低了開發(fā)成本，也使系統(tǒng)具有較強(qiáng)的可移植性。
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機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室范文第5篇
“機(jī)器人橙色臂下降復(fù)位，藍(lán)色臂上升到極限!”10月25日上午，天氣晴好。位于漳州境內(nèi)的500千伏漳泉I回線路48號(hào)鐵塔上，廈門超高壓局的3名線路人員正對(duì)機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)行前的再次試驗(yàn)。這是福建首次在運(yùn)行中的500千伏線路上采用機(jī)器人進(jìn)行試驗(yàn)性巡檢，并且通過運(yùn)行開創(chuàng)了國內(nèi)首個(gè)機(jī)器人能夠自主跨越障礙的先例。
當(dāng)日，機(jī)器人需要從該條線路的48號(hào)塔行進(jìn)至47號(hào)塔。在440米檔距的行進(jìn)過程中，機(jī)器人兩只帶滑輪的長“手臂”以橙、藍(lán)兩色區(qū)別，分別擔(dān)任跨越轉(zhuǎn)移和主力運(yùn)行的作用，以穩(wěn)定的速度沿著地線爬行。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人廈門超高壓局安監(jiān)部主任謝春雷介紹，巡檢機(jī)器人系統(tǒng)由巡檢機(jī)器人和地面移動(dòng)基站組成。機(jī)器人能夠在輸電線路上沿地線行走以及自主跨越障礙，并用所配置的攝像機(jī)全程記錄輸電設(shè)備的運(yùn)行情況，同時(shí)將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)和圖像通過無線傳輸系統(tǒng)發(fā)送到地面基站，以便地面人員及時(shí)準(zhǔn)確地掌握輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)線路設(shè)施的損傷、缺陷等故障情況。
通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，機(jī)器人能夠用帶著滑輪的“手臂”在輸電線路上行走自如，遇到障礙物時(shí)能自動(dòng)調(diào)整“手臂”翻越：任一臂移線，單臂帶動(dòng)機(jī)體旋轉(zhuǎn)180度越過障礙后，另一臂落線：或前臂移線，后臂帶動(dòng)機(jī)體行進(jìn)至障礙，前后臂輪流跨越。當(dāng)日，機(jī)器人順利通過了一基直線塔的雙懸垂絕緣子和防震錘、一基耐張塔以及修復(fù)導(dǎo)線的壓接管等多個(gè)障礙，平均爬線速度能達(dá)到每小時(shí)1―2.5公里。
與以往的人工巡線相比，巡線機(jī)器人的應(yīng)用，不僅可以減輕工人“千里巡線”的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低超高壓輸電的運(yùn)行維護(hù)成本，還可以提高巡檢作業(yè)的質(zhì)量和科學(xué)管理水平，對(duì)于增強(qiáng)電力生產(chǎn)自動(dòng)化綜合能力，創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都具有重要意義。以廈門超高壓局管轄的閩西南超高壓電網(wǎng)為例：超高壓線路約998千米，途經(jīng)高山大嶺的達(dá)90％以上。如果利用直升飛機(jī)巡線，僅巡一個(gè)全程就需耗費(fèi)近200余萬元，并易受惡劣天氣條件的限制；若采用人工巡線，按兩人一組，每組巡視3千米計(jì)算，一年的巡視費(fèi)用約300萬元；而采用巡線機(jī)器人巡視，3人一組操作設(shè)備，平均每天巡視10千米，每年可節(jié)省約100余萬元。本次機(jī)器人在帶電的500千伏線路上進(jìn)行的試驗(yàn)性巡視，為將來大面積推廣使用機(jī)器人巡線積累了實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。
