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S074】一种新型智能研墨机器

图文展示3264(1)

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副标题

作品说明

作者:李言德 张美仑 姜夫瑞

单位:泰山学院

指导老师:郭鹏 丁皓

      一种新型智能研墨机器主要实现能够全自动进行研磨墨块成为墨汁,帮助书法爱好人士免除研墨之苦。本文主要讲解了一种新型智能研墨机器的制作、功能、使用方法以及未来前景。一种新型智能研墨机器功能有:自动研墨、时间控制、自动注水。该产品开拓创新式的应用于书法研墨,可以更好的满足新冠肺炎疫情居家期间对于书法的追求,可以提高研墨效率、增强书法创作过程的体验感,具有良好的社会效益及经济效益。

      关键词:一种新型智能研墨机器,自动化,控制

1. 场景调研

      随着“工业4.0”智能时代的到来以及《中国制造2025》的规划,工业机器人作为其重要的构成要素,在生产制造过程中,如雨后春笋般大量涌现出来,并且在工业生产中扮演着越来越重要的角色。从最初的企业“用工荒”为替代人力用于生产至今,工业机器人早已成为标准配置的自动化装备,在生产的方方面面获得了广泛的应用,并成为工厂规模化生产过程中一道独特的风景线。

      随着市场发展及技术进步,工业机器人在工厂应用的范围越来越广,实现的功能也越来越多。从替代直接生产人力,不知疲倦地完成简单、重复的取放料动作,到目前从提升产品生产效率、工艺及品质入手,构建系统化运作平台,在实现以智能工厂为代表的“工业4.0”时代进程中,工业机器人成为不可替代的重要生产军。

      工业机器人在生产应用领域不断扩大,使生产对机器人不断提出新的要求,从而推动了机器人技术水平的提高。同时,机器人性能与智能水平的提高也使得机器人不断取代人在生产中的角色,广泛地代替人从事各项生产作业,成为企业生产活动中的主要劳动力。工业机器人在生产中的角色,从代替人的大部分体力劳动,到部分脑力劳动,再不断进化到集成自动化生产系统中,发挥着管理协调的作用。

      如果说各类结构和功能的手爪使工业机器人游刃有余地在生产中发挥巨大的作用,那么增设辅助机械装置,将机器人装在可移动的滑台、导轨或滚轮上,使机器人扩大生产作业空间,无异于给机器人安上腿脚、插上翅膀,实现了一个或多个维度的移动,大大提高了机器人的工作能力和应用领域。

2. 社会需要

      工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人,是自动执行工作的机器装置,是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥,也可以按照预先编排的程序运行,现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领来行动。

      工业机器人是机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科高新技术于一体的机电一体化数字化装备,具有长期工作可靠性高和稳定性好,并且能够承担和替代人的许多工作任务。对提高产品的质量与产量、保障人身安全,改善劳动环境,减轻劳动强度,提高劳动生产率,节约原材料消耗以及降低生产成本,可以在各行各业中应用,改变着人类的生产方式,提高生活质量。

      在产业升级,机器人换人的大背景下,工业机器人应用具有广阔的前景。随着工业机器人的走红,以及第四次工业转移,中国的工业机器人市场已达全球的三分之一,很明显我国机器人市场俨然是一个大肥羊,中国已经成为全球机器人厮杀最激烈的市场,对于工业机器人的需求不断提高。

3. 目创新性介绍

      该作品为一种新型研墨机器,能够全自动进行研磨墨块,使书法爱好人士免除研墨之苦。该设备包括主体部分及控制部分,控制部分使用探索者创新组件箱内的ARDUINO主控板完成总体功能控制,使用蓝牙模块进行远程遥控,使用触碰传感器作为近距离接触控制。所述主体部分是由躯干主体、可变托台模块、墨块固定模块、机械臂传动模块、自动上水模块构成的。

作品说明

4. 作品介绍

4.1主要功能

① 仿生研墨:采用机械臂传动仿生机构,能够最大限度的模仿人工动作,保证墨汁圆润浓厚、上笔。

② 可变托盘:采用可变固定托盘及墨块固定,可以满足不同型号的砚台和墨块的固定,保证研墨过程稳定。

③ 多控开关:采用按钮与蓝牙双重遥控。

④ 自动加水:利用系统控制,使用者可以一次加水多次使用。

4.2 主要技术参数

      设备模型尺寸为200mm*200mm*200mm,通体部件采用探索者工件箱内的零件材料拼构而成(包含电源装置且无改动件)。理论单次充电工作时间为100min,采用三个伺服电机、一个直流电机、一个蓝牙模块及合金构件若干。

4.3 工作流程

      在经过判定机器夹持位置已放置好墨条后,首先打开电源并打开开关后,机器的控制系统开始执行预留程序系统,在10s内进行条件判断,若未收到手机遥控加水信号或机体加水开关按钮信号,则进行自动加水,然后开始执行程序预留的机械臂研磨过程进行研磨,直至到达预定时间。流程图如下所示:

4.4 启动

      打开总电源后按压启动开关。

4.5 工作

      机器启动后首先会通过水泵将水送入砚池内、仿生机械臂以顺时针方向研磨墨条。

4.6 安全

      机器上存在急停按钮,保证安全。

5. 设计过程

5.1 solidworks建模

三维模型如下图所示:

5.2 主控板

      探索者构建箱内的Arduino单片机。

5.3 电路设计

5.4 制作过程

      编写程序和实物制作是由小组成员合作完成,各个零件在建好模型的基础上直接拼装好,就等待电路完成以及程序的调试完成,程序经过三代改进。其中包括以下6个部分:

      ① 底座:我们尝试采用不同材质、不同形状、不同结构的底座以确保机器能够在运行的时候保证相对平稳、安置在书桌上时不产生滑动。

      ② 托盘:因现在市面上书法爱好者、书法家使用的砚台大小、形状各异,所以在砚台托台处进行了设计、研究。

      ③ 研墨时墨条按压力度、研磨运行轨迹:我们考虑到较为资深的书法爱好者或许会对研墨时的墨条运行轨迹有一定的考究,故我们将会研究、复现人工研墨时墨条的运行轨迹,以满足这方面的需求。

      ④ 研磨墨量及稀稠度方面:因使用量需求不同,故我们将对加水量方面进行控制。

      ⑤ 控制系统:考虑到使用者在不同情况的使用需求,将会准备两种不同的操作系统。

      ⑥ 主体结构材料:为保证结构整体强度及轻便度,我们将会尝试不同材料。

5.5 功能

      在打开总电源后,打开启动开关后水泵开始工作,在经过大概5s后机械臂开始工作,在经过3min后便完成工作。

6. 示例程序

#include <Servo.h>

int buttonPushCounter = 0;//按钮数初始

Servo a;

Servo c;

Servo d;

Servo e;

Servo f;

int pos = 0;

int leftMotor1 = 5;

int leftMotor2 = 6;

..........

...........

...........

if(!(digitalRead(A2)))

   {

   while(1){

   digitalWrite(leftMotor1, LOW);//正转

     digitalWrite(leftMotor2, HIGH);

    }

}

}

}


参考文献

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