可代替人工书写的智能机械臂

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1、2015年桂林电子科技大学第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛校内重点项目立项申报材料作品名称：可代替人工书写的智能机械臂学校全称：桂林电子科技大学申报者姓名（集体名称）：叶添茂、罗相诚、陈弘光、迟皓元、姚超源类别：□自然科学类学术论文□哲学社会科学类社会调查报告和学术论文R科技发明制作A类□科技发明制作B类34A、申报者情况申报者情况姓名叶茂添性别男出生年月1991.9现学历[A]A大学本科B硕士研究生申报单位教学实践部专业通信工程学号1300230427学制四年作品全称可替代人工书写的智能机械臂合作者情况姓名性别学号电话所在单位

2、备注罗相诚男130081032915078325121电子工程与自动化有无合作者请在此说明：有□无陈泓光男130082020615077309602电子工程与自动化迟皓元男130013010315295893302机电工程学院姚超源男130022063213659631550信息与通信学院说明：1、必须有申报者本人按要求填写，申报者情况栏内必须填写个人作品的第一作者（承担申报作品60%以上的工作者）或集体作品填写一文学历最高的代表。2、本部分中的各学院签章视为对申报者情况的确认。B、科技发明制作申报作品情况作品全称可替代人工书写的智能机械臂34

3、作品分类（在选项上画√）□A.信息技术(包括计算机.电信.通信.电子等)B.机械与控制(包括机械、仪器仪表、自动化控制、工程、交通、建筑等)□C.数理(包括数学、物理、地球与空间科学等)□D生命科学(包括生物、食品等)□E.能源化工(包括能源、材料、生态、环保等)□F.外观设计(包括电脑艺术设计、机械CAD等)作品设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标1、作品设计、发明的背景和目的教学实践领域，在以多媒体教学为主流的环境下，传统的黑板板书教学方式仍占有举足轻重的地位。该教学方式生动形象，灵活性和可操作性强，能起到很好的教学目

4、的。然而，板书教学过程中，教师要利用粉笔手动书写，幅面改变时需用黑板刷手动擦除，费时费力，粉笔落下的粉尘对人的身体健康损害极大；现有的诸多研究皆是通过改良擦除黑板的方式或者提高擦除效率来减少粉尘对老师的危害，这类改进有一定的效果，但是还是存在以下两点主要问题。第一，黑板擦除装置机构复杂，操作繁琐，很多教师都不愿意使用；第二，教师仍需手动进行书写，工作量依旧很大。那么，在科技竞争日渐激烈的今天，辛勤工作的老师不仅想提升教学质量，而且期待能减少工作强度，将更多的精力用在教学科研中。为了减少粉笔落下的粉尘对教师身体的危害，也为了减轻教师的工作强度，本

5、作品提供了一种可替代人工书写的智能机械臂。2、基本思路2.1原理分析与硬件电路图本作品主要由可手持控制终端和多功能智能机械臂组成。可手持控制终端由教师操作，可进行书写和画图等诸多操作的控制，多功能智能机械臂执行相应的书写、画图操作，可手持控制终端和多功能智能机械臂之间采用蓝牙通信。2.1.1可手持控制终端可手持控制终端主要包括控制通信部分、操作按键部分和触摸屏。教师在触摸屏上进行书写操作，控制通信部分将书写指令数据以蓝牙方式发送给智能机械臂，由机械臂完成书写操作。可手持控制终端的硬件电路如图1所示：34图1可手持控制终端的硬件电路图图中，微控制

6、器采用Atmel公司的ATmega128，16枚按键分别是字库目录索引的“上”、“下”、“左”、“右”，字库汉字选择的“上”、“下”、“左”、“右”，“写字”，“擦除”，“前移”，“后移”，“触屏跟随”，“抬起”，“放下”，“发送”。连接器J1、J2是与触摸屏的连接接口，J6是与蓝牙模块的通信接口，ATmega128与蓝牙模块的采用串口通信方式。2.1.2智能机械臂对智能机械臂的基本要求是能够快速、准确地夹持着笔芯书写文字或描绘图形，这就要求智能机械臂具有高精度、高灵敏性、灵活的自由度、完善的定位功能、和一定的承载能力，以及占用操作空间小、运动

7、灵活等特性。实现这些特性的前提是确保机械臂具有足够的自由度，一般工业机械手最高是6个自由度，本设计机械臂同样采用6自由度。1）智能机械臂硬件设计能智能机械臂由五大部分组成：机械臂基体、吸附部分、驱动部分、MCU控制和通信部分和书写擦除部分。其模型结构图如图2所示：34图2多功能智能机械臂模型结构图图中，各组成部分的主要硬件结构和功能如下：（1）机械臂基体：采用四轮小车结构，各轮外圈由橡胶包覆，基体外壳由钛合金板铆接而成。主要承载整个机械臂的重量。（2）吸附部分：由多个电磁吸盘组成，其使得整个机械臂能够吸附在黑板上；（3）驱动部分：由电机和行走轮

8、构成，主要实现机械臂的运动。（4）MCU控制和通信部分：接收控制终端以蓝牙方式发送的命令数据，解析生成各类操作指令，包括命令写字、触屏跟随写字、抬起笔