《慧鱼机器人设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《慧鱼机器人设计（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1. 慧鱼机器人简介1.1课程内容与实验目的本项目课程以德国慧鱼公司生产的机电产品模型为对象，学生通过装配机电 设备模型，对设备进行较为细致的观察和分析，从而完成综合性的设计训练过程。 虽然用模型学生可装配出各种各样的产品，但学生学习的重点是选定其中一个产 品进行分析研究；对产品进行编程运行，检验其功能、性能等效果；初步掌握开 发、设计一个产品的有关过程；学习查阅资料，为自己的设计和分析提供理论依 据。加强实践教学，培养学生的动手能力，在一定程度上改变工科教学重理论教 学，轻实践环节的现状，使学生生动活泼地进行学习，较全面地掌握各类机械机 构，机电一体化机构、计算机编程等基本知识。本课程的任务
2、是，在简明扼要的介绍各类装置之后，对指定装置进行测绘， 学生完成所有零件图、部件图、最后完成总装图设计。根据学生的能力，还可进 行相关的改进设计、动画设计等。在设计过程中，学生还可接触到机械装备的控 制、驱动、传动的技术，学习机械制造中的工艺、工装、测量等知识。1.2慧鱼模型1964年，慧鱼创意组合模型(fischertechnik)诞生于德国，是技术含量 很高的工程技术类智趣拼装模型，是展示科学原理和技术过程的理想教具，也是 体现世界最先进教育理念的学具，为创新教育和创新实验提供了最佳的载体。慧 鱼创意组合模型的主要部件采用优质尼龙塑胶制造，尺寸精确，不易磨损，可以 保证反复拆装的同时不影响
3、模型结合的精确度；构件的工业燕尾槽专利设计使六 面都可拼接，独特的设计可实现随心所欲的组合和扩充。1.3慧鱼模型背景及构成机器人这个词，第一次出现在Carel Capek 1923年的小说Golem(有生 命的假人)中，这个人造的主人公因其高超的本领代替了人。上个世纪的三四十年代，机器人多少更像一种自动机器。以至于今天，当我 们回顾人们曾用闪光灯作为机器人的眼睛从而使其具有人类特点的种种尝试，总 会让人忍俊不禁。这些机器几乎没有什么“智能化”或者“灵活性”可言。随着控制学对机器 人技术的影响日益深刻，机器人的设计也伴随电子电路的出现而越发接近现实 了。直到今天，机器人的智能化仍然是许多公司、科
4、研院所和高等学校不断研究 和探索的重要课题。自动化控制理论(Cybernetics)为解决这一问题带来了生机。“自动化控 制”一词来源于希腊语(Kybernetes)。原意指的是希腊轮船上领航员，其任务是 指挥航行方向并绘制到达目的地的航行路线。无疑，自动化控制理论本来是要使机器人变聪明。但是如何实现呢？我们先 用一个启发式实验进行说明。我们可能都观察过飞蛾趋光的特点，飞蛾找到光源， 向那里飞去，即使非常近的距离，也绝不会拍打到光源。显然飞蛾之所以能够这 样做，是因为它发觉光源，划出路线然后再向其扑去。这本领是基于这种昆虫自 身具备的机敏的行为模式。现在我们将上述能力应用到一个技术系统中。先用
5、光学传感器探测到光源， 马达执行动作，这样，我们必须在发现信号和执行信号之间建立一个合理的连接， 即程序。20世纪50年代，一位名叫沃特格雷(Walter Grey)的英国人将上述引人思 考的实验付诸于实践。借助于几个简单的传感器，马达和电路，他创作出多种自 动化动物，可以准确模仿出飞蛾的动作。左图所示的是“自动”海龟的复制品， 展示在华盛顿的史密森博物馆里。鉴于上述的奇思妙想，我们也要为我们的机器人建立起类似的行为并用程序 来和机器人进行交流。慧鱼创意组合模型体现不同学科知识点的各种组合包，不仅可以应用于中小 学各个年级学科教学、还可以用于大学不同专业以及研究生工程实验和技术创新 活动，现在
6、以清华大学、上海交通大学为代表的一批高校建立的慧鱼创新实验室 就是利用慧鱼模型组合包系列建立的工程技术实验室，是创新教育的一个全新平 台。通过慧鱼模型的使用，不仅可以让我们的孩子将多学科多领域的综合知识融 会贯通于实践过程中，更重要的是培养了他们的创新意识和创新能力。创新是一个民族进步的灵魂，而慧鱼创意组合模型就是我们期待的创新教育 的理想学具！慧鱼模型就是利用“六面可拼接体”这种开放的零件，来构建或者 模拟现实发挥你的创意，来完成机电一体化的工业设计为主的模型组建，现在慧 鱼模型在中国有众多的高校以及职业学校在使用，并且越来越受到大家的关注。 相信慧鱼会成为中国创新教育的理想教具。1.4机械
7、构件1. 六面拼接体六面拼接体的6个面各有U形槽或凸出的小方块，二 者是相互配合的。通过U形槽和小方块的相互拼接，可以实现构件之间的互 连。由于这些构件是六面体，因此接合的角度一般为 0或90。如果需 要其他角度的连接，有专用的楔形体可供使用，这些楔 形体提供的角度有 7.5,15,30,60 等。2. 齿轮，齿轮轴与齿条。慧鱼模型提供的齿轮种类比较多，其中普通外齿合齿轮还可用作蜗轮。3. 蜗轮，蜗杆和螺旋传动。慧鱼模型提供的蜗轮蜗杆形式多样，除蜗轮 外，所有的外啮合齿轮也都可用作蜗轮。小尺寸蜗杆还可以用作螺旋传动 的蜗杆。4. 导轨与连杆。慧鱼模型提供了多种长度的塑料或金属杆件 ，可用作导
8、轨，连杆和传动轴等。5. 万向节，齿轮箱。万向节用于和塑料传动轴配合以传递扭矩。齿轮箱 用于和电动机相连接，起减速器的作用。6. 链条和履带。链条由链节连接而成，在链条上安装履带板后，就成为 履带（输送带）。链轮可以 用齿轮代替。此外慧鱼模型还提供了大量其他的构件，很好的扩展了模型的功能。1.5电气构件1. 电动机与灯泡。慧鱼模型提供的电动机有普通迷你电动机和大功率 电动机两种，提供的灯泡也有普通灯泡和聚光灯泡两种，可根据实际需要 选用。2. 小型开关的工作原理。小型开关上有3个针脚：0针脚和1针脚形 成一个常闭开关；0针脚和2针脚形成一个常开开关；当按键 3被压下 时，小型开关的通断状态改变
9、，电脑接口板检测到数字信号 “1”或“ 0”， 利用这个原理，小型开关可以用作运动部件的限位开关。在模型中还提供了一种特殊的脉冲齿轮，该齿轮有4个齿，使用该齿轮和小型开关配合，可以 对运动件的运行位置进行精确定位。将脉冲齿轮与电动机相连，电动机每转 动一圈，脉冲齿轮将小型开关按下4次，通过检测小型开关被按下的次数，即 可实现精确定位。3. 光敏传感器的工作原理。光敏传感器用于检测光源强度，当光线足够强时，传感器内部的电路闭合，接口板上检测到数字信号“ 1” ，否则检测 到数字信号“0”。光敏传感器也可以用作限位开关。同时，由于深色物体吸收光线，而浅色物体反射光线，光敏传感器还可以用来鉴别深色和
10、浅色物 体。4. 磁敏传感器的工作原理磁敏传感器用于检测环境的磁场强度，当磁场强度达到一定值后，传感器内部的电路闭合，接口板上检测到数字信号“1” ，否则检测到数字信号“ 0” 。5. 热敏传感器的工作原理热敏传感器是一个模拟信号传感器，其电阻的阻值随温度上升而减小。1.6气动构件慧鱼模型的气动构件使用一个小型空气压缩机作为气源，压缩空气通 过气管，弯头，气阀，气缸等部件来传递动力，可模拟液压系统。1.7应用范围慧鱼创意组合模型主要有组合包、培训模型、工业模型三大系列，涵 盖了机械、电子、控制、气动、汽车技术、能源技术和机器人技术等领域 和高新学科，利用工业标准的基本构件（机械元件 /电气元件
11、/气动元件），辅以传感器、控制器、执行器和软件的配合，运用设计构思和实验分析， 可以实现任何技术过程的还原，更可以实现工业生产和大型机械设备操作 的模拟，从而为实验教学、科研创新和生产流水线可行性论证提供了可能， 世界知名的德国西门子、德国宝马、美国 IBM等一大批著名公司都采用慧 鱼模型来论证生产流水线。1.8慧鱼机器人的发展前景昨天1964年伟大的阿图.费舍尔先生为送给孩子一份有意义的生日礼物而 发明了 “六面可拼接体”，从那时候起，慧鱼创意组合模型以其牢固的拼 接方式，良好的拓展性，丰富的知识性和趣味性日益博得广大欧美青少年 乃至成人广泛的认可和钟爱，并建立庞大的慧鱼迷俱乐部。今天四十年
12、的实践教学表明：“慧鱼创意组合模型”发挥着极其重要的作 用。在美国，被PLTW(Project Lead The Way-非营利官方机构，即专为培 训全国的中小学教师及学生)作为工程、项目教学实践和基础性研究的首 选产品；在马来西亚，被列为政府采购的必备教具；在中国，作为“世界 银行高等教育发展项目”的2002、2003年度中标产品，慧鱼正日益为广大 中国教育界人士接受和认可。明天“创新教育的理想学具”作为广大用户和各方面的创新教育专家所给予 我们的评价和期许，将更加激励着我们扛起创新教育的旗帜积极探索中国 创新教育有效的实施途径，用我们优秀的产品和理念，用我们慧鱼人的赤 诚谱写中国创新教育的
13、崭新篇章。慧鱼创意组合模型的主要部件采用优质尼龙塑胶制造，尺寸精确，不易磨损， 可以保证反复拆装的同时不影响模型结合的精确度；构件的工业燕尾槽专利设计 使六面都可拼接，独特的设计可实现随心所欲的组合和扩充。1964年，慧鱼创意组合模型(fischertechnik)诞生于德国，是技术含量很 高的工程技术类智趣拼装模型，是展示科学原理和技术过程的理想教具，也是体 现世界最先进教育理念的学具，为创新教育和创新实验提供了最佳的载体。1.9慧鱼机器人类型一、慧鱼机器人组合包5种，每种各两个组合包。分别为：移动机器人组合 包、仿生机器人组合包、气动机器人组合包、实验机器人组合包、工业机器人组 合包。二、
14、慧鱼成品模型3种，分别为：三自由度机械手、双工作台流水线、带传 送带的冲床。三、慧鱼工业模型：柔性加工流水线1套。2. 移动机器人2.1发展背景但是我们为什么需要可移动机器人？让我们试着将“虚拟的飞蛾”的动作应 用到技术装置上。首先，一个很简单的例子就是寻光。我们将一个光条粘在地上 作为光源，把传感器面朝下并排放在一起，而非面向前。这样，如果是在仓库， 移动机器人就会从中找到自己的行进路线。沿着这条线，还有一些特殊的信息采 集点，如条形码，将引导机器人进行下一步的动作，比方说到达这些点时，抓取 和放下货盘。事实上，这样的机器人系统到今天已经存在了。在很多大医院里， 通常需要走很远的路来运送日常
15、所需的消耗品，比如被单枕套等，让护理人员运 输这些物资无疑是既耗时、耗财又费力的事情。当然，也大大减少了对病人照顾 的时间。图1最近今年里，科学家们开始研究另一种本质上非常相近的动作形式，走或跑。 开发出的机器人具备了用腿移动的能力。由布鲁塞尔皇家军事研究院研制的电气 气动步行机器人“阿基里斯”（Achille）就是一个六足步行机器人的典型。头 上和六条腿上分别都配备了照相机，阿基里斯能够机械的对提起或放下的障碍（物体或者坑）能够机械的做出反应。这种步行机器人能运用到各个地方，比如 轮轨式车辆不可能通过的坎坷或松软的地带，它翻越障碍，攀爬楼梯，跨越壕沟 进入诸如核电站、煤矿隧道等危险地带作业或
16、者进行营救。显而易见，移动机器 人在现代社会可以扮演非常重要的角色。2.2机械部分设计动力源的选择：电动机械传动装置的确定：齿轮传动；机械执行部件的设计：行走机构；控制部分硬件选型：接口电路板及PLC接口板；行程开关：控制部分软件的编制（LLWin.3.0软件）设计的主要参数：（1）双边单独驱动；（2）驱动方式：电机驱动；（3）运动参数：移 动范围：线长；移动速度:v（mPs）:根据工作要求定；回转范围:0360；2.3工作原理电动机通过齿轮传动，带动车轮转动。同时有一个四齿齿轮与车轮相连，同 时齿轮与一个极限开关相连，因此，当带轮转动一圈便会有4个脉冲产生并传向 主板，从而控制电动机的运行。改变机器人的前进方向。2.4系统线路图3.1摘要在仿
