慧鱼创意组合设计实验指导书2
慧鱼指导书原版彩图
慧鱼创新模型制作实验指导书机械与结构组（93291）第一节概述机械教具提供了动手实验大量的机构系统的机会，包括：旋转动作、动力传输、齿轮系统、斜齿轮、冠齿、小齿。
（杠杆和联杆）直线运动和旋转运动的相互转换——通过条齿、小齿、螺杆。
旋转运动转换到往复运动和摆动运动——通过凸轮、曲柄、滑块、杠杆链传动、滑轮传动、带传动使相关原理包含教学内容，包括：齿轮比、机械利益、速度比率和效率。
而用结构组能节省宝贵的教学时间，可省去用材料建立结构的时间，快速搭建简单结构，给学生提供了基础实验的机会，他们能依次设计、运做、评估。
一、实验目的：通过对慧鱼机械结构组模型，熟练的掌握机械结构的应用技术。
二、实验内容：机械结构组包括2类模型，分别为齿轮传动机构桁架机构三、实验步骤：（1）制作导线：将慧鱼模型中所给的导线如图所示连接好（2）电池与电动机的连接：(3)一些主要零件：实验一：立式铣床的的模型制作（93291－1）1．实验目的：通过立式铣床模型的制作，了解齿轮的传动。
2．实验步骤：（1）首先，如第一幅图所示找出所需零件，注意将元件放在底板上以防止丢失。
然后按照第二幅图所示将零件插好。
注意：图中1X代表需要该零件1个。
下同。
（2）注意：有颜色部分为本步骤中装配上的零件。
下同（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）（10）（11）（12）（13）（14）（15）总装图（16）操作方法：连接上电源后，通过开关控制使铣刀运转或停止。
实验二：工场起重机的模型制作（93291－2）1．实验目的：通过工程起重机模型的制作，了解桁架的稳定性。
2．实验步骤：（1）首先，如第一幅图所示找出所需零件，注意将元件放在底板上以防止丢失。
然后按照第二幅图所示将零件插好。
注意：图中1X代表需要该零件1个。
下同。
（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）（10）（11）（12）（13）（14）（15）（16）（17）。
慧鱼创意设计实验指导书
20 慧鱼创意设计实验指导书
一、实验目的
慧鱼创意设计实验是以培养学生的机械创意设计能力和工程实践能力为线，启发学生的创新思维能力和创新意识、提高学生综合利用所学知识解决实际问题的能力及手动能力为目标而设立的设计型、搭接型、综合性的实验。
二、实验要求
学生在作实验时，可以根据具体的功能要求，自己进行方案设计，然后利用相应的搭接设备“搭积木”一样将自己设计的方案亲手按比例组装成实物模型，然后可通过编程用计算机或PLC控制所搭接模型模拟真实工况进行动态演示，并可直观调整，验证并改进设计方案。
慧鱼设计任务书
机器创意设计报告任务编号与名称：04 工业搬运机器人姓名学号13 40 班级机电1302合作者学号13 094 班级机电1304实验日期2019年 4 月日一.任务书设计并组装一机器，实现该机器从A区出发，到B区拾取货物（小方块），搬运到C区并摞起来（两个为一摞），进行比赛看效果。
比赛规则在规定的时间内计算所摞货物的数量得分，成一摞的得五分，没能成一摞的得一分，分数高者胜出。
二.任务分析（功能需求分析，动作与运动分析，规则分析等）1.功能需求分析：该机器需要进行移动，应该有一个抓取货物的机构，有可以上下移动的机构（摞货物），可以进行脱机运行（需要下载程序的操作）2. 动作与运动分析：机器需要从A区移动到B区，先是转弯使头部朝向B区，前行到B区，通过可以上下移动的机构实现抓取货物的机构下移，拾取货物（可拾取多个），转弯使机器头部朝向C区，前行到C区，放下部分货物，通过可以上下移动的机构实现抓取货物的机构上移，移动到超过第一批放下的货物的高度，放下剩余的货物实现两批货物摞在一起。
转弯使机器头部朝向B区，前行到B 区，重复机器从A区到B区之后的所有动作及运动。
3. 规则分析：比赛规则：比赛规则要求我们的机器从A区移动到B区，然后抓取货物到C 区，胜出形式是在规定的时间里所得分数高者胜出。
分析：三个区之间的移动我们需要选择功率较大的电机，由于需要实现转弯的操作，因此我们只能使用两个电机（方便控制），而且由于实验室电机提供的型号以及数量已定，没有优势可言，再者由于每一位操作手都是新手，也就是说操作手的影响几乎可以忽略不计。
因此我们的制胜点应该考虑拾取货物的数量上，我们应该设计一款可以同时拾取多个货物的机构，我们可以在C区先放下一部分然后再摞起另一部分，这样我们就可以得到比较多个两个摞在一起的货物，这样我们就可以得到比较高的分数，最终胜出。
三.方案设计与选择（围绕功能实现，策略与创意方案，多方案比较）方案一：实现三个区的移动可以设计一款移动小车的底盘，上层机构与底盘隔开连接，空出来的部位安装慧鱼控制板以及接线。
慧鱼机器人创新设计报告书
目录摘要 (2)1. 模型的设计分析 (2)1.1机械模型的装配构成分析 (2)1.2驱动部件和传动机构的分析 (5)1.2.1 蜗轮蜗杆传动 (7)1.2.2机械手前后运动的传动机构 (6)1.2.3机械手上下运动的传动机构 (6)1.2.4机械手的夹紧放松的传动机构 (7)1.3控制器技术的分析 (9)1.3.1控制器技术分析 (9)1.3.2运动轨迹的位移、速度、加速度、运动形式等参数的控制 (9)2. 机器人总体结构设计 (9)2.1机器人总体结构设计 (9)2.2机器人机构设计 (10)3. 三维建模和机器人系统的总调试 (10)4. 项目感想 (11)5. 参考文献 (11)摘要采用德国慧鱼（fischertechnik）公司生产的创意教学组合模型来进行实验课程。
这些模型通过演示程序控制过程和机械结构中的传动，位研究设计工业自动化设备提供模拟示范。
模型有许多形状各异的仿真的机械零部件与电子驱动元件组成，可以进行富有想象力和创造力的装配，从而得到多样式、多功能的模拟机械装置。
教学模型具有驱动、感应识别、信息处理等功能。
因此还需通过计算机控制软件系统和智能信号接口盒，把几何造型、三维拼装和计算机语言有机结合在一起。
借助于设置动态变量参数则可设定机构运动方向并建立运动数学模型。
通过系统自带的计算机语言对任务进行编程，使生成的指令数据作用于模型。
它是机电一体化的产品，使由一套完整的机械电子系统组成的。
关键词：运动模型、装配、驱动部件、传动机构分析、自由度1.模型的设计分析1.1机械模型的装配与构成分析按照说明书的步骤，进行拼接，得到的机器人模型如图1所示，这种机器人主要由底座（或躯干）、上臂和前臂构成。
上臂和前臂可在通过底座的垂直平面上运动。
在前臂和上臂间，机械手有个肘关节；而在上臂和底座间有个肩关节。
在水平平面上的旋转运动，既可由肩关节进行，也可以绕底座旋转来实现。
这种机器人的工作包迹形成球面的大部分，称为关节式球面机器人。
机械设计专业综合实验-机构创新设计慧鱼拼装
设计性实验指导书实验名称：机械设计模型拼装实验实验简介：“慧鱼教具及创意组合模型”，又称为“工程积木”，“智慧魔方”。
它集教具和仿真模型于一身，是科技知识启蒙、创造性思维训练及创造力开发的最佳载体。
“慧鱼教具及创意组合模型”是由德国发明家、企业家、当今世界拥有专利最多（5000 项）的Artur Fischer 博士于1964 年发明问世的。
菲舍尔博士因此还荣获了德国诺贝尔工程奖。
“慧鱼”的技术含量极高。
目前，国际最前沿的工程技术，如仿生技术、气动技术、传感技术、计算机技术以及机器人技术等，在“慧鱼”中都实现了微型仿真替代。
“慧鱼”有各种型号和规格的零件近千种，一般工程机械制造所需要的零部件如连杆、齿轮、马达、蜗轮，以及汽缸、压缩机、发动机、离合器，甚至热（光、触、磁）敏传感器、信号转换开关、计算机接口等等，在“慧鱼”中都可以找到。
因此，“慧鱼教具及创意组合模型”零部件的仿真度，几乎能够实现任何复杂技术过程和大型设计的模型，使之真实地“再现”。
该实验设备能够组装各种机械及设备，将其用于辅助理论教学，将使学生获得很强的感性认识，并且能发挥其无限的创造力。
适用课程：机械设计专业综合实验实验目的：A 通过对动手组建模型，连线，控制模型等各阶段学习后，对慧鱼创意组合模型的运作方法有一个初步的熟悉；B 了解基本的机械结构和特点掌握电气动控制工业技术的基本概念、分类及特点；C 了解电气动元件的工作原理、种类和实际应用方式，电气动控制系统的组成和结构掌握基本的电气动控制技术的应用，了解现代自动化控制系统的结构和特点。
面向专业：机类实验项目性质：设计性实验地点：图书馆——506 室（机械系统创新实验室）开放办法：先登陆网站进行网上预约或到S403填写预约表进行预约，根据预约时间提前预习写出预习报告、进行实验。
实验分组： 5-6 人/组《机械设计专业综合实验》课程实验机械设计慧鱼模型拼装实验“慧鱼教具及创意组合模型”，又称为“工程积木”，“智慧魔方”。
慧鱼实验
21世纪将是个全面创新的时代,如何培养、提升现代学生的创造力、想象力与科学技能，来迎接这个竞争的时代?微型组合机器人能实现多种控制方式及多种模型设计，适合于机电一体化、工业自动控制、机械创新等课程，推荐采用PLC控制技术。
微型组合机器人配有教材，图文并茂、浅显易懂，对每一个模型都作深入浅出的原理说明、功能解释，鼓励学生举一反三、活学活用，让他们不断发展创新。
微型组合机器人是通过各种各样的构件(功能模块)组合拼装而成，因此，“构件”是模型的最小组成部分。
实验一计算机组合包创意实验设计一实验目的:1、熟悉慧鱼模型的各个模块。
2、了解三自由度机器人的基本结构。
3、能够运用计算机编程，合理控制机器人的运动。
4、能进行简单创意实验设计。
二实验器材:慧鱼计算机组合包一套慧鱼专用电源一套PC机一台LLWIN 软件一套接口电路板一块三实验原理:如图所示(见附图): 为一三自由度机器人，能够实现搬运工件的作用，三自* 由度机器人包括腰部、大臂以及夹钳。
腰部能够实现左右旋转运动，大臂能够实* 现上下的俯仰运动，夹钳则能够实现夹取物体。
该三自由度机械人总共涉及到6个行程开关以及3个电动机，其中M1驱动腰部* 旋转，M2驱动大臂俯仰，M3驱动夹钳的关闭。
E1用于限定夹钳的开闭位置，E2用* 于腰部旋转进行计数，E3限定了大仰起后的极限位置，E4用于夹钳的驱动轴旋转* 的次数进行计数，E5对大臂处的蜗杆旋转次数进行统计，E6限制腰部旋转的极限* 位置。
四实验内容1、按照装置图组装出机器人。
2、按照连线图将机器人各部与计算机数据线连好。
3、用计算机中的软件(LLWIN)对机器人进行控制操作。
(1) 对各个部分进行检测:M1M2M3E1E2E3E4E5E6全部测试通过后再进行以下实验内容。
(2) 调试出控制程度，进行连续操作。
4、对软件进行改编，使机器人实现更多的功能。
(1) 实现夹取与放置的换位。
(2) 改变大臂运动轨迹。
慧鱼创意组合设计实验指导书
《慧鱼创意组合设计实验》课程实验指导书江西理工大学机械基础实验室慧鱼创意组合设计实验指导书一、实验目的本实验主要基于慧鱼创意模型系统（fischertechnik）。
实验的目的是通过让学生学习动手组装模型机器人和建造自己设计的有一定功能的机器人模型产品，使学生体会创意设计的方法和意义；同时通过创意实验，使学生了解一些计算机控制、软件编程、机电一体化等方面的基础知识，加深对专业课学习的理解，为后续课的学习做一个很好地铺垫。
二、实验设备介绍1．慧鱼创意模型系统的组成：慧鱼创意模型系统（fischertechnik）硬件主要包括：1000多种的拼插构件单元、驱动源、传感器、接口板等。
拼插构件单元：系统提供的构件主料均采用优质的尼龙塑胶，辅料采用不锈钢芯铝合金架等，采用燕尾槽插接方式连接，可实现六面拼接，多次拆装。
系统提供的技术组合包中机械构件主要包括：齿轮、联杆、链条、齿轮（普通齿轮、锥齿轮、斜齿轮、内啮合齿轮、外啮合齿轮）、齿轴、齿条、涡轮、涡杆、凸轮、弹簧、曲轴、万向节、差速器、齿轮箱、铰链等。
驱动源：①直流电机驱动（9V、最大功率1.1W、转速7000 prn），由于模型系统需求功率比较低（系统载荷小，需求功率只克服传动中的摩擦阻力），所以它兼顾驱动和控制两种功能。
②减速直流电机驱动（9V、最大功率1.1瓦，减速比50：1/20:1）。
③气动驱动包括：储气罐、气缸、活塞、电磁阀、气管等元件。
传感器：在搭接模型时，你可以把传感器提供的信息（如亮/暗、通/断，温度值等）通过接口板传给计算机。
系统提供的传感器做为控制系统的输入信号包括：①感光传感器Brightness sensor （光电管）：对亮度有反应，它和聚焦灯泡配合使用，当有光（或无光）照在上面时，光电管 产生不同的电阻值，引发不同信号。
②接触传感器Contact sensor （触动开关）：如图1所示，当红色按钮按下，接触点1、3接通，同时接触点1、2断开，所以有两种使用方法：常开：使用接触点1、3，按下按钮＝导通；松开按钮＝断开；常闭：使用接触点1、2，按下按钮＝断开；松开按钮＝导通。
Fischer模型创意组合实验指导书
Fischer模型创意组合实验指导书一、实验学时本实验4学时。
二、实验目的使机电专业类学生通过机电一体化创意实验，对机电一体化形成整体概念，掌握有关机电一体化技术的基本理论知识和设计方法，经历从设计到完成机电一体化系统装置的整个过程，提高学生综合运用各门知识、解决实际问题的能力，并在实验中培养创新能力、想象力和科学技能。
三、实验装置及主体功能慧鱼(fischer)组合模型包，其中又可分为以下三种类型的模型包：实验机器人(Experimental Robot)、 传感器技术（Profi Sensoric）、气动机器人(Pneumatic Robot)。
慧鱼组合模型包的组成可分为四大类：机械零件、气动零件、电气构件和软件。
模型包的这些零件基本涵盖了机电一体化系统应包含的要素，如机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感器测试部分、控制及信息处理部分。
用这些零件可以拼装成一个工程技术模型，模型控制方式是通过智能接口板实现微机控制。
1、机械零件包括：齿轮、齿条、连杆、链条、履带、蜗轮、蜗杆、曲轴、齿轮箱及构筑零件等；2、电气零件包括：储气罐、压缩气缸、气管、气管联接头、弹簧等；3、电气零件包括：智能接口板、马达、9V直流电源、传感器（光敏、热敏、磁敏、电位器、接触开关）、单向阀、电磁铁、发光管；4、软件包括：Llwin2.1编程软件；《机器人技术软件手册》；智能接口板》；《Experimental Robot》、《Profi Sensoric》、《Pneumatic Robot》范例拼装图册。
每一种慧鱼(fischer)模型包拥有的零件类型及相应数量详见：《Experimental Robot》图册中的Page 62～65、《Profi Sensoric》图册中的Page 2～4、《Pneumatic Robot》图册中的Page 2～4。
四、实验内容创意组合模型实验的内容主要是进行机电一体化产品模型的设计、制作，并实现模型运动控制。
慧鱼创意组合设计实验指导书2013
《慧鱼创意组合设计实验》课程实验指导书江西理工大学机械基础实验室慧鱼创意组合设计实验指导书一、实验目的本实验主要基于慧鱼创意模型系统（fischertechnik ）。
实验的目的是通过让学生学习动手组装模型机器人和建造自己设计的有一定功能的机器人模型产品，使学生体会创意设计的方法和意义；同时通过创意实验，使学生了解一些计算机控制、软件编程、机电一体化等方面的基础知识，加深对专业课学习的理解，为后续课的学习做一个很好地铺垫。
二、实验设备介绍1．慧鱼创意模型系统的组成：慧鱼创意模型系统（fischertechnik ）硬件主要包括：1000多种的拼插构件单元、驱动源、传感器、接口板等。
拼插构件单元：系统提供的构件主料均采用优质的尼龙塑胶，辅料采用不锈钢芯铝合金架等，采用燕尾槽插接方式连接，可实现六面拼接，多次拆装。
系统提供的技术组合包中机械构件主要包括：齿轮、联杆、链条、齿轮（普通齿轮、锥齿轮、斜齿轮、内啮合齿轮、外啮合齿轮）、齿轴、齿条、涡轮、涡杆、凸轮、弹簧、曲轴、万向节、差速器、齿轮箱、铰链等。
驱动源：①直流电机驱动（9V 、最大功率1.1W 、转速7000 prn ），由于模型系统需求功率比较低（系统载荷小，需求功率只克服传动中的摩擦阻力），所以它兼顾驱动和控制两种功能。
②减速直流电机驱动（9V 、最大功率1.1瓦，减速比50：1/20:1）。
③气动驱动包括：储气罐、气缸、活塞、电磁阀、气管等元件。
传感器：在搭接模型时，你可以把传感器提供的信息（如亮/暗、通/断，温度值等）通过接口板传给计算机。
系统提供的传感器做为控制系统的输入信号包括：①感光传感器Brightness sensor （光电管）：对亮度有反应，它和聚焦灯泡配合使用，当有光（或无光）照在上面时，光电管 产生不同的电阻值，引发不同信号。
②接触传感器Contact sensor （触动开关）：如图1所示，当红色按钮按下，接触点1、3接通，同时接触点1、2 断开，所以有两种使用方法：常开：使用接触点1、3，按下按钮＝导通；松开按钮＝断开；常闭：使用接触点1、2，按下按钮＝断开；松开按钮＝导通。
慧鱼机器人课设(说明书).
课程设计报告学生姓名:XXX 学号：201131xxxx学院: 机械工程学院班级: 机械xx班题目: 慧鱼组合机器人的组装设计指导教师：陈国君职称: 高级工程师 2014年 12 月 31 日目录1．绪论 11.1课题背景 11.2 慧鱼机器人 21.3 走进实验室 21.4 按键式传感器 31.5 设计工作原理 31.6慧鱼模型操作规程 52.四足仿生机器人（乔）52.1四足仿生机器人简介 52.2四足仿真机器人模型 62.3四足仿生机器人仿真程序 72.4四足仿生机器人连线图和结构简图 73. 双足步行仿生机器人（吉姆）83.1双足步行机器人简介 83.2机械部分设计 83.3工作原理和系统线路图 93.4双足步行机器人结构简图和仿真模型 93.5双足步行机器人仿真程序 104.1任务分配 11一、绪论慧鱼创意组合模型是一种技术含量很高的工程技术类拼装模型，是展示科学原理和技术过程的理想教具。
本设计是以德国慧鱼创意积木所组成的仿生模拟机器人为其基本架构，透过人机界面LLwin,经由智慧型微电脑界面去驱动机器人，使机器人细部动作很容易达到我们的需求，进而取代以往由硬件描述语言所驱动架构。
通过慧鱼模型的组装，程序的编制，任务的完成，阐述机械机构之间的配合关系，各种传感器的安装和使用，以及软件程序的编制思维，实现对伺服电机的控制，不但操作简单，更可使我们了解机械运作的原理。
由于机器人的发展和快速广泛地被使用，可知科学家对于机器人的功能要求也相对提高，除了超强的逻辑运算、记忆能力，另外在机器人的外表及内部结构，科学家更希望模仿人类。
对于外在资讯的选集，也透过各种传感器，企图达到类似人类各种触觉的功能，选集了外在环境的资讯，一旦外在环境变化，机器人也要随之变化，做出该有的动作，更新自己的资料库，达到类似人类学习的功能。
1.1课题背景1964年，慧鱼创意教学组合模型（fischertechnik）诞生于德国，是由德国发明家Arthur Fischer 博士在 1964 年从其专利“六面拼接体”的基础上发明的。
【国防科技大学】慧鱼作品设计说明书
模块化自适应救援机器人-------------设计说明书参赛学校：国防科技大学学员姓名：喻煌超、梁杰、卢钟岳、周辉、张弛指导教师：尚建忠、梁科山目录一、创新构思 (1)二、方案设计 (3)三、创新点 (10)四、实用化可行性分析 (12)五、成本分析 (14)六、应用前景 (15)一、创新构思救援破障工作正在向快速化、高效化、科学化等方面发展，利用特种设备执行救灾任务已经成为世界各国日益关注的重点。
针对当前现有设备无法通过自动更换模块化的机构来适应具体工作这一现状，本研制小组在多种用于破障、救援、工程等特种机构的已有基础上，设计了一个能够根据工作要求的不同，自动更换并运行清障、挖掘、推土、生命探测、通讯、爆破、装卸、清扫、起重、切割、牵引、升降等多种模块的机器人。
灾难发生后的处理工作大致可以分为清除障碍，救援灾民，重建家园这三阶段。
这都离不开特种设备的参与，但由于救灾工作的特殊性，每一阶段分别只对特定的几种设备有大规模的需求。
而灾区普遍交通不畅，运输困难，无论是从特种设备的种类还是数目上来考虑，都无法保证满足工作的需求。
于是本研制小组设想制作出一种基于特种车辆工作机构模块化的自适应救援机器人。
图1 作品整体图此机器人可根据具体环境的需要，自动卸下原模块，更换上所需的相应模块，以此达到随机应变、一机多用的目的，适用于复杂多变的救灾工作。
此外，由于采用了智能控制程序，可以避免救援人员亲自深入到充满危险的环境中，从根本上消除了人员伤亡的可能性。
此机器人可利用所搭载的两个机械臂并行处理多种工作，还可通过两个机械臂配合完成复杂的工作，能够极大的提高作业效率。
而且机械臂仅需在机器人的前方作业便可将石、土通过底盘上所加载的卷扬机和传送带运送到后面的运输车上。
此设计可以适用于狭小的工作环境，有效地弥补了现有工具的不足。
此外，本机器人还可装备工程兵部队，在短时间内制造大量工事；也可加载武器模块，应用到复杂多变的战场环境，处理战场上的特殊情况。
“智慧型”慧鱼实验室设计说明书
2014年第六届全国大学生机械设计创新大赛慧鱼组作品设计说明书作品名称：“智慧型”慧鱼创意实验室设计者指导教师：参赛单位：天津工业大学日期： 2014年1月11日“智慧型”慧鱼创意实验室设计者：指导教师：（天津工业大学机械工程学院，天津300387）摘要本作品设计是将物联网技术与传统的机械结构相结合，设计一“智慧型”慧鱼创意实验室。
该实验室设计主要致力于如何更好地建设未来慧鱼实验室、利用慧鱼零件来满足对机械相关专业课程学习的需要，能够使课堂教学更加丰富、更具吸引力。
该实验室分为四大区域，分别是零件摆放区、拼接区、成品展示区和作品演示区，每块区域都涵盖了不同的简单机械装置。
实验室用慧鱼零件拼接成机械装置完成，并利用WIFI和二维码技术将慧鱼零件、作品与互联网上的电子信息相连接、以手机为终端读取相应机械装置的机械原理知识及机构间运动关系的分析，拓展慧鱼实验室的使用功能。
关键词：智慧型慧鱼实验室二维码作品内容简介本作品旨在设计一“智慧型”慧鱼创意实验室，将物联网技术与传统的机械结构相结合，不仅满足现有慧鱼实验室的基本需求，同时体现未来实验室的智能型、知识共享性。
mm，室内分为三大区域，分别是本实验室模型的整体尺寸为800x600x5003零件摆放区和拼接区、成品展示区和作品演示区、休息区。
零件摆放与拼接区设计一公共零件存放盒，以满足不同种类零件的存放要求。
零件拼接区设计一可折叠桌椅，以减少对实验室的占有率，提高现有实验室的使用率。
在拼接桌上面有控制面板，按下具体功能键会有相应的零件盒翻转，体现零件查找自动化。
成品展示区所展示的是机械原理模拟区、往年竞赛的优秀作品和校企合作产品，用慧鱼模型去展示机械原理相关知识点，以对机械原理会有更深入的了解，也减少对实物模型的依赖进而节省实验费用。
成品展示区中的典型的实例和机构上，均设有二维码，学生通过手机扫描二维码可了解到该机构的原理和其它的应用，并将相关信息存到手机中，随时查阅，将现有实验室的知识进行拓展，提高实验室使用的智能化。
河北科技大学个性化教育慧鱼组说明书正文
河北科技⼤学个性化教育慧鱼组说明书正⽂慧鱼创意组合模型设计报告书⽬录1 模型设计及简介 (2)1.1寻踪迹机器⼈组合说明 (2)1.1.1 测量机器⼈组合简介 (2)1.1.2实验步骤 (2)1.1.3实验注意事项 (9)1.2 其他组合简介 (9)2.创新设计及详细说明 (15)2.1创意 (15)2.2模型搭建 (15)2.3组装 (15)2.4控制程序 (17)2.5试验 (17)3.遇到的问题 (18)4结语 (19)1 模型设计及简介⼗⼀个⽰例模型有：通信号灯、洗碗机、温度调节器、基础标准型⼩车、电梯、⼲⼿机、寻踪迹机器⼈、测量机器⼈、⾜球机器⼈、割草机和叉车。
在这11个模型中，寻踪迹机器⼈是我的重点学习和研究对象。
1.1寻踪迹机器⼈组合说明1.1.1寻踪迹机器⼈组合简介随着科学技术的发展机器⼈传感器的种类越来越多，其中视觉传感器成为⾃动⾏⾛和驾驶的重要部件，寻轨迹机器⼈就是灰度传感器根据铺在地上的⿊线和⽩⾊纸背景之间的颜⾊产别来控制⽅向的，现在⽆⼈⼯⼚，仓库，服务机器⼈领域等都有应⽤这⼀技术，在⾃动化的未来，寻轨迹机器⼈会得到越来越⼴的应⽤。
寻轨迹机器⼈⼯作原理如下：就是灰度传感器根据铺在地上的⿊线和⽩⾊纸背景之间的颜⾊产别来控制⽅向的，通过灰度来控制导线中的电流的有⽆，控制电机的旋转，控制寻踪车的前进和后退。
1.1.2实验步骤（1）准备⼯作按照所给寻踪迹机器⼈的视图，了解并熟悉组装的寻踪迹机器⼈模型（模型如下图1）所要实现的功能和其⽤途，观察分析所给样图，从慧鱼提供的所有部件中找出该模型需要的机械构件和电⽓元件。
然后将所找的零件分类。
具体准备⼯作如下：电机两个，慧鱼智能接⼝板⼀个，电源，以及下图2中的零件。
图1寻踪迹机器⼈模型图图2寻踪迹机器⼈零件图（2）组装a组装第⼀个零件。
图3 组装第⼀步b安装车轮图4组装第⼆步c第三步组装图图5 组装第三步d第四步组装图图6组装第四步e安装电动机图7组装第五步f安装线路板图8 组装第六步g 安装传感器图9 组装第七步h组装完成模型整体图图10 组装第⼋步i线路板接线总览图图11组装第九步（3）连接电路连接电路主要是将输⼊、输出元件与慧鱼智能接⼝板连接起来。
慧鱼使用说明
慧鱼教具编程模块简介
9）Terminal——终端模块
①
②
终端模块用于在程序运行时
③
显示及输入特定值。该模块也放
④
置于程序表面，不与其它模块相
⑤ ⑥
连。
⑦
⑧
慧鱼教具编程模块简介
10）Display——显示模块
显示功能模块用来在Terminal 终端 模块的两个显示窗口中显示数据值、变量 或输入端口EX~EY或EA~ED。当插入模 块时，在功能模块的对话框中选择使用窗 口DS1或DS2，及要在其中显示的数据。
马达
灯泡
电磁铁
插入该功能模块时，应从“Type” 对话框中选择显示对应的图标。 在“Action” 中选择希望的输出状态。
慧鱼教具编程模块简介
2）Input——输入模块
按键开关 光电传感器 磁敏感应器
插入该功能模块时，应从“Type” 对话框中选择显示的对应图标。 在“Branch to the right at” 中选择 希望的输出状态。
慧鱼教具编程模块简介
7）Reset——复位模块
复位模块的功能是当满足对话 框的条件时，复位模块将项目的步 骤复位从头开始。该模块放于程序 的表面，不用画线与其它模块相连。 在一个项目中，只可以使用一次复 位模块。
慧鱼教具编程模块简介
8）Emergency Stop——急停模块
急停模块用来关闭接口板 上所有输出端口。该模块放于 程序的表面，也不用画线与其 它模块相连。在一个项目中， 也只可以使用一次急停模块。
慧鱼教具编程模块简介
5）Start——开始模块
每一个流程图都应有一个Start功能模块， 而且不同的流程图同时开始。
其功能模块图标为：
慧鱼模型说明书
2.1 所建模型的主要功能
本次实践中我们组所设计的慧鱼模型三维图如图1，其主要功能是可通过人工控制机械臂的张合，伸长缩短以及方位旋转等，能够灵活实现大型物件的夹持、运输、安型的主要原动件为如图2所示的摇柄，传动机构为如图3所示的一对锥齿轮啮合，执行机构为如图4所示的可转圆台。传动过程为通过摇动手柄，带动手柄末端的锥齿轮旋转，然后通过锥齿轮副带动竖直杆旋转，由于模型中竖直杆与圆台是过盈配合，因此可带动圆台旋转，从而实现机械手臂的旋转操作。
（3）可另设一个控制室，使操作环境更加舒适，使操作人员对机械手的方位观察得更加清晰。
（4）可增设机械手的关节，使其结构更加接近人手，从而提高机械手的灵活度，更加容易夹持物件，并容易控制夹持所需力度。
2.2 结构设计……………………………………………………………………………2
3 性能拓展说明部分…………………………………………………………………… 4
1 绪论
1.1创新创业实践Ⅱ性质目的
《创新创业实践Ⅱ》作为一门实践性必修课程，旨在提高机械设计制造及其自动化专业学生的实践动手能力，同时增进学生对机械以及控制的了解。
图2
图3
图4
另外，如图5所示模型中的机械手臂可以实现上下摆动、伸长缩短、手爪开合的操作。
图5
3 性能拓展说明部分
此模型只是人控机械手臂的雏形，当中还有很多可以改进、拓展的地方，现举例分述如下：
（1）底盘可改成履带式并增设原动机，即可实现模型整体的平面移动，使模型的行进方位更加灵活。
（2）此模型原动件为手柄，但实际应用中可改成步进电动机，通过控制对电动机转速、转数的控制实现机械手旋转快慢、旋转角度的更精确的控制。
1 绪论…………………………………………………………………………………… 1
【国防科技大学】慧鱼作品设计说明书
模块化自适应救援机器人-------------设计说明书参赛学校：国防科技大学学员姓名：喻煌超、梁杰、卢钟岳、周辉、张弛指导教师：尚建忠、梁科山目录一、创新构思 (1)二、方案设计 (3)三、创新点 (10)四、实用化可行性分析 (12)五、成本分析 (14)六、应用前景 (15)一、创新构思救援破障工作正在向快速化、高效化、科学化等方面发展，利用特种设备执行救灾任务已经成为世界各国日益关注的重点。
针对当前现有设备无法通过自动更换模块化的机构来适应具体工作这一现状，本研制小组在多种用于破障、救援、工程等特种机构的已有基础上，设计了一个能够根据工作要求的不同，自动更换并运行清障、挖掘、推土、生命探测、通讯、爆破、装卸、清扫、起重、切割、牵引、升降等多种模块的机器人。
灾难发生后的处理工作大致可以分为清除障碍，救援灾民，重建家园这三阶段。
这都离不开特种设备的参与，但由于救灾工作的特殊性，每一阶段分别只对特定的几种设备有大规模的需求。
而灾区普遍交通不畅，运输困难，无论是从特种设备的种类还是数目上来考虑，都无法保证满足工作的需求。
于是本研制小组设想制作出一种基于特种车辆工作机构模块化的自适应救援机器人。
图1 作品整体图此机器人可根据具体环境的需要，自动卸下原模块，更换上所需的相应模块，以此达到随机应变、一机多用的目的，适用于复杂多变的救灾工作。
此外，由于采用了智能控制程序，可以避免救援人员亲自深入到充满危险的环境中，从根本上消除了人员伤亡的可能性。
此机器人可利用所搭载的两个机械臂并行处理多种工作，还可通过两个机械臂配合完成复杂的工作，能够极大的提高作业效率。
而且机械臂仅需在机器人的前方作业便可将石、土通过底盘上所加载的卷扬机和传送带运送到后面的运输车上。
此设计可以适用于狭小的工作环境，有效地弥补了现有工具的不足。
此外，本机器人还可装备工程兵部队，在短时间内制造大量工事；也可加载武器模块，应用到复杂多变的战场环境，处理战场上的特殊情况。
慧鱼实验_精品文档
慧鱼实验21世纪将是个全面创新的时代,如何培养、提升现代学生的创造力、想象力与科学技能，来迎接这个竞争的时代微型组合机器人能实现多种控制方式及多种模型设计，适合于机电一体化、工业自动控制、机械创新等课程，推荐采用PLC控制技术。
微型组合机器人配有教材，图文并茂、浅显易懂，对每一个模型都作深入浅出的原理说明、功能解释，鼓励学生举一反三、活学活用，让他们不断发展创新。
微型组合机器人是通过各种各样的构件(功能模块)组合拼装而成，因此，“构件”是模型的最小组成部分。
实验一计算机组合包创意实验设计一实验目的:1、熟悉慧鱼模型的各个模块。
2、了解三自由度机器人的基本结构。
3、能够运用计算机编程，合理控制机器人的运动。
4、能进行简单创意实验设计。
二实验器材:慧鱼计算机组合包一套慧鱼专用电源一套PC机一台LLWIN软件一套接口电路板一块三实验原理:如图所示(见附图):为一三自由度机器人，能够实现搬运工件的作用，三自由度机器人包括腰部、大臂以及夹钳。
腰部能够实现左右旋转运动，大臂能够实现上下的俯仰运动，夹钳则能够实现夹取物体。
该三自由度机械人总共涉及到6个行程开关以及3个电动机，其中M1驱动腰部旋转，M2驱动大臂俯仰，M3驱动夹钳的关闭。
E1用于限定夹钳的开闭位置，E2用于腰部旋转进行计数，E3限定了大仰起后的极限位置，E4用于夹钳的驱动轴旋转次数进行计数，E5对大臂处的蜗杆旋转次数进行统计，E6限制腰部旋转的极限一些置。
四实验内容1、按照装置图组装出机器人。
2、按照连线图将机器人各部与计算机数据线连好。
3、用计算机中的软件(LLWIN)对机器人进行控制操作。
(1)对各个部分进行检测:M1M2M3E1E2E3E4E5E6全部测试通过后再进行以下实验内容。
(2)调试出控制程度，进行连续操作。
4、对软件进行改编，使机器人实现更多的功能。
(1)实现夹取与放置的换位。
(2)改变大臂运动轨迹。
五实验思考题1、单个测试腰部可旋转，但整体测试时腰部却不按程序规定的运行，可能是什么原因2、大臂可以俯仰，但程序并不向下运行，会是什么原因3、夹钳不能开闭，会是什么原因4、如何实现运动轨迹投射到平面后为非矩形实验二移动机器人创意实验设计一实验目的:1、了解移动机器人的基本结构2、能够运用计算机编程，控制移动机器人的运动3、进行创意实验设计二实验器材:慧鱼移动机器人组合包一套慧鱼专用电池盒一个或专用电源一套PC机一台(要求:486、66以上，8M以上内存，空闲的LPT2口)LLWIN专用软件一套，(WINDOS3、1以上或WINDOWS95)接口电路板一块电缆若干三实验原理如图所地：为一跟踪光源移动机器人，能够跟踪光源而运动。
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《慧鱼创意组合设计实验》课程实验指导书江西理工大学机械基础实验室慧鱼创意组合设计实验指导书一、实验目的本实验主要基于慧鱼创意模型系统（fischertechnik ）。
实验的目的是通过让学生学习动手组装模型机器人和建造自己设计的有一定功能的机器人模型产品，使学生体会创意设计的方法和意义；同时通过创意实验，使学生了解一些计算机控制、软件编程、机电一体化等方面的基础知识，加深对专业课学习的理解，为后续课的学习做一个很好地铺垫。
二、实验设备介绍1．慧鱼创意模型系统的组成：慧鱼创意模型系统（fischertechnik ）硬件主要包括：1000多种的拼插构件单元、驱动源、传感器、接口板等。
拼插构件单元：系统提供的构件主料均采用优质的尼龙塑胶，辅料采用不锈钢芯铝合金架等，采用燕尾槽插接方式连接，可实现六面拼接，多次拆装。
系统提供的技术组合包中机械构件主要包括：齿轮、联杆、链条、齿轮（普通齿轮、锥齿轮、斜齿轮、内啮合齿轮、外啮合齿轮）、齿轴、齿条、涡轮、涡杆、凸轮、弹簧、曲轴、万向节、差速器、齿轮箱、铰链等。
驱动源：①直流电机驱动（9V 、最大功率1.1W 、转速7000 prn ），由于模型系统需求功率比较低（系统载荷小，需求功率只克服传动中的摩擦阻力），所以它兼顾驱动和控制两种功能。
②减速直流电机驱动（9V 、最大功率1.1瓦，减速比50：1/20:1）。
③气动驱动包括：储气罐、气缸、活塞、电磁阀、气管等元件。
传感器：在搭接模型时，你可以把传感器提供的信息（如亮/暗、通/断，温度值等）通过接口板传给计算机。
系统提供的传感器做为控制系统的输入信号包括：①感光传感器Brightness sensor （光电管）：对亮度有反应，它和聚焦灯泡配合使用，当有光（或无光）照在上面时，光电管 产生不同的电阻值，引发不同信号。
②接触传感器Contact sensor （触动开关）：如图1所示， 当红色按钮按下，接触点1、3接通，同时接触点1、2 断开，所以有两种使用方法：常开：使用接触点1、3，按下按钮＝导通；松开按钮＝断开；常闭：使用接触点1、2，按下按钮＝断开；松开按钮＝导通。
③热传感器Thermal sensor （NTC 电阻）：可测量温度。
温度20°C 时，电阻值1.5K Ω。
NTC 的意思是负温度系数，温度升高电阻值下降。
④磁性传感器 Magnetic sensor ：非接触性开关。
⑤红外线发射接收装置：新型的运用可控制所有马达电动模型的红外线遥控装置由一个强大的红外线发射器和一个微处理器控制的接收器组成。
有效控制范围是10米，分别可控制三个马达。
接口板：自带微处理器，程序可在线和下载操作，用LLWin3.0或高级语言编程，通过RS232串口与电脑连接，四路马达输出，八路数字信号输入，二路模拟信号输入，具有断电保护功能（新版接口），两接口板级联实现输入输出信号加倍。
PLC 接口板：实现电平转换，直接与PLC 相连。
智能接口板自带微处理器，通过串口与计算机相连。
在计算机上编的程序可以移植到接口板的微处理器上，它可以不用计算机独立处理程序（在激活模式下）。
慧鱼创意模型系统ROBPRO 软件：ROBPRO 软件是一种图形编程软件，简单易用，实时控制。
用PLC 控制器控制模型时，采用梯形图编程。
编辑程序的其最大特点是使用系统提供的工具箱中的功能模块就可以建立控制程序（无须其它高级计算机语言的背景做支持），图标式的功能模块简单易懂。
模型可用电脑、PLC 或 单片机对其进行控制。
3 2 图1触动开关原理示意图2．控制元件基本原理——控制元件的种类、基本原理、功能及使用下面主要介绍在模型机器人的组装过程和控制过程中将会遇到的以下几种主要控制单元和其简单的工作原理。
①气动元件相关知识：在组装气动机器人时会用到气缸作为执行机构，气缸中的空气可以被压缩，压缩得越大，气缸里的压强越大。
压强单位是“帕”或“帕斯卡”，压强的计算公式： 面积压力压强= A F P =P=13.6×103千克/米3×9.8牛/千克×0.76米＝1.01×105帕相当于质量为1千克的物体所受的重力在1厘米2 的面积上产生的压强。
②气动活塞（气缸）运动原理：如图2所示。
图中： A 、B ——进出气口，可与气管连接C 、D ——活塞、活塞杆（活塞与活塞杆连接）E 、F ——气缸壁、密封圈活塞C 可以在封闭的气缸壁E 中运动——当A 口开进气，B 口开出气时：活塞杆D 右移； A口开出气，B 口开进气时：活塞杆D 左移。
③压缩机压缩机有三部分组成：电动机驱动、空气压缩气缸、储气罐。
工作原理：电机带动曲柄轴转动，活塞杆与曲柄轴连接，使电机的周转运动转变为活塞杆做左右往复运动。
活塞杆向右运动时，口吸入空气，当活塞杆向左运动时，使压缩空气压入储气罐。
④手动切换阀手动切换阀如图3所示：中间的接头（P ）是进气口，左右两个接头（A 和B ）则用气管接到气缸。
下面的接头（R ）是放气口，用来释放从气缸回来的气体。
这种阀还有三个切换位置（左－中－右），在气动学中，称之为四通三位阀。
图4示意了在不同开关的位置进气阀的回路。
图3 手动切换阀图4进气阀的回路图左 右 图2 双动气缸⑤ 传感器传感器做为一种“感应”元件，可以将物理量的变化转化成电信号，做为输入信号给计算机，经过计算机处理，达到控制执行元件的目的。
接触传感器——作为数字传感器的开关（触动开关）简单的逻辑电平“0”和“1”可以用一个开关来描述。
当触动开关被按下与松开时，在电路中意味着导通与断开，在逻辑电路中就意味着“0”和“1”两种状态。
触动开关的工作原理如图5所示：触点1与按钮的机械结构是杠杆机构，在切换动作中，当按下按钮，触点切换发出轻微的滴答声时，你可以清晰地感到一个压力点，当触点1与触点2断开时与触点3接通。
如果我们慢慢地松开开关，必须让杠杆充分地回位，机械开关接通和断开的位置之差称为滞后。
触点或其它电子开关的切换滞后是一个重要的特性。
如果不存在滞后作用，在开关上的微小抖动就会导致一些意想不到的触头动作，可能导致不可预测的事件。
这里的开关设计成了一个过变型开关。
做为输入模块（INPUT－表示按钮已被按下；做为脉冲模块（Edge ）6触发信号示意图所示：感光传感器——利用光电效应原理制成，用光电三极管检测光线。
光电三极管是一种半导体器件，其电气特性取决于光线。
一个常见的三极管有三个极：基极b 、发射极c 、集电极e ，如图7所示，其主要功能在于放大弱电信号。
流进三极管基极的弱电流，可以在集电极产生大得多的电流，电流放大系数可以达到1000倍以上。
慧鱼模型使用的光电三极管可以理解为一个光电池和三极管的组合，光电池负责将光信号变成弱电信号，三极管承担放大电流的功能。
光电三极管既可以用做数字传感器，也可以用在模拟传感器。
在第一种情况下，它作为检测光线明暗的转换（0－1），作为数字传感器工作；第二种情况下，它可以分辨光线的强弱，这样就作为模拟量传感器来工作。
超声波距离传感器——反映传感器与障碍物的距离，测量距离约为4m ，相应的检测数值以cm 在程序检测界面显示。
直接将其连接到D1或D2端即可。
颜色传感器——不同颜色表面的反射光波长不同。
以0-10V 电压的形式输出。
反射光的强弱与环境光、物体表面与传感器的距离等因素有关。
你可以在程序检测界面的A1或A2中得到相应0-1000的数值。
传感器的一端接到信号A1或A2端，另一端接到9V 电源端及公共端。
轨迹传感器——可以寻找到白色表面的黑色轨道。
（传感器检测表面应为5mm-30mm ，它包含两个发射和两个接收装置，连接该传感器你需要有两个数字量输入端和9V 电源端。
⑥白炽灯——用作信号输出白炽灯用来输出简单的光信号，称之为光执行器。
白炽灯结构非常简单，钨丝在真空玻璃种由两极引出，当电流流过灯丝，钨丝加热直到变白。
用白炽灯作光源，三极管就能分辨触由不同波长的光反射而成的彩色光信号，慧鱼组合包里的白炽灯有一个显著的特点，光线在玻璃灯泡中被集中，这样就提高了光线的聚焦性，而且能够更准确地检测光信号。
⑦直流电机——作为动力源模型系统中，直流电机是重要的执行器。
直流电机由一个旋转的“转子”和一个固定的“定子”组成，转子原理上可以理解为一个处在定子磁场中的导体线圈，如果电流流过线圈，就产生了转矩，可以使导体在磁场中移动。
很多直流电机用永磁铁物质来产生所需的磁场，叠成定子的磁板。
电流是用滑常闭 常开 3 图5 触动开关工作原理图 0 1 0 1 0-1上升沿 1-0下降沿图6 触发信号示意图 e c 图7光电三极管示意图动连接电刷传到转动的转子上的，这些电刷使同一时间在线圈的电流反向，以使旋转运动不会中断，正常电机的转速在每分钟几千转。
模型系统的更多内容参见实验室提供的设备说明书和模型样本。
三、实验内容及任务创意设计实验由两个实验模块组成，其模块间的关系如图8所示：图8实验模块关系图1．.实验一——样品模型制作与软件学习创意模型系统提供以下样本模型，供初学者看图制作，实现对机器人模型的计算机控制。
机械与结构组合包:认识汽车内的动力传动方式;汽车中的档位变换—剖析变速器，各个档位的变速比计算;汽车转向的实现—转向装置的结构;后轮驱动与四轮驱动;差动齿轮的工作原理。
电子技术包：通过电子控制和机械结构的结合，拼接成体现电子控制技术各种模型，让学生了解电子技术的相关原理和工作工程。
模型典型有：电梯；交通指示灯；自动烘手机；防盗报警系统；自动分配器。
机器人技术入门包：主要传授机器人控制入门知识。
利用说明书，学生能在很短的时间里组合8种模型，其中有烘手器、停车场栏杆控制器、焊接机器人等。
模型和PC是通过智能接口板连接起来的，能很方便很快速地用图形化编程语言ROBO Pro对模型编程。
该组合包包含数量众多的fischertechnik构件、马达、灯泡、传感器及齿轮箱。
通过编程控制红绿灯，移动门、自动冲压机、停车栏杆，不断创新，不断改进你的程序，使之达到最佳效果。
工业机器人：提供模型包括翻转机、柱式机械手、全自动焊接机、四自由度机械手等。
模型在工业加工中都可以找到原型，表现了工件被翻转、运送、焊接的各个过程，这四种模型既可单独使用，也可联合起来，组成一套闭环加工系统。
气动机器人：提供模型包括气动门、分拣机、加工中心等，通过电脑编程控制各类气动元件的组合动作，完成工件的传递、加工、转移、归类等系列动作。
移动机器人：模型包括可检测边沿的机器人，躲避障碍的机器人，光线追踪者，AGV小车，电子飞蛾，无人驾驶运输系统。
小车可追踪光源、轨迹，两个大功率马达分别控制两个前轮，实现前进、后退及转向动作。
仿生机器人：仿生技术是一门新兴技术，经模拟自然界万事万物的运动方式，提高各种实用机器的速度和效率。