慧鱼系列移动机器人

工学院毕业设计（论文）

移动机器人模型设计

专业：机电一体化技术

班级：机电0911

学号：

学生姓名：

指导教师：

二零一一年四月

I

目录

摘要 (1)

第1章绪论 (2)

1.1 慧鱼创意组合模型概述 (2)

1.2 课题的内容及意义 (2)

第2章移动机器人慧鱼模型设计 (4)

2.1 模型的总体设计 (4)

2.1.1 模型实物图 (4)

2.1.2 模型示意图 (4)

2.2 模块设计 (6)

2.2.1 升降模块设计 (6)

2.2.2 水平模块设计 (8)

2.2.3 底座智能旋转模块设计 (9)

2.2.4 智能判断模块设计 (11)

2.3 慧鱼模型接线图 (12)

第3章移动机器人调试 (13)

3.1 硬件调试 (13)

3.2 软件调试 (13)

第4章结论 (15)

谢辞 (16)

参考文献 (17)

摘要:在参考市场上的机器人的机构和外观后，根据慧鱼模型在符合自身情况的比例对机器人进行整体框架的设计。接着，在模型上安装数个电机提供机器人运动的动力，并用蜗轮蜗杆，齿轮等传动机构进行传动；安装若干限位开关来控制机器人运动的方向及转向的动作；最后，在符合以上条件的情况下，对整个模型进行处理使其具有最美观的外形。

关键词:移动机器人；慧鱼模型；限位开关；设计

第1章绪论

1.1 慧鱼创意组合模型概述

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。

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/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。

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。

1.2课题的内容及意义

本论文在参考市场上一些普通的移动机器人结构的基础上，通过慧鱼模型的结构组建和ROBO板的智能控制来完成移动机器人的设计。

通过慧鱼教学模型来组建出本设计移动机器人，通过各个机构的相互配合联系来控制移动机器人。设计的模型通过慧鱼软件来编写程序进行控制。接口板能转换软件命令，一旦程序被下载，接口就可以脱离与计算机的连接，独立于计算机执行程序，体现其智能化。通过本毕业设计的完成，可以使设计者使用慧鱼创意组合模型通过自己的构思设计出自己的模型，使设计者能更加深刻的了解机械结构设计和机械运动的规律，强化了通过慧鱼软件对机械运动的控制。使设计者能使用智能化来控制机械设备，智能化的设计也将是未来机械发展的一个重要趋向。

所以本次毕业设计对慧鱼造型设计能力是一个很好的锻炼机会，对日后从事工程设计方面的工作有会有不同程度上的帮助和提高。

第2章移动机器人慧鱼模型设计

2.1模型的总体设计

2.1.1 模型实物图

分析移动机器人的功能结构，根据它的的工作原理，来设计它的机构。利用慧鱼模型组合包来组建移动机器人的模型。如下图2.1所示就是慧鱼模型组建的移动机器人的模型。

图2.1模型实物图

2.1.2 模型示意图

本设计移动机器人，它能实现机器人的上下楼梯，判断平台，在平台上旋转方向后继续上下楼梯的功能。图2.2为此模型的结构简图。

如图2.2所示，通过电机带动底盘和触手的上升下降从而起到机器人的上下楼梯的支撑点的作用；限位开关控制上下行的程度；蜗轮蜗杆带动机器人旋转；电机带动螺旋杆使底盘及触手在螺旋杆的方向上进行上下移动，达到上下楼梯的目的。

1-上行限位开关2-触手3-上螺旋杆电机传动机构4-上下控制电机5-两电机连接并与上螺旋杆连接机构 6-下螺旋杆 7-底盘蜗轮与下螺旋杆连接机构 8-蜗轮蜗杆9-控制蜗杆的电机 10-触手底坐的限位开关 11-滑杆 12-上螺旋杆 13-下螺旋杆电机传动机构 14-底盘限位开关 15-水平放置的常闭限位开关 16-下螺旋杆

图2.2模型示意图

图2.3模型示意简图

2.2 模块设计

2.2.1 升降模块设计

升降模块是实现机器人上下楼梯的模块。通过电机传动，在底盘触地并进行下降运动时，通过反作用力使触手上行，达到上楼梯的目的。而在进行上行运动时，先是触手下行接触地面后，使蜗轮底盘上升达到上楼梯的目的。反之，下楼梯也是同样的升降原理。主要注意因为蜗轮底盘及螺旋杆块的重量而采用双电机并联或使用大功率电机使其有足够的动力带动上下运动。

升降模块ROBO模型控制流程，按下I1发送一个脉冲信号，系统接收到脉冲信号后，驱动电机M3开始转动，从而通过上面介绍的升降模块实现升降。按下I6发送一个脉冲信号，模块接收到脉冲信号后，停止电机M3，使升降模块停止。程序回到开始状态，继续待命。如下图2.4 为此模块的实物图，图2.5为此模块的示意图，图2.6为此模块的ROBO控制程序图。

图2.4升降模块实物简图