慧鱼工业机器人
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1.2课程设计意义目的
1.为了对工业生产进一步了解，了解机器人工作原理。
2.由于组装复杂要求实践性更强，这样提高学生动手能力在传统实验里，主要是课程中的具体原理或理论的验证性实验，如再如机械设计中的带传动实验主要是为了验证带传动中的两个重要的现象——弹性滑动和打滑。这些传统型实验对学生更好的理解课本的理论知识有很大的帮助，具有课本结合性强的特点。
图1为智慧型微电脑界面板，它的主要功用在于储存LLWin之程式，使程式经由此介面板驱动机器人，达到预设之动作。
图1-1
智慧型微电脑介面板细部说明如下：
1、此装置是所有电脑控制套件的控制逻辑核心，他负责与PC间的通讯和运算，将电脑所编辑的程式转换成控制命令来控制马达等。
2、此装置有八个数位输入，两个类比输入可接收0~5欧姆的电阻值，四个可逆马达输出控制，控制马达dc relay等。
机器人指的是可程式控制的机械，整体来说可分为两大部分，分别为机械架构及软体的控制的两大部分。
（一）机械架构
本设计移动机器人之机械构架采用德国慧鱼创意积木所组成，它的优点在于方便组装，能在设计阶段能起到一定的辅助作用，减少设计成本以及更好的观察到设计的可行性及其优缺点，以便更好改进设计中的缺点。一般机械所用到的零组件如齿轮、马达、光电开关等，都可以在慧鱼创意积木中找到，且功能毫不逊色。
2.2.实验原理分析…………………………………………………………………………………………………………………………….7
2.2.2机器人机构组成…………………………………………………………………………………………………………………….7
2.2.3机器人工作空间形式.................................................................................................................7
4仿生机器人……………………………………………………………..……………….………………………………………………………………….17
5移动机器人…………………………………………………………………………………………………………………………….……………………18
6.总结20
7.任务分工20
8.参考文献20
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。
首先针对我们所需的机械架构做规划，收集所需用到之慧鱼创意积木零件，将其组装机械架构。
该架构主要是由两个丝杆与一个马达连接，两丝杆再平均接上传动齿轮实现此仿生机器人的运动及其开关所组成，而这个开关主要用于判断机器人的开关及其运动方向。
（二）软体控制
在控制软体方面，我们使用圆形式人机介面软体LLWin（Lucky Logic for Windows），LLWபைடு நூலகம்n是一种新控制语言，它的特色在于使用了创新的程式模块，你只需事先将机器人行动流程规划好，再配合所需用到的程式模块，将内部参数设定好即可，不但避问了以往繁杂的程式语言，更让使用者不再被要求学习程式语言的复杂语法，使之达到更为快速和方便的效果。
4.组建灵活性大，可以自行设计装配创新性高，增加学生研究性思维而在慧鱼实验中，学生不仅可以对教具所提供的样本模型进行验证式实验（通过这些模型实验可以使学生掌握机械、电子和自动化等的相关知识），而且可以把这些不同模型的特点结合起来，进行自主设计，设计出新的作品来，因此慧鱼实验具有较高的创新性。
1.3课程设计原理
由这些零件的不同组合便可构造出各式各样的模型，这些模型主要可分为两大类：技术组和机器人组。技术组又包括传感器技术组、气动技术组、汽车技术组、太阳能技术组、万能组合包。机器人组又包括3D机器人、计算机器人、实验机器人、工业机器人、移动机器人和气动机器人。
学生在慧鱼实验过程中，通过对各类模型的认识和组装，从而可以熟悉并掌握各类机械设备和自动化装置的常用结构和工作原理。在模型的组建中，学生将运用到机械加工、气动技术、电子电路和软件编程等知识，从而加深了对这些相关课程的理解。另外通过慧鱼模型的搭建和组装也培养了学生的实际动手的能力、解决实际问题的能力和创新设计的能力。
3.安装过程中应用知识面更广，培养综合素质实验的内容涉及面极广，不仅包括传统机械相关的实验内容，而且还涉及到了能源(包括太阳能)、气动、遥控（如传感器技术）、自动控制（PLC控制、单片机控制）、软件编程（慧鱼公司自带的编辑软件LLWin 3.01）等多学科的知识，最重要是它能够把这些很好地知识结合起来，并体现到某个模型中。
3、电源供应电池或充电器的方式，大小为9伏特5瓦。
4、可在On-line（以传输线与PC连线），也可在Off-line（不需与电脑连线）
两种模式下作业。
5、与电脑连接时不需额外插卡，利用CMOM2通讯即可。
2·慧鱼机器人
2.1慧鱼创意教学组合模型简介
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。它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。它由各种型号和规格的零件构成，类似于积木。零件的种类很多，几乎包括了机械课程和日常生活中的所有零件，如机械零件：连杆、凸轮、齿轮（普通齿轮、锥齿轮、斜齿轮、内啮合齿轮、外啮合齿轮等）、蜗轮、蜗杆、螺杆、铰链、带、链条、轴（直轴和曲轴）、联轴器、弹簧、减速器、齿轮箱、车轮等；电气零件：直流电机、灯泡、电磁气阀、行程开关、传感器（光敏、热敏、磁敏、触敏）、可调直流变压器、电脑接口板、PLC接口板、红外线发射接收装置等；气动零件：储气罐、汽缸、活塞、气弯头、手动气阀、电磁气阀、气管等。
2.2慧鱼机器人分析
此次创新设计项目，我们所完成的是慧鱼工业机器人中的三自由度机械手，它能够通过智能控制接口盒的编程控制实现三个自由度方向（旋转、水平、垂直）的夹取或放置物品，因此操作范围大，灵活性好。
2.2.1实验原理分析
三自由度机械手能够实现在不同的方向上抓取物体，其运动系统主要由4部分组成，分别为：水平运动、垂直运动、旋转运动和手爪运动。每一个运动系统的控制部分组成都是由一个直流电机、两个行程开关组成。下面以垂直运动为例介绍三自由度机械手的工作原理。垂直运动主要由三个主要部件组成：电机、限位行程开关和计数行程开关。电机为垂直运动提供动力；这里所选用的电机为直流电机，通以9V电压，则开始旋转。通以-9V电压，则反向旋转。限位行程开关限制垂直运动的极限位置，也是垂直运动的起始位置；当机械手臂向上运动碰到上面的限位行程开关后，机械手臂停止运动。计数行程开关是用来计量电机的旋转圈数的，从而可以精确的计算垂直运动的距离，起到定位的作用。垂直运动具体的运动过程可分为两个阶段：定位阶段和复位阶段。定位阶段：驱动电机使手臂从初始位置开始下降，通过定位行程开关计数使手臂到达指定位置停止。复位阶段：驱动电机反转使手臂上升，直到碰到限位行程开关结束。
2.慧鱼机器人…………………………………………………………………………………………………………………………………..………………6
2.1慧鱼创意教学组合模型简介…………………………………………………………………………………………………………6
2.2慧鱼工业机器人分析………………………………………………………………………………………………..……………………6
现在我们将上述能力应用到一个技术系统中。先用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。
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。
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。
2.2.4机器人机械传动方式……………………………………………………………………………………………………………7
2.2.5机器人位移速度控制方式…………………………………………………………………………………………………..12
2.2.6机器人模型图绘制……………………………………………………………………………………………………………….13
1·绪论
1.1课程设计背景
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。
关键词：慧鱼机器人，工业机器人，仿生机器人
1.绪论3
1.1课程设计背景3
1.2课程设计意义目的…………………………………………………………………………………………………………………………..4
1.3课程设计原理……………………………………………………………………………………………………………………………………4
摘 要
随着社会的进步和科技的发展,机器人产品开始进入到生产过程和日常生活中,各种类型的机器人在特定的工作环境下发挥着越来越重要的作用。但是目前对于移动式机器人多采用轮式移动机构,在适应复杂地形时无法满足路况的要求,由此设计一种灵活的、行走平稳和对路况适应性强的机器人成为解决此类问题的关键。根据昆虫运动时采用的三角步态走法设计了机器人的腿部五连杆行走机构,并对其进行了占空比、稳定性、转弯状态等分析，由程序来控制机器人的动作。
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。
3移动机器人........................................................................................................................................................16
1.为了对工业生产进一步了解，了解机器人工作原理。
2.由于组装复杂要求实践性更强，这样提高学生动手能力在传统实验里，主要是课程中的具体原理或理论的验证性实验，如再如机械设计中的带传动实验主要是为了验证带传动中的两个重要的现象——弹性滑动和打滑。这些传统型实验对学生更好的理解课本的理论知识有很大的帮助，具有课本结合性强的特点。
图1为智慧型微电脑界面板，它的主要功用在于储存LLWin之程式，使程式经由此介面板驱动机器人，达到预设之动作。
图1-1
智慧型微电脑介面板细部说明如下：
1、此装置是所有电脑控制套件的控制逻辑核心，他负责与PC间的通讯和运算，将电脑所编辑的程式转换成控制命令来控制马达等。
2、此装置有八个数位输入，两个类比输入可接收0~5欧姆的电阻值，四个可逆马达输出控制，控制马达dc relay等。
机器人指的是可程式控制的机械，整体来说可分为两大部分，分别为机械架构及软体的控制的两大部分。
（一）机械架构
本设计移动机器人之机械构架采用德国慧鱼创意积木所组成，它的优点在于方便组装，能在设计阶段能起到一定的辅助作用，减少设计成本以及更好的观察到设计的可行性及其优缺点，以便更好改进设计中的缺点。一般机械所用到的零组件如齿轮、马达、光电开关等，都可以在慧鱼创意积木中找到，且功能毫不逊色。
2.2.实验原理分析…………………………………………………………………………………………………………………………….7
2.2.2机器人机构组成…………………………………………………………………………………………………………………….7
2.2.3机器人工作空间形式.................................................................................................................7
4仿生机器人……………………………………………………………..……………….………………………………………………………………….17
5移动机器人…………………………………………………………………………………………………………………………….……………………18
6.总结20
7.任务分工20
8.参考文献20
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。
首先针对我们所需的机械架构做规划，收集所需用到之慧鱼创意积木零件，将其组装机械架构。
该架构主要是由两个丝杆与一个马达连接，两丝杆再平均接上传动齿轮实现此仿生机器人的运动及其开关所组成，而这个开关主要用于判断机器人的开关及其运动方向。
（二）软体控制
在控制软体方面，我们使用圆形式人机介面软体LLWin（Lucky Logic for Windows），LLWபைடு நூலகம்n是一种新控制语言，它的特色在于使用了创新的程式模块，你只需事先将机器人行动流程规划好，再配合所需用到的程式模块，将内部参数设定好即可，不但避问了以往繁杂的程式语言，更让使用者不再被要求学习程式语言的复杂语法，使之达到更为快速和方便的效果。
4.组建灵活性大，可以自行设计装配创新性高，增加学生研究性思维而在慧鱼实验中，学生不仅可以对教具所提供的样本模型进行验证式实验（通过这些模型实验可以使学生掌握机械、电子和自动化等的相关知识），而且可以把这些不同模型的特点结合起来，进行自主设计，设计出新的作品来，因此慧鱼实验具有较高的创新性。
1.3课程设计原理
由这些零件的不同组合便可构造出各式各样的模型，这些模型主要可分为两大类：技术组和机器人组。技术组又包括传感器技术组、气动技术组、汽车技术组、太阳能技术组、万能组合包。机器人组又包括3D机器人、计算机器人、实验机器人、工业机器人、移动机器人和气动机器人。
学生在慧鱼实验过程中，通过对各类模型的认识和组装，从而可以熟悉并掌握各类机械设备和自动化装置的常用结构和工作原理。在模型的组建中，学生将运用到机械加工、气动技术、电子电路和软件编程等知识，从而加深了对这些相关课程的理解。另外通过慧鱼模型的搭建和组装也培养了学生的实际动手的能力、解决实际问题的能力和创新设计的能力。
3.安装过程中应用知识面更广，培养综合素质实验的内容涉及面极广，不仅包括传统机械相关的实验内容，而且还涉及到了能源(包括太阳能)、气动、遥控（如传感器技术）、自动控制（PLC控制、单片机控制）、软件编程（慧鱼公司自带的编辑软件LLWin 3.01）等多学科的知识，最重要是它能够把这些很好地知识结合起来，并体现到某个模型中。
3、电源供应电池或充电器的方式，大小为9伏特5瓦。
4、可在On-line（以传输线与PC连线），也可在Off-line（不需与电脑连线）
两种模式下作业。
5、与电脑连接时不需额外插卡，利用CMOM2通讯即可。
2·慧鱼机器人
2.1慧鱼创意教学组合模型简介
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。它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。它由各种型号和规格的零件构成，类似于积木。零件的种类很多，几乎包括了机械课程和日常生活中的所有零件，如机械零件：连杆、凸轮、齿轮（普通齿轮、锥齿轮、斜齿轮、内啮合齿轮、外啮合齿轮等）、蜗轮、蜗杆、螺杆、铰链、带、链条、轴（直轴和曲轴）、联轴器、弹簧、减速器、齿轮箱、车轮等；电气零件：直流电机、灯泡、电磁气阀、行程开关、传感器（光敏、热敏、磁敏、触敏）、可调直流变压器、电脑接口板、PLC接口板、红外线发射接收装置等；气动零件：储气罐、汽缸、活塞、气弯头、手动气阀、电磁气阀、气管等。
2.2慧鱼机器人分析
此次创新设计项目，我们所完成的是慧鱼工业机器人中的三自由度机械手，它能够通过智能控制接口盒的编程控制实现三个自由度方向（旋转、水平、垂直）的夹取或放置物品，因此操作范围大，灵活性好。
2.2.1实验原理分析
三自由度机械手能够实现在不同的方向上抓取物体，其运动系统主要由4部分组成，分别为：水平运动、垂直运动、旋转运动和手爪运动。每一个运动系统的控制部分组成都是由一个直流电机、两个行程开关组成。下面以垂直运动为例介绍三自由度机械手的工作原理。垂直运动主要由三个主要部件组成：电机、限位行程开关和计数行程开关。电机为垂直运动提供动力；这里所选用的电机为直流电机，通以9V电压，则开始旋转。通以-9V电压，则反向旋转。限位行程开关限制垂直运动的极限位置，也是垂直运动的起始位置；当机械手臂向上运动碰到上面的限位行程开关后，机械手臂停止运动。计数行程开关是用来计量电机的旋转圈数的，从而可以精确的计算垂直运动的距离，起到定位的作用。垂直运动具体的运动过程可分为两个阶段：定位阶段和复位阶段。定位阶段：驱动电机使手臂从初始位置开始下降，通过定位行程开关计数使手臂到达指定位置停止。复位阶段：驱动电机反转使手臂上升，直到碰到限位行程开关结束。
2.慧鱼机器人…………………………………………………………………………………………………………………………………..………………6
2.1慧鱼创意教学组合模型简介…………………………………………………………………………………………………………6
2.2慧鱼工业机器人分析………………………………………………………………………………………………..……………………6
现在我们将上述能力应用到一个技术系统中。先用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。
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。
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。
2.2.4机器人机械传动方式……………………………………………………………………………………………………………7
2.2.5机器人位移速度控制方式…………………………………………………………………………………………………..12
2.2.6机器人模型图绘制……………………………………………………………………………………………………………….13
1·绪论
1.1课程设计背景
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。
关键词：慧鱼机器人，工业机器人，仿生机器人
1.绪论3
1.1课程设计背景3
1.2课程设计意义目的…………………………………………………………………………………………………………………………..4
1.3课程设计原理……………………………………………………………………………………………………………………………………4
摘 要
随着社会的进步和科技的发展,机器人产品开始进入到生产过程和日常生活中,各种类型的机器人在特定的工作环境下发挥着越来越重要的作用。但是目前对于移动式机器人多采用轮式移动机构,在适应复杂地形时无法满足路况的要求,由此设计一种灵活的、行走平稳和对路况适应性强的机器人成为解决此类问题的关键。根据昆虫运动时采用的三角步态走法设计了机器人的腿部五连杆行走机构,并对其进行了占空比、稳定性、转弯状态等分析，由程序来控制机器人的动作。
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。
3移动机器人........................................................................................................................................................16