移动机器人报告书.docx

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移动机器人报告书

课程设计报告书

学生姓名:

刘洪亮

学号：

2011319020414

学院:

机械工程学院

班级:

机械114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29日

1．引言1

1．摘要1

1.慧鱼机器人简介1

1.1慧鱼模型及构成1

1.2机械构件2

1.3控制面板与系统线路图2

1.4慧鱼机器人应用范围3

1.5慧鱼机器人发展前景3

2.移动机器人3

2.1工作过程3

2.2机械部分设计3

2.3工作原理图4

2.4实物图4

2.5编程图5

3.移动机器人5

3.1机械部分设计5

3.2工作原理图5

3.3实物图6

3.4编程图6

4.慧鱼模型操作规程6

5.任务分配7

6.心得体会7

7.参考文献7

慧鱼组合机器人的组装设计

摘要：

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，透过圈形式人机介面LLWin，经由智慧型微电脑介面板去驱动机器人，使机器人细部动作很容易达到我们需求，进而取代以往由硬体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，可使我们了解机械运作的原理。

关键词：

慧鱼组合模型；机器人；机械原理；

引言

由于机器人的发展和快速广泛的被使用，可知科学家对于机器人的功能也相提高，除了超强的逻辑运算、记忆能力及具备类似的自我思考能力，另外在机器人的外表及内部结构，科学家更希望能模仿人类。

对于外在资讯的选集，也透过各种感应器，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，一旦外在环境起了改变，机器人一定要能随着变化，做出该有的反应动作，更新自己的资料库，达到类似人类学习的功能。

1.慧鱼机器人简介

1.1慧鱼模型及构成

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机械构件

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、气动机、限制开关等，都可以在慧鱼创意积木中找到，且功能毫不逊色。

1.3控制面板与系统线路图

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，其次将其组装成机械架构，接入电脑，等待软件的控制。

控制面板系统线路图

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。

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，也可在Off-line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。

1.4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/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。

1.5慧鱼机器人的发展前景

1964年，慧鱼创意组合模型（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。

四十年的实践教学表明：

“慧鱼创意组合模型”发挥着极其重要的作用。

在美国,被PLTW（ProjectLeadTheWay-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。

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。

2.移动机器人（汽车）

2.1工作过程

系统主要由两大部分组成，数字输出和数字输入。

一方面，微型计算机发送指令，通过智能接口板输出给电机，使电机运动。

另一方面，行程开关的信号经由智能接口板输入到计算机中，根据信号的结果执行相应的动作。

限位行程开关和计数行程开关都是同一种行程开关。

行程开关是一个触发式的开关，当触头被按下时，则电路接地，此时通过智能接口板采集到的信号为低电平，数字信号为0；当触头悬置时，则电路断开，此时输出的数字信号为1。

计算机根据接受到的信号发出不同的命令，如使电机旋转或停止。

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:

0°~360°；

2.3工作原理图

两个马达分别控制两个轮子的转动，利用马达同向转动实现小车的向前向后走动，马达不同转向实现小车的左右转动。

限位开关的不同状态控制马达的转动。

原理图

2.4实物图

作为基础模型它更稳定更坚固。

而且，它有两个传感器来测量所行距离，都含有一个接触式开关和一个脉冲齿轮。

脉冲齿轮连接到电机的减速轴上，使得电机旋转一圈，接触开关启动四次。

这个模型可成为其他移动机器人的基础。

2.5编程图

对于感触开关，信号为零时（即路径向右转），要保证系统不运行，且此元件要保证它正常运行，即对于任一个信号的进、出口都要有目的地，将路径形成一个回路。

对于其他元件，要保证路径能构成闭合回路，使其能开始停止。

3.移动机器人（叉车）

3.1机械部分设计

1、动力源的选择：

电动机械传动装置的确定：

齿轮传动；

2、机械执行部件的设计：

行走机构；

3、控制部分硬件选型：

接口电路板及PLC接口板；

4、行程开关：

控制部分软件的编制（LLWin.3.0软件）

5、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:

0°~360。

3.2工作原理图

利用马达转动，通过齿轮和杠杆的传动给重物。

利用马达同向转动实现小车的向前向后走动，马达不同转向实现小车的左右转动，通过控制开关实现手臂上下的移动。

原理图

3.3实物图

该运动主要构件有主要运动构件有电动机、减速箱、传动轴、螺旋传动块，滑动导轨。

电机输出动能，经减速箱调节速度并传递到传动轴，不同轴线的各传动杆通过螺旋传动块进行连接并传递动力，最后将杆件的旋转运动通过螺旋机构转化为导轨的上下运动。

3.4编程图

4.慧鱼模型操作规程：

1、实验前先按照清单清点零件个数；

2、熟悉零件分装方式，了解零件分装的大致规律；

3、每次仅取出要用到的零件；

4、拆除模型后将零件放回相应的格子；

5、按照清单清点零件。

5.任务分配

刘强：

组长，机器人方案设计和选择，及机器人搭接与拆卸。

姜飞：

机器人设计分析，机器人搭接与拆卸，拍照。

刘韧:

画结构简图。

刘帅:

协助机器人拆装。

马超：

协助机器人拆装。

郝成运：

资料的查阅。

刘洪亮：

编程和调试。

6.心得体会

说实在的，在大学甚至是从小到大都没有做过这种类型的实验。

实验相当有趣、新颖并且充满了挑战性，从中我也学到了很多知识，锻炼了我的动手能力。

虽然，实验时间有点短，并且实验条件相对有点简陋，但这完全阻挡不了同学们的热情，大家对待实验都很认真。

我试着编了一个小小的程序，那个小机器也不怎么灵，但最后还是动了，感觉挺有成就感。

参考文献

[1]朱世强，王宣银.机器人技术及其应用.浙江大学出版社，2001.7：

1~2

[2]张剑平，王益.机器人教育：

现状、问题与推进策略.中国电化教育，2006（12）：

10~12

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华中科技大学出版社，1996：

3~15

[4]顾震宇.全球工业机器人产业现状与趋势.机电一体化，2006

（2）：

6~9

[5]张效祖.工业机器人得现状与发展趋势.相关产业，2004，10（5）：

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[硕士学术论文].兰州：

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国防工业出版社，2005：

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机械工业出版社，2006：

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哈尔滨工业大学出版社，1999：

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电子工业出版社，1995：

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浙江大学出版社，1991：

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西安电子科技大学出版社，2006：

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[13]许福玲，陈尧明.液压与气压传动.北京：

机械工业出版社，2004：

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