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课程设计报告学生姓名:学号：2011319020214学院:机械工程学院班级:机械112题目:慧鱼机器人指导教师：职称:教授2014年1月8日目录1．绪论11.1课题背景11.2慧鱼机器人31.3走进实验室31.4按键式传感器51.5设计工作原理61.6慧鱼模型操作规程82.仿生机器人（迈克）92.1仿生机器人简介92.1仿生机器人原理92.2实物图和结构简图103.仿生机器人（吉姆）113.1仿生机器人简介113.2仿生机器人原理113.3实物图124．任务分配和心得体会135.参考文献13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，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，电磁线圈的控制,不但操作简易，更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；引言:由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。本次研究即为移动机器人设计及其在控制器的实现，是说明当移动机器人在轨行动作中若遇到障碍物时会透过微动开关将讯息传回电路板中进行判断，再配合计数器的动作使机器人能避开障碍物并往下个路径前进，知道要到远的目标。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(WalterGrey)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模式，并用程序来和机器人进行交流。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。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者进行营救。1.2慧鱼机器人怎样用慧鱼创意模型的构件大家我们自己的机器人呢？传感器（如：接触传感器）和动力装置（如马达）是必不可少的，然后加上许许多多的机械部件，组成所需的模型。慧鱼ROBO移动机器人组为此提供了理想的模式。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，不但操作简易，更可使我们了解机械运作的原理。1.3走进实验室先从一个简单测试安装来检查接口板和各个传感器的基本功能。然后，搭建出简易模型，让其具备特定的功用，再渐渐尝试越来越复杂的系统。你是不是觉得有时候编制自己的程序要么太难，要么太浪费时间？你可以先下载软件中提供的一些现成程序到接口板，控制机器人。该接口板的最重要的作用在于输入量的逻辑连接。这就需要程序来完成，程序决定输入数据和传感器信号如何处理并转换为适当的输出数据，电机控制信号等等。有了ROBO接口板，我们就有足够的计算能力来设计和处理最复杂的程序。搭建和最初控制机器人，是非常重要的环节，一定要格外认真才行。连接各个电气元件时一定要严格按照说明书操作，然后检查两三遍以确保准确无误。在进行机械构件搭接时，我们要特别注意连接的平滑度，尤其是齿轮与紧固件的连接，不要太用力。好了，现在让我们发挥自己无穷的创造力为机器人“谱写”新的动作程序啦！1.4按键式传感器（行程开关）举例说明，将一个接触传感器接在数字输入口I1，观察一下当键按下去时，输入端状态框的变化。虽然极性在连接电机或接触传感器不起作用（充其量电机旋转方向错误），准确接通光电传感器是至关重要的。晶体管有红标的接点应连接红色接头，没有标注的接点连接绿色接头。第二个绿色接头要插在输入端AX的插孔中（靠近接口板边缘的那个孔），第二个红色的插头要插在靠近里面的AX的插孔中。（注意：连接光电传感器到数字输入端I1——I8，红色接头需插在紧靠接口板边的插孔中。现在，我们用一个手电来改变光电传感器光的亮度。这将改变AX蓝色状态条的读数。如果指示器从其最大值没有变动，那就得检查一下光电传感器的连接情况。如果即使手电筒灭掉，指示仍为零，那有可能是房间里的光太亮了。我们遮住光电传感器，状态条的位置就会变化。再回到红绿接线头上来：装配时，要红色接头接红线，绿色接头接绿线。当电路配线时必需极性正确的话，通常我们将红线作为正，绿线为负。这样，非常细心的配线，将使得线路走势更系统，更一目了然，自然更方便了我们排除故障。1.5设计工作原理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。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（LuckyLogicforWindows），LLWin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。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dcrelay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（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。1.6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、检查袋子的封口；4、每次仅取出要用到的零件；5、每次取用零件后勿忘将袋子封口封好；6、拆除模型后将零件放回相应的袋子；7、按照清单清点零件。二、仿生机器人（迈克）机器人简介：机械迈克，即仿生态六足爬行机器人，是一种基于仿生学原理研制开发的新型足式机器人，仿生态六足爬行机器人比传统的轮式机器人有更好的移动性，自动化程度高，具有丰富的动力学特性。此外，足式机器人采用类似生物的爬行机构进行运动，比其他机器人具有更多的优点：它可以较易的跨过比较大的障碍，并且机器人足所具有的大量自由度可以是机器人的运动更加灵活，对凹凸不平的地形的适应能力更强；足式机器人的立足点是离散的，跟地面的接触面积较小，因而可以在可达到的地面上选择最优支撑点。运动原理：两个电机通过齿轮分别与两传动联接，每一传动轴上固定三个蜗轮蜗杆机构。因为每轴上三个蜗杆旋向不同，所以可以实现前后两个机械腿与中间机械腿运动方向相反，模拟爬行运动。机器人每侧机械腿上分别有两处接触式传感器，机器人前左右两面也设置有接触式传感器，当机器人撞上障碍物或地面凹凸不平时可将这些信息通过传感器传送给电脑进一步处理。仿真机器人实体图机器人单侧原理图三、仿真机器人（吉姆）机器人简介：到此，我们所做的机器人都可以行走一段路了。但是都是爬行，吉姆是我们组装的唯一一个可直立行走的机器人，仿真对象更接近人类，动作方式也更贴近人类的行为习惯，但是也不能很好的仿真。机器人原理：电机通过蜗轮蜗杆机构将动力传送给曲轴，曲轴带动机械腿运动，通过机械腿的支撑作用实现模拟人的行走。机器人实物图原理图四．任务分配与心得体会任务分配1．：小组长，机器人搭接方案设计；2．：设计电路图和搭接电路图；3．：资料的查阅及整理；4．：编程和调试，器材清点；5．：元件的选择及分析和协助安装；6．：画结构简图，拍照，协助拆装；7．：论文的整理和编写；总结与体会在这个机电创新设计实验中，我们首先根据图纸和零件，按照操作步骤，组装出各个部件。具体的收获与体会如下：一、通过课程设计，使我加深了对所学理论知识的理解与巩固，并能将课本上的纯理论应用到实践中，进一步加深了对知识的认识。同时，也有助于对其他知识的理解。二、培养了我耐心、仔细、谨慎的工作态度。这次课程设计的内容最多的是绘画机构简图。在绘图过程中，对比例尺的选定以及合理的步图都要有细致的规划，这是最考验一个人的耐心与严谨态度的过程。三、通过这次课程设计，使我更充分认识了团队合作的重要。由于这次课设是以小组为单位对机构不同的运动位置进行运动分析和受力分析，还有查找资料，每个人都有分工。我们小组成员间都互帮互助。共同思考，相互查缺补漏，互相给予信心，充分体现了团队精神。这次课程设计可以提高自己的动手能力，也提高了自己的查阅书籍的能力。最后感谢老师在这个课程设计的耐心指导。五参考文献[1]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[2]熊有伦.机器人技术基础.武汉：华中科技大学出版社，1996：3~15[3]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[4]王庭有.可编程序控制器原理及应用.北京：国防工业出版社，2005：13~16[5]廖常初.FX