慧魚機(jī)器人課程設(shè)計(jì)報(bào)告書

1、課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告學(xué)生姓名:學(xué) 號(hào)：2011319020214學(xué) 院:機(jī)械工程學(xué)院班 級(jí):機(jī)械112題 目:慧魚機(jī)器人指導(dǎo)教師： 職稱: 教授 2014 年 1 月 8 日目錄1緒論 11.1課題背景 11.2 慧魚機(jī)器人 31.3 走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室 31.4按鍵式傳感器 51.5 設(shè)計(jì)工作原理 61.6慧魚模型操作規(guī)程 8 2. 仿生機(jī)器人（邁克） 92.1仿生機(jī)器人簡(jiǎn)介 92.1仿生機(jī)器人原理 92.2實(shí)物圖和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 103. 仿生機(jī)器人（吉姆） 113.1仿生機(jī)器人簡(jiǎn)介 113.2仿生機(jī)器人原理 11 3.3實(shí)物圖 12 4任務(wù)分配和心得體會(huì) 13 5. 參考文獻(xiàn) 13 慧魚組合機(jī)器人的

2、組裝設(shè)計(jì)摘要：慧魚創(chuàng)意組合模型是一種技術(shù)含量很高的工程技術(shù)類拼裝模型，是展示科學(xué)原理和技術(shù)過程的理想教具。本設(shè)計(jì)是以德國慧魚創(chuàng)意積木所組成的仿生模擬機(jī)器人為其基本架構(gòu)，透過圈形式人機(jī)介面LLWin，經(jīng)由智慧型微電腦介面板去驅(qū)動(dòng)機(jī)器人，使機(jī)器人細(xì)部動(dòng)作很容易達(dá)到我們需求，進(jìn)而取代以往由硬體描述語言所驅(qū)動(dòng)架構(gòu)，通過慧魚模型的組裝，程序的編制，任務(wù)的完成，闡述機(jī)械機(jī)構(gòu)之間的配合關(guān)系，各種傳感器的安裝和使用，以及軟件程序的編制思維，實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)，電磁線圈的控制,不但操作簡(jiǎn)易，更可使我們了解機(jī)械運(yùn)作的原理。關(guān)鍵詞：慧魚組合模型；機(jī)器人；引言:由機(jī)器人的發(fā)展和快速廣泛的被使用，可知科學(xué)家對(duì)于機(jī)器人的功能

3、也相提高，除了超強(qiáng)的邏輯運(yùn)算、記憶能力及具備類似的自我思考能力，另外在機(jī)器人的外表及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，科學(xué)家更希望能模仿人類。對(duì)于外在資訊的選集，也透過各種感應(yīng)器，企圖達(dá)到類似人類各種觸覺的功能，選集了外在環(huán)境的資訊，一旦外在環(huán)境起了改變，機(jī)器人一定要能隨著變化，做出該有的反應(yīng)動(dòng)作，更新自己的資料庫，達(dá)到類似人類學(xué)習(xí)的功能。 本次研究即為移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)及其在控制器的實(shí)現(xiàn)，是說明當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人在軌行動(dòng)作中若遇到障礙物時(shí)會(huì)透過微動(dòng)開關(guān)將訊息傳回電路板中進(jìn)行判斷，再配合計(jì)數(shù)器的動(dòng)作使機(jī)器人能避開障礙物并往下個(gè)路徑前進(jìn)，知道要到遠(yuǎn)的目標(biāo)。無疑，自動(dòng)化控制理論本來是要使機(jī)器人變聰明。但是如何實(shí)現(xiàn)呢？我們先用一個(gè)啟

4、發(fā)式實(shí)驗(yàn)進(jìn)行說明。我們可能都觀察過飛蛾趨光的特點(diǎn)，飛蛾找到光源，向那里飛去，即使非常近的距離，也絕不會(huì)拍打到光源。顯然飛蛾之所以能夠這樣做，是因?yàn)樗l(fā)覺光源，劃出路線然后再向其撲去。這本領(lǐng)是基于這種昆蟲自身具備的機(jī)敏的行為模式。 現(xiàn)在我們將上述能力應(yīng)用到一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)中。先用光學(xué)傳感器探測(cè)到光源，馬達(dá)執(zhí)行動(dòng)作，這樣，我們必須在發(fā)現(xiàn)信號(hào)和執(zhí)行信號(hào)之間建立一個(gè)合理的連接，即程序。  20世紀(jì)50年代，一位名叫沃特格雷(Walter Grey)的英國人將上述引人思考的實(shí)驗(yàn)付諸于實(shí)踐。借助于幾個(gè)簡(jiǎn)單的傳感器，馬達(dá)和電路，他創(chuàng)作出多種自動(dòng)化動(dòng)物，可以準(zhǔn)確模仿出飛蛾的動(dòng)作。左圖所示的是“

5、自動(dòng)”海龜?shù)膹?fù)制品，展示在華盛頓的史密森博物館里。 鑒于上述的奇思妙想，我們也要為我們的機(jī)器人建立起類似的行為模式，并用程序來和機(jī)器人進(jìn)行交流。但是我們?yōu)槭裁葱枰梢苿?dòng)機(jī)器人？讓我們?cè)囍鴮ⅰ疤摂M的飛蛾”的動(dòng)作應(yīng)用到技術(shù)裝置上。首先，一個(gè)很簡(jiǎn)單的例子就是尋光。我們將一個(gè)光條粘在地上作為光源，把傳感器面朝下并排放在一起，而非面向前。這樣，如果是在倉庫，移動(dòng)機(jī)器人就會(huì)從中找到自己的行進(jìn)路線。沿著這條線，還有一些特殊的信息采集點(diǎn)，如條形碼，將引導(dǎo)機(jī)器人進(jìn)行下一步的動(dòng)作，比方說到達(dá)這些點(diǎn)時(shí)，抓取和放下貨盤。事實(shí)上，這樣的機(jī)器人系統(tǒng)到今天已經(jīng)存在了。在很多大醫(yī)院里，通常需要走很遠(yuǎn)的路來運(yùn)送日常所

6、需的消耗品，比如被單枕套等，讓護(hù)理人員運(yùn)輸這些物資無疑是既耗時(shí)、耗財(cái)又費(fèi)力的事情。當(dāng)然，也大大減少了對(duì)病人照顧的時(shí)間。 最近今年里，科學(xué)家們開始研究另一種本質(zhì)上非常相近的動(dòng)作形式，走或跑。開發(fā)出的機(jī)器人具備了用腿移動(dòng)的能力。由布魯塞爾皇家軍事研究院研制的電氣氣動(dòng)步行機(jī)器人“阿基里斯”（Achille）就是一個(gè)六足步行機(jī)器人的典型。頭上和六條腿上分別都配備了照相機(jī)，阿基里斯能夠機(jī)械的對(duì)提起或放下的障礙（物體或者坑）能夠機(jī)械的做出反應(yīng)。這種步行機(jī)器人能運(yùn)用到各個(gè)地方，比如輪軌式車輛不可能通過的坎坷或松軟的地帶，它翻越障礙，攀爬樓梯，跨越壕溝進(jìn)入諸如核電站、煤礦隧道等危險(xiǎn)地帶作業(yè)或者進(jìn)行營救。1.2

7、慧魚機(jī)器人  怎樣用慧魚創(chuàng)意模型的構(gòu)件大家我們自己的機(jī)器人呢？傳感器（如：接觸傳感器）和動(dòng)力裝置（如馬達(dá)）是必不可少的，然后加上許許多多的機(jī)械部件，組成所需的模型?；埕~ROBO 移動(dòng)機(jī)器人組為此提供了理想的模式。本設(shè)計(jì)是以德國慧魚創(chuàng)意積木所組成的仿生模擬機(jī)器人為其基本架構(gòu)，透過圈形式人機(jī)介面LLWin，經(jīng)由智慧型微電腦介面板去驅(qū)動(dòng)機(jī)器人，使機(jī)器人細(xì)部動(dòng)作很容易達(dá)到我們需求，進(jìn)而取代以往由硬體描述語言所驅(qū)動(dòng)架構(gòu)，不但操作簡(jiǎn)易，更可使我們了解機(jī)械運(yùn)作的原理。1.3走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室先從一個(gè)簡(jiǎn)單測(cè)試安裝來檢查接口板和各個(gè)傳感器的基本功能。然后，搭建出簡(jiǎn)易模型，讓其具備特定的功用，再漸漸嘗試越來越復(fù)

8、雜的系統(tǒng)。你是不是覺得有時(shí)候編制自己的程序要么太難，要么太浪費(fèi)時(shí)間？你可以先下載軟件中提供的一些現(xiàn)成程序到接口板，控制機(jī)器人。該接口板的最重要的作用在于輸入量的邏輯連接。這就需要程序來完成，程序決定輸入數(shù)據(jù)和傳感器信號(hào)如何處理并轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)妮敵鰯?shù)據(jù)，電機(jī)控制信號(hào)等等。有了ROBO接口板，我們就有足夠的計(jì)算能力來設(shè)計(jì)和處理最復(fù)雜的程序。搭建和最初控制機(jī)器人，是非常重要的環(huán)節(jié)，一定要格外認(rèn)真才行。連接各個(gè)電氣元件時(shí)一定要嚴(yán)格按照說明書操作，然后檢查兩三遍以確保準(zhǔn)確無誤。在進(jìn)行機(jī)械構(gòu)件搭接時(shí)，我們要特別注意連接的平滑度，尤其是齒輪與緊固件的連接，不要太用力。好了，現(xiàn)在讓我們發(fā)揮自己無窮的創(chuàng)造力為機(jī)器

9、人“譜寫”新的動(dòng)作程序啦！1.4按鍵式傳感器（行程開關(guān)）舉例說明，將一個(gè)接觸傳感器接在數(shù)字輸入口I1，觀察一下當(dāng)鍵按下去時(shí)，輸入端狀態(tài)框的變化。 雖然極性在連接電機(jī)或接觸傳感器不起作用（充其量電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向錯(cuò)誤），準(zhǔn)確接通光電傳感器是至關(guān)重要的。晶體管有紅標(biāo)的接點(diǎn)應(yīng)連接紅色接頭，沒有標(biāo)注的接點(diǎn)連接綠色接頭。第二個(gè)綠色接頭要插在輸入端AX的插孔中（靠近接口板邊緣的那個(gè)孔），第二個(gè)紅色的插頭要插在靠近里面的AX的插孔中。（注意：連接光電傳感器到數(shù)字輸入端I1I8，紅色接頭需插在緊靠接口板邊的插孔中。 現(xiàn)在，我們用一個(gè)手電來改變光電傳感器光的亮度。這將改變AX藍(lán)色狀態(tài)條的讀數(shù)。如果

10、指示器從其最大值沒有變動(dòng)，那就得檢查一下光電傳感器的連接情況。如果即使手電筒滅掉，指示仍為零，那有可能是房間里的光太亮了。我們遮住光電傳感器，狀態(tài)條的位置就會(huì)變化。再回到紅綠接線頭上來：裝配時(shí)，要紅色接頭接紅線，綠色接頭接綠線。當(dāng)電路配線時(shí)必需極性正確的話，通常我們將紅線作為正，綠線為負(fù)。這樣，非常細(xì)心的配線，將使得線路走勢(shì)更系統(tǒng)，更一目了然，自然更方便了我們排除故障。1.5設(shè)計(jì)工作原理 機(jī)器人指的是可程式控制的機(jī)械，整體來說可分為兩大部分，分別為機(jī)械架構(gòu)及軟體的控制的兩大部分。 （一）機(jī)械架構(gòu)本設(shè)計(jì)移動(dòng)機(jī)器人之機(jī)械構(gòu)架采用德國慧魚創(chuàng)意積木所組成，它的優(yōu)點(diǎn)在于方便組裝，能在設(shè)計(jì)階段能起到一定的

11、輔助作用，減少設(shè)計(jì)成本以及更好的觀察到設(shè)計(jì)的可行性及其優(yōu)缺點(diǎn)，以便更好改進(jìn)設(shè)計(jì)中的缺點(diǎn)。一般機(jī)械所用到的零組件如齒輪、馬達(dá)、光電開關(guān)等，都可以在慧魚創(chuàng)意積木中找到，且功能毫不遜色。首先針對(duì)我們所需的機(jī)械架構(gòu)做規(guī)劃，收集所需用到之慧魚創(chuàng)意積木零件，將其組裝機(jī)械架構(gòu)。該架構(gòu)主要是由兩個(gè)絲桿與一個(gè)馬達(dá)連接，兩絲桿再平均接上傳動(dòng)齒輪實(shí)現(xiàn)此仿生機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)及其開關(guān)所組成，而這個(gè)開關(guān)主要用于判斷機(jī)器人的開關(guān)及其運(yùn)動(dòng)方向。（二）軟體控制在控制軟體方面，我們使用圓形式人機(jī)介面軟體LLWin（Lucky Logic for Windows），LLWin是一種新控制語言，它的特色在于使用了創(chuàng)新的程式模塊，你只需事

12、先將機(jī)器人行動(dòng)流程規(guī)劃好，再配合所需用到的程式模塊，將內(nèi)部參數(shù)設(shè)定好即可，不但避問了以往繁雜的程式語言，更讓使用者不再被要求學(xué)習(xí)程式語言的復(fù)雜語法，使之達(dá)到更為快速和方便的效果。圖1為智慧型微電腦界面板，它的主要功用在于儲(chǔ)存LLWin之程式，使程式經(jīng)由此介面板驅(qū)動(dòng)機(jī)器人，達(dá)到預(yù)設(shè)之動(dòng)作。 圖1-1智慧型微電腦介面板細(xì)部說明如下：1、 此裝置是所有電腦控制套件的控制邏輯核心，他負(fù)責(zé)與PC間的通訊和運(yùn)算，將電腦所編輯的程式轉(zhuǎn)換成控制命令來控制馬達(dá)等。2、此裝置有八個(gè)數(shù)位輸入，兩個(gè)類比輸入可接收05歐姆的電阻值，四個(gè)可逆馬達(dá)輸出控制，控制馬達(dá)dc relay等。3、電源供應(yīng)電池或充電器的方式，大小為

13、9伏特5瓦。4、可在On-line（以傳輸線與PC連線），也可在Off-line（不需與電腦連線）兩種模式下作業(yè)。5、與電腦連接時(shí)不需額外插卡，利用CMOM2通訊即可。1.6慧魚模型操作規(guī)程：1、實(shí)驗(yàn)前先按照清單清點(diǎn)零件個(gè)數(shù)；2、熟悉零件分裝方式，了解零件分裝的大致規(guī)律；3、檢查袋子的封口；4、每次僅取出要用到的零件；5、每次取用零件后勿忘將袋子封口封好；6、拆除模型后將零件放回相應(yīng)的袋子；7、按照清單清點(diǎn)零件。二、仿生機(jī)器人（邁克）機(jī)器人簡(jiǎn)介：機(jī)械邁克，即仿生態(tài)六足爬行機(jī)器人，是一種基于仿生學(xué)原理研制開發(fā)的新型足式機(jī)器人，仿生態(tài)六足爬行機(jī)器人比傳統(tǒng)的輪式機(jī)器人有更好的移動(dòng)性，自動(dòng)化程度高，具

14、有豐富的動(dòng)力學(xué)特性。此外，足式機(jī)器人采用類似生物的爬行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，比其他機(jī)器人具有更多的優(yōu)點(diǎn)：它可以較易的跨過比較大的障礙，并且機(jī)器人足所具有的大量自由度可以是機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)更加靈活，對(duì)凹凸不平的地形的適應(yīng)能力更強(qiáng)；足式機(jī)器人的立足點(diǎn)是離散的，跟地面的接觸面積較小，因而可以在可達(dá)到的地面上選擇最優(yōu)支撐點(diǎn)。 運(yùn)動(dòng)原理：兩個(gè)電機(jī)通過齒輪分別與兩傳動(dòng)聯(lián)接，每一傳動(dòng)軸上固定三個(gè)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)。因?yàn)槊枯S上三個(gè)蝸桿旋向不同，所以可以實(shí)現(xiàn)前后兩個(gè)機(jī)械腿與中間機(jī)械腿運(yùn)動(dòng)方向相反，模擬爬行運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人每側(cè)機(jī)械腿上分別有兩處接觸式傳感器，機(jī)器人前左右兩面也設(shè)置有接觸式傳感器，當(dāng)機(jī)器人撞上障礙物或地面凹凸不平時(shí)可將這

15、些信息通過傳感器傳送給電腦進(jìn)一步處理。 仿真機(jī)器人實(shí)體圖 機(jī)器人單側(cè)原理圖 三、仿真機(jī)器人（吉姆）機(jī)器人簡(jiǎn)介：到此，我們所做的機(jī)器人都可以行走一段路了。但是都是爬行，吉姆是我們組裝的唯一一個(gè)可直立行走的機(jī)器人，仿真對(duì)象更接近人類，動(dòng)作方式也更貼近人類的行為習(xí)慣，但是也不能很好的仿真。機(jī)器人原理：電機(jī)通過蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)將動(dòng)力傳送給曲軸，曲軸帶動(dòng)機(jī)械腿運(yùn)動(dòng)，通過機(jī)械腿的支撐作用實(shí)現(xiàn)模擬人的行走。 機(jī)器人實(shí)物圖原理圖四任務(wù)分配與心得體會(huì)任務(wù)分配1 ：小組長(zhǎng)，機(jī)器人搭接方案設(shè)計(jì)；2 ：設(shè)計(jì)電路圖和搭接電路圖；3 ：資料的查閱及整理；4 ：編程和調(diào)試，器材清點(diǎn)；5 ：元件的選擇及分析和協(xié)助安裝；6 ：畫結(jié)

16、構(gòu)簡(jiǎn)圖，拍照，協(xié)助拆裝；7 ：論文的整理和編寫；總結(jié)與體會(huì)在這個(gè)機(jī)電創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，我們首先根據(jù)圖紙和零件，按照操作步驟，組裝出各個(gè)部件。具體的收獲與體會(huì)如下：一、 通過課程設(shè)計(jì)，使我加深了對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解與鞏固，并能將課本上的純理論應(yīng)用到實(shí)踐中，進(jìn)一步加深了對(duì)知識(shí)的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，也有助于對(duì)其他知識(shí)的理解。二、 培養(yǎng)了我耐心、仔細(xì)、謹(jǐn)慎的工作態(tài)度。這次課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容最多的是繪畫機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。在繪圖過程中，對(duì)比例尺的選定以及合理的步圖都要有細(xì)致的規(guī)劃，這是最考驗(yàn)一個(gè)人的耐心與嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度的過程。三、 通過這次課程設(shè)計(jì)，使我更充分認(rèn)識(shí)了團(tuán)隊(duì)合作的重要。由于這次課設(shè)是以小組為單位對(duì)機(jī)構(gòu)不同的運(yùn)動(dòng)位置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和受力分析，還有查找資料，每個(gè)人都有分工。我們小組成員間都互幫互助。共同思考，相互查缺補(bǔ)漏，互相給予信心，充分體現(xiàn)了團(tuán)隊(duì)精神。這次課程設(shè)