河北科技大学个性化教育慧鱼组说明书正文.docx

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河北科技大学个性化教育慧鱼组说明书正文

慧鱼创意组合模型设计报告书

目录

1模型设计及简介……………………………………………………………………2

1.1寻踪迹机器人组合说明…………………………………………………………2

1.1.1测量机器人组合简介………………………………………………………2

1.1.2实验步骤……………………………………………………………………2

1.1.3实验注意事项………………………………………………………………9

1.2其他组合简介……………………………………………………………………9

2.创新设计及详细说明…………………………………………………………………15

2.1创意………………………………………………………………………………15

2.2模型搭建…………………………………………………………………………15

2.3组装………………………………………………………………………………15

2.4控制程序…………………………………………………………………………17

2.5试验………………………………………………………………………………17

3.遇到的问题……………………………………………………………………………18

4结语……………………………………………………………………………………19

1模型设计及简介

十一个示例模型有：

通信号灯、洗碗机、温度调节器、基础标准型小车、电梯、干手机、寻踪迹机器人、测量机器人、足球机器人、割草机和叉车。

在这11个模型中，寻踪迹机器人是我的重点学习和研究对象。

1.1寻踪迹机器人组合说明

1.1.1寻踪迹机器人组合简介

随着科学技术的发展机器人传感器的种类越来越多，其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件，寻轨迹机器人就是灰度传感器根据铺在地上的黑线和白色纸背景之间的颜色产别来控制方向的，现在无人工厂，仓库，服务机器人领域等都有应用这一技术，在自动化的未来，寻轨迹机器人会得到越来越广的应用。

寻轨迹机器人工作原理如下：

就是灰度传感器根据铺在地上的黑线和白色纸背景之间的颜色产别来控制方向的，通过灰度来控制导线中的电流的有无，控制电机的旋转，控制寻踪车的前进和后退。

1.1.2实验步骤

（1）准备工作

按照所给寻踪迹机器人的视图，了解并熟悉组装的寻踪迹机器人模型（模型如下图1）所要实现的功能和其用途，观察分析所给样图，从慧鱼提供的所有部件中找出该模型需要的机械构件和电气元件。

然后将所找的零件分类。

具体准备工作如下：

电机两个，慧鱼智能接口板一个，电源，以及下图2中的零件。

图1寻踪迹机器人模型图图2寻踪迹机器人零件图

（2）组装

a组装第一个零件。

图3组装第一步

b安装车轮

图4组装第二步

c第三步组装图

图5组装第三步

d第四步组装图

图6组装第四步

e安装电动机

图7组装第五步

f安装线路板

图8组装第六步

g安装传感器

图9组装第七步

h组装完成模型整体图

图10组装第八步

i线路板接线总览图

图11组装第九步

（3）连接电路

连接电路主要是将输入、输出元件与慧鱼智能接口板连接起来。

首先，根据参考手册确定导线的长度和数量，将各元件连接到控制板相应的接口端，其中红灯所需导线长度为15cm，连接到主控制器上的M4口，绿灯所需导线长度为25cm，与红灯一起连接到主控制器上的M4口；控制测量机器人运动的两个电动机分别用15cm和25cm的导线连接到M1口和M2口；控制机器人手臂运动的电动机用25cm的导线连接到M3口，手臂上的温度传感器和两个微动开关用25cm的导线连接到I3、I4和I5口；机器人下方的寻线传感器用15cm的导线连接到I1口。

然后，将慧鱼控制面板通过USB接口与电脑连接在一起，给慧鱼控制面板接通电源，打开开关。

电路就完成了连接。

（4）写入程序

连接电源，打开主控制器开关，利用慧鱼自带的编程软件，通过USB把计算机和主控制器连接起来，将其现有的寻踪迹机器人的程序下载到主控制器中。

其主程序如下图所示：

图12寻踪车主程序

其寻踪轨迹的的程序如下图所示：

图13寻踪轨迹程序1图14寻踪轨迹程序2

图15寻踪轨迹程序3

（5）调试运行

模型和程序无误后，打开电源，按下模型中的开关，按照程序运行即可实现设定的功能。

如果程序运行有误，可以在联机状态下运行，以观察程序的执行情况，方便定位问题节点。

（6）实现功能

将各个部件连接好后，再次检查，确保连接没有问题便可打开电源，下载设定程序，按下模型中的开关，按照程序进行调试运行，便可实现设定的功能。

1.1.3实验注意事项

（1）在搭建过程中首先要把当前操作的步骤所需要的连接件按照图书要求找出来做好提前的准备，并且注意相似的连接件不能混淆，尤其是含有度数的，要注意仔细区分。

（2）装配时各个机械构件连接时要确保连接准确，方向正确到位，不滑动。

（3）电子构件装配时要首先检查连接线是否已经损坏，若线已经损坏及时更换并且报告老师，而且要注意电子元件的正负极性，接线要稳定可靠，确保没有松动。

（4）在连接电子元件时，要先检查程序时候能够保证正确的运行，然后再连接的时候要确保电子元件连线的方式应该和编程时的语言一一对应。

1.2其它组合简介

（1）干手机组合简介

干手机是一种卫浴间用烘干双手或者吹干双手的洁具电器，在现代干手机是先进和理想的卫生清洁器具和设备。

。

干手机是一种卫浴间感应烘手洁具电器，在现代是先进和理想的卫生清洁器具和设备。

干手器广泛应用于宾馆、餐饮、娱乐、医院、单位、学校等公共场所的洗手间，能够带来清洁、卫生、安全、无污染的效果，尤其是能防治疾病、细菌的交叉感染。

新型的干手干发器能改变这种情况，它既能吹（烘）干湿手，还能像电风吹一样吹发。

干手机的工作原理是:

当洗手后，将双手伸在自动干手机的出风口下，自动干手器会自动送出舒适的暖风，迅速使您的双手去湿变干，而当您把手一离开自动干手机出风口时它又自动停风关机。

可达到不要毛巾擦干手上水分和防止疾病的交叉感染的要求。

图16干手机模型搭建图

（2）交通信号灯组合简介

交通信号灯是交通信号中的重要组成部分，是道路交通的基本语言。

交通信号灯由红灯（表示禁止通行）、绿灯（表示允许通行）、黄灯（表示警示）组成。

道路交通信号灯是交通安全产品中的一个类别，是为了加强道路交通管理，减少交通事故的发生，提高道路使用效率，改善交通状况的一种重要工具。

适用于十字、丁字等交叉路口，由道路交通信号控制机控制，指导车辆和行人安全有序地通行。

交通信号灯的工作原理是：

绿灯亮时，准许车辆、行人通行，但转弯的车辆不准妨碍被放行的直行车辆和行人通行。

红灯信号是绝对禁止通行信号。

红灯亮时，禁止车辆通行。

右转弯车辆在不妨碍被放行的车辆和行人通行的情况下，可以通行。

交通信号灯黄灯亮时，已越过停止线的车辆，可以继续通行。

已在人行横道内的行人要视来车情况，或尽快通过，或原地不动，或退回原处。

图17交通信号灯模型搭建图

（3）电梯组合说明

电梯在我们日常生活中十分常见，从我们图书馆到学院楼，到处可见电梯。

电梯为我们生活带来很大变化，不用我们在费力去爬高层。

电梯的基本工作原理简介：

通过电机的旋转来驱动齿轮箱和齿条，以带动电梯箱上下升降。

控制器通过读取两个移动开关的状态来决定电梯是否动作，通过读取光电传感器的状态来决定电梯是否停止。

图18电梯搭建模型图

（4）洗碗机组合简介

洗碗机在我们的日常生活中运用越来越普遍，特别是一些大型的餐饮企业中的运用更是普遍，给人们生活带来了很大的方便，提高了人们的工作效率，节省了大量的时间和体力。

洗碗机的工作原理是：

将碗放入洗碗机内，关上柜门，启动程序，设置一定的时间，让电机驱动叶片旋转，搅拌水旋转，以冲洗碗具，此时工作机右上方的绿灯亮起来表示机器正常工作。

工作一段时间后电机自动停止旋转，清洗结束，红灯会一直亮起来。

当出现异常情况时，表示工作出现故障，需要检查。

图19洗碗机模型搭建图

（5）温度调节器组合简介

温度调节器在人们的日常生活中得到越来越多的使用，首先是空调的使用，例如在炎热的夏天当时内的温度上升时，由于温度调节器作用，室内的温度保持恒定；再者在精密仪器的铸造的过程中对温度有过高的要求，这是温度调节器将起到至关重要的作用。

因此，温度调节器的使用给现代人民的生活带来了很大的方便，提高了任命的工作效率，节省了大量的时间和体力。

温度调节器的工作原理是：

首先在正常工作状态下，灯正常发光，散发出热量，到一定程度时，温度传感器受到影响，此时，风扇开始转动，灯灭，风扇使热量散失，温度降低到一定程度时，风扇停止转动，灯亮开始正常工作，如此循环，这就是温度散热器的工作原理。

图20温度调节器模型搭建图

（6）基础标准型组合结构简介

基础标准型是制作其他功能车类机器人的基础，如寻踪车等都是在基础车的基础上加以改进而现实的，熟悉基础车的组装和运行原理，有助于提高同学们组装及运行其它类型机器人的效率。

基础标准型的工作原理如下：

基础车拥有两个独立的电机，支持单独运行，通过软件编程，可让程序对电机进行单独控制，使其拥有不同的转速和转向，从而实现基础标准型机器人的前进、后退、转弯或沿着程序设定的轨道前进等动作。

图21基础标准型模型搭建图

（7）测量机器人组合简介

在测量温度很高的物体时，由于温度太高人无法靠近，因此需要机器人代替人类去进行测试。

测量机器人右侧安装可以伸出的手臂，手臂前方有温度传感器，如果温度高于设定值，可以通过程序设定使机器人收回手臂或者使机器人停止前进。

这样减小人员因温度过高受伤的事件，也提高了可测量温度的范围，大大方便我们测量高温物体。

机器人下方有传感器，可以自动寻迹行走；也可以按照设定的程序行走，非常方便。

测量机器人的大概工作原理如下：

测量机器人按照预定程序或寻线行走，机器人手臂伸出以测量温度。

若温度低于设定值则绿灯亮，机器人继续行走；若温度高于设定值则红灯亮，且机器人手臂退回，机器人停止运动。

图22测量机器人搭建模型图

（8）足球机器人组合简介

足球机器人是在基础标准型小车的基础上就行改装的，能够通过简单的程序完成行进与弹球的功能。

足球机器人的基本工作原理简介：

通过电机的旋转来带动齿轮，从而使轮胎转动使机器人向前行进。

控制面板通过读取光电感应器的状态来控制另一个电机使摇杆，挡板做摇摆运动，并决定小车是否运动。

图23足球机器人模型搭建图

（9）割草机的组合结构简介

随着城市绿化越来越普遍，越来越重要，割草机的应用越来越广泛，给园艺工人带来了极大的方便。

割草机工作原理如下：

割草机前面挡板当遇到草阻碍时，挡板翻转，碰到开关，使割草机开始工作，当草割完后，挡板翻转回来，松开开关，割草机停止工作。

图24割草机模型搭建图

（10）叉车组合结构简介

叉车是工业搬运车辆，是指对成件托盘货物进行装卸、堆垛和短距离运输作业的各种轮式搬运车辆。

在慧鱼模型中，通过一个个模型零件的组装拼出叉车的模型，并实现叉车的功能。

叉车由小车和上下移动的导轨两部分组成，小车部分来模拟现实中叉车的行进机构并可以检测到黑线的位置，上下移动的导轨可以用来叉取物体，并吊起来。

叉车行进中，当检测到黑线的时候，前方就有需要叉取的物体，导轨会放下，并把物体抬起，完成叉取的动作。

图25叉车模型搭建图

2创新设计及详细说明

2.1创意

现在越来越多的人从事高空上料操作作业，比如说粉刷墙面，每次刷墙都需要在高空人为的搭建一个高空平台，这样费时又费力，而且控制平台的下降与上升非常不便，基于此我们想设计一个可移动的升降的高空操作平台，当工人在平台上时可以自己控制平台的升降。

图26创新模型三维造型图27创新模型整体模型图

2.2模型搭建

用慧鱼自带的模型软件搭建模型。

1）搭建小车的底座和轮子

图28轮子搭建图29底座搭建

2）搭建升降机

图30升降机的模型搭建

3）将小车和控制板接到一起

图31小车控制板的模型搭建

4）将升降机与小车主体连接之后的模型图如下：

图32小车主体模型连接

5）将操作平台装上之后的模型图如下：

图33平台搭建

2.3组装

1）安装小车的轮子之后的模型图如下：

图34小车轮子的搭建

2）安装电动机之后的模型图如下：

图35安装电动机以后的模型

3）将小车与平台底座连接之后的模型图如下：

图36小车平台底座连接

4）最后将控制板和升降机和小车底座连接之后的模型图如下：

图37创新模型整体搭建图

2.4控制程序

1）主程序开始，传感器一直检测，如果没有被触发小车就一直前进，其开始主程序如下图所示：

图38创新模型主程序

2）寻迹的拐弯实现程序如下：

图39创新模型拐弯程序

3）当传感器被触发了便结束寻迹，其程序如下图所示：

图40结束寻迹程序

4）当小车走的时候俩个灯随着亮，其程序如下图所示：

图41控制两个灯的程序

5）当遇到触发物小车停其程序如下图所示：

图42小车停止程序

6）按住开关1，平台上升其程序如下图所示：

图43平台升降程序

7）按住开关2，平台下降其程序如下图所示：

图44平台升降程序

8）两个开关没有动作的时候，平台不动其程序如下图所示：

图45平台升降程序

9）寻迹的总电路图如下：

图46总电路图程序总览图

10）平台升降的总程序如下图所示：

图47平台升降总程序

2.5试验

经过试验完全可以实现功能，小车感应到纸条后小车停，然后按开关1和2可以实现平台的升降，纸条抽走后，小车继续向前进，如此循环工作。

（效果见视频）

图48创新模型搭建完成图一图49创新模型搭建完成图二

3遇到的问题

在此次创新设计的过程中，遇到了很多问题，在我们全体小组成员的共同努力下，这些困难和问题基本得到了解决。

但也遗留了一些未能攻克的问题，现简述如下：

1）三维设计软件ftDesigner还不成熟、方便，表现在一下三个方面：

一，零件库中的零件并不齐全，如电动机、齿轮、智能接口板等就无法找到，导致建模并不完全；二，有些零件的属性定义不完全，如长连杆零件经常被弯曲用作小车的护板，但软件中该零件是不能弯曲的；三，软件没有汉语版。

2）在用图形化编程软件RoboPro编程过程中遇到的问题主要有：

一，编程软件一旦汉化，就不能与慧鱼控制面板连接，一直提示错误；二，子程序一旦定义，则程序名称无法再修改，程序修改调整后，程序名与其实际功能便有了出入，使得整个程序的结构显得混乱；三，当程序比较复杂且时，有时不会按照预定程序运动，出现死机状况。

3）车轮与电动机的齿轮啮合不完整，有时无法转动。

4）零件盒空格不多，不能有效地将零件分开放置，寻找零件比较麻烦。

5）与传感器相对的发光的灯泡，需要与传感器离的比较近，不然传感器检测不到光线。

6）在整个课程设计中有时候整体成员会有懈怠的情绪，需要老师的硬性要求，主动性比较差。

4结语

说是四周的课程设计，其实对于我来说投入到这个慧鱼组的时间仅仅两周，非常感激老师对于我们的照顾，但是同时我们特别遗憾的错过了大部分可以锻炼自己动手能力，创新思维和协作精神的机会。

我们错过的两周内其他的同学在模型的认识和组装方面超前了我们很多，通过组长的耐心指导和亲自示范我才初步了解慧鱼的功能，组长让我们先从实体模型的拼装开始，掌握每一个零件之间组装的关系和各自在模型中的作用。

对实体模型有了大体的认识以后，我们开始运用编程软件给机器人编程，开始的时候觉得编程真的很难，比之前学的微机原理编程似乎要难，但是经过了和组里其他人的共同探讨，也经过自己的学习是亲身实践，我已经初步掌握了编程软件的应用，在编程软件学习的中，让我深刻的懂得了遇到困难要大家互相讨论，这样会得到很大的发现。

正是因为我们懂得困难大家一起解决，有问题一起商量，最后我们都能相对熟练的进行编程。

在进行创新模型搭建的时候，我们组一直担当重要作用的组长病倒了，另外一个掌握比较熟练的组员也有事请假了，没有组长在身边我们在创新模型的构思和组装上遇到了困难，一时无从下手，使得我们组在整个班级处于了落后的状态，别的组的模型都已经快要完成的时候，我们的模型仍然在构思中。

当大部分的组已经完工交差的时候我们刚刚组装完成，但是一时的失落感并没有让我们放弃，我们一组的组员在别的同学已经离开办公室以后继续努力，无数次编程和操作试验使得我们在老师的规定时间内完成了任务。

这次最大的收获就是一定要有团队精神，创新模型搭建中遇到的各种问题都是由不同的组员给出解决方案，最终使自己的模型达到预期的效果，另外我们以后的工作中也要像这次课程设计中一样，不放弃，照着自己的目标一直前进努力着。

最后还是谢谢张老师的精心指导！