5乐高机器人机电一体化创新设计PPT资料.ppt

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,4.传感器,触动传感器,光电传感器,角度传感器,目前，乐高机器人提供四种标准传感器：

光电、温度、角度及触动传感器。

触动传感器：

触动开关需连接到RCX输入端或乐高8路输入和输出接口中黄色输入通道（）。

类型和供电要求:

无源数字传感器典型应用和说明:

实例1：

当机器人碰到障碍物时，控制机器人后退、转弯。

实例2：

在电梯模型中，可以作为楼层的触动按钮。

温度传感器需连接到RCX输入端或乐高8路输入和输出接口板上的黄色输入通道（）。

测量范围：

-20C+50C类型和供电要求:

无源模拟传感器典型应用和说明:

观测一杯热水散热时温度的变化。

当温度达到一定值时，控制马达转动。

光电传感器传感器测试范围0.6Lux（0%）760Lux（100%）。

利用该传感器，你可以：

-通过检测光强变化计数-通过测试反向光强来辨别颜色-测量一个光源的光强类型和供电要求:

有源模拟传感器典型应用和说明:

沿黑线机器人；

在交通模型中，控制路灯在晚上自动打开；

实例3：

测量房间光线的分布，考查房间照明是否合理。

在竞速赛时，拍摄数字图片。

角度/位置传感器可连接到RCX输入端或乐高8路输入和输出接口板上的蓝色输入通道（）。

利用这个传感器，你可以：

-测试旋转方向-发送一个运动，测量旋转位置注意：

不要将马达直接联接到位置传感器，否则会大大缩短传感器使用寿命类型和供电要求:

有源数字传感器典型应用和说明:

测量车子走过的距离；

获取机械手臂的位置；

获取电梯到达的位置。

DCP在实际应用中，需要采集不同的物理量以实现不同的目的，4种传感器可能不够。

为此，乐高与DCP公司合作开发了LEGODCP适配器，可将DCP公司的工业传感器与RCX连接起来，让机器人采集高精度的电压、温度、湿度、pH值、声音、旋转/位移、压力等信号，让您的机器人更好地响应外部环境。

除了DCP传感器，如果感兴趣，您还可以根据需要，开发自己的传感器，与RCX连接，让您的机器人更好地感觉外部世界。

其它传感器A电压传感器：

电压25V，内阻抗：

410kB温度传感器：

可以测量-30C130C温度C湿度传感器：

可以测量0100%的相对湿度（温度范围-20度到80度）D旋转/位移传感器：

360旋转，可测340E空气压力传感器：

0200KPa（约0-30psi）F声音传感器：

测量范围为：

50dB-100dB（A加权）GpH值传感器适配器：

与pH值电极配合使用，25C时每pH值的输出为59.1mV。

HREDOX适配器：

高阻抗电压适配器，用于连接其他传感器或设备。

电压范围为：

+/-1250mVI光度传感器：

对光强度具有较高的分辨，测量范围为025000Lux.JDESIGNER传感器套件：

包括数字、模拟传感器，测直流电压，测量范围为：

02.5VK线性加速计传感器：

加速范围为-50m/s/s50m/s/s，斜度为-90+90L电流传感器：

如图所示，4mm插槽及电缆，可以替换插口、探针及夹子，可测量-1A+1A的直流,5.RCX微型电脑,RCX微型电脑是乐高机器人不可缺少的大脑，是它将普通的模型转换成智能机器人。

通过不同的传感器，RCX能够接收外界环境的变化，进行处理和运算后，输出指令来控制机器人的动作。

RCX是美国麻省理工大学多媒体实验室研究多年的成果，是一个嵌入式系统，或者说是一个小型电脑。

RCX与普通的单片机有很大的区别，其最根本的区别是RCX有自己的类似WINDOWS的操作平台，可以用多种高级编程语言来控制RCX，而单片机只能使用汇编语言。

TheRCXRCX带有自己的喇叭，可以播放6种不同的声调。

通过红外通信，RCX可以：

接收电脑上编写的程序将采集在内存的数据上传到电脑进行分析和另一个RCX进行通信，方便制做大型智能系统。

灯连接RCX的AC输出端口。

可通过软件编程对灯进行如下控制：

1.开关；

2.以用户定义的时间频率闪烁；

3.改变发光强度。

蜂鸣器连接RCX的AC输出端口。

可通过软件编程对蜂鸣器进行如下控制：

2.发出两种声音。

利用软件控制，需将蜂鸣器转到正确位置，才能使其响应实际声音。

6.IR红外发射仪,将电脑程序下载到RCX，是电脑和RCX不可缺少的连接。

有2种类型：

USB接口：

必须使用ROBOLAB版本2.5以上串口：

RS232接口，可以兼容所有ROBOLAB版本。

串口发射仪,USB发射仪,7.连接导线、轴套类零件与其它辅助元件,8.编程ROBOLAB软件,为乐高机器人编写程序的ROBOLAB软件是一个低起步，高发展，直观易学的图形化编程环境，是以美国国家仪器公司的LabVIEW为基础开发的。

1997年诺贝尔物理奖获得者WilliamD.Phillips博士选用LabVIEW作为编程环境,控制他发明的全新原子冷却实验。

LabVIEW采用图形化编程方式，产生的程序是框图的形式，对于使用者来说，编程就像设计流程图一样，在很短的时间内就能够学会。

由于LABVIEW明显提高了科研和生产效率,它在航天航空、通信、汽车、半导体和生物医学等众多领域很快得到广泛应用。

乐高公司通过和美国国家仪器公司，美国TUFTS大学的友好合作，开发了基于LabVIEW的机器人编程软件ROBOLAB，使机器人更容易进入课堂，使我们的学生在很小的年龄就可以开始编写程序，体会计算机的威力。

ROBOLAB有200多个编程模块,可以完成常见编程语言，如C/C+或VisualBasic等软件的功能。

学生在计算机上为机器人编写好程序，程序一旦下载到RCX，机器人就脱离计算机，根据程序指令，按照周围环境的输入信息来行动,完全智能化。

当然，如果机器人未按预先设计的行动，即程序编写不够完善时，可以在计算机上修改源程序，再下载，运行机器人进行测试，直到机器人完全按要求工作为止。

ROBOLAB软件分为编程者（Programmer）和研究者（Investigator）两部分,可以在ROBOLAB开始使用的第一用户界面选择.编程者主要用于控制机器人,而研究者增加了数据采集和分析功能,用于学科实验。

ROBOLAB最突出的优点是提供不同的编程级别,例如机器人编程者分为“导航者”和“发明家”.“导航者”级别提供的编程环境和例子较为简单，适宜初学者；

它为初学者提供了固定的编程模块，你可以在这里用鼠标点击图标模块并在下拉图标模块中选取所需图标来完成。

发明家级别则提供全部的控制能力。

这两个级别均包含四个等级，从浅到深。

四、实验前的准备工作,按模型组合包设备清单清点模型零件，并按类型分类置放于装料盘中；

2.认真阅读模型组合包操作手册；

3.按组装指导图搭接模型，掌握组合模型的拼接方法；

4.熟悉动力元器件的装配、连接方法；

包括：

电动机、传感器、变压器、气动元件、各种开关等；

5.熟悉组合包配备的软件Robolab及接口。

五、实验内容与步骤,机器人的制作是一个循序渐进的过程，首先你需要确立目标：

你需要一个什么样的机器人？

接着需要设计和搭建，然后在电脑上使用ROBOLAB为机器人编写程序，通过红外发射器将程序下载到RCX上。

下载成功后，RCX就可以脱离计算机自动运行。

最后是测试你的机器人，是否实现了你的目标？

哪些需要改进？

回到第一步，改进你的机器人。

在这个过程中，需要学生发挥自己的创作才能，综合利用各种知识，还有充分发挥团队合作精神。

第一步：

设计与搭建机器人乐高机器人套件认知、观察，了解其种类、作用等相关信息；

选题，确定设计目标，制定设计方案，进行任务分工；

运用乐高机器人套件，组装智能机器人。

RCX微型电脑是由MIT开发的，是乐高机器人系统的核心部分。

使用ROBOLAB软件及RCX，学生们可以创造、搭建、编程真正的机器人，让它运动、做动作、甚至自己去“想”。

为RCX编写程序，通过各种输入（传感器）与输出（马达与灯等）对周围环境做出响应。

第二步：

在PC机上为机器人编写程序为RCX编写控制程序的ROBOLAB软件是一个简单、直观、易学的编程环境，是以美国国家仪器公司的LabVIEW，流行于测量和自动化领域的图形化编程软件为基础开发的。

ROBOLAB软件具有所有通用编程环境，如C/C+或VisualBasic等软件的功能。

在计算机上为机器人编写好程序，程序一旦下载到RCX，机器人就脱离计算机，根据程序指令，按照周围环境的输入信息来做出判断，决定下一步如何行动。

完全智能化。

美国国家仪器（NI）公司的LABVIEW软件：

1997年，美国太空总署在监测其飞船着陆、定位、位置、运转状况等时，使用了LabVIEW软件。

LabVIEW软件是一功能强大、设计完美的编程环境，深受大学、和各行各业的工程技术人员及科学家喜欢，并被广泛使用。

是测控领域倍受欢迎的软件开发工具，应用于生物医学、航空航天、能源研究等各个领域，用于数据采集与仪器控制、数据分析与处理等。

第三步：

下载程序到RCXRCX通过IR红外发射仪与计算机通信。

使用ROBOLAB编程软件在计算机上编写好编程，然后，通过与计算机串口机相连的IR发射仪下载到RCX。

IR与RCX通过无线红外方式通信。

下载的固件包括了RCX硬件的细节和底层的编程指令，ROBOLAB软件也将难懂的汇编语言表达为一个个图标。

编程时我们只需要选择所需的功能图标，像画流水线一样有逻辑性地将图标连起来，这样就可以完成程序编写，实现复杂的软件设计。

下面，我们用单片机的汇编语言来与ROBOLAB做个比较。

同样是完成RCX赋值，直接对RCX的微处理器H8编写程序要复杂许多，编写时不但要注意语句顺序，甚至标点符号也不能错。

而通过RCX操作系统使用ROBOLAB，你只需要懂得怎样使用几个图标。

图形化语言ROBOLAB功能强大，设计完美，广泛流行于测量和自动化领域。

熟悉使用ROBOLAB无疑对我们以后工作有巨大的帮助。

第四步：

运行程序，测试机器人是否按要求工作通过运行程序，马上知道机器人是否按设计的行动。

如果机器人没有按要求的做，那么，可通过检查机器人搭建及程序编写是否正确来修正错误。

这一过程不仅锻炼学生分析问题、解决问题的能力；

而且培养学生逻辑分析能力、团队合作精神与交流能力。

例子,视频,实验报告,一、机构结构简图及原理图二、控制程序三、思考题简要说明设计思路2.试述本设计的创意性和实用性,评分标准创新性40分工作原理30分外观造型10分动作控制20分,