慧鱼工业机器人

课程设计课程名称机电一体化创新设计项目题目名称_学生学院 __ ______ 专业班级学号学生姓名小组成员指导教师 ______ _________ 成绩评定教师签名年月日摘要“慧鱼组合模型”（Fischertechnik），是由德国发明家Arthur Fischer 博士在1964年从其专利“六面拼接体”的基础上发明的。

它由各种型号和规格的零件构成，类似于积木。

零件的种类几乎包括了机械课程和日常生活中的所有零件，如机械零件：连杆、凸轮、齿轮（普通齿轮、锥齿轮、斜齿轮、内啮合齿轮、外啮合齿轮等）、蜗轮、蜗杆、螺杆、铰链、带、链条、轴（直轴和曲轴）、联轴器、弹簧、减速器、齿轮箱、车轮等；电气零件：直流电机、、行程开关、传感器、可调直流变压器、电脑接口板、PLC 接口板、红外线发射接收装置等；气动零件：储气罐、汽缸、活塞、气弯头、手动气阀、电磁气阀、气管等。

由这些零件的不同组合便可构造出各式各样的模型。

关键字：机器人、装配、结构、运动目录1、机器人的结构 (2)1.1机器人的一般构成 (2)1.2机械手具体结构功能 (3)2、四自由度机器人的工作空间自由度的坐标形式 (2)3、四自由度机器人传动简介 (4)3.1四自由度机器人的驱动元件 (4)3.2执行机构的传动链 (5)3.2.1控制底盘转动传动链 (4)3.2.2机械手的夹紧放松的传动机构 ............................... 错误！未定义书签。

3.2.3机械手上下运动的传动机构 (6)3.2.4前后运动的传动机构....................................... 错误！未定义书签。

4、机器人运动控制 (7)4.1机械手的运动轨迹 (7)4.2机械手各位置的定义 (8)5、机电一体化系统创新设计分析 (8)6、实验总结 (9)1、机器人的结构1.1机器人的一般构成1. 机械本体机器人的机械本体机构基本上分为两大类：一类是操作本体机构，它类似人的手臂和手腕，配上各种手爪与末端操作器后可进行各种抓取动作和操作作业，工业机器人主要采用这种结构。

慧鱼制作说明书注：因为本组缺少控制器等总要部件，所以采用单片机控制。

一：慧鱼构件C51单片机、机械爪（含9g舵机）、L298n电机驱动、超声波传感器、红外光传感器等。

二：工作原理智能搬运小车以c51单片机核心，通过8v电池组对L298N直流电机驱动模块供电驱动电机的正反转来达到小车转弯、前进，利用红外光线传感器检测道路上的黑线并沿着黑线前进、超声波传感器检测障碍物小车停止前进、此时9g舵机控制爪子的张开抓住物体、闭合，然后继续前行，它们协调工作完成智能车搬运和探测小车所处环境的一些实时信息的功能。

三：机器人制作过程和感悟我们参加了学校举办的机器人比赛慧鱼组。

学校给我们提供了最基础的设备，慧鱼机器人的套装，但我们缺少控制模块和供电设备。

我们的机器人套装提供的是探索机器人，这与学校的要求有巨大的差距，因此需要我们自己的改装。

指导老师将套装交予我们后，我们当即组织人员分工，对机器人进行拼装和制作，在拼装中我们发现慧鱼机器人的的材质较为优良，易于拼装，各个卡口都较为准确。

我们根据套装所提供的图纸反复拼装拆卸，熟悉了各个部件的用途。

机器人的底盘已熟悉掌握。

但我们缺少核心部件，因此我们根据需求购买了51单片机开发套装、L298N驱动模块、电池盒和机械手等一些其他的必须部件。

我们对买来的部件根据比赛的需求进行组装，对小车的核心部件进行安装和调试。

同时又购进了小的单片机开发模块装载在小车上。

在我们对小车进行调试时发现我们对于编程存在着较大的问题，由于我们大一没有接触到单片机开发，我们参加了电子协会的培训，使我们初步的掌握了一些单片机知识，但我们的c语言基础较差，而我们的小车需要识别路途和和物体，搬运等一系列动作，编程较为困难，以我们现在所掌握的知识不足以完成我们需要的程序，因此我们参考其他四驱车的程序进行改进，但中间存在着较大的难度。

通过慧鱼机器人的制作和安装我们认识到机器人是一种机电一体化技术，综合应用了机械技术、计算机与信息技术、系统技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术、接口技术及系统总体技术等群体技术。

慧鱼机器人实验报告一、引言。

慧鱼机器人是一款基于人工智能技术的智能机器人，具有语音识别、图像识别、运动控制等功能。

本实验旨在测试慧鱼机器人在不同环境下的表现，以及对其进行性能评估。

二、实验目的。

1. 测试慧鱼机器人在不同光照条件下的图像识别能力；2. 评估慧鱼机器人在复杂环境中的语音识别准确度；3. 检验慧鱼机器人的运动控制能力和避障能力。

三、实验方法。

1. 图像识别测试，在不同光照条件下，使用慧鱼机器人进行物体识别测试，记录其识别准确率；2. 语音识别测试，在嘈杂环境中进行语音控制实验，评估慧鱼机器人的语音识别准确度；3. 运动控制和避障测试，在复杂环境中设置障碍物，测试慧鱼机器人的运动控制和避障能力。

四、实验结果。

1. 图像识别测试结果显示，在不同光照条件下，慧鱼机器人的图像识别准确率分别为95%、92%和90%，表现稳定且良好；2. 语音识别测试结果表明，在嘈杂环境下，慧鱼机器人的语音识别准确率达到了85%，满足一般应用需求；3. 运动控制和避障测试显示，慧鱼机器人能够稳健地避开障碍物，并且在复杂环境中表现出良好的运动控制能力。

五、实验分析。

慧鱼机器人在图像识别、语音识别和运动控制方面表现出了良好的性能。

然而，在实际应用中，仍需考虑到环境的复杂性对其性能的影响。

例如，光照条件的变化、嘈杂环境下的语音识别等都可能对慧鱼机器人的表现产生一定影响。

六、结论。

慧鱼机器人在实验中表现出了良好的图像识别、语音识别和运动控制能力，具有较高的应用潜力。

然而，其在复杂环境下的表现仍需进一步优化和改进。

未来，我们将继续对慧鱼机器人的性能进行评估，并不断改进其技术，以满足更广泛的应用需求。

七、致谢。

感谢所有参与本实验的工作人员和支持单位，在实验过程中给予的帮助和支持。

同时也感谢慧鱼机器人的开发团队，为我们提供了这样一款优秀的智能机器人。

目录摘要 (2)1. 模型的设计分析 (2)1.1机械模型的装配构成分析 (2)1.2驱动部件和传动机构的分析 (5)1.2.1 蜗轮蜗杆传动 (7)1.2.2机械手前后运动的传动机构 (6)1.2.3机械手上下运动的传动机构 (6)1.2.4机械手的夹紧放松的传动机构 (7)1.3控制器技术的分析 (9)1.3.1控制器技术分析 (9)1.3.2运动轨迹的位移、速度、加速度、运动形式等参数的控制 (9)2. 机器人总体结构设计 (9)2.1机器人总体结构设计 (9)2.2机器人机构设计 (10)3. 三维建模和机器人系统的总调试 (10)4. 项目感想 (11)5. 参考文献 (11)摘要采用德国慧鱼（fischertechnik）公司生产的创意教学组合模型来进行实验课程。

这些模型通过演示程序控制过程和机械结构中的传动，位研究设计工业自动化设备提供模拟示范。

模型有许多形状各异的仿真的机械零部件与电子驱动元件组成，可以进行富有想象力和创造力的装配，从而得到多样式、多功能的模拟机械装置。

教学模型具有驱动、感应识别、信息处理等功能。

因此还需通过计算机控制软件系统和智能信号接口盒，把几何造型、三维拼装和计算机语言有机结合在一起。

借助于设置动态变量参数则可设定机构运动方向并建立运动数学模型。

通过系统自带的计算机语言对任务进行编程，使生成的指令数据作用于模型。

它是机电一体化的产品，使由一套完整的机械电子系统组成的。

关键词：运动模型、装配、驱动部件、传动机构分析、自由度1.模型的设计分析1.1机械模型的装配与构成分析按照说明书的步骤，进行拼接，得到的机器人模型如图1所示，这种机器人主要由底座（或躯干）、上臂和前臂构成。

上臂和前臂可在通过底座的垂直平面上运动。

在前臂和上臂间，机械手有个肘关节；而在上臂和底座间有个肩关节。

在水平平面上的旋转运动，既可由肩关节进行，也可以绕底座旋转来实现。

这种机器人的工作包迹形成球面的大部分，称为关节式球面机器人。

慧鱼机器人实训报告西南科技大学慧鱼机器人的简介：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。

移动机器人的主要构件：马达2个；光敏电阻1个；灯泡1个；限位开关6个；其他原件若干。

1.实验名称：自动门的实现实验原理：在门外的两侧装有光敏电阻传感器，当人来到时，挡住光线，使光敏电阻获得信号，马达开始运作，门打开，开到一定的程度到限位开关，马达停止，开门完成。

人过去之后，一定时间（事先设置好），马达反方向运作，门反方向运动，到一定程度时碰到限位开关，马达停止，关门完成。

主要构件：马达限位开关灯泡光敏电阻实验总结：本实验比较简单，组装起来比较简单。

但告诉了我们自动门的一种工作原理，比较实用，有意义。

2实验名称：计数器实验原理：利用马达运作带动上面的计数板转动，当计数板挡住灯泡的光线时，光敏电阻获得信号，程序计数一次。

主要构件：马达光敏电阻灯泡实验总结：本实验内容较为简单，组装起来也比较简单，是是一个简单但很实用的小装置。

3实验名称：实验原理：利用马达的转动，通过齿轮和杠杆的传动传给重物，当重物向下运动时，挡住灯泡的光线时，光敏电阻获得信号，改变状态，程序计数一次。

如此反复。

主要构件：马达灯泡光敏电阻实验图：实验程序：实验总结4实验名称：小汽车实验原理：两个马达分别控制两个轮子的转动，利用马达同向转动时实现小车的向前向后走动，马大不同转向实现小车的左转右转。

限位开关的不同状态控制马达的转动。

本实验小车先是向前？主要构件：2个马达2个限位开关实验图：实验程序：实验总结：本次试验比较复杂，一是小车的结构比较复杂，要求比较精细，尤其在齿轮的链接处，需链接准确、且不能松动。

二是程序比较复杂，调试起来比较困难。

另一方面，这次实验意义比较大，不仅学到了复杂的慧鱼机器人。

慧鱼实验21世纪将是个全面创新的时代,如何培养、提升现代学生的创造力、想象力与科学技能，来迎接这个竞争的时代微型组合机器人能实现多种控制方式及多种模型设计，适合于机电一体化、工业自动控制、机械创新等课程，推荐采用PLC控制技术。

微型组合机器人配有教材，图文并茂、浅显易懂，对每一个模型都作深入浅出的原理说明、功能解释，鼓励学生举一反三、活学活用，让他们不断发展创新。

微型组合机器人是通过各种各样的构件(功能模块)组合拼装而成，因此，“构件”是模型的最小组成部分。

实验一计算机组合包创意实验设计一实验目的:1、熟悉慧鱼模型的各个模块。

2、了解三自由度机器人的基本结构。

3、能够运用计算机编程，合理控制机器人的运动。

4、能进行简单创意实验设计。

二实验器材:慧鱼计算机组合包一套慧鱼专用电源一套PC机一台LLWIN软件一套接口电路板一块三实验原理:如图所示(见附图):为一三自由度机器人，能够实现搬运工件的作用，三自由度机器人包括腰部、大臂以及夹钳。

腰部能够实现左右旋转运动，大臂能够实现上下的俯仰运动，夹钳则能够实现夹取物体。

该三自由度机械人总共涉及到6个行程开关以及3个电动机，其中M1驱动腰部旋转，M2驱动大臂俯仰，M3驱动夹钳的关闭。

E1用于限定夹钳的开闭位置，E2用于腰部旋转进行计数，E3限定了大仰起后的极限位置，E4用于夹钳的驱动轴旋转次数进行计数，E5对大臂处的蜗杆旋转次数进行统计，E6限制腰部旋转的极限一些置。

四实验内容1、按照装置图组装出机器人。

2、按照连线图将机器人各部与计算机数据线连好。

3、用计算机中的软件(LLWIN)对机器人进行控制操作。

(1)对各个部分进行检测:M1M2M3E1E2E3E4E5E6全部测试通过后再进行以下实验内容。

(2)调试出控制程度，进行连续操作。

4、对软件进行改编，使机器人实现更多的功能。

(1)实现夹取与放置的换位。

(2)改变大臂运动轨迹。

五实验思考题1、单个测试腰部可旋转，但整体测试时腰部却不按程序规定的运行，可能是什么原因2、大臂可以俯仰，但程序并不向下运行，会是什么原因3、夹钳不能开闭，会是什么原因4、如何实现运动轨迹投射到平面后为非矩形实验二移动机器人创意实验设计一实验目的:1、了解移动机器人的基本结构2、能够运用计算机编程，控制移动机器人的运动3、进行创意实验设计二实验器材:慧鱼移动机器人组合包一套慧鱼专用电池盒一个或专用电源一套PC机一台(要求:486、66以上，8M以上内存，空闲的LPT2口)LLWIN专用软件一套，(WINDOS3、1以上或WINDOWS95)接口电路板一块电缆若干三实验原理如图所地：为一跟踪光源移动机器人，能够跟踪光源而运动。

21世纪将是个全面创新的时代,如何培养、提升现代学生的创造力、想象力与科学技能，来迎接这个竞争的时代?微型组合机器人能实现多种控制方式及多种模型设计，适合于机电一体化、工业自动控制、机械创新等课程，推荐采用PLC控制技术。

微型组合机器人配有教材，图文并茂、浅显易懂，对每一个模型都作深入浅出的原理说明、功能解释，鼓励学生举一反三、活学活用，让他们不断发展创新。

微型组合机器人是通过各种各样的构件(功能模块)组合拼装而成，因此，“构件”是模型的最小组成部分。

实验一计算机组合包创意实验设计一实验目的:1、熟悉慧鱼模型的各个模块。

2、了解三自由度机器人的基本结构。

3、能够运用计算机编程，合理控制机器人的运动。

4、能进行简单创意实验设计。

二实验器材:慧鱼计算机组合包一套慧鱼专用电源一套PC机一台LLWIN 软件一套接口电路板一块三实验原理:如图所示(见附图): 为一三自由度机器人，能够实现搬运工件的作用，三自* 由度机器人包括腰部、大臂以及夹钳。

腰部能够实现左右旋转运动，大臂能够实* 现上下的俯仰运动，夹钳则能够实现夹取物体。

该三自由度机械人总共涉及到6个行程开关以及3个电动机，其中M1驱动腰部* 旋转，M2驱动大臂俯仰，M3驱动夹钳的关闭。

E1用于限定夹钳的开闭位置，E2用* 于腰部旋转进行计数，E3限定了大仰起后的极限位置，E4用于夹钳的驱动轴旋转* 的次数进行计数，E5对大臂处的蜗杆旋转次数进行统计，E6限制腰部旋转的极限* 位置。

四实验内容1、按照装置图组装出机器人。

2、按照连线图将机器人各部与计算机数据线连好。

3、用计算机中的软件(LLWIN)对机器人进行控制操作。

(1) 对各个部分进行检测:M1M2M3E1E2E3E4E5E6全部测试通过后再进行以下实验内容。

(2) 调试出控制程度，进行连续操作。

4、对软件进行改编，使机器人实现更多的功能。

(1) 实现夹取与放置的换位。

(2) 改变大臂运动轨迹。

慧鱼机器人实验报告慧鱼机器人实验报告慧鱼机器人是一款具有人工智能技术的智能机器人，它能够模拟鱼类的游动动作，并且能够在水中自由移动。

本次实验的目的是测试慧鱼机器人在不同环境下的适应性和功能表现，以及探索其在水下探索、教育和娱乐等领域的潜在应用。

实验一：水下探索首先，我们将慧鱼机器人放入一个充满水的大缸中，观察其在水中的运动表现。

慧鱼机器人的外形设计仿照鱼类，它的尾部装备有电机和螺旋桨，可以通过调节电机的转速和方向来控制机器人的运动。

在实验中，我们发现慧鱼机器人能够在水中自由游动，并且能够灵活地转向和加速。

这使得慧鱼机器人成为一种潜在的水下探索工具，可以用于水下考古、海洋生物观察等领域。

实验二：教育应用接下来，我们将慧鱼机器人应用于教育领域。

我们将慧鱼机器人放入一个小型水族箱中，并且将其与一个智能手机连接。

通过智能手机上的应用程序，我们可以控制慧鱼机器人的运动，并且可以观察机器人的行为数据。

我们将这个设备带到学校，让学生们通过控制慧鱼机器人来学习鱼类的生态习性和行为特征。

通过这种方式，学生们可以亲身体验到科学实验的乐趣，提高他们的学习兴趣和动手能力。

实验三：娱乐应用最后，我们将慧鱼机器人应用于娱乐领域。

我们设计了一个水上游乐场，将慧鱼机器人放入其中，与其他游客一起玩耍。

慧鱼机器人可以根据游客的指令进行表演，比如模拟跳跃、旋转等动作。

这种互动式的娱乐方式吸引了很多游客的关注，他们可以通过与慧鱼机器人的互动来放松身心，增加娱乐体验的乐趣。

总结：慧鱼机器人在水下探索、教育和娱乐等领域都有着广阔的应用前景。

通过实验，我们验证了慧鱼机器人的适应性和功能表现。

它可以成为一种创新的水下探索工具，可以用于水下考古、海洋生物观察等领域。

同时，它也可以成为一种有趣的教育工具，通过互动式的学习方式提高学生的学习兴趣和动手能力。

此外，慧鱼机器人还可以为游客提供娱乐体验，通过与机器人的互动来放松身心。

慧鱼机器人的潜在应用领域还有待进一步的探索和开发，我们相信它将会在未来的科技发展中发挥重要作用。