基于慧鱼系统的机构创新设计

第２６卷第１期　２０１４年３月　北方工业大学学报　Ｊ．ＮＯＲＴＨ　ＣＨＩＮＡ　ＵＮＩＶ．ＯＦ　ＴＥＣＨ．　Ｖｏ１．２６　ＮＯ．１　Ｍａｒ．２０１４　

基于凸轮组合机构的“８＂字形无碳小车创新设计　

胡越铭　高德文　张　瑞　张　欣　高　轩　

（北方工业大学机电工程学院，１００１４４，北京）　

摘　要无碳小车应用凸轮组合机构实现了沿“８”字形轨迹的自动行驶功能．本文对小车　的参数进行了系统分析，通过对凸轮连杆机构的精算与设计，完成了“８”字形轨迹的转向机构的　设计，最终完成了无碳小车的制作，并且实现了小车按预定轨迹行驶的目的．　关键词“８”字形；无碳小车；参数设计；能量转换　分类号ＴＰ２３５　

现代机械中，可以实现沿“８字形”轨迹运　行的机构很少，它们之中大多数为间歇性的机　

构，如：槽轮、棘轮、不完全齿轮等．本文根据全　

国大学生工程训练综合能力竞赛命题要求，设　计出一种可以实现“８字形”轨迹的无碳小车．　

小车将４焦耳重力势能转换为前进的动能．“８　字形”轨迹的自动转向功能由凸轮连杆组合机　

构完成．无碳小车结构简图如图１所示．　

图１无碳小车结构简图　

１　数据分析　

１．１　力学分析　

根据题目要求，比赛场地为乒乓球桌面　

（木质地板），查找资料知木质地板摩擦系数厂　

收稿日期：２０１３—０４—２６　第一作者简介：胡越铭，本科生　为０．４～０．６，将其它摩擦力等效到后轮，这里　取厂一０．６．　图２给出了小车的受力模型图（为了简化模　

型，假使小车前轮受到的支持力和与前轮运动方　向相反的摩擦力对０　点的力矩相互抵消）．　

Ｅ　

重心Ｄ＼　

／　

Ｇ　

图２小车力学模型图　

其中：Ｆ　为重物对绕线轮即后轮轴的拉　力；　为地面对后轮的摩擦力；Ｇ为小车所受　

的重力，其作用点为小车的重心；Ｒ为后轮半　

径；ｒ为绕线轮半径；Ｎ为齿轮传动比；ｆ为地　面的摩擦系数．

　第１期　胡越铭等：基于凸轮组合机构的“８”字形无碳小车创新设计　３９　

要使小车能够行走，顺时针扭矩必然大于　

慧鱼创意组合模型设计报告范文书

慧鱼创意组合模型设计报告书目录1模型设计及简介21.1测量机器人组合说明21.1.1测量机器人组合简介21.1.2实验步骤21.1.3实验注意事项81.2其它组合简介82创新设计及详细说明142.1创意142.2模型搭建142.3组装142.4控制程序162.5试验183遇到的问题194结语201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、寻踪车、测量机器人、足球机器人、割草机和叉车。

1.1测量机器人组合说明1.1.1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。

1.1.2实验步骤（1）准备工作按照所给测量机器人的视图，了解并熟悉组装模型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，以及下图中的零件。 （2）组装a组装第一个零件，即车轴支架。

b安装车轮C进一步安装小车底座d加固小车底架e安装电动机f安装另一个车轮g将两个车轮和电动机组合在一起，并且加固底架。

h安装辅助小车轮。

i安装小车尾座底架j安装小车手臂k将手臂安装到小车上。

l安装尾座m加固小车前部n安装小车前部，并且连接电路。

1 设计性实验指导书

实验名称：可拼装智能模型实验

实验简介：“慧鱼教具及创意组合模型”，又称为“工程积

木”，“智慧魔方”。它集教具和仿真模型于一身，是科技知识启

蒙、创造性思维训练及创造力开发的最佳载体。“慧鱼教具及创

意组合模型”是由德国发明家、企业家、当今世界拥有专利最

多（5000项）的Artur Fischer博士于1964年发明问世的。

菲舍尔博士因此还荣获了德国诺贝尔工程奖。“慧鱼”的技术含

量极高。目前，国际最前沿的工程技术，如仿生技术、气动技

术、传感技术、计算机技术以及机器人技术等，在“慧鱼”中

都实现了微型仿真替代。“慧鱼”有各种型号和规格的零件近千

种，一般工程机械制造所需要的零部件如连杆、齿轮、马达、

涡轮，以及汽缸、压缩机、发动机、离合器，甚至热（光、触、

磁）敏传感器、信号转换开关、计算机接口等等，在“慧鱼”

中都可以找到。因此，“慧鱼教具及创意组合模型”零部件的仿

真度，几乎能够实现任何复杂技术过程和大型设计的模型，使

之真实地“再现”。该实验设备能够组装各种机械及设备，将其

用于辅助理论教学，将使学生获得很强的感性认识，并且能发

挥其无限的创造力。

适用课程：机械原理

实验目的：A通过对动手组建模型，连线，编程，运行程

序控制模型等各阶段学习后，对慧鱼创意组合模型的运作方法

有一个初步的熟悉；B了解基本的机械结构和特点掌握电气动

控制工业技术的基本概念、分类及特点；C了解电气动元件的

工作原理、种类和实际应用方式，电气动控制系统的组成和结

构掌握基本的电气动控制技术的应用，了解现代自动化控制系

统的结构和特点；D在机构创新实验的基础上利用实验模型零

件拼装创新机构实物模型。

面向专业：机械类

实验项目性质：设计性（课内选做/课外开放）

计划学时：8学时

实验分组：4人/组

面向专业：机械类

2 实验要求：A预习《机械原理实验指导书》中实验目的、

原理、设备、操作步骤或说明，并写出预习报告，提出设计方

案；实验前没有预习报告者不能够进行实验；B 进行实验时衣

机电工程技术第48卷 第 12期 MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING TECHNOLOG丫 Vol.48 No.12DOI: 10. 3969/j. issn. 1009-9492. 2019.12. 009万智辉，廖志鹏，徐巍涛，等.基于“慧鱼”的小型智能立体停车库设计[J].机电工程技术，2019, 48 (12)： 30-32.基于“慧鱼”的小型智能立体停车库设计*万智辉，廖志鹏，徐巍涛，程华兴(东华理工大学机械与电子工程学院，江西南昌 330013)摘要：“慧鱼”创意组合模型包括机械构件、电气构件、传感器、控制器及控制软件。利用“慧鱼”创意组合模型，通过机构设计、软件 编程和模块组装等环节，针对城市老旧小区，设计制作了一种小型智能立体停车库。阐述了该立体车库的工作原理和基本结构，详细介绍 了各功能模块的组建及原理，编制了软件控制程序，完成了存取车实验，为解决城市老旧小区停车难问题提出了一种可行的理论方案。 关键词：“慧鱼”创意组合模型；小型立体停车库；智能存取车；托夹机构中图分类号：TH 122 文献标志码：A 文章编号：1009-9492(2019)12-0030-03Design of Small Intelligent Mechanical Parking System Based on FischertechnikWAN Zhihui, LIAO Zhipeng, XU Weitao, CHENG Huaxing(College of Mechanical & Electrical Engineering, East China University of Technology, Nanchang, Jiangxi 330013, China)Abstract： The fischertechnik includes mechanical components, electrical components, sensors, controllers and control software. Using the fischertechnik, a small intelligent mechanical parking system was designed and manufactured for old urban residential areas through mechanism design, software programming and module assembly. The working principle and basic structure of the stereo garage were described. The construction and principle of each functional module were introduced. The software control program was compiled and the experiment of storing and accessing vehicle was successfully carried out. A feasible theoretical solution is proposed so as to solve the problem of parking difficulties in old urban communities.Key words: fischertechnik; small mechanical parking system; intelligent access vehicle; clamp mechanism0引言近年来我国私人汽车保有量井喷式增长，停车设施建 设却远远滞后，停车问题已成为一些小区业主的生活难题 和物业公司的管理难点，甚而影响到了小区周围动静态交 通环境叫 对已建成的老旧小区停车环境进行改造.解决 路边停车问题，是解决我国各大城市停车难问题的重要方 法之一叫机械式立体车库既可以大面积使用，也可以见 缝插针设置，还能与地面停车场、地下车库和停车楼组合 实施，是解决城市停车难问题的有效手段'1。传统的机械 式立体车库种类较多，包括升降式立体车库、巷道堆垛式 立体车库、循环式立体车库、旋转式立体车库、简易升降 式立体车库ZL等.这些立体车库大多开发难度大、成本 高、普及性差，不适宜在老旧小区开展车位改造，而小型 无避让式立体停车库具有占地面积小、停取车方便、建设 难度低、故障少、灵活性好等特点"'，可在老旧小区等场 合开发应用。本文基于“慧鱼”创意组合模型，设计了一种小型智 能两层立体停车库。该停车库用双电机同步带动两侧螺杆 对载车板进行托夹，再通过提升机构和横移机构，辅以检 测传感元件，在系统程序控制下实现智能存取车。该车库 结构简单，存取车操作便捷安全，空间利用率可提高… 倍，并可根据实际车位情况实现横向、纵向安装及扩展， 特别适合城市的老旧居民小区、道路边等停车环境。1机械系统设计1.1整体装置及运行原理装置包括5个部分：基本框架、吊车装置（上部为提 升横移机构，下部为托夹机构）、载车板、门禁装置、控 制系统，如图1所示。其简易工作流程为：存车时，车主 开车至车库门禁正前方，打开近光灯闪射后，光敏电阻感 应车灯，系统启动存车程序，由超声波距离传感器和板下 行程开关感应出空车位，吊车装置中的提升横移机构将托 夹机构运行至载车板正下方少许距离，托夹载车板并运行 至存车入口处，载车板下压门禁启动开关开启车库门档， 车主开车至载车板后停车按下存车按键即可自行离开，系