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乐高二自由度机械手设计制作报告
学校：电子科技大学院系：物理电子学院
专业;电子信息科学与技术班级：13级电子五班
设计项目：乐高二自由度机械手项目类型：综合
指导老师：任玉琢时间:2014年4月——6月姓名：刘云龙学号：2013040205007
徐博学号：2013040205009
刘科学号：2013040205012
目录
一．引言 (3)
二．课程设计原理 (3)
三．课程设计方案和项目规划 (3)
四．课程设计的具体实现 (4)
五．结果分析与展望 (7)
一：引言
创新是推动全球经济增长的新兴力量，对国家的科技竞争力具有重要影响。中国近年来经济增长迅速，科技也取得了较大发展，但是现有的技术创新绝大多数是基于技术引进或模仿创新，创新极少，这对我国实现竞争力的持续提高提出了极大的挑战。
为了适应国际形势的发展，学校以新思想重新设计人才培养模式，按照前瞻性和国际化的要求，实施知识、能力、素质并重的培养模式，按照学科要求和经济社会发展的需求，引导学生在研发中学习，基于网络学习，塑造创造性人格，给予学生更大的成才空间。在创新方面，学校开设移动机器人技术课程。通过课程，我们了解了机器人原理，机器人发展动向，初步具备了独立开发乐高机器手实现书写汉字的目标。本文将系统的介绍我们团队对课程目标的独特认识和实现的软件硬件成果。
二：课程设计原理
1.乐高组件是一种优秀的科技教育产品，它将模型搭建和计算机编程有效的结合在一起，使学生能够设计自己的机器人，在计算机上编写程序，然后通过与计算机相连的USB数据线将程序下载到机器人的大脑——NXT主控器，机器人就可以完全脱离计算机，按指令独立运动。LOGO电动机，可以用来驱动轮胎，可以用来带动齿轮转动；LOGO齿轮，可以用来传递各种运动；LOGO积木，可以达成各种形状，实现多种功能。
2.本课程程序设计基于BRIXCC通过c语言编写控制程序。程序通过二维数组读出要写的字，通过连接数组中离散的点得到笔画，从而写出输入的字。其中的关键在于定位机械手的位置，本程序通过建立极坐标的方式确定笔和原点的夹角及半径。
三：课程设计方案和项目规划
方案：
自备乐高组装套件，通过小组合作的形式，根据乐高组件形状及实际需要，搭配出稳定且能初步实现机械手功能的主体框架，该框架应满足二自由度，从而实现在水平方向和竖直方向上的自由活动。后期写入程序，根据机械手结构需要进行修正。具体方案如下：
1.组装基座：通过四个长杆，组起一个方形基座，安放在大轮胎上面。
2.第一个电机安装在基座下，以降低重心。第二电机安装在基座边缘，通过齿轮传动，实现带动第二个电机在水平方向上能自由运动180度。
3.第二个电机通过齿轮的适当组合实现竖直方向运动到水平方向运动的转变，第三个电机通过齿轮传动机构与第二电机相连，实现270度的水平方向运动。
4.通过以上步骤，基本上实现了两个自由度的设计，配合程序，能实现水平方向上的二自由度运动，从而写出设计的汉字，达到课程目的。
项目规划：
课程设计预计从12周到16周进行，17周上交二自由度机械手成品及课程设计与制作报告。
日期任务安排备注
第12周领取工具，初步设计机械手结
构，按照设计组装基座，分析
整体结构是否符合课程要求。课程进行顺利，初步分析认为设计完全符合任务要求。
第13周按照设计，进一步组装下面的
结构，完成第一，二，三个电
机的安装。
第14周下载能连接NXT主控器的c
语言编译器，分析结构运动特
性，初步进行程序设计，研究
结构稳定性，可行性，探索程
序如何实现任务要求。
第15周进一步完善程序，通过NXT
主控器控制的电机要能实现
试写出简汉字，达到课程任务
要求。
第16周完成课程设计，拍摄视频，书
写设计报告，总结经验教训，
为以后的学习工作生活积累
经验。
四：课程设计的具体实现
1． 所需设备：
乐高高版本NXT 处理器，伺服电机三个，数据线及乐高积木若干，装有brixcc 软件的电脑，乐高程序下载线。
2. 具体结构：
1. 底座组装图。可以看到我们把第一电机安装在最底下以降低重心，再用三个轮胎来实现整体机构水平。通过齿轮组合，实现了第一电机带动上面的第二电机在水平方向自由运动180度。本结构包含了第一自由度。
第一电机
第一二电机之间的传动机构
底座
2. 第二自由传动机构图。该结构实现了把第二电机在竖直方向运动转化为在水平方向上运
第二电机与第三电机之间的传动机构
可以看到第二电机的运动方向实现了转向
动，从而实现了第二自由度的运动功能。
3. 乐高机械手末端，第三电机可带动水笔在水平方向上运动。考虑到书写过程中可能需要抬笔，设计通过第三电机在竖直方向的适当运动，实现抬笔功能。
五：结果分析与展望
1. 设计基本实现了二自由度机械手设计制作的课程基本要求，完成了设计任务。但是由于
没有基础，项目的设计与实现过程，是个自主学习与探究的过程，最后能顺利完成，在这里要感谢任老师给予的方便与指导，感谢学校为我提供这种机会以及设备去完成任务。
2. 乐高积木机器人是一款功能非常强大的设备，可以用在娱乐，数据采集，智能控制与监测，模型设计，科研探究，模拟实验等多种领域。通过这次机器人制作，提高了自己的动手能力与设计水平，对机械模型、机械构造与设计、机器人智能、传感器的应用和数据采集与分析等有了更进一步的理解。
3. 本次课程设计通过c 语言实现了对NXT 语句的认识，加强了自己的程序设计能力，为以后的学习工作生活打下了坚实的基础，加强了自己发现问题解决问题的能力，工程实践能力。
4. 移动机器人技术课程加强了自己对机器人技术的认识，培养了自己科学素养与创新能力。同时培养了自己对机器人的兴趣，为以后的机器人学习奠定了基础。
抬笔功能的实现
