慧鱼机器人——工业机器人

摘要：

随着社会的进步和科技的发展,机器人产品开始进入到生产过程和日常生活中,各种类型的机器人在特定的工作环境下发挥着越来越重要的作用。但是目前对于移动式机器人多采用轮式移动机构,在适应复杂地形时无法满足路况的要求,由此设计一种灵活的、行走平稳和对路况适应性强的机器人成为解决此类问题的关键。根据昆虫运动时采用的三角步态走法设计了机器人的腿部五连杆行走机构,并对其进行了占空比、稳定性、转弯状态等分析，由程序来控制机器人的动作。

Along with social progress and technological development, robotic products began to enter into the production process and daily life, all types of robots in a specific working environment is playing an increasingly important role. But at present used for the mobile multi-wheeled mobile robot body to adapt to the complex terrain can not meet the requirements of road conditions, thus design a flexible, stable and on the road walking robot adaptable to solve such problems as key. Insect movement under the tripod gait used in the design of the robot moves in the leg five-link walking mechanism, and its conduct of the duty cycle, stability, turning the state and other analysis, by the program to control the robot movements.

一.选题意义目的：1.为了对工业生产进一步了解，了解机器人工作原理

2. 由于组装复杂要求实践性更强，这样提高学生动手能力在传统实验里，主要是课程中的具体原理或理论的验证性实验，如机械原理中齿轮范成 实验，主要是为了验证齿轮的加工原理；再如机械设计中的带传动实验主要是为了验证带传 动中的两个重要的现象——弹性滑动和打滑。这些传统型实验对学生更好的理解课本的理论 知识有很大的帮助，具有课本结合性强的特点。

3．安装过程中应用知识面更广，培养综合素质实验的内容涉及面极广，不仅包括传统机械相关的实验内容，而且还 涉及到了能源(包括太阳能)、气动、遥控（如传感器技术）、自动控制（PLC 控制、单片机 控制）、软件编程（慧鱼公司自带的编辑软件 LLWin 3.01）等多学科的知识，最重要是它能 够把这些很好地知识结合起来，并体现到某个模型中。

4.组建灵活性大，可以自行设计装配创新性高，增加学生研究性思维而在慧鱼实验中，学生不仅可以对教具所提供的样本模型进行验证式实验（通过这些模 型实验可以使学生掌握机械、电子和自动化等的相关知识），而且可以把这些不同模型的特 点结合起来，进行自主设计，设计出新的作品来，因此慧鱼实验具有较高的创新性。

二.结构方案设计 a.机械手铅垂面内旋转180°，将一侧东西夹持住，放在另一侧。

b.三自由度机械手拼装，可以沿z轴转动上下前后移动。

三.实现功能：三自由度机械手能够实现在不同的方向上抓取物体，而a方案只能在一个方向上固定位置放重物将其夹持。b方案相对a方案机械手灵活性更大。通过螺旋传动机械手展开闭合抓取和释放重物，机械手又被固定在手臂上，通过水平螺旋传动机械手臂可以在水平方向运动，通过基座大齿轮，机械手可以实现180°转动。

四.我在本次试验中担任小组组长，承担组织工作。

五.设计中心得体会

首先，通过对三自由度机械手的拼装，充分锻炼学生的动手能力，由于此实验包括的零件极多，结构比较复杂，因此学生在做实验前必须了解其结构特点，并按照实验步骤搭建，方能正确的组装此实验模型。学生在组 建模型的过程中，不仅锻炼了其动手能力，也充分理解了其结构特点，为以后进行类似的设计提供 了设计依据.

其次，此实验充分拓宽了学生的知识面。由于此实验不仅包括机械知识、电气知识，而且还包括计算机编程知识。学生在调试模型时，首先要保证机械结构、电气部件联接没有错误，其次还要 自己编制程序，最后运行程序检验机械手的运动是否与预想的一致。只有实现了预先规定的功能， 才算是调试结束。学生在此实验过程中，要同时接触硬件和软件的知识，有利于其综合素质的培养。

最后，此实验充分体现了创新性。而实 验中所采用的行程开关计数来实现电机圈数控制即具有极高的创新性。这很好的培养了学生的创新 思维，也为学生将来从事研究性工作打下良好的创新思维基础。

作品在极限位置控制方面存在缺点，以机械手的定位实现原理为例，要想使机械手臂精确定位， 必须严格控制电机的旋转圈数，由于实验中采用的是普通直流电机，通电就旋转，不好控制。

我在本次试验中学到了关于慧鱼机器人的一些知识，锻炼了动手能力，也培养了创新意识，也是对综合能力的考察，我深刻感到所学知识的局限性，懂得太少，因此以后我会努力学习这方面知识，使自己在这方面得到补充，学无之境啊！

六．慧鱼基本模块

七．实验原理分析

三自由度机械手能够实现在不同的方向上抓取物体，其运动系统主要由 4 部分组成，分别为： 水平运动、垂直运动、旋转运动和手爪运动。每一个运动系统的控制部分组成都是由一个直流电机、 两个行程开关组成。下面以垂直运动为例介绍三自由度机械手的工作原理。垂直运动主要由三个主要部件组成：电机、限位行程开关和计数行程开关。电机为垂直运动提 供动力；这里所选用的电机为直流电机，通以 9V 电压，则开始旋转。通以-9V 电压，则反向旋转。 限位行程开关限制垂直运动的极限位置，也是垂直运动的起始位置；当机械手臂向上运动碰到上面 的限位行程开关后，机械手臂停止运动。计数行程开关是用来计量电机的旋转圈数的，从而可以精 确的计算垂直运动的距离，起到定位的作用。垂直运动具体的运动过程可分为两个阶段：定位阶段和复位阶段。定位阶段：驱动电机使手臂 从初始位置开始下降，通过定位行程开关计数使手臂到达指定位置停止。复位阶段：驱动电机反转 使手臂上升，直到碰到限位行程开关结束。

垂直运动的工作原理简图如图 2 所示：垂直运动以“微型计算机”为核心，“智能接口板”为中 介，主要由两大部分组成，数字输出和数字输入。一方面，微型计算机发送指令，通过智能接口板 输出给电机，使电机运动。另一方面，行程开关的信号经由智能接口板输入到计算机中，根据信号 的结果执行相应的动作。限位行程开关和计数行程开关都是同一种行程开关。行程开关是一个触发 式的开关，当触头被按下时，则电路接地，此时通过智能接口板采集到的信号为低电平，数字信号 为 0；当触头悬置时，则电路断开，此时输出的数字信号为 1。计算机根据接受到的信号发出不同的 命令，如使电机旋转或停止。