慧魚(yú)創(chuàng)意組合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)2013

1、慧魚(yú)創(chuàng)意組合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū) 江西理工大學(xué)機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室慧魚(yú)創(chuàng)意組合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緦?shí)驗(yàn)主要基于慧魚(yú)創(chuàng)意模型系統(tǒng)（fischertechnik）。實(shí)驗(yàn)的目的是通過(guò)讓學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)手組裝模型機(jī)器人和建造自己設(shè)計(jì)的有一定功能的機(jī)器人模型產(chǎn)品，使學(xué)生體會(huì)創(chuàng)意設(shè)計(jì)的方法和意義；同時(shí)通過(guò)創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生了解一些計(jì)算機(jī)控制、軟件編程、機(jī)電一體化等方面的基礎(chǔ)知識(shí)，加深對(duì)專業(yè)課學(xué)習(xí)的理解，為后續(xù)課的學(xué)習(xí)做一個(gè)很好地鋪墊。 二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備介紹1慧魚(yú)創(chuàng)意模型系統(tǒng)的組成：慧魚(yú)創(chuàng)意模型系統(tǒng)（fischertechnik）硬件主要包括：1000多種的拼插構(gòu)件單元、驅(qū)動(dòng)源、傳感器、接口板等。拼插構(gòu)件單元：系統(tǒng)

2、提供的構(gòu)件主料均采用優(yōu)質(zhì)的尼龍塑膠，輔料采用不銹鋼芯鋁合金架等，采用燕尾槽插接方式連接，可實(shí)現(xiàn)六面拼接，多次拆裝。系統(tǒng)提供的技術(shù)組合包中機(jī)械構(gòu)件主要包括：齒輪、聯(lián)桿、鏈條、齒輪（普通齒輪、錐齒輪、斜齒輪、內(nèi)嚙合齒輪、外嚙合齒輪）、齒軸、齒條、渦輪、渦桿、凸輪、彈簧、曲軸、萬(wàn)向節(jié)、差速器、齒輪箱、鉸鏈等。驅(qū)動(dòng)源：直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)（9V、最大功率1.1W、轉(zhuǎn)速7000 prn），由于模型系統(tǒng)需求功率比較低（系統(tǒng)載荷小，需求功率只克服傳動(dòng)中的摩擦阻力），所以它兼顧驅(qū)動(dòng)和控制兩種功能。減速直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)（9V、最大功率1.1瓦，減速比50：1/20:1）。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)包括：儲(chǔ)氣罐、氣缸、活塞、電磁閥、氣管等元件

3、。圖1觸動(dòng)開(kāi)關(guān)原理示意圖傳感器：在搭接模型時(shí)，你可以把傳感器提供的信息（如亮/暗、通/斷，溫度值等）通過(guò)接口板傳給計(jì)算機(jī)。系統(tǒng)提供的傳感器做為控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)包括：感光傳感器Brightness sensor（光電管）：對(duì)亮度有反應(yīng)，它和聚焦燈泡配合使用，當(dāng)有光（或無(wú)光）照在上面時(shí)，光電管 產(chǎn)生不同的電阻值，引發(fā)不同信號(hào)。接觸傳感器Contact sensor（觸動(dòng)開(kāi)關(guān)）：如圖1所示，當(dāng)紅色按鈕按下，接觸點(diǎn)1、3接通，同時(shí)接觸點(diǎn)1、2 斷開(kāi)，所以有兩種使用方法：常開(kāi)：使用接觸點(diǎn)1、3，按下按鈕導(dǎo)通；松開(kāi)按鈕斷開(kāi)；常閉：使用接觸點(diǎn)1、2，按下按鈕斷開(kāi)；松開(kāi)按鈕導(dǎo)通。熱傳感器Thermal se

4、nsor（NTC電阻）：可測(cè)量溫度。溫度20°C時(shí)，電阻值1.5K。NTC的意思是負(fù)溫度系數(shù)，溫度升高電阻值下降。磁性傳感器 Magnetic sensor ：非接觸性開(kāi)關(guān)。紅外線發(fā)射接收裝置：新型的運(yùn)用可控制所有馬達(dá)電動(dòng)模型的紅外線遙控裝置由一個(gè)強(qiáng)大的紅外線發(fā)射器和一個(gè)微處理器控制的接收器組成。有效控制范圍是10米，分別可控制三個(gè)馬達(dá)。接口板：自帶微處理器，程序可在線和下載操作，用LLWin3.0或高級(jí)語(yǔ)言編程，通過(guò)RS232串口與電腦連接，四路馬達(dá)輸出，八路數(shù)字信號(hào)輸入，二路模擬信號(hào)輸入，具有斷電保護(hù)功能（新版接口），兩接口板級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)輸入輸出信號(hào)加倍。PLC接口板：實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，

5、直接與PLC相連。智能接口板自帶微處理器，通過(guò)串口與計(jì)算機(jī)相連。在計(jì)算機(jī)上編的程序可以移植到接口板的微處理器上，它可以不用計(jì)算機(jī)獨(dú)立處理程序（在激活模式下）。慧魚(yú)創(chuàng)意模型系統(tǒng)ROBPRO軟件：ROBPRO軟件是一種圖形編程軟件，簡(jiǎn)單易用，實(shí)時(shí)控制。用PLC控制器控制模型時(shí)，采用梯形圖編程。編輯程序的其最大特點(diǎn)是使用系統(tǒng)提供的工具箱中的功能模塊就可以建立控制程序（無(wú)須其它高級(jí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的背景做支持），圖標(biāo)式的功能模塊簡(jiǎn)單易懂。模型可用電腦、PLC 或 單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行控制。2控制元件基本原理控制元件的種類、基本原理、功能及使用下面主要介紹在模型機(jī)器人的組裝過(guò)程和控制過(guò)程中將會(huì)遇到的以下幾種主要控制

6、單元和其簡(jiǎn)單的工作原理。氣動(dòng)元件相關(guān)知識(shí)：在組裝氣動(dòng)機(jī)器人時(shí)會(huì)用到氣缸作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，氣缸中的空氣可以被壓縮，壓縮得越大，氣缸里的壓強(qiáng)越大。壓強(qiáng)單位是“帕”或“帕斯卡”，壓強(qiáng)的計(jì)算公式： P=13.6×103千克/米3×9.8牛/千克×0.76米1.01×105帕相當(dāng)于質(zhì)量為1千克的物體所受的重力在1厘米2 的面積上產(chǎn)生的壓強(qiáng)。氣動(dòng)活塞（氣缸）運(yùn)動(dòng)原理：如圖2所示。ABCDEF左右圖2 雙動(dòng)氣缸圖中：A、B進(jìn)出氣口，可與氣管連接C、D活塞、活塞桿（活塞與活塞桿連接）E、F氣缸壁、密封圈活塞C可以在封閉的氣缸壁E中運(yùn)動(dòng)當(dāng)A口開(kāi)進(jìn)氣，B口開(kāi)出氣時(shí)：活塞桿D右移

7、； A口開(kāi)出氣，B口開(kāi)進(jìn)氣時(shí)：活塞桿D左移。壓縮機(jī)壓縮機(jī)有三部分組成：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、空氣壓縮氣缸、儲(chǔ)氣罐。工作原理：電機(jī)帶動(dòng)曲柄軸轉(zhuǎn)動(dòng)，活塞桿與曲柄軸連接，使電機(jī)的周轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊麠U做左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；钊麠U向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，口吸入空氣，當(dāng)活塞桿向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，使壓縮空氣壓入儲(chǔ)氣罐。手動(dòng)切換閥圖3 手動(dòng)切換閥圖4進(jìn)氣閥的回路圖手動(dòng)切換閥如圖3所示：中間的接頭（P）是進(jìn)氣口，左右兩個(gè)接頭（A和B）則用氣管接到氣缸。下面的接頭（R）是放氣口，用來(lái)釋放從氣缸回來(lái)的氣體。這種閥還有三個(gè)切換位置（左中右），在氣動(dòng)學(xué)中，稱之為四通三位閥。圖4示意了在不同開(kāi)關(guān)的位置進(jìn)氣閥的回路。 傳感器傳感器做為一種“感應(yīng)”元件，可以將

8、物理量的變化轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，做為輸入信號(hào)給計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理，達(dá)到控制執(zhí)行元件的目的。接觸傳感器作為數(shù)字傳感器的開(kāi)關(guān)（觸動(dòng)開(kāi)關(guān)）簡(jiǎn)單的邏輯電平“0”和“1”可以用一個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)描述。當(dāng)觸動(dòng)開(kāi)關(guān)被按下與松開(kāi)時(shí)，在電路中意味著導(dǎo)通與斷開(kāi)，在邏輯電路中就意味著“0”和“1”兩種狀態(tài)。觸動(dòng)開(kāi)關(guān)的工作原理如圖5所示：常閉常開(kāi)231圖5 觸動(dòng)開(kāi)關(guān)工作原理圖觸點(diǎn)1與按鈕的機(jī)械結(jié)構(gòu)是杠桿機(jī)構(gòu)，在切換動(dòng)作中，當(dāng)按下按鈕，觸點(diǎn)切換發(fā)出輕微的滴答聲時(shí)，你可以清晰地感到一個(gè)壓力點(diǎn)，當(dāng)觸點(diǎn)1與觸點(diǎn)2斷開(kāi)時(shí)與觸點(diǎn)3接通。如果我們慢慢地松開(kāi)開(kāi)關(guān)，必須讓杠桿充分地回位，機(jī)械開(kāi)關(guān)接通和斷開(kāi)的位置之差稱為滯后。觸點(diǎn)或其它電子開(kāi)關(guān)的

9、切換滯后是一個(gè)重要的特性。如果不存在滯后作用，在開(kāi)關(guān)上的微小抖動(dòng)就會(huì)導(dǎo)致一些意想不到的觸頭動(dòng)作，可能導(dǎo)致不可預(yù)測(cè)的事件。這里的開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)成了一個(gè)過(guò)變型開(kāi)關(guān)。做為輸入模塊（INPUT），0 表示按鈕沒(méi)有按下，1 表示按鈕已被按下；01010-1上升沿1-0下降沿圖6 觸發(fā)信號(hào)示意圖做為脈沖模塊（Edge），01或10切換，稱之為觸發(fā)沿。如圖6觸發(fā)信號(hào)示意圖所示：bec圖7光電三極管示意圖感光傳感器利用光電效應(yīng)原理制成，用光電三極管檢測(cè)光線。光電三極管是一種半導(dǎo)體器件，其電氣特性取決于光線。一個(gè)常見(jiàn)的三極管有三個(gè)極：基極b、發(fā)射極c、集電極e，如圖7所示，其主要功能在于放大弱電信號(hào)。流進(jìn)三極管基極的

10、弱電流，可以在集電極產(chǎn)生大得多的電流，電流放大系數(shù)可以達(dá)到1000倍以上?；埕~(yú)模型使用的光電三極管可以理解為一個(gè)光電池和三極管的組合，光電池負(fù)責(zé)將光信號(hào)變成弱電信號(hào)，三極管承擔(dān)放大電流的功能。光電三極管既可以用做數(shù)字傳感器，也可以用在模擬傳感器。在第一種情況下，它作為檢測(cè)光線明暗的轉(zhuǎn)換（01），作為數(shù)字傳感器工作；第二種情況下，它可以分辨光線的強(qiáng)弱，這樣就作為模擬量傳感器來(lái)工作。超聲波距離傳感器反映傳感器與障礙物的距離，測(cè)量距離約為4m，相應(yīng)的檢測(cè)數(shù)值以cm在程序檢測(cè)界面顯示。直接將其連接到D1或D2端即可。顏色傳感器不同顏色表面的反射光波長(zhǎng)不同。以0-10V電壓的形式輸出。反射光的強(qiáng)弱與環(huán)境

11、光、物體表面與傳感器的距離等因素有關(guān)。你可以在程序檢測(cè)界面的A1或A2中得到相應(yīng)0-1000的數(shù)值。傳感器的一端接到信號(hào)A1或A2端，另一端接到9V電源端及公共端。軌跡傳感器可以尋找到白色表面的黑色軌道。（傳感器檢測(cè)表面應(yīng)為5mm-30mm，它包含兩個(gè)發(fā)射和兩個(gè)接收裝置，連接該傳感器你需要有兩個(gè)數(shù)字量輸入端和9V電源端。白熾燈用作信號(hào)輸出白熾燈用來(lái)輸出簡(jiǎn)單的光信號(hào)，稱之為光執(zhí)行器。白熾燈結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，鎢絲在真空玻璃種由兩極引出，當(dāng)電流流過(guò)燈絲，鎢絲加熱直到變白。用白熾燈作光源，三極管就能分辨觸由不同波長(zhǎng)的光反射而成的彩色光信號(hào)，慧魚(yú)組合包里的白熾燈有一個(gè)顯著的特點(diǎn)，光線在玻璃燈泡中被集中，這樣

12、就提高了光線的聚焦性，而且能夠更準(zhǔn)確地檢測(cè)光信號(hào)。直流電機(jī)作為動(dòng)力源模型系統(tǒng)中，直流電機(jī)是重要的執(zhí)行器。直流電機(jī)由一個(gè)旋轉(zhuǎn)的“轉(zhuǎn)子”和一個(gè)固定的“定子”組成，轉(zhuǎn)子原理上可以理解為一個(gè)處在定子磁場(chǎng)中的導(dǎo)體線圈，如果電流流過(guò)線圈，就產(chǎn)生了轉(zhuǎn)矩，可以使導(dǎo)體在磁場(chǎng)中移動(dòng)。很多直流電機(jī)用永磁鐵物質(zhì)來(lái)產(chǎn)生所需的磁場(chǎng)，疊成定子的磁板。電流是用滑動(dòng)連接電刷傳到轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子上的，這些電刷使同一時(shí)間在線圈的電流反向，以使旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)不會(huì)中斷，正常電機(jī)的轉(zhuǎn)速在每分鐘幾千轉(zhuǎn)。模型系統(tǒng)的更多內(nèi)容參見(jiàn)實(shí)驗(yàn)室提供的設(shè)備說(shuō)明書(shū)和模型樣本。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及任務(wù)創(chuàng)意設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)由兩個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K組成，其模塊間的關(guān)系如圖8所示：實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)一創(chuàng)意模

13、型設(shè)計(jì)與調(diào)試提高學(xué)習(xí) 16個(gè)學(xué)時(shí)樣品模型制作與軟件學(xué)習(xí)基礎(chǔ)學(xué)習(xí) 8個(gè)學(xué)時(shí)圖8實(shí)驗(yàn)?zāi)K關(guān)系圖1.實(shí)驗(yàn)一 樣品模型制作與軟件學(xué)習(xí)創(chuàng)意模型系統(tǒng)提供以下樣本模型，供初學(xué)者看圖制作，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人模型的計(jì)算機(jī)控制。機(jī)械與結(jié)構(gòu)組合包: 認(rèn)識(shí)汽車內(nèi)的動(dòng)力傳動(dòng)方式;汽車中的檔位變換剖析變速器，各個(gè)檔位的變速比計(jì)算;汽車轉(zhuǎn)向的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu);后輪驅(qū)動(dòng)與四輪驅(qū)動(dòng);差動(dòng)齒輪的工作原理。電子技術(shù)包：通過(guò)電子控制和機(jī)械結(jié)構(gòu)的結(jié)合，拼接成體現(xiàn)電子控制技術(shù)各種模型，讓學(xué)生了解電子技術(shù)的相關(guān)原理和工作工程。模型典型有：電梯；交通指示燈；自動(dòng)烘手機(jī)；防盜報(bào)警系統(tǒng)；自動(dòng)分配器。機(jī)器人技術(shù)入門包：主要傳授機(jī)器人控制入門知識(shí)。利用

14、說(shuō)明書(shū)，學(xué)生能在很短的時(shí)間里組合8種模型，其中有烘手器、停車場(chǎng)欄桿控制器、焊接機(jī)器人等。模型和PC是通過(guò)智能接口板連接起來(lái)的，能很方便很快速地用圖形化編程語(yǔ)言ROBO Pro對(duì)模型編程。該組合包包含數(shù)量眾多的fischertechnik構(gòu)件、馬達(dá)、燈泡、傳感器及齒輪箱。通過(guò)編程控制紅綠燈，移動(dòng)門、自動(dòng)沖壓機(jī)、停車欄桿，不斷創(chuàng)新，不斷改進(jìn)你的程序，使之達(dá)到最佳效果。工業(yè)機(jī)器人：提供模型包括翻轉(zhuǎn)機(jī)、柱式機(jī)械手、全自動(dòng)焊接機(jī)、四自由度機(jī)械手等。模型在工業(yè)加工中都可以找到原型，表現(xiàn)了工件被翻轉(zhuǎn)、運(yùn)送、焊接的各個(gè)過(guò)程，這四種模型既可單獨(dú)使用，也可聯(lián)合起來(lái)，組成一套閉環(huán)加工系統(tǒng)。氣動(dòng)機(jī)器人：提供模型包括氣

15、動(dòng)門、分揀機(jī)、加工中心等，通過(guò)電腦編程控制各類氣動(dòng)元件的組合動(dòng)作，完成工件的傳遞、加工、轉(zhuǎn)移、歸類等系列動(dòng)作。移動(dòng)機(jī)器人：模型包括可檢測(cè)邊沿的機(jī)器人，躲避障礙的機(jī)器人，光線追蹤者，AGV小車，電子飛蛾，無(wú)人駕駛運(yùn)輸系統(tǒng)。小車可追蹤光源、軌跡，兩個(gè)大功率馬達(dá)分別控制兩個(gè)前輪，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退及轉(zhuǎn)向動(dòng)作。仿生機(jī)器人：仿生技術(shù)是一門新興技術(shù)，經(jīng)模擬自然界萬(wàn)事萬(wàn)物的運(yùn)動(dòng)方式，提高各種實(shí)用機(jī)器的速度和效率?；埕~(yú)創(chuàng)意組合模型也將注意力轉(zhuǎn)向了這饒有興趣的課題，運(yùn)用智能接口板、LLWin軟件，并結(jié)合“四連桿機(jī)構(gòu)”開(kāi)發(fā)出各種活靈活現(xiàn)的機(jī)器人。它們模仿甲殼蟲(chóng)、螃蟹等動(dòng)物，用四條腿或多條腿來(lái)行走，通過(guò)軟件編程控制，不

16、僅可以前后左右運(yùn)動(dòng)，而且還能躲避障礙物。在這樣一個(gè)妙趣橫生的仿生動(dòng)物世界里，你將會(huì)成為一名優(yōu)秀的專業(yè)編程員。探索機(jī)器人：世界中不為人知的領(lǐng)域需要用到機(jī)器人來(lái)完成測(cè)量距離、追蹤軌跡等任務(wù)。閃爍的信號(hào)是表示駕駛的方向，識(shí)別顏色，測(cè)量溫度，躲避障礙物，識(shí)別白天和黑夜，頭頂上面的燈自動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)和警報(bào)器等等。ROBO探險(xiǎn)家傳感器能做許多的事情。負(fù)溫度系數(shù)傳感器、光敏傳感器、超聲波距離傳感器、紅外線傳感器、彩色傳感器以及特殊的軌道傳感器都是它的標(biāo)準(zhǔn)裝備。在兩個(gè)兩個(gè)大功率電動(dòng)馬達(dá)和履帶驅(qū)動(dòng)的作用，即使崎嶇不平的路面也可暢行無(wú)阻，完成給定的任務(wù)。作為一種模型，還包括一個(gè)鳴蜂器和營(yíng)救機(jī)器人。實(shí)驗(yàn)任務(wù)：此實(shí)驗(yàn)?zāi)K

17、主要以熟悉系統(tǒng)功能為主要任務(wù),在一定時(shí)間段內(nèi)完成模型的組裝，實(shí)現(xiàn)模型的全部邏輯運(yùn)動(dòng)，并能編寫簡(jiǎn)單的控制程序；理解機(jī)器人的工作原理。本次實(shí)驗(yàn)搭接以下六種模型：機(jī)械與結(jié)構(gòu)組合包中的 “汽車差動(dòng)模型”、“塔吊模型”，電子技術(shù)包中的“沖壓機(jī)模型”、“磚塊分送機(jī)模型”，機(jī)器人技術(shù)入門包中的“移動(dòng)門模型”、“烘干機(jī)模型”。實(shí)驗(yàn)方法與步驟：1) 針對(duì)所選用的模型包類型，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的模型范例拼裝圖冊(cè),檢查所用模型包內(nèi)零件的完整性。2) 在進(jìn)行模型的每一步搭建之前，找出該步所需的零件，然后按照拼裝圖把將這些零件一步一步搭建上去。在每一步的搭建基礎(chǔ)上，新增加的搭建部件將用彩色顯示出來(lái)，已完成的搭建部分標(biāo)上白色

18、。3) 按拼裝順序一步一步做。注意需要擰緊的地方（比如說(shuō)輪心與軸）都要擰緊，否則模型就無(wú)法正常運(yùn)行。4）模型完成后，檢查所有部件是否正確連接，將執(zhí)行構(gòu)件或原動(dòng)件調(diào)整在預(yù)定的起始位置, 實(shí)現(xiàn)模型的全部邏輯運(yùn)動(dòng)。5）借助機(jī)器人技術(shù)軟件手冊(cè)，學(xué)習(xí)手冊(cè)中所介紹的程序范例來(lái)迅速掌握ROBOPro軟件的作用，你也可以根據(jù)自己的需要來(lái)修改或擴(kuò)充這些范例程序。6) 實(shí)驗(yàn)完畢后必須清理所使用模型包中零件的數(shù)量，并向?qū)嶒?yàn)指導(dǎo)教師報(bào)告模型包的完好情況，然后將模型包及實(shí)驗(yàn)資料鎖進(jìn)抽屜。特別提醒：實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不能丟失任何一件零件。若有丟失，照價(jià)賠償。實(shí)驗(yàn)考核：演示操控模型，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。2實(shí)驗(yàn)二 創(chuàng)意模型設(shè)計(jì)與調(diào)試 實(shí)驗(yàn)

19、方法與步驟：1）根據(jù)教師給出的創(chuàng)新設(shè)計(jì)題目或范圍，經(jīng)過(guò)小組討論后，擬定初步設(shè)計(jì)方案。2）將初步設(shè)計(jì)方案交給指導(dǎo)教師審核。3） 審核通過(guò)后，按比例縮小結(jié)構(gòu)尺寸，使該設(shè)計(jì)方案可由慧魚(yú)創(chuàng)意組合模型進(jìn)行拼裝。4） 選擇相應(yīng)的模型組合包。5） 根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)拼裝。6） 安裝控制部分和驅(qū)動(dòng)部分。7） 確認(rèn)連接無(wú)誤后，上電運(yùn)行。8） 必要時(shí)連接電腦接口板，編制程序，調(diào)試程序。步驟為：先斷開(kāi)接口板、電腦的電源，連接電腦及接口板，接口板通電，電腦通電運(yùn)行。根據(jù)運(yùn)行結(jié)果修改程序，直至模型運(yùn)行達(dá)到要求。9） 運(yùn)行正常后，先關(guān)電腦，再關(guān)接口板電源。然后拆除模型，將模型各部件放回原存放位置。實(shí)驗(yàn)考核：演示操控模型

20、；提交實(shí)驗(yàn)創(chuàng)意報(bào)告。四 ROBO接口板介紹1、概述ROBO接口板可以使電腦和模型之間進(jìn)行有效的通信，如圖9。它可以傳輸來(lái)自軟件的指令,比如激活馬達(dá)或者處理來(lái)自各種傳感器的信號(hào)。圖9 ROBO接口板2、ROBO接口板的構(gòu)成電源輸入端口： 1）、用慧魚(yú)9V電源適配器連到DC插座， 2）、用可充電電源連到+/-插座。當(dāng)采用前一種方案時(shí)，連接充電電池的插座就自動(dòng)斷開(kāi)。電源連通之后，電源指示LED自動(dòng)點(diǎn)亮而且兩個(gè)綠色的LED交替閃爍，表明接口板可以正常工作。空載電流：接口板的空載電流消耗為50毫安。 USB接口和串口： 接口板可通過(guò)串口和USB接口和電腦相連接。每塊接口板都配備了相應(yīng)的連接電纜。它兼容了

21、USB1.1和2.0的規(guī)范，其數(shù)據(jù)傳輸率為12MB/S。微處理器和存儲(chǔ)器： 16位處理器，型號(hào)M30245，時(shí)鐘頻率16MHZ，128K RAM，128K flash。數(shù)字量輸入I1-I8： 可連接傳感器，比如按鈕、光電傳感器和磁性傳感器。電壓范圍9伏，ON/OFF的切換電壓值為2.6伏，輸入阻抗為10K歐。輸出M1-M4或者O1-O8： 可連接四個(gè)9V直流馬達(dá)（向前，向后，停止，八級(jí)調(diào)速），連續(xù)運(yùn)行電流250毫安，帶短路保護(hù);另外也可以連接8個(gè)燈或者電磁線圈到單個(gè)的輸出O1-O8.(用電器的另一端可連接到接地端,燈或電磁線圈的分布情況在接口板上已標(biāo)出)模擬阻抗輸入AX和AY：可連接電位器、光

22、敏和熱敏電阻。測(cè)量范圍為05.5k。模擬電壓輸入A1和A2： 可連接輸出為010伏電壓的模擬傳感器,例如慧魚(yú)的顏色傳感器。距離傳感器輸入D1和D2： 專門用來(lái)連接慧魚(yú)的兩個(gè)距離傳感器。紅外線（IR）輸入： 利用紅外線接收二極管，手持式紅外線發(fā)射裝置上各個(gè)鍵可以用做數(shù)字式輸入。用鍵來(lái)激活的某項(xiàng)功能，則可以用ROBOPro軟件來(lái)編程。26針插槽： 這個(gè)插座提供了所有輸入和輸出的引腳，因此可以通過(guò)帶狀電纜和1個(gè)26針插頭來(lái)將模型和接口板相連。I/O擴(kuò)展板用插槽： 使用ROBO I/O擴(kuò)展板，輸入和輸出的數(shù)量都可以得到擴(kuò)展。擴(kuò)展板上可以有額外的四路帶速度控制的馬達(dá)輸出，八路數(shù)字量輸入和一個(gè)05.5k歐

23、的模擬阻抗輸入。無(wú)線射頻通信模塊用插槽：無(wú)線射頻通信模塊是一個(gè)可選的無(wú)線接口模塊。有了它，電腦和接口板之間的電纜連接不再是必須的。射頻數(shù)據(jù)鏈接可以與電腦的USB端口通訊，范圍為10米。3、接口板工作模式在線模式： 接口板始終和電腦相連（通過(guò)USB，串口或者無(wú)線射頻通信模塊）。程序在電腦上運(yùn)行，顯示器作為用戶界面。下載模式： 在這種模式下，程序被下載到接口板上且獨(dú)立于電腦運(yùn)行。兩個(gè)不同的程序可以同時(shí)下載到FLASH存儲(chǔ)器中，而且斷電后程序也可以保存在內(nèi)。也可以將程序下載到RAM中，一旦電源中斷或者啟動(dòng)FLASH中的程序，原先RAM中程序就被刪除。1）接口板與電腦連接端口的選擇接口的選擇可通過(guò)編程

24、軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。接口板自動(dòng)訪問(wèn)正在接收數(shù)據(jù)的接口，然后分配到的端口對(duì)應(yīng)的LED點(diǎn)。如果未收到任一接口的數(shù)據(jù)，則這兩個(gè)燈交替閃爍。2）紅外測(cè)試功能 如果你多次按動(dòng)“port”按鈕，使得IR LED點(diǎn)亮，那么你可以通過(guò)手持式紅外線發(fā)射裝置來(lái)控制接口板的輸出，而不需要直接將接口板連到電腦上。如果這個(gè)功能被激活，那么USB和串口會(huì)被關(guān)閉。你還可以再多次按動(dòng)“port”按鈕，使得USB和串口的LED交替閃爍來(lái)回到自動(dòng)選擇端口狀態(tài)3）FLASH存儲(chǔ)區(qū)中程序的選擇和啟動(dòng) 按下并保持“prog”按鈕，按鈕旁的綠色LED指明了所選的程序（1或者 2）。LED只在FLASH區(qū)中確實(shí)存儲(chǔ)有程序才會(huì)點(diǎn)亮。選擇所需程序釋放

25、 按鈕。再按一下“prog”按鈕，程序就會(huì)啟動(dòng)了。在程序運(yùn)行時(shí)，LED閃動(dòng)。再按一下“prog”按鈕，程序就會(huì)停止。在程序停止時(shí)，LED持續(xù)點(diǎn)亮。4）RAM存儲(chǔ)區(qū)中程序的選擇和啟動(dòng)按下并保持“prog”按鈕，直至按鈕旁的兩個(gè)綠色LED同時(shí)點(diǎn)亮，然后松開(kāi)按鈕。只有RAM中有程序兩LED才會(huì)同時(shí)點(diǎn)亮。再按一下“prog”按鈕，程序就啟動(dòng)。在程序運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)LED都閃動(dòng)。再按一下“prog”按鈕，程序就停止。在程序停止時(shí)，兩個(gè)LED持續(xù)點(diǎn)亮。注意:在測(cè)試階段，程序只需要先裝載到RAM中。比較理想的是，把最終的程序存儲(chǔ)到FLASH中。這樣，可以延長(zhǎng)FLASH的壽命，它的極限大約是擦寫10萬(wàn)次。五圖形化

26、的編程語(yǔ)言ROBPRO軟件相關(guān)基本知識(shí)為了更好和更快地編程，下面將介紹一些基本的編程和操作知識(shí)。1軟件程序的作用你很想知道機(jī)器人是如何準(zhǔn)確地完成預(yù)定任務(wù)的，象是有一種超自然的力量在控制它們。其實(shí)，不僅僅在機(jī)器人領(lǐng)域，在其它很多地方我們都會(huì)碰到控制和自動(dòng)化技術(shù)。當(dāng)你將制作好的機(jī)器人模型與智能接口板、電源和計(jì)算機(jī)相連接好以后，他們彼此之間就建立了一種聯(lián)系（或稱為通訊），機(jī)器人上的狀態(tài)信號(hào)通過(guò)接口板傳遞給計(jì)算機(jī)，人們的控制意圖也要通過(guò)計(jì)算機(jī)，再通過(guò)接口板傳遞給機(jī)器人，以達(dá)到控制和自動(dòng)化的目的。計(jì)算機(jī)就需要有一種能力和方式接受和處理這些信息，其能力的體現(xiàn)靠計(jì)算機(jī)硬件支持，而方式的體現(xiàn)就依賴軟件來(lái)解決。

27、關(guān)于計(jì)算機(jī)軟件的基礎(chǔ)知識(shí)請(qǐng)同學(xué)自學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)。2安裝ROBPROPC機(jī)的最低配置：² 處理器100MHz,32M內(nèi)存，20MB可用硬盤空間；² 微軟操作系統(tǒng)：Windows95/98/2000/NT/xp;² 可用的RS232串口（COM1COM4）或打印口（LPT1LPT2）。² 打開(kāi)計(jì)算機(jī)，把安裝軟盤放入光驅(qū)，安裝程序會(huì)自動(dòng)運(yùn)行，在每個(gè)對(duì)話框中輸入相應(yīng)內(nèi)容即可。3 ROBPRO用戶界面 （簡(jiǎn)略）采用彈出下拉式中（英）文菜單，所有操作軟件所需的命令都在菜單中，除了對(duì)程序進(jìn)行管理、編程、調(diào)試的命令，還有有關(guān)編程選項(xiàng)和在線幫助的命令。工具條中的圖標(biāo)是最重要

28、和常用的命令。用工具箱中的功能模塊就可以在屏幕上建立控制程序流程圖了。學(xué)生自學(xué)和體驗(yàn)用戶界面的功能。4編程前的簡(jiǎn)短硬件測(cè)試（重要提示）必須先連接好接口板，檢查硬件連接是否正確，連接方法請(qǐng)參見(jiàn)模型裝配指導(dǎo)書(shū)。為了使電腦和接口板的連接工作正常，ROBOPro必須對(duì)當(dāng)前使用的接口板進(jìn)行設(shè)置。在工具欄中選擇 彈出圖10窗口，選擇與電腦的連接端口和接口板的類型。 圖10 選擇接口板端口與電腦連接無(wú)誤后，應(yīng)該用工具欄中的“ ”來(lái)檢查接口板和模型硬件情況。 圖11 測(cè)試接口板出現(xiàn)圖11窗口 。窗口顯示了在接口板上可用的輸入輸出端口，底下的綠條指示接口板與計(jì)算機(jī)之間的連接狀態(tài)：Simulation mode定

29、義接口板未選擇計(jì)算機(jī)端口，模擬狀態(tài)；No connection to interface沒(méi)有準(zhǔn)確連接，狀態(tài)條變紅；Connection to interface O.K已可靠連接。為了改變接口板和連接的設(shè)置，點(diǎn)擊菜單“Settings-setup Interface”,出現(xiàn)窗口，在“port”選擇計(jì)算機(jī)端口COM1或COM2。如果選擇“None”,系統(tǒng)在模擬狀態(tài)。5檢查接口板各輸入和輸出端口連接沒(méi)有問(wèn)題后，我們用“Check interface”來(lái)檢查接口板和所連接的模型狀態(tài)。輸入端口I1I8是數(shù)字量（指0或1狀態(tài)）輸入端口，AX、AY、A1、A2是模擬量輸入端口。傳感器連接在輸入端口，如：按

30、鈕、開(kāi)關(guān)、光電三極管等。圖12按鈕接線圖常閉常開(kāi)231做一個(gè)小試驗(yàn)：如圖12所示，用一個(gè)按鈕來(lái)檢查輸入，把按鈕的接線端1、3接到I1上（常開(kāi)狀態(tài)），當(dāng)你按下按鈕時(shí)，接線端1與3（常開(kāi)變成閉合）接通，屏幕上對(duì)應(yīng)I1輸入的顯示從0變成1，如果換接線端1、2，那么先顯示1，按下后顯示0。輸出端口接口板的輸出是M1M4,執(zhí)行機(jī)構(gòu)就在上面，如馬達(dá)、電磁鐵和燈等。做一個(gè)實(shí)驗(yàn)：接一個(gè)電機(jī)在接口板輸出口M1上，將鼠標(biāo)移到圖標(biāo)M1部位，按下左健，電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，按下右鍵，電機(jī)右轉(zhuǎn)，如果先按“Ctrl”鍵，再按下鼠標(biāo)電機(jī)將保持轉(zhuǎn)動(dòng)，再按鼠標(biāo)鍵，電機(jī)停止。6設(shè)計(jì)控制程序我們將要使機(jī)器人模型能夠被控制，使它自動(dòng)連續(xù)地

31、完成任務(wù)，所以需要把每一步動(dòng)作都按順序儲(chǔ)存，為此，使用專門語(yǔ)言進(jìn)行編程序。ROBO為用戶提供了1-4級(jí)的編程功能,用戶可根據(jù)由淺入深的學(xué)習(xí)過(guò)程或自身編程需要進(jìn)行選擇。圖13 軟件界面7功能模塊ROBO是一個(gè)能創(chuàng)建、測(cè)試控制程序的功能強(qiáng)大的工具，并且編程模塊化，簡(jiǎn)單易學(xué)。在功能模塊工具箱中有功能模塊18個(gè)，如圖14所示：（看屏幕說(shuō)明）16181114121315172468110357919圖14 功能模塊示意圖“輸入 “功能模塊“輸出”功能模塊“結(jié)束”功能模塊“開(kāi)始”功能模塊“顯示”功能模塊“終端”功能模塊“賦值”功能模塊“變量”功能模塊“文本”功能模塊“延時(shí)”功能模塊“脈沖”功能模塊“定位”

32、功能模塊“復(fù)位” 功能模塊“緊?！惫δ苣K“信息”功能模塊“顯示值”功能模塊“比較”功能模塊“發(fā)聲”功能模塊“子程序入口/子程序出口”功能模塊8程序的調(diào)試及下載程序編好之后可先在線運(yùn)行，以便調(diào)試。點(diǎn)擊工具欄“ ”運(yùn)行程序 。 正在運(yùn)行的程序步驟會(huì)以紅色顯示，用戶可據(jù)此觀察程序運(yùn)行過(guò)程，調(diào)試程序。如需中斷程序可點(diǎn)擊工具欄 。圖15程序調(diào)試如果調(diào)試程序無(wú)誤，并且確保接口板與電腦的端口連接正確的話，即可點(diǎn)擊工具欄 進(jìn)行程序下載。此時(shí)系統(tǒng)彈出圖16窗口：選擇存儲(chǔ)區(qū)域、程序啟動(dòng)形式等相關(guān)項(xiàng)目之后點(diǎn)擊“OK”即進(jìn)入下載過(guò)程。下載完成系統(tǒng)將給予提示。此時(shí)用戶即可斷開(kāi)電腦與接口板之間的連線，在下載模式下運(yùn)行慧

33、魚(yú)模型了！圖16 程序下裝六、常見(jiàn)故障排除 實(shí)驗(yàn)是有趣的，因?yàn)樗械臇|西都運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)了。大多數(shù)時(shí)間是這樣的，但也有不順暢的時(shí)候。只有當(dāng)模型不正常行走時(shí)，你才會(huì)反省自己是否真正理解了機(jī)械結(jié)構(gòu)，是否能很快的找出癥結(jié)所在。出現(xiàn)機(jī)械故障時(shí)，能比較直觀的用眼看到（裝配錯(cuò)誤）或者感覺(jué)到（移動(dòng)困難）。但如果是電的問(wèn)題同時(shí)發(fā)生，那就有些棘手了。通暢檢查電路問(wèn)題有一些專門的工具，比如萬(wàn)用表或示波器?？刹⒎敲總€(gè)人手邊都有這些工具。因此，我們用一些簡(jiǎn)單的方法解除這些故障，搞定它。1制作電器連線從實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，我們首先就準(zhǔn)備了一些慧魚(yú)創(chuàng)意組合模型的構(gòu)件。比如電源接頭、電線等。首先，我們把電線按一定尺寸截?cái)?。然后在電線兩端剝?nèi)ニ芰掀?，彎折后插入接頭，固定。每個(gè)連接做好后，都要用電池和燈泡檢測(cè)一下。如果通電后，燈泡亮，連線肯定沒(méi)問(wèn)題。我們?cè)贆z查標(biāo)記顏色處是否準(zhǔn)確，紅色接頭接紅線，