《產品創(chuàng)意設計實踐》PPT課件.ppt

1、產品創(chuàng)意設計實踐,主要內容,1、機器人 2、慧魚構件 3、機械傳動 4、控制軟件（ LLwin3.02 ） 5、常用機械傳動機構的基本搭建方法以及傳感器的運用練習,主要內容,6、常用氣動構件的換向閥使用方法以及泵站的搭建 7、LLwin軟件的使用練習 8、典型做品簡介 9、自主創(chuàng)意設計,第一章 機器人,一、“機器人”及其技術的發(fā)展歷史 由一位名叫Karal Capak的原捷克斯洛伐劇作家首先使用。在捷克語中，Robot這個詞是指一個賦役的奴隸。1921年Capak寫了一出戲，名叫洛桑萬能機器人公司。在這出劇中，機器人是洛桑和他的兒子研制的類人生物，用來作為人類的奴仆。,隨后，一位名叫Asimo

2、v的科學幻想小說家首先使用了機器人學（Robotics）這個詞來描述與機器人有關的科學。他還提出了“機器人學”的三個原則，值得今天的機器人設計者和使用者的注意。,這三個原則的原語如下： 1)、A robot must not harm a humam being or, through inaction,allow one to come harm. 2)、A robot must always obey human beings unless that is conflict with the first law. 3)、A robot must protect itself from ha

3、rm unless that is in conflict with the first or second laws.,機器人必須不危害人類，也不容許它眼看人將受害而袖手旁觀。,1、早期的機器人,圖1 報時鳥簡圖,圖2 吹口哨的機械,2、近代機器人,圖3 Unimate機器人,圖4 Versatile 機器人,07年9月26日播出的CCTV新聞會客廳節(jié)目介紹了一位 來自于北京京郊的普通農民，在二十幾年之內，他造出了26個機器人。,奧地利舉行了一場酒吧機器人展覽，這些酒吧機器人不但會調酒， 還可以招待客人，甚至陪客人聊天。,酒吧機器人倒酒又陪聊,12月21日,日本2006年度機器人大獎頒獎儀

4、式在東京舉行。其中喂飯機器人 獲年度機器人特別獎。,11月29日，日本著名的機器人“村田頑童” 亮相北京，表演行走坡道 和S型平衡木等功能。,世界唯一騎車機器人亮相北京,喂飯機器人獲年度機器人,這款機器人能用他的機械臂把勺子送到指定地點，等待使用者去咬， 而不是把勺子送進嘴里，因此不會產生“填鴨”式強迫喂飯的尷尬情況。,日本仿真美女機器人會眨眼能說話,日本新型保姆機器人照顧小孩,日本大阪大學近日推出仿真機器人會眨眼能呼吸， 做一些無意識動作。這些仿真機器人可以用作 老人病人陪聊、前臺接待人員、播音員等。,日本新近開發(fā)出伙伴型保姆機器人， 在外工作的母親只要給機器人打個 電話，機器人就會立刻作出

5、反應， 把孩子在家的畫面?zhèn)魉徒o母親。,機器人相撲大賽亮相西班牙,我國烹飪機器人能炒六大菜系菜品,日前全國首個中國菜肴烹飪機器人誕生。 不管是魯菜、揚菜、川菜還是粵菜， 機器人不到5分鐘，佳肴就可端上飯桌。,西班牙全國機器人大賽里，一場精彩的相撲 對決正在上演，一聲令下，一名銀色的“選手” 輕而易舉的就把對手擠出圈外。,第一章 機器人,二、機器人 1、定義（國際標準化組織ISO） 1）、具有通用性，工作種類多樣，動作程序靈活易變； 2）、動作具有類似于人或其他生物體的某些器官的功能； 3）、具有獨立性，完整的機器人系統在工作中可以不依賴于人的干預； 4）、具有一定的智能，如記憶、感知、推理、決策

6、、學習等。,2、機器人學 （1）機器人理論基礎與方法 （2）機器人設計理論與技術 （3）機器人仿生學 （4）機器人系統理論與技術 （5）機器人操作和移動理論與技術 （6）微機器人學,三、機器人的應用 1、建筑機器人可用來砌墻、抹水泥地面、安裝天花板、搬運玻璃等 2、礦山機器人可用于采掘、石油鉆井、取樣等等； 3、核工業(yè)機器人用于檢查放射性、清理核垃圾等 4、管道機器人用于檢修油、氣、污水管道；,5、農、林、牧用機器人用于耕種、收割、采果、噴灑農藥化肥、擠奶等； 6、水下機器人用于深海探測、沉船打撈和海洋礦產、漁業(yè)的開發(fā)； 7、空間機器人用于星球開發(fā)、空間微生物分析、純凈材料的制造、軌道飛行器的

7、檢修、增添燃料和清洗、充當航天飛機乘務員等；,8、極限作業(yè)機器人用于極高溫、極低溫、粉塵、有毒氣體、放射性環(huán)境，還可進行消防、搶險救災、火山探險等工作。,四、未來展望 1、應用的廣泛性和擴展的迅速性 （1）在工業(yè)領域得到更廣泛的應用，應用領域在不斷擴大，種類日趨增多； （2）以驚人的速度向軍事、醫(yī)療、服務、娛樂等非工業(yè)領域擴展； （3）成為各國必爭的知識經濟制高點和研究熱點，已列入各國高技術發(fā)展計劃。,2、技術縱向上的發(fā)展特征 （1）提高機器人的性能、智能化、機動性、可靠性和安全性； （2）追求與人類環(huán)境的完美融入性。,五、機器人結構組成及其功能,（1） 執(zhí)行系統 （2） 驅動系統 （3） 控

8、制系統 （4）感知系統 （5）決策系統 （6）軟件部分 （7）人機器人環(huán)境交互系統,思考,1、機器人的結構組成及其功能。,慧 魚 模 型,硬件介紹(智能接口板等) 軟件調試及編程(LLwin),簡 介,公司的創(chuàng)始人Artur Fischer博士，現年80多歲，是當今世界上擁有專利（5000項）最多的科學家和企業(yè)家。他在1964年從他的專利六面拼接體開始，發(fā)明了“慧魚創(chuàng)意組合模型”。該模型是工程技術形模型，能夠展示科學原理和技術過程，為工廠研究設計工業(yè)自動化機器提供模擬、示范。,構 件,機械構件 ： 機械構件主要包括：齒輪、聯桿、鏈條、履帶、齒輪（普通齒輪、錐齒輪、斜齒輪、內嚙合齒輪、外嚙合齒輪

9、）、齒軸、齒條、渦輪、渦桿、凸輪、彈簧、曲軸、萬向節(jié)、差速器、輪齒箱、鉸鏈等。 電氣構件： 電氣構件主要包括：直流電機（9V雙向），紅外線發(fā)射接收裝置、傳感器（光敏、熱敏、磁敏、觸敏），發(fā)光器件，接口電路板，可調直流變壓器（9V，1A，帶短路保護功能）。,一、分類,構 件,氣動構件 ： 氣動構件主要包括：儲氣罐，氣缸，活塞，氣彎頭，手動氣閥，電磁氣閥，氣管。,二、材料,主料：均采用優(yōu)質的尼龍塑膠， 輔料：采用不銹鋼芯，鋁合金架等。,構件,燕尾槽銷插接方式連接,四、主要用途,學生創(chuàng)造力培養(yǎng) 教學演示及試驗 工業(yè)模擬及培訓。,三、鏈接方式,裝配模型步驟,基本構件裝配方法 1,基本構件裝配方法 2,

10、基本構件裝配方法 3,如何給模型接線,確定導線的長度 導線長度的確定請參考每個組合包中的操作手冊里推薦的導線長度，也可以根據自己模型的實際位置以及走線的合理布置選擇合適的長度。 接線頭的連接方法，如圖： 1 先確定導線的長度，數量。 2 導線兩頭分叉3cm左右。 3 兩頭分別剝去塑料護套，露出約4mm左右的銅線，把銅線向后彎折，插入線頭旋緊螺絲。 4 重復以上步驟，完成接線頭。 ,規(guī)范走線的幾種方法,智能接口板(Intelligent Interface) 介紹,慧魚智能接口板自帶微處理器，通過串口與計算機相連，在計算機上編好的程序可以下載到接口板的微處理器上，它可以不用計算機獨立地處理程序。

11、,智能接口板(Intelligent Interface) 介紹1,連接電源,9針RS232串口,數字量輸出M1-M4,數字量輸入E1E8,模擬量輸入EX和EY,智能接口板(Intelligent Interface) 介紹2,連接電源： 電源既可以是慧魚穩(wěn)壓電源(9V直流/1000mA)，也可以是電池組，包括6節(jié)圓電池，當穩(wěn)壓電源與直流接口相連時（+極朝里端）電池連接口的電回路就被自動切斷了，當接口板和電源正確相連后，紅色發(fā)光二極管就亮了。 用9針RS232串口與電腦相連，用接口線連接到你的電腦的串口上(COM1或COM2) 數字量輸出M1-M4： 你可以連接4個馬達（正、反向）電磁鐵或燈接

12、到四位數字輸出口M1-M4。 連續(xù)電流：250mA；電流極限：1A；短路保護。 數字量輸入E1E8： 這些數字量的輸入用來連接傳感器（比如說，開關，光敏）。電壓范圍9V直流（6V直流12V直流） 模擬量輸入EX和EY： 你可以用模擬量輸入連接電位計或熱光傳感器。這些輸入端被設計成阻值0到5千歐。連接的電阻負荷轉化成數字量就是0到1000掃描率是20毫秒。輸入端的精度大約是0.2%。,實踐范例,本節(jié)內容主要讓大家通過對動手組建模型，連線，編程，運行程序控制模型等各階段學習后，對慧魚創(chuàng)意組合模型的運作方法有一個初步的熟悉,電動卷揚機,模型工作原理：有兩個開關控制卷揚機，開關2和開關3，當開關2合上

13、時，卷揚機逆時針旋轉，松開后，卷揚機停止。開關3合上時，卷揚機順時針旋轉，松開后，卷揚機停止。,模型連線,注意：該圖與實際接線稍有出入，實際采用智能接口板，但輸入輸出名稱是一致的。先用串口線把接口板與電腦串口相連，不要松動，然后把電源接在接口板上，紅燈亮，表示電源接通。,組建模型,第二步,第一步,第三步,手動調試,手動調試階段是模型整體運行調試之前不可缺少的一個步驟。我們分以下幾步進行：,1 設置電腦端口在菜單中選擇“Options”，然后選中“Setup Interface”。,在對話框中，“Port”一欄選擇“COM1”，然后按“OK”返回。,手動調試1,2調試接口板 在菜單中選擇“Opt

14、ions”，然后選中“Check Interface”。出現圖四畫面。,“E1-E8”是八個數字量輸入，“EX、EY”是兩個模擬量輸入，“Motor1-Motor4”是輸出。用手觸動模型上對應E2、E3的開關，注意觀察屏幕上E2、E3是否有01的變化（按下為1），有的話說明輸入正常。把鼠標移到Motor1對應的圓圈上，分別點擊鼠標的左右鍵，看一下模型上的馬達是否有正轉、反轉的動作。,手動調試2,編制程序,LLWin采用圖形化編程，功能模塊調用方式，非常簡單易用。,1新建控制程序文件在菜單中選擇“Project“，然后選中“New”。出現圖二畫面。,出現如圖畫面后就可以對模型進行編程了,編制程序

15、1,2 調用功能模塊按鍵盤上的“Insert”鍵，出現如圖畫面，在“LIBRARY”中選擇“FuBlocks”，畫面右側“Block”中就出現所有的功能模塊，選擇你編程所需的功能模塊設定好參數，放置到相應位置。,3 功能模塊間連線用鼠標右鍵完成功能模塊之間的連線。,編制程序2,4重復2,3完成程序把你所需的所有功能模塊都調用好，放置在相應位置，然后完成連線。產生圖四程序。,仔細研究上圖程序，弄清各功能模塊的功能。掌握功能模塊的刪除及連線刪除的方法。,運行程序,如圖，在菜單中選擇“Run”，然后選中“Start”程序就開始運行了。,Start運行程序，或按鍵盤“F5”鍵。Stop停止運行程序，或

16、按鍵盤“F9”鍵。Download把程序下載到接口板內，實現脫機控制方式。,獨立編程,一定要在熟悉了以上幾個階段的工作的基礎上才進入本階段。,一 先將模型作如下圖所示的改變。注意連線。,二 本模型的功能描述。先在終端面板上設定旋轉圈數EA，然后在終端面板上按下E17啟動卷揚機逆時針旋轉，當計數變量VAR1等于設定圈數EA時，卷揚機停止，暫停1秒鐘，卷揚機順時針方向旋轉，計數變量VAR1遞減直到為0，卷揚機停止。計數變量VAR1的動態(tài)值要在終端面板上顯示。,獨立編程1,在終端上顯示變量模塊,邊值模塊,定位模塊,延時模塊,終端模塊,獨立編程2,四 請獨立完成能實現以上功能的程序，如有疑問請參考標準

17、程序。,實驗1 卷揚機,保持原有卷揚機模型的機構不變， 接線方式改為下表所示：,E2控制馬達正轉；E3控制馬達反轉；兩者不按，馬達不轉；同時按下，馬達不轉且蜂鳴（beep)。 使用E1為計數器，馬達每正轉一圈，變量1增加1；馬達每反轉一圈，變量1減少1。 正轉到變量1=20時，不能正轉；反轉到變量 1=-20時，不能正轉。,實驗2 交通燈,接線如下表所示,開關觸發(fā),綠燈亮,綠燈閃爍,紅燈亮,黃燈亮,五秒,五次,五秒,五秒,實驗3 電 梯,接線如下表所示,E6觸發(fā)，停最高層，E3判斷； E7觸發(fā)，停中層，E4判斷； E8觸發(fā)，停底層，E5判斷； 記錄頂層和中層停泊次數(Var1,Var2)，并顯

18、示。 難點：電梯停中層時，馬達運動狀態(tài)判斷。 提示：可使23個程序同時運行，注意邏輯上不要產生矛盾。,模 型,機 械 傳 動,機械基礎知識,1、零件、部件、組件 零件：無法拆卸分開的機件叫零件(如離合桿)。 部件：由兩個或多個零件鉚裝在一起形成的機體叫做部件。 組件：由兩個或多個零件套裝在一起形成的一個機件叫做組件。,2、傳動比的計算 傳動比： i=主動輪齒數/從動輪齒數,3、機械傳動 3.1 直齒圓柱齒輪傳動 3.2 齒輪齒條傳動 3.3 直齒圓錐齒輪傳動 3.4 蝸輪蝸桿傳動 3.5 凸輪機構傳動 3.6 螺桿傳動,典型作品簡介,目 錄,一、智能車庫 二、養(yǎng)殖廠自動上料線 三、六足測繪機器

19、人 四、全自動洗瓶、灌裝機生產線的設計五、機械零件柔性加工與傳送站 六、ATM自動取款機,一、智 能 車 庫,一、設計背景及其意義,隨著社會的發(fā)展，時代的進步，汽車逐漸成為了普通消費品然而交通擁堵，車位緊張在各大城市中凸顯出來。車位的奇缺給人們出行帶來了不便，同時也影響了車流的順暢?，F有車位占地過大，存車的安全性較低，這成為社會關注的一大焦點。如何科學用地，有效安置日益增多的車輛，并做到存取安全、便捷已成為一個急需解決的問題。 智能車庫解決了這個問題，可以在很小面積的土地上建立一個相當規(guī)模的停車場，為車主提供便利，而且也節(jié)省了土地資源。,二、作品的功能,圖1.智能車庫,在存車時，將對應車位的智

20、能卡插入智能識別讀卡器中，控制中心讀取卡中的信息，進行判斷車位，發(fā)出指令，將停車板取下，把車停在停車板上，然后按下存車按鈕，車就會自動地存入指定的車位。取車也是同樣的原理，當取停車板的時候就將車取下來了，把車開走，然后按下存按鈕，停車板就會自動存入原來的車位。,三、作品的結構 智能車庫主要由智能識別讀卡器、旋轉機構、伸縮機構、以及升降機構組成，由慧魚智能接口板進行控制。,圖2.智能識別讀卡器,智能識別讀卡器由光電感應系統和繼電器組成。當插入智能卡時，在智能讀卡機底部的繼電器E4處于1狀態(tài)，啟動主程序。然后智能讀卡機通過判斷4組光電感應元件的不同組合的，讀取卡上的信息，以此來判斷指定車位，并選擇

21、相應的程序實現“取”（存車時是取停車板）操作，等待車的存取準備就緒后按下E5，繼續(xù)執(zhí)行“存”（取車時是存取下的停車板）操作。,圖4.伸縮機構,旋轉機構是由蝸輪與蝸桿構成。電機M3將動力通過減速箱傳遞給蝸桿，蝸桿再將動力傳遞給與旋轉電梯固定的蝸輪，使蝸輪與電梯架同步轉動，而且在旋轉電梯下方安裝繼電器E3，與地面上定位標組成旋轉定位裝置，通過指定的程序進行控制，以達到轉動到指定的存取方位。,伸縮機構是由升降平臺和伸縮平臺組成。電機M2通過減速箱將動力傳給齒輪，齒輪與齒條相互配合，并由M2的正反轉控制伸縮平臺的伸縮。伸縮的距離由程序通過定時控制。,圖3.旋轉機構,圖6.車位布置,圖5.升降機構,車位

22、由均勻的布置在存取機構的周圍的8個車位構成，分為底層、二層、三層，底層車位不需要存取機構，直接存取。車位采取環(huán)行布置，極大的利用有限的面積，實現最大的存取容量。,升降機構由升降平臺和電機、齒條組成。電機M1通過減速箱將動力傳給齒輪，齒輪與齒條相互配合，由M1的正反轉實現升降運動。而且在升降平臺上安有繼電器E2與旋轉電梯架上的定位標組成層數定位裝置，通過指定的程序進行控制，以達到升降到指定的層數。,（1）構思新穎巧妙 智能車庫以如何利用有限的土地資源擴大車位量，并保證安全，便捷的存取車為切入點，將傳統的地面/地下單層車庫改裝為多層存車庫，每層采用環(huán)繞式結構，充分利用空間，擴展了車位。 （2）采用

23、智能識別系統 智能車庫設計識別讀卡器，實現了一車一位一卡，自動化程度高，保證了安全便捷的存取車。,四、作品的創(chuàng)新點,智能車庫結構簡單，安裝方便，定位精準，功能全面，存儲量大，布局美觀大方，設計人性化，系統穩(wěn)定，存取便捷。 正是由于作品具有以上特點，具有很大的市場應用前景。諸如：市中心、生活小區(qū)、商業(yè)區(qū)、醫(yī)院等車位比較緊張的場所可以優(yōu)先考慮本作品的設計方案，以此緩解車位緊張的狀況。,五、作品的應用前景,二、養(yǎng)殖廠自動上料線,一、設計背景及其意義,當前科技發(fā)展日新月異，各種機械產品以及一些生產線均由從前的純機械加人力操作向自動化、智能化發(fā)展。 隨著養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，國內各種家禽養(yǎng)殖場也如雨后春筍般崛起

24、，但這些家禽的養(yǎng)殖基本全靠人力，尤其是飼喂，需耗大量的勞動力而且費時間，效率不高，這就加大了業(yè)主的成本，而且員工的管理也是一大問題。如果有一種全自動的生產線能實現家禽的自動飼喂，那將會大大降低成本，為業(yè)主創(chuàng)造更高的利潤。養(yǎng)殖廠自動上料線則針對這一目標，希望能為廣大養(yǎng)殖戶服務，為他們創(chuàng)造更多的利潤。,二、作品的功能,儲料： 飼料由滑槽滑到拌料桶中，到一定量時觸發(fā)光感系統，光感系統接收到信號后將信號傳給飼料儲備倉倉門，倉門自動關閉。 攪拌：拌料桶在曲柄搖桿機構的控制下轉過特定的角度使拌料桶的口正對攪拌器的攪拌葉片，與此同時，攪拌器下降將其葉片插入到拌料桶中并開始攪拌；攪拌一定時間后葉片停止轉動，攪

25、拌停止。攪拌器上升將其葉片從拌料桶中提出，完全提出后停止上升。,圖1.養(yǎng)殖廠自動上料線,養(yǎng)殖廠自動上料線系統運行過程分為三步：儲料，攪拌和送料。,送料：儲料桶將攪拌好的飼料倒在大傳送帶上，然后拌料桶回到初始位置，同時大傳送帶開始運轉將飼料送到儲料桶中后停止。此時天車啟動，沿軌道走到飼料槽的一端后停止，同時儲料桶的倉門打開，天車沿飼料槽運行，這時儲料桶中的飼料就通過小傳送帶均勻地撒到第一排飼料槽的第一層中。撒到一層飼料槽的盡頭后天車停止，同時儲料桶倉門關閉。第二層送料與第一層相似。,養(yǎng)殖廠自動上料線由送料系統、攪拌加工系統、上料系統組成。,三、作品的結構,圖2.送料系統,送料系統由飼料儲備倉、滑

26、槽、拌料桶組成。飼料儲備倉可依據家禽的食量和數量儲備適當的飼料，飼料可通過滑槽送到拌料桶，拌料桶上有感光器，儲料倉上帶有電動門，它們構成一套光感系統；當拌料桶中的飼料到達一定量時，光感系統可控制電動門關閉，停止送料。,攪拌加工系統由曲柄搖桿機構、攪拌器、大傳送帶組成。攪拌器可將拌料桶中的飼料進行攪拌加工以適合不同種家禽的飼養(yǎng)（實際上可將各種添加劑加到拌料桶中）。本作品中選用玉米為飼料。,圖3.攪拌加工系統,上料系統由天車、儲料系統（帶倉門）、小傳送帶組成。拌料桶中的飼料可通過曲柄搖桿機構送到大傳送帶上，再由大傳送帶送到儲料桶中，在天車和倉門的配合下可將飼料均勻撒到飼料 槽中。,圖4.上料系統,

27、四、作品的創(chuàng)新點,(1)拌料桶采用搖桿機構較好實現了裝料、拌料、倒料三個位置的處理，模型運行流暢。 (2)用簡單的結構實現了較復雜的功能。 (3)模型采用玉米作為實驗材料，雖然其顆粒較小，漏料問題不可避免，但通過安裝防護擋片，準確定位各部件和使模型的穩(wěn)定運行較好地解決了這一問題，經過多次實驗，漏料率能控制在十分之一以內。,該產品在程序控制下完全可以完成家禽的飼喂工作，可以提高工作效率，大大降低成本，為業(yè)主創(chuàng)造更多的利潤。 從長遠看，如果該產品添加一些附件或改變一下程序，它就可能完成更為復雜的工作。如判斷什么時候喂料最合適，在飼喂前對飼料做進一步的處理等。這樣產品的自動化程度就會進一步提高，使本

28、產品功能更加完善。,五、作品的應用前景,三、六足測繪機器人,一、設計背景及其意義,目前的地質測繪主要還是靠人工完成。但是，此類工作所具有的危險性和不可預知性較大，使用機器人代替人完成此項工作則很有必要。 現有的主流越野機器人中，足式機器人在復雜地形中的表現要優(yōu)于輪式或履帶式機器人。因此，設計者將足機器人用于復雜地形的測繪，以解決上述問題。,二、作品的功能,由于六足機器人具備一定的運載能力，且具備較強的越障和爬坡能力，而車身沒有大的起伏，能真正做到“如履平地”。因此將六足步行式機器人和地質測繪有機的結合起來，用來完成有一定危險性或較為復雜地形內的測繪工作。,三、作品的結構,六足測繪機器人由機身及六條機械腿構成，全部采用慧魚結構件組裝，并由智能接口板進行控制。,六足測繪機器人的主要動作由單腿行走，移動步伐，轉向動作 及繪圖部分組成。,采用六足步行模式，每條腿可以實現上下及水平轉向兩個動作。 單腿移動的分解動作如圖：,（1）單腿行走：,（2）移動步伐：,紅色的部分表示該回合著地的腿。黑色的為該回合結束后該腿所在位置。 在回合六結束后，同時使六條腿水平轉動，從而將機身向前移動，結束一個循環(huán)節(jié)。循環(huán)運動實現向前的移動。 此種步伐避免了整體結構強度和實際使用中可能出現的損壞（例如某一調腿失靈）。 系統效率較低但是可靠性較高。,（3）轉向動作：,通過小角度水平轉動L