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慧鱼创意组合设计实验指导书

《慧鱼创意组合设计实验》课程

实验指导书

江西理工大学

机械基础实验室

慧鱼创意组合设计实验指导书

一、实验目的

本实验主要基于慧鱼创意模型系统（fischertechnik）。实验的目的是经过让学生学习动手组装模型机器人和建造自己设计的有一定功能的机器人模型产品，使学生体会创意设计的方法和意义；同时经过创意实验，使学生了解一些计算机控制、软件编程、机电一体化等方面的基础知识，加深对专业课学习的理解，为后续课的学习做一个很好地铺垫。

二、实验设备介绍

1．慧鱼创意模型系统的组成：

慧鱼创意模型系统（fischertechnik）硬件主要包括：1000多种的拼插构件单元、驱动源、传感器、接口板等。

拼插构件单元：系统提供的构件主料均采用优质的尼龙塑胶，辅料采用不锈钢芯铝合金架等，采用燕尾槽插接方式连接，可实现六面拼接，多次拆装。系统提供的技术组合包中机械构件主要包括：齿轮、联杆、链条、齿轮（普通齿轮、锥齿轮、斜齿轮、内啮合齿轮、外啮合齿轮）、齿轴、齿条、涡轮、涡杆、凸轮、弹簧、曲轴、万向节、差速器、齿轮箱、铰链等。

驱动源：①直流电机驱动（9V、最大功率1.1W、转速7000 prn），由于模型系统需求功率比较低（系统载荷小，需求功率只克服传动中的摩擦阻力），因此它兼顾驱动和控制两种功能。②减速直流电机驱动（9V、最大功率1.1瓦，减速比50：1/20:1）。③气动驱动包括：储气罐、气缸、活塞、电磁阀、气管等元件。

传感器：在搭接模型时，你能够把传感器提供的信息（如亮/暗、通/断，温度值等）经过接口板传给计算机。系统提供的传

感器做为控制系统的输入信号包括：①感光传感器

Brightness sensor （光电管）：对亮度有反应，它和

聚焦灯泡配合使用，当有光（或无光）照在上面

时，光电管 产生不同的电阻值，引发不同信号。

②接触传感器Contact sensor （触动开关）：如图1所示，

当红色按钮按下，接触点1、3接通，同时接触点1、2 断开，因此有两种使用方法：常开：使用接触点1、3，按下按钮＝导通；松开按钮＝断开；常闭：使用接触点1、2，按下按钮＝断开；松开按钮＝导通。③热传感器Thermal sensor （NTC 电阻）：可测量温度。温度20°C 时，电阻值1.5K Ω。NTC 的意思是负温度系数，温度升高电阻值下降。④磁性传感器 Magnetic sensor ：非接触性开关。⑤红外线发射接收装置：新型的运用可控制所有马达电动模型的红外线遥控装置由一个强大的红外线发射器和一个微处理器控制的接收器组成。有效控制范围是10米，分别可控制三个马达。

接口板：自带微处理器，程序可在线和下载操作，用LLWin3.0或高级语言编程，经过RS232串口与电脑连接，四路马达输出，八路数字信号输入，二路模拟信号输入，具有断电保护功能（新版接口），两接口板级联实现输入输出信号加倍。

PLC 接口板：实现电平转换，直接与PLC 相连。智能接口板自带微处理器，经过串口与计算机相连。在计算机上编的程序能够移植到接口板的微处理器上，它能够不用计算机独立处理程序（在激活模式下）。

3 2 图1触动开关原理

慧鱼创意模型系统ROBPRO 软件：ROBPRO 软件是一种图形编程软件，简单易用，实时控制。用PLC 控制器控制模型时，采用梯形图编程。编辑程序的其最大特点是使用系统提供的工具箱中的功能模块就能够建立控制程序（无须其它高级计算机语言的背景做支持），图标式的功能模块简单易懂。模型可用电脑、PLC 或 单片机对其进行控制。

2．控制元件基本原理——控制元件的种类、基本原理、功能及使用

下面主要介绍在模型机器人的组装过程和控制过程中将会遇到的以下几种主要控制单元和其简单的工作原理。

①气动元件相关知识：

在组装气动机器人时会用到气缸作为执行机构，气缸中的空气能够被压缩，压缩得越大，气缸里的压强越大。压强单位是“帕”或“帕斯卡”，压强的计算公式： 面积压力压强= A

F P =

P=13.6×103千克/米3×9.8牛/千克×0.76米

＝1.01×105帕

相当于质量为1千克的物体所受的重力在1厘米

2 的面积上产生的压强。

②气动活塞（气缸）

运动原理：如图2所示。

图中： A 、B ——进出气口，可与气管连接 C 、D ——活塞、活塞杆（活塞与活塞杆连