慧鱼实验

21世纪将是个全面创新的时代,如何培养、提升现代学生的创造力、想象力与科学技能， 来迎接这个竞争的时代?

微型组合机器人能实现多种控制方式及多种模型设计，适合于机电一体化、工业 自动控制、机械创新等课程，推荐采用PLC控制技术。

微型组合机器人配有教材，图文并茂、浅显易懂，对每一个模型都作深入浅出的原理说明、功能解释，鼓励学生举一反三、活学活用，让他们不断发展创新。

微型组合机器人是通过各种各样的构件(功能模块)组合拼装而成，因此，“构件”是模型的最小组成部分。

实验一 计算机组合包创意实验设计

一 实验目的:

1、熟悉慧鱼模型的各个模块。 2、了解三自由度机器人的基本结构。

3、能够运用计算机编程，合理控制机器人的运动。 4、能进行简单创意实验设计。 二 实验器材:

慧鱼计算机组合包一套 慧鱼专用电源一套 PC机一台 LLWIN 软件一套 接口电路板一块 三 实验原理:

如图所示(见附图): 为一三自由度机器人，能够实现搬运工件的作用，三自* 由度机器人包括腰部、大臂以及夹钳。腰部能够

实现左右旋转运动，大臂能够实* 现上下的俯仰运动，夹钳则能够实现夹取物体。 该三自由度机械人总共涉及到6个行程开关

以及3个电动机，其中M1驱动腰部* 旋转，M2驱动大臂俯仰，M3驱动夹钳的关闭。E1用于限定夹钳的开闭位置，E2用* 于腰部

旋转进行计数，E3限定了大仰起后的极限位置，E4用于夹钳的驱动轴旋转* 的次数进行计数，E5对大臂处的蜗杆旋转次数进行

统计，E6限制腰部旋转的极限* 位置。 四 实验内容 1、按照装置图组装出机器人。

2、按照连线图将机器人各部与计算机数据线连好。 3、用计算机中的软件(LLWIN)对机器人进行控制操作。 (1) 对各个部分进行检测:

M1

M2

M3

E1

E2

E3

E4

E5

E6

全部测试通过后再进行以下实验内容。 (2) 调试出控制程度，进行连续操作。

4、对软件进行改编，使机器人实现更多的功能。 (1) 实现夹取与放置的换位。 (2) 改变大臂运动轨迹。 五 实验思考题

1、单个测试腰部可旋转，但整体测试时腰部却不按程序规定的运行，可能是什么原因? 2、大臂可以俯仰，但程序并不向下运行，会是什么原因? 3、夹钳不能开闭，会是什么原因?

4、如何实现运动轨迹投射到平面后为非矩形?

实验二 移动机器人创意实验设计

一 实验目的:

1、了解移动机器人的基本结构

2、能够运用计算机编程，控制移动机器人的运动 3、进行创意实验设计 二 实验器材:

慧鱼移动机器人组合包一套 慧鱼专用电池盒一个或专用电源一套

PC机一台(要求: 486/66以上，8M以上内存，空闲的LPT2口) LLWIN专用软件一套，(WINDOS3.1 以上或WINDOWS95) 接口电路板一块 电缆若干 三 实验原理

如图所地：为一跟踪光源移动机器人，能够跟踪光源而运动。跟踪光源移动*机器人由驱动部分，控制部分及接口电路组成

。驱动部分由马达及减速器组成，* 主要提供动力。控制部分则由许多传感器组成，用来提供反馈信号。接口电路是* 为了和

计算机连接而专门制作的。 跟踪光源移动机器人总共使用了4个行程开关、2个马达以及两个光电传感器。* 其中Power

on/off是电源关开。E8是复位开关。E1是用来计算右驱动轮的转数的，* 而E2则是左驱动轮的转数计数。E3、E4都是光电传感

器。当光线照到它们时，会* 产生电信号。它们一左一右，用来辩虽光源的位置。M1马达驱动右轮的正反转，* M2马达驱动左

轮的正反转。 四 实验内容 1、按照装配图搭接出跟踪光源移动机器人。(参阅指导) 此机器人主要依靠齿轮传动，因此装配

精度要求较高，这是传动平稳的保证。* 由于需要用到计书数开关，脉冲的装配位置一定要合适。装配过程中可以用手转* 动

脉冲轮，当计数开关出发均匀的“哒，哒”声，表示计数开关可以正常工作。 2、按照连线图将机器人各部分的电缆与接口板 及计算机连接好。

注意: (1) 检查线路的错误，如: 插头松动，布线不正确，电缆损坏。 (2) 光电传感器、开关、马达的极性。

3、用计算机的软件 (LLWIN2.1) 对机器人进行控制操作。

(1) 对各个部件进行检测。 运行“check interface”命令，会出现一操作框。检测电机能* 否正反转，计数开关按下后能否产生脉冲，灯泡能否正常工作，光电* 传感器能否接受光信号。 检测表:

M1

M2

E2

E2

E3

E4

E8

POWEP

(2) 调试出控制程序，使跟踪光源移动机器人完成预定的所有功能。 当一光源工作时，机器人会自动的调整其前进角度并前进，直到达* 光源的位置前。

4、对控制程序进行扩展，使跟踪光源移动机器人实现更多的功能。

五 实验思考题

1、 马达检测没有问题，但程序运行后却发现马达转动很慢或仅间歇工作，是* 什么原因? 2、 机器人找不到光源，会是什么原因?

3、 程序如何来控制移动机器人转动的角度? (通过那儿个模块及变量控制。)

实验三 焊接机器人实验

一 实验目的

1、了解焊接机器人的结构原理、结构特点、结构与运动之间的关系。 2、了解焊接机器人如何协调三个自由度的运动、定位焊接点进行焊接。 二 实验器具

慧鱼教具模型（工业机器人）一套

计算机（486以上的IBM兼容机，8M以上的内存，8M以上的硬盘空间空闲的* PT1口或LPT2口）一台 电源（9-15伏) 一个 三 实验结构原理

焊接机器人的实物图见三 如图所示，焊接机器人具有三自由度，通过三个马达驱动来实现。马达M1负* 责焊接机器人大臂的

旋转，马达M2负责小臂的伸缩，马达M3负责中臂的俯仰。开* 关E1对大臂的旋转进行限位，脉冲计数器E2对大臂的旋转计数，

控制大臂旋转的* 角度。开关E3对小臂限位，脉冲计数器E4对小臂的伸缩计数，控制小臂伸缩长度。* 开关E5中臂的升降进行

限位，脉冲计数器E6对中臂的俯仰角度进行控制。M4为小* 灯泡，小灯泡的亮与灭分别表示焊枪工作与停止。其中，脉冲计数

器的工作原理* 为：转盘脉冲器控制脉冲计数器时，脉冲计数器将在一周内开关五次。而转盘脉* 冲器与电机减速器相连，因

此检测脉冲计数器可以测出电机转动的圈数。 焊接机器人展示了一个完全的简单的具有三个自由度的机械手臂的运动。首先

，焊接机器人通过开关E1、E3、E6复位，然后焊接机器人在三个自由度方向同* 时进行旋转、俯仰、伸缩运动，通过控制脉冲

计数器E2、E4、E6使M7运动到焊点，* M7工作，进行焊接。在控制程序中，E2、E4、E6计数值各被赋与三个不同值，因此能实

现三个不同位置的焊点的焊接。三个点焊完毕，焊接机器人复位，进行下* 一个循环。四实验控制程序见附录的“焊接机器人 控制程序” 五测试表

E1

大臂限位

E2

大臂马达之脉冲计数器

E3

小臂限位

E4

小臂马达之脉冲计数器

E5

中臂限位

E6

中臂马达之脉冲计数器

M1

大臂马达

M2

小臂马达

M3

中臂马达

M4

焊枪

六 实验步骤

1、按安装步骤完成焊接机器人机械部分的安装。(见装配手册)

2、完成焊接机器人与接口电路板、接口电路板和计算机串行口之间的连接。 3、按照测试表，测试马达、开关、脉冲计数器。 4、运行控制程序，实现焊接机器人的功能。 七 实验思考题

1、本实验控制程序实现不在同一平面内的三个点的点焊，如何实现在同一* 平面进行点和线焊相结合?

2、控制程序中如何判断焊接机器人已到焊点位置，焊枪进行焊接?即定位子* 程序和焊接子程序之间通过哪个接口量进行连接?

实验四 气动机器人创意实验

一 实验目的:

1、进一步熟悉慧鱼模型的各个模块。 2、了解气压传动的一些知识。 3、进行创意实验设计。 4、进一步熟悉LLWin的编程。 二 实验器材: 慧鱼气动组合包一套 慧鱼专用电源一套 PC机一台 LLWIN软件一套 接口电路板一块 三 实验原理:

分类打孔机器人简图4-1如下: 1 送物气缸 2 取物气缸 3 打孔气缸 4 电机 5 反光检测器 6 转盘 7 料筒 8 工件

9 盛物容器

图4-1 分类打孔机器人简图 本方案中机器人的工作原理为：气缸将工件8件送到转盘6上，转盘在电机4* 的带动下，将工件送

到感器5下。传感器对工件作出判断，决定它是否需要进行* 打孔操作。如果需要，转盘将工件送到气缸3下。打孔气缸带动打

孔头对工件进* 行打孔操作。然后转盘继续转动，将工件送到盛放打孔件的容器的位置。取物气* 缸2将工件工件送入容器中

。反之，如果工件不需要进行打孔操作，转盘将工件* 直接送到盛放非打孔件的容器位置，取物气缸将工件送入容器。转盘转

动的角度* 是通过转盘上的连杆与行程开关的协调来实现的。 四 实验内容 (一) 气源的组装 在本实验中，传动的主要方式

是气压传动。气源是一个气动系统的重要组成* 部分，它在整个系统中起着提供压缩气体的作用。 在本实验中，自由组的装

置提供压缩气体，它的实物如图1-2所示: 1 单向阀 2 压气气缸 3 电机 4 带轮 5 贮气罐 6 曲柄

图4-2 压气部分实物图原

理: 电机轴上装有一小带轮，大带轮上装有一个曲柄机构，曲柄带动气缸的活* 塞作主往复运动。图中大容器是贮气罐，它在

压气部分中起的作用是平衡系统压* 力，消除气缸输出气体的脉动性。它在执行元件时还起提供大流量气体的作用。 组装步

骤：见德文手册第6页 注意的问题:

(1) 电机上的小带轮应尽量安装到轴的基部，这样可以使传动带不致滑脱* 带轮。

(2) 大带轮及其紧固件的安装方向应正确，以防止大带轮同其支架之间会* 发生摩擦。 (3) 曲柄与安装孔两端应留有1～2毫米的间隙，使其运动灵活。

(4) 气缸位置应协调好，既不能使气缸与支架有干涉，又要防止曲柄与气* 缸活塞杆的连接脱落。 (二) 分类打孔机器人的组装 组装步骤：见附图，参考德文手册20页 组装中应注意的问题:

(1) 转盘上长杆的长度应适合，使它在转动过程中既能触发行程开关，又* 不会与其它构件发生位置干涉。 (2) 反光探测器中的光感的连线极性一定要正确。

(3) 盛物料筒的出口高度一定要适合，以略高于工件高度为好。 检测: 在组装完毕后，用LLWin中的检测功能检测各个控制元

件。 电磁阀检测中，点击相应的输出口，听电磁阀是否有声音。如果有，则它工* 作正常，依次检测各个检测接口的电机与

输入行程开关，光电检测器的工作* 状况。在所有输入输出正常后，进行以后的步骤。 调入执行程序，观察模型的执行过程

: 将两种颜色的工件放在料筒中，调入执行程序。观察程序对不同工件的处理* 过程 五 实验思考题

(1) 如果在执行过程中，转盘有时会一次转过多个角度，这种情况的原因* 可能是什么? (2) 模型如果对两种工件执行相同的处理过程，原因是什么? (3) 如果只执行分类操作，程序应如何改动? (4) 如果只执行打孔操作，程序，程序应如何改动?

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