慧鱼模型创新设计实验
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慧鱼模型创新设计实验. 1964 年,慧鱼创意组合模型( fischertechnik )诞生于德国,是技术含量很高的工程技术类智趣拼装模型,是展示科学原理和技术过程的理想教具,也是体现世界最先进教育理念的学具,为创新教育和创新实验提供了最佳的载体。. 材料:优质尼龙塑胶 辅件为不锈钢、铝合金. 特点:工业燕尾槽机构,六面皆可拼接,反复拆装,无限扩充. 慧鱼模型. 它可组装成多种类型、多种型号和功能的机器模型:如工业机器人、移动机器人、气动机器人、带传感器的机器模型以及计算机中的常用机构模型等等。通过简单的编程执行你预先设定的动作。.

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1964年,慧鱼创意组合模型(fischertechnik)诞生于德国,是技术含量很高的工程技术类智趣拼装模型,是展示科学原理和技术过程的理想教具,也是体现世界最先进教育理念的学具,为创新教育和创新实验提供了最佳的载体。


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材料:优质尼龙塑胶

辅件为不锈钢、铝合金

特点:工业燕尾槽机构,六面皆可拼接,反复拆装,无限扩充


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慧鱼模型

它可组装成多种类型、多种型号和功能的机器模型:如工业机器人、移动机器人、气动机器人、带传感器的机器模型以及计算机中的常用机构模型等等。通过简单的编程执行你预先设定的动作。


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慧鱼模型

“慧鱼”创意模块是一种由标准模块构成,可随意组装,并可用程序控制的机电一体化教学实验装置。


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慧鱼的主要构件分类

机械元件

齿轮、联杆、链条、履带、齿轮(齿轴、齿条、涡轮、涡杆、凸轮、弹簧、曲轴、万向节、差速器、轮齿箱、铰链等。


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电气元件

直流电机(9V双向),红外线发射接收装置、传感器(光敏、热敏、磁敏、触敏),发光器件,电磁气阀,接口电路板,可调直流变压器(9V,1A,带短路保护功能)。


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气动元件

气缸、气阀(手动、电磁阀)、气管、管接头(三通、四通)、气泵、储气罐等等


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产品类别

工业模型系列

组合包系列

培训模型系列


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组合包模型

辅件类

教材类

基础类

机器人类


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培训模型

三自由度机械手

双工作台流水线

气动加工中心

带输送带的冲床


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工业模型

物流传输类

机械加工类


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慧鱼装配模块

结构模块


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慧鱼装配模块

结构模块安装例


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慧鱼装配模块

执行装置

行程监测装置



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控制电路连接方法

传感器

执行器


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实训1——Robo移动组创新设计

训练目的

1、学生在熟悉慧鱼模型零件,掌握利用慧鱼模型,构建典型转动机构,在实现运动控制方法的基础上,按设计命题要求完成设计任务。

2、结合在慧鱼基础训练中积累的经验,并灵活运用已学过的相关专业知识,自主设计本实验题目软件程序和硬件结构,独立调试并撰写设计说明书。


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实训1——Robo移动组创新设计

实验准备

1、慧鱼模型组合包ROBO移动组组合包。

2、慧鱼专用电源两套。

3、PC机一台

4、LLWIN专用软件一套。

5、接口电路板一块。


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实训1——Robo移动组创新设计

设计内容

随着现代社会的发展,人们的作业环境愈加复杂化,为了完成某类特殊任务,人们不得不进入危险环境。然而人的生命健康是无价的,面临这样的问题人类不断探索智能化机器人以替代人的活动,从而降低人的劳动强度更避免危险环境的侵害。例如在具有高强度辐射环境或者高温度环境下作业或搜寻特殊珍贵物品,在具有不明爆炸物危险时,在地震导致土层酥松及地表面凸凹不平、出现较大沟壑等情况下开展救援或搜寻工作等,这些活动对操作人员存在巨大的生命威胁。设计要求机器人可以替代人完成高危任务。


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实训1——Robo移动组创新设计

设计具体要求

(1)机器人可以适应多种复杂路面环境

凸凹不平路面环境下可以稳定行走,跨越坡度障碍。感兴趣同学请考虑行进过程中如遇到沟壑可采用什么机构越过。

(2)灵活的行走路线控制

直行:可以沿指定直线方向行走,或需要快速到达目的地的情况;转弯:左、右向灵敏转弯;

360度逆转:完成任务返回或逆变行进方向时,机器人可以快速逆转;

蛇行搜寻:当获取物体位置不定时,需要机器人有搜寻并识别物体的功能,这时机器人可以小半径仿蛇形前进,来寻找目标。


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实训1——Robo移动组创新设计

移动组装配图样


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实训1——Robo移动组创新设计


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实训1——Robo移动组创新设计


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实训1——Robo移动组创新设计


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实训1——Robo移动组创新设计


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实训1——Robo移动组创新设计


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实训1——Robo移动组创新设计


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实训1——Robo移动组创新设计


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实训1——Robo移动组创新设计


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实训1——Robo移动组创新设计


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实训1——Robo移动组创新设计


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实训1——Robo移动组创新设计


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实训1——Robo移动组创新设计


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实训1——Robo移动组创新设计


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实训1——Robo移动组创新设计


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实训1——Robo移动组创新设计


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实训1——Robo移动组创新设计


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实训1——Robo移动组创新设计

组件装配完成


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实训1——Robo移动组创新设计

组件安装完成后开始编程:

一、ROBO接口板介绍

二、ROBO PRO 软件介绍


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ROBO接口板介绍


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一、概述

目 录

二、ROBO接口板结构

三、ROBO接口板工作模式

四、ROBO接口板的编程语言

五、故障诊断

六、新旧接口板对比

七、扩展板简介

附录(ROBO软件介绍)


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一、概述

无线射频插槽

ROBO接口板可以使电脑和模型之间进行有效的通信.它可以传输来自软件的指令,比如激活马达或者处理来自各种传感器的信号。

红外输入

USB接口

9V电源

RS232接口

扩展槽

程序选择按钮

端口选择按钮

输出M1-M4

数字量输入

距离传感器输入

模拟电压输入

模拟阻抗输入


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二、ROBO接口板的构成

电源输入端口

1、用慧鱼9V电源适配器连到DC插座,

2、用可充电电源连到+/-插座。

当采用前一种方案时,连接充电电池的插座就自动断开。电源连通之后,电源指示LED自动点亮而且两个绿色的LED交替闪烁,表明接口板可以正常工作。

空载电流:接口板的空载电流消耗为50毫安。

USB接口和串口

接口板可通过串口和USB接口和电脑相连接。每块接口板都配备了相应的连接电缆。它兼容了USB1.1和2.0的规范,其数据传输率为12MB/S。

微处理器和存储器

16位处理器,型号M30245,时钟频率16MHZ,128K RAM,128K flash。


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数字量输入I1-I8

可连接传感器,比如按钮、光电传感器和磁性传感器。电压范围9伏,ON/OFF的切换电压值为2.6伏,输入阻抗为10K欧。

输出M1-M4或者O1-O8

可连接四个9V直流马达(向前,向后,停止,八级调速),连续运行电流250毫安,带短路保护;另外也可以连接8个灯或者电磁线圈到单个的输出O1-O8.(用电器的另一端可连接到接地端).

模拟阻抗输入AX和AY

可连接电位器、光敏和热敏电阻。测量范围为0—5.5k。分辨率为10 位。

模拟电压输入A1和A2

可连接输出为0—10伏电压的模拟传感器。

距离传感器输入D1和D2

专门用来连接慧鱼的两个距离传感器。


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红外线(IR)输入

利用红外线接收二极管,手持式红外线发射装置上各个键可以用做数字式输入。用键来激活的某项功能,则可以用ROBOPro软件来编程。

26针插槽

这个插座提供了所有输入和输出的引脚,因此可以通过带状电缆和1个26针插头来将模型和接口板相连。

I/O扩展板用插槽

使用ROBO I/O扩展板,输入和输出的数量都可以得到扩展。扩展板上可以有额外的四路带速度控制的马达输出,八路数字量输入和一个0—5.5k欧的模拟阻抗输入。

无线射频通信模块用插槽

无线射频通信模块是一个可选的无线接口模块。有了它,电脑和接口板之间的电缆连接不再是必须的。射频数据链接可以与电脑的USB端口通讯,范围为10米。


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三、接口板工作模式

在线模式

接口板始终和电脑相连(通过USB,串口或者无线射频通信模块)。程序在电脑上运行,显示器作为用户界面。

下载模式

在这种模式下,程序被下载到接口板上且独立于电脑运行。两个不同的程序可以同时下载到FLASH存储器中,而且断电后程序也可以保存在内。也可以将程序下载到RAM中,一旦电源中断或者启动FLASH中的程序,原先RAM中程序就被删除。

接口板与电脑连接端口的选择

接口的选择可通过编程软件来实现。接口板自动访问正在接收数据

的接口,然后分配到的端口对应的LED点。如果未收到任一接口的数

据,则这两个灯交替闪烁。


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红外测试功能

如果你多次按动“port”按钮,使得IR LED点亮,那么你可以通过手持式红外线发射装置来控制接口板的输出,而不需要直接将接口板连到电脑上。如果这个功能被激活,那么USB和串口会被关闭。你还可以再多次按动“port”按钮,使得USB和串口的LED交替闪烁来回到自动选择端口状态

FLASH存储区中程序的选择和启动

按下并保持“prog”按钮,按钮旁的绿色LED指明了所选的程序(1或者 2)。LED只在FLASH区中确实存储有程序才会点亮。选择所需程序释放 按钮。再按一下“prog”按钮,程序就会启动了。在程序运行时,LED闪动。再按一下“prog”按钮,程序就会停止。在程序停止时,LED持续点亮。

RAM存储区中程序的选择和启动

按下并保持“prog”按钮,直至按钮旁的两个绿色LED同时点亮,然后松开按钮。只有RAM中有程序两LED才会同时点亮。再按一下“prog”按钮,程序就启动。在程序运行时,两个LED都闪动。再按一下“prog”按钮,程序就停止。在程序停止时,两个LED持续点亮。


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注意:

在测试阶段,程序只需要先装载到RAM中。比较理想的是,把最终的程序存储到FLASH中。这样,可以延长FLASH的寿命,它的极限大约是擦写10万次。


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四、ROBO接口板的编程语言

对ROBO接口板的标准编程软件是图形化的编程语言ROBPRO。

ROBO接口板处理器也可以由C编译器来编程。在线模式下,接口板可以用任意想要的高级编程语言通过USB或串口来激活。


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五、故障诊断及重要信息

如果红色故障LED持续点亮,说明电源电压远超出了直流9伏正常范围。这时接口板自动切断电源,直至供电电压达到正常范围。

有关电磁干扰的问题:

如果接口板被强烈的电磁干扰所影响,一旦停止干扰源接

口板还可以恢复使用。有必要将电源中断一段时间后重新

启动程序。


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六、新旧接口板对比

(1)智能接口板

(2)ROBO接口板


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新的ROBO接口板比老的智能接口板在功能方面有了比较多的改进和增加,

主要有:

1、增加了两个128K的Flash存储区,Ram区也增大为128K。这样接口板

就可以同时储存三个程序了。

2、增加了一个USB 1.1/2.0口,通讯速率为12MB/S。

3、输入接口方面增加了两类模拟量输入:2路距离传感器输入,

2路电压传感器输入。

4、4路马达实现了八级调速,旧的智能接口板输出无法调速。

5、可扩展无线射频通信模块,实现无线通讯。

6、最多可扩展3块I/O扩展板ROBO I/O扩展板,且扩展更方便。

旧的智能接口板只能连一块。

7、可实现远红外线控制。


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七、扩展板简介

模拟量输入

9V电源

数字量输入

扩展输入口

输出M1-M4

扩展槽

USB接口

扩展板


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ROBO接口板相连

ROBO I/O扩展板通过一条10针带状电缆和ROBO接口板相连。

ROBO I/O扩展板上接“Ext.IN” ,ROBO接口板上接“Ext”端.

ROBO I/O扩展板与ROBO接口板相连,而且两台设备都上电之后,

ROBO I/O扩展板上的绿色LED “Ext.mode”闪动.此时,扩展板已经

由接口板识别并准备运行。

在ROBO I/O扩展板的“Ext.OUT”端口,可以接另一块扩展板。

一块ROBO接口板最多可以接3块ROBO扩展板。

与电脑相连

ROBO I/O扩展板可以直接通过USB接口与电脑相连。并且可以作

为一块独立的接口板运行。但是它只能运行在电脑的在线模式下。


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ROBO PRO 软件介绍


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一、ROBOPro的安装

二、安装ROBO接口的USB驱动

三、编程前的快速硬件测试

四、编程模块概览

五、程序的调试及下载


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该编程软件与ROBO接口板或智能接口板配套使用。

三、编程前的快速硬件测试

ROBO软件安装完成后,双击程序图标,即进入ROBO编程软件的用户界面。(右下图)

菜单栏

工具栏

功能区

编程窗口


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接口板与电脑的连接

将接口板所带的连接电缆一端接到接口板,另一端接到电脑:

对于ROBO接口板(货号93293)既可以用USB接口,也可以用四个串口COM1-COM4中的一个。

对于智能接口板(货号30402)必须用四个串口COM1-COM4中的一个。


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接口板设置

为了使电脑和接口板的连接工作正常, ROBOPro必须对当前使用的接口板进行设置。在工具栏中选择“ ”,弹出如下窗口。

在这里选择与电脑的连接端口和接口板的类型。

如前所提到的,智能接口板只支持串口

COM1-COM4


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接口板测试

与电脑连接无误后,应该用工具栏中的“”来检查接口板和模型硬件情况。

点击该图标后自动弹出检测界面,如下所示:


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该窗口显示了

接口板有效的

输入和输出。

窗口下方的绿条显示了电脑和接口板的连接状态。

正常情况下,

鼠标点击界面

上的输入输出

端口或调整控

制电机速度的

滑块,模型上

相应设备即做

相应动作。


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四、编程模块概览

级别选择

ROBO为用户提供了1-4级的编程功能,用户可根据由浅入深的学习过程或自身编程需要进行选择。


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编程模块概览

第1级

1、开始

程序流程都是由“开始”模块作为开头。假如一个程序由

几个流程组成,每个流程必须由“开始”模块开头。各个

不同的流程就同时开始。

2、结束

用于程序的结束。但是也有可能程序是一个没有终结的循环。


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3

数字量判断

在模块上点击鼠标右键即弹出如右图所示的属性

窗口。在该窗口对此模块进行定义。

“数字量输入”一栏选择要查询的接口板输入。

“接口板/扩展板”一栏选择当前编辑模块

是由接口板还是由扩展板控制。

“类型”一栏 可选择连接到输入端的传感器图示。 微动开关是最常用的数字量输入形式,但也经常用光电传感器和干簧管。

微动开关

光电管

干簧管开关

“I/O分支交换”一栏 可实现两端口位置的换。


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4

模拟量判断

“模拟量输入”一栏 选择某一个要查询的接

口板输入。所有模拟量输入都返 回一个

0-1023的值。

“条件”一栏 可以选择一个比较算式,比如

小于(〈 )或大于( 〉)。并输入比较

值。比较值应该在0-1023之间。


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5

延时

用延时模块可以使流程执行延时一

个你所设定的持续时间。

延时时间范围可以从1毫秒到

500小时。然而,延时时间

越长,精度越低。


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6

马达输出

用该模块可以改变接口板的两极输出M1-M4中某一个的状态。接口板的输出可以是马达,也可以是灯或者电磁铁。

对于马达,可以设置它的转向和速度。

电磁铁


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7

输入等待

等待直到接口板的某个输入变为特定状态或者其状态由某个特定方式改变。

“等待”一栏 :可以选择信号变化的类型或者所等

待的信号状态。

“类型”一栏 :可选择连接到输入端的传感器图示。

微动开关是最常用的数字量输入形式,

但也经常用光电传感器和干簧管。


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8

脉冲计数器

许多慧鱼模型都用到了脉冲齿轮。这些齿轮每转一圈碰触传感器四次,使用这些脉冲齿轮可以使马达运行精确定义的圈数,而不是一段定义的时间。

由“脉冲计数器”模块来等待一个用户自定

义的脉冲数。

“脉冲类型”一栏 选择所要计数的脉冲类型。如

选择0—1(上升沿),模块一直等待输入的状

态从打开变为闭合,跳变的次数可以在“脉冲数

量”中定义。


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9

循环计数

用该模块可以方便的让程序的

某一部分执行多次。“循环计数”

有一个内置的计数器。如果循

环计数从=1进入,计数器则置

为1。如果循环计数从+1进入,

计数器则加1。根据计数器的值

是否大于你预定的值循环计数来

选择“(Y)”或者“(N)”出口。

“循环计数”一栏 输入在“Y”出口激活之

前,“循环计数”从“N”出口执行的次数。

输入值必须为正。


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小测试:

具备了一级水平之后我们就可以对一些简单的模型进行控制 了。尝试一下:

设计一扇可以自动打开的车库大门,当你开着车到了车库门口,按一下

传达室按钮,门便由一个电机牵引着打开了。这台电机一直保持运转,直到

门完全打开。间隔一定时间后车库门自动关闭。


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2-3级

1、

子程序入口

一个子程序可以有一个或多个子程序入口。主程序或者上层子程序通过

这些入口将控制转入子程序.如果鼠标右键点击模块,会有属性窗口打开,

在窗口中可以给入口取个名字,然后此名字会在符号中显示。

2、

子程序出口

一个子程序可以有一个或多个子程序出口。子程序通过这些出口将控制转入主程序或上层子程序.如果鼠标右键点击模块,会有属性窗口打开,在窗口中可以给出口取个名字,然后此名字会在符号中显示。


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3

变量

一个变量是一种能够保存数值的模块。

你可以在变量的属性窗口中输入一个

变量名。

“初始值”一栏可以指定在程序开始

时变量中存放的值。你可以通过下文

将要介绍到的指令模块 发送指令到

变量。例:


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4

赋值

赋值指令”=“将一个数值分配给接收者,按照惯例,经常用来将数值分配给

变量,定时器变量,序列模块或者面板输出。

5、

5、

可以传递变量或定时器变量来增加变量的值.指令”+”可以附带任何想要

的值,并加到变量上.因为指令附带的值也可以为负,变量的值也可以用此

指令来减少。

6、

和上述指令”+”比较相似.唯一的区别在于,指令所附带的值会从变量的

值里面减去。


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7

判断

通过该模块左边的橙色数据输入端”A”,可以读入一个来自输入模块的数值。

模块将来自数据输入端“A”的数据和一个固定但可以自由定义的值比较。

模块上点击鼠标右键可定义比较标准。


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小测试:

我们利用以上知识设计一个博物馆的游客计数器:

用它对进入博物馆的游客和出博物馆的游客进行计数,并且只要仍有游客在博物馆就打开红色告警灯。


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8

向右

停止

向左

以上三个指令分别传递到一个马达输出模块,来切换马达到逆时针方向、

顺时针方向、停止马达。

9、

马达输出

利用该模块可以控制接口板的四个双向马达之一。

上面一排可以在基本模块中找到,下面一排是相应的组合,它们可以达到相同的

作用。它们由“指令集”中的指令模块和“输入输出”组中的马达输出模块组成。实际

上上面模块是下面的所略和简化。


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子程序的指令输入

10、

通过子程序的指令输入,可以从外部向子程序发送一个指令。如果输入状态

发生改变,数字量输入模块(传感器)通过橙色连接线发送它的新值。在模

块对话框中可以给输入定一个名字。

11、

子程序的指令输出

通过子程序的指令输出,可以从子程序发送指令。例如:可以从子程序向马达

发送向右、向左、停止的指令。在模块对话框中可以给输出定一个名字。

例如:


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12

与固定值比较

数据输入端A的值可以和固定但可以自由定义的数值进行比较。根据在数据

输入端A出现的数值小于、等于、还是大于固定值来选择左边、中间和右边

为出口。在模块上点击鼠标右键即可改变固定值。

比较

13、

比较数据输入端A、B数值的大小。


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14

等待

该模块可以阻止程序的运行,直到发生一个变化或在模块的输入端达到一个

特定的状态。在模块上点击鼠标右键可在属性中选择模块的五种变化状态。

第一种:等待直到输入值为1。

第二种:等待直到输入值为0。

第三种:等待直到输入值上升。

第四种:等待直到输入值下降。

第五种:不管输入值是上升还是下降均满足条件。


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脉冲计数器

15、

这个程序模块在继续执行程序前,要等待一个可定义的来自左边数据输入端的

脉冲输入数。这对于用脉冲齿轮的简单的定位任务是非常实用的。

在“脉冲数量”一栏,可输入在程序继续执行

之前要等待的脉冲数。

在“脉冲类型”一栏,可选择任一种脉冲形式。


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16

数字量输入

数字量输入I1-I8的值可以用

“数字量输入”模块来查询。

如果接口板上输入端口电气上

是闭合的,则数字量的橙色连

接上会返回一个数值“1”,

否则会返回一个数值“0”。


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17

模拟量输入

模拟量输入端的值可以用

“模拟量输入”模块来查询。

和数字量输入返回“0”和“1”不

同。模拟量输入可以分辨连续

的输入。所有的模拟量输入返

回一个“0”到“1023”之间的值。

通常的慧鱼传感器中,温度传感器和光电传感器将转换为电阻值。所以必须

将这些传感器接到“AX”和“AY”输入端。电压输入端“A1”和“A2”设计用来连接

所有产生0到10V电压的传感器。


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18

序列

序列模块相当于一个变量,其存储不止一个而多个数值.变量中可以存储的

数值的最大个数可以在其属性窗口中设定。

红外线输入

19、

POBO 接口板有一个内置的红外线接收器,可以用慧鱼远红外线控制组中的

手持式发射器来控制。

20、

灯输出

利用该模块可以控制接口板的八个单极灯输出O1-O8之一。


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算术运算器

21、

A+B A-B A*B A/B -A

22、

逻辑运算器

与 或 非

以上为编程过程中的常用模块,其他模块用户可在实际编程过程中尝试应用。


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小结:

有了以上知识,我们就可以对大多数慧鱼模型进行控制了。例如:

各种机器人的动作控制;各种培训模型的工作过程控制。当然,现

在你也可以让自己的创意模型随心所欲的动起来了!


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五、程序的调试及下载

程序编好之后可先在线运行,以便调试。点击工具栏“”运行程序 。

正在运行的程序步骤会以红色显示,用户可据此观察程序运行过程,调试程序。

如需中断程序可点击

工具栏 。


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如果调试程序无误,并且确保接口板与电脑的端口连接正确的话,即可点击工具栏 进行程序下载。此时系统弹出如下窗口:

选择存储区域、程序启动形式

等相关项目之后点击“OK”即进

入下载过程。下载完成系统将

给予提示。此时用户即可断开

电脑与接口板之间的连线,在

下载模式下运行慧鱼模型了!


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实训 进行程序下载。此时系统弹出如下窗口:1——Robo移动组创新设计

部分程序代码


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E6 进行程序下载。此时系统弹出如下窗口:

E5

M2

M3

E4

E7

E3

M4

E8

E2

E1

M1

实训2——3D-Robot创新设计


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实训 进行程序下载。此时系统弹出如下窗口:2——3D-Robot创新设计

3D-Robot 电气布线图


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