基于慧魚系統的機構創新設計

（1寧夏大學機械工程學院 ;2中國電信集團系統集成寧夏分公司，銀川 750021）

摘 要：本文以慧魚創意組合模型為平臺，利用機構創新設計方法，設計出一種智能機器人—循跡識別小車。小車采用慧魚智能接口板進行控制，利用顏色傳感器進行循跡，用直流電動機驅動，控制軟件為ROBO Pro。

關鍵詞：慧魚模型;機構創新;循跡機器人

0 引言

慧魚創意組合模型是由德國發明家Artur Fisher博士于1964年發明的。它具有一般機械所具有的零部件，如齒輪、電機、電氣開關等，通過聲、光、電和輔助技術的配合，能夠模擬各種機械運動和機械設備的自動控制，而且有比較真實的功能。可以培養機器人開發、設計、生產、維護方面的人才，我國很多高校也為本科生和研究生開設了機器人學課程。

1 創新設計思路

機構創新設計主要有以下兩個方面。

（1）構造全新的新機構。這類創新設計也稱為機構的構型設計。

（2）對已有機構進行變異設計。這類創新設計也稱為機構的變異設計。要創造出一種以前人們從未見過的新機構是一件非常困難的事，但是如果能從現有的機構中發現一些尚未被人察覺的某些性能，并將其加以巧妙利用，就有可能創造出一種新機構，這可能是當今機構創造發明的重要方法之一。

本文就是在原有的循跡機器人的基礎上，添加了一個夾持機構，可以利用夾持機構進行取物。

2 設計過程

根據慧魚模型的特點，對于原有的機構進行了創新設計：

確定機器人的任務要求，根據任務初步確定了機器人的機械結構、運動形式、驅動方案和控制方案等。

2.1 行走部分

由于設計的是循跡機器人，考慮到機器人運行的路面情況可能會很復雜，就采用履帶式行走機構，如圖1所示。這種移動方式支撐面積大、接地比壓小，同時由于履帶支撐面上有履齒，不易打滑，牽引附著性好。機器人兩側的履帶分別由一個帶有齒輪的直流電動機驅動。功率2.4W、額定轉速為400r/min。

2.2 避障部分

如圖2所示，由于慧魚創意組合模型中自帶有超聲波距離傳感器，因此將超聲波距離傳感器固定在機器人的正前方，用于機器人避障。距離傳感器反映機器人與障礙物的距離大小，測量距離約為4m，相應的檢測數值以cm為單位在程序檢測界面顯示。將其直接連到智能接口板的D1或D2端即可。

2.3 循跡部分

機器人循跡的功能由軌跡傳感器進行控制，可以找到白色表面的黑色軌道。傳感器距檢測表面應為5mm～30mm，它包含兩個發射和兩個接收裝置，連接這個傳感器需要兩個數字量輸入端和9v電源端。

2.4 夾臂機構

夾臂機構由功率2.4W、額定轉速為400r/min的電機和開合角度為110o的夾持臂組成，可以夾持10克左右的重物。如圖4所示。

2.5 驅動方式

電氣驅動是利用各種電機產生的力或轉矩，直接或經過減速機構去驅動負載，以獲得要求的機構運動。由于具有易于控制、運動精度高、使用方便、成本低廉、驅動效率高、不污染環境等諸多優點，電氣驅動是最普遍，應用最多的驅動方式。

3 總體控制程序

3.1 控制板連接線

在機器人系統中，連接線就是其神經，它將輸入、輸出原件與主控器連接起來，起著傳遞信息的作用。為了保證機器人能夠正常運行，質量可靠的連接線是必不可少的。為了保證控制面板的整潔美觀，也防止散亂的連接線阻礙機器人的正常運動，如圖5所示。

3.2 控制程序

慧魚智能接口板自帶微處理器，通過串口與計算機相連。利用慧魚系統自帶的ROBO Pro軟件，進行編程，將程序由電腦輸入到控制板中，啟動程序，控制機器人的運動模式。

3.3 藍牙控制

藍牙控制實際上就是把編輯好的程序在電腦上運行，程序的編寫和自動控制一樣，只不過要分開來寫程序，這樣能更好的控制機器人的動作。藍牙控制存在弊端，在控制過成中存在運動延遲，藍牙控制的范圍是0-5m，延遲時間為8s（實際測量所得）。在某些精確的測量和運動中不能及時的停止或者改變速度，這有可能會損壞機器人或者不受人們的控制，造成不必要的麻煩。所以在實際應用中最好不要用藍牙控制。

4 裝配圖

利用Soliderworks軟件，進行實物圖的模擬仿真。

5 結束語

我們對已有機構進行變異設計，通過對相關機器人的研究，在行走機器人的基礎上加裝了一個機械手臂，可以通過事先編好的程序來控制機械手臂的開合、夾物、到指定地點、放下夾持物等一系列動作。

參考文獻：

[1]慧魚.ROBO TX CONTROLLER 說明書[S].

[2]李瑞琴.機構系統創新設計[J].國防工業出版社，2008（04）：9-14.

[3]曲凌.慧魚創意機器人設計與實踐教程[M].上海交通大學出版社，11-13.

[4]朱世強，王宣銀.機器人技術及其應用[M].浙江：浙江大學出版社，2001（07）.

作者簡介：谷鳳民（1971-），男，寧夏銀川人，碩士，實驗師，從事機械制造及其自動化研究。