基于慧魚模型的人工智能設計

唐菲蔓　劉玉婷　周晨曦

摘 要：慧魚模型誕生于1964年的德國，作為一種新的教學體系，為創新教育和實驗創新提供了最佳載體。基于慧魚模型，在不影響模型組合精度的前提下，保證反復的拆裝;組件工業由燕尾槽專利設計，六面拼接，獨特設計，可實現任意組合和展開。因此慧魚模型可以廣泛用于機械設計制造方面。信息時代以來，人工智能開始迅猛發展，得益于慧魚模型的獨特設計，其在人工智能的應用也越來越廣泛。本文將對基于慧魚模型的人工智能設計予以闡述，希望能夠為之后用于人工智能提供參考。

1 引言

模塊化的慧魚模型，又稱工程積木，是一種具有可組裝性、靈活性和系統性的創新性教學型工具。其具有一般工程機械制造所需的各種不同型號和尺寸的零件。慧魚模型由機械部件、微型電機、傳感器（光、熱、磁、觸敏等）、氣動部件、計算機接口板和控制軟件等組成，具有簡單、穩定、系統、靈活的優點。該模型是展示科學原理和技術過程的理想型教學工具，為創新教育和創新實驗提供了最佳載體。除此之外，隨著生活水平的提高，人民的生活開始發生著翻天覆地的變化，新的生活習慣逐漸養成，而這種生活習慣也帶來了新的不便利、比如停車位緊張等等，本文將闡述基于慧魚模型設計下的人工智能是如何應用于這些方面的，為之后的人工智能設計提供參考和支持。

2 在運動方面的應用

越來越多的人開始在業余時間選擇各種各樣的體育活動。高爾夫一直被認為是一種高雅的體育活動，因為它對球場的要求很苛刻，普通人很難玩。為了讓更多的人接觸到這項運動，近年來室內高爾夫墊變得流行起來。由于其設備簡單、折疊方便等諸多優點，得到了廣泛的應用。但是，每次擊球時都不方便撿起球。針對這種不方便，通過慧魚模型而專門設計了此機器人，它的功能是把洞內或洞外的球撿起來，再把球放回原處。

2.1高爾夫機器人的工作機制

首先在孔上安裝了一個光電傳感器。當球落入洞內時，光電傳感器被覆蓋，控制系統得到信號放下驅動塊臂。然后機器人會停下來執行程序，即撿起洞中的球。高爾夫球最終將被拿起并送回起始點。如果球不在洞中，光電傳感器將不會接受機器人執行程序沿軌跡尋找球的任何指令。機器人上有一個磁傳感器，當它感受到來自球的磁信號時，機器人會停下來執行撿球的程序。然后機器人把它送回初始點。最后控制系統將回到初始狀態。這就是高爾夫智能機器人的工作機制。

2.2機械臂機制

機械臂的總長度為510毫米，包括橫梁、機械臂前面的夾持器、機械臂后面的電池和終端磁傳感器。與兩指的機械夾持結構相比，四指夾持結構要重一些。為了避免機器人向后或向前傾斜，我們將較重的電池放在手臂的后部，使其能夠保持手臂的穩定。機械手通過升降結構的傳動沿垂直方向移動，行走距離為135毫米。

3 在采摘水果中的應用

目前，我國水果采摘以手工采摘為主。利用各種采摘的輔助設備，可以極大的提高采摘效率，降低水果的損壞率，節約勞動力成本，顯著的提高果農的經濟效益。為了提高采摘效率，通過設計基于慧魚模型的采摘機機械臂可以有效地解決采摘效率低、損壞嚴重的問題。

3.1機械臂的整體結構設計

在將撿拾器準確地送到拾取物體位置的整個過程中，機械臂需要牢固的穩定而不晃動，快速準確定位，可以為后續的揀選工作奠定基礎。揀選作業中最耗時的環節即是機械手的運動過程是。機械手的自由度越高，結構越復雜，控制系統的控制難度越大，成本也越高。因此，除了機械手的強度和剛度外，還應盡可能的考慮減少機械手的自由度，而采摘器可以避免樹枝和未成熟果實到采摘對象的位置。設計的機械臂分為主支架、轉臂、傳動系統和控制單元。

3.2機械臂主支架結構設計

機械臂的主要支撐是旋轉臂在揀選過程中驅動機器的載體，對整個機械臂起支撐作用。為了減少設備的整體空間和自重，主支架采用兩段式設計，每段主支架采用4個20cm長的鋁合金型材。兩機械臂主支撐中心傳動部分選用傳動精度高的絲杠。第二節主支架與第一節主支架中間的螺釘、轉臂底端與第二節主支架中的螺釘通過螺母連接，并組合成具有自鎖功能的螺釘螺母結構。

3.3機械臂旋轉臂結構設計

為了保證整個裝置在揀選過程中的穩定性，選擇了重量輕、強度高的氣動裝置作為旋轉臂的驅動部分。由氣泵電機驅動，兩側導軌支撐引導，實現旋轉臂20-25cm伸縮運動。兩側導軌在揀選作業中形成一對力，平衡旋轉臂運動時產生的彎矩。轉臂底部的蝸輪與第二主支架上的轉臂運動的蝸桿結合，形成具有自鎖功能的蝸輪蝸桿機構，防止運行中停電造成安全隱患。

總結

除了上述所表明的例子以外，其他應用實例還有很多。比如應用于仿生機器人，利用慧魚的創新組合模型進行了六足昆蟲仿生機器人的仿真設計，并開發了相應的支持程序，使其完成了預定的功能和動作，能夠滿足教學和科研實踐的需要。此外，解決了現有公交投幣機無法擴展和排列紙幣、無法識別紙幣真偽的問題，在慧魚模型的基礎上，設計了一種智能化的公交投幣機，它具有紙幣自動開發、硬幣分類高效、真偽智能識別和硬幣應急一體化等優點，具有廣闊的應用前景。紐扣電池作為一種電池，具有不可替代的地位和廣泛的應用。但傳統的紐扣電池檢測方法單一，效率低下，不合格電池利用率高。為了提高電池檢測的工作效率，降低不合格電池的利用率，改進電池的檢測模式，可以通過慧魚設計一種替代傳統電池檢測方法的工作。整個系統的工作是利用送料裝置、測試裝置和接收裝置三個分支來完成的，從而達到測試的目的。通過本系統的設計，可以降低電池測試過程中的不合格率，提高測試的連續性，消除手工測試的弊端。總之，基于慧魚的機械設計總類繁多，廣闊的應用于各方面，能使機械水平更加提升，促進人工智能的發展。

參考文獻

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