毕业设计（论文）-基于慧鱼模块多功能机械手和智能仓库的创新设计.doc

全套设计加扣3012250582分类号： 单位代码： 密 级： 学 号：毕 业 设 计 说 明 书设计题目: 基于慧鱼模块多功能机械手 和智能仓库的创新设计 作 者 姓 名 系 部 名 称 机制工艺系专 业 名 称 机械设计与制造指 导 教 师 2014年 11 月 6 日山东劳动职业技术学院毕业设计论文目 录III全套设计加扣3012250582摘 要III第1章 绪 论11.1 课题研究的背景11.2 机器人的发展现状21.3 机器人发展前景41.4 研究慧鱼机器人意义5第2章 机电一体化62.1 机电一体化的内容与定义62.2 机电一体化系统组成6第3章 设计目标与方案的选择83.1 设计目标83.2 设计方案的选择93.2.1驱动方案选择93.2.2驱动方案的选择103.2.3多功能机械手的工作方案103.2.4智能仓库的工作方案123.3 本章小结12第4章 硬件组成和工作过程134.1 机械手机构组成和工作过程144.1.1机械手基座旋转运动144.1.2机械手水平运动154.1.3机械手垂直运动164.1.4机械手爪夹紧与松开运动164.2 机械手的底盘174.3 智能仓库184.4 机器人的机械运动形态和变换控制194.4.1机械手基座的旋转运动194.4.2机械手的水平运动194.4.3机械手的垂直运动204.4.4机械手爪夹紧与放松运动214.5 机器人的位移、速度、方向的控制方法214.6 本章小结23第5章 软件控制245.1 自能小车最基本子程序245.1.1前进与后退245.1.2左转与右转245.1.3停止程序255.2 功能程序265.2.1距离传感程序265.2.2寻线程序265.2.3颜色识别器和蜂鸣器的程序275.2.4前灯和红灯的程序275.2.5绿灯程序285.3 机械手的程序285.3.1机械手打开和关闭程序285.3.2机械手臂伸长和收回程序295.3.3机械手上升、下降程序295.3.4机械手左转90度和回转程序305.4 主程序305.5 智能仓库的程序315.5.1载物平台前后移动的程序315.5.2气阀推出货物的程序315.5.3载物平台上下移动的程序325.6 仓库总程序325.7 程序的调试335.8 本章小结33第6章 小结与展望34参考文献35致 谢36摘 要利用德国慧鱼公司生产的创意教学组合模型来进行创新设计。这些模型通过演示程序控制过程和机械结构中的传动，为研究设计工业自动化设备提供模拟示范。模型有许多形状各异的仿真的机械零部件与电子驱动元件组成，可以进行富有想象力和创造力的装配，从而得到多样式、多功能的模拟机械装置。慧鱼模型具有驱动、感应识别、信息处理等功能。因此还需通过计算机控制软件系统和智能信号接口盒，把几何造型、三维拼装和计算机语言有机结合在一起。借助于设置动态变量参数则可设定机构运动方向并建立运动数学模型。通过系统自带的计算机语言对任务进行编程，使生成的指令数据作用于模型。它是机电一体化的产品，使由一套完整的机械电子系统组成的。本文以慧鱼创意组合模型为平台，设计出一种智能机器人多种功能机械手。该机器人利用微动开关检测边界，利用光电管进行循迹。该机器人采用慧鱼智能接口板进行控制，用直流电动机驱动。该智能机械手的机械结构可以实现反复拆装，无限组合。控制软件为ROBOPro，控制机器人完成一系列复杂动作：如寻找轨迹沿轨迹行走搬运货物寻找轨迹继续沿轨迹行走等然后与之配合是一个自动仓库，本仓库可以自己摆放物品个一套全自动化的一套设备。本文首先对机械手和仓库的总体结构进行分析，确定驱动方案和传动方案，然后按照模块化设计方法组装搭建机械手和仓库结构，最后对智能机械手和仓库控制系统进行了研究，完成了智能小车硬件设计及软件设计。关键词：机械手；自动仓库；运动模型；慧鱼模型；ROBO PRO软件第1章 绪 论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。慧鱼创意组合模型的主要部件采用优质尼龙塑胶制造，尺寸精确，不易磨损，可以保证反复拆装的同时不影响模型结合的精确度；构件的工业燕尾槽专利设计使六面都可拼接，独特的设计可实现随心所欲的组合和扩充。1.1 课题研究的背景“慧鱼创意组合模型”又称“工程积木”，“智慧魔方”，简称“慧鱼”。它是由德国发明家ArturFisher博士于1964年发明的。它具有一般机械所具有的零部件，如齿轮、电机、电气开关等，通过声、光、电和辅助技术的配合，能够模拟各种机械运动和机械设备的自动控制，而且有比较真实的功能。慧鱼创意组合模型是对各种工业机器人的模型，通过对模型的仿真来实现机器人的设计工作。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多门学科而形成的高新技术。国际标准化组织（ISO）对机器人的定义:机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能操作机，这种操作机具有几个轴，能够借助可编程操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行各种任务。工业机器人是机器人的主要研究类型，它并不是简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力。从某种意义上来说，机器人是机器进化过程的产物，是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。工业机器人由机械本体、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动设备，适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定和提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着重要的作用。1.2 机器人的发展现状机器人从20世纪50年代诞生以来，在短短的50多年里得到了迅速的发展，经历了第一代工业机器人的研究、实用化和普及，第二代感知功能机器人的研究、实用化，以及第三代智能机器人的研究等各个阶段。第三代机器人，也是我们机器人学中一个理想的所追求的最高级的阶段，叫智能机器人，那么只要告诉它做什么，不用告诉它怎么去做，它就能完成任务。知思维和人机通讯的这种功能和机能，目前的发展还是相对的只是在局部有这种智能的概念和含义，但真正完整意义的这种智能机器人实际上并没有存在，而只是随着我们科学技术的不断发展，智能的概念越来越丰富，它内涵越来越宽泛。1954年，美国的George.Devol首先把远程控制器的杆结构与数控铣床的伺服轴结合起来，研制出了第一台通用机械手。这种机械手可以通过让其沿一系列点运动，将运动位置以数字形式存储起来，动作执行时，使伺服系统驱动机械手各关节轴来再现这些位置，从而让机械手完成一些简单的工作。正是由于这个机械手具有了编程示教再现功能，因此许多人把它作为现代工业机器人产生的标志。在随后的生产应用中，为了适应各种不同用途需要，相继出现了直角坐标、关节坐标、极坐标等许多种不同结构的机器人。与第一代示教再现型机器人不同，第二代机器人是具有感觉功能的适应控制机器人。这种机器人带有传感器，能感知环境和对象的情况以控制自身动作的变化。智能机器人的研究是一个艰巨而又广泛的问题，随着研究的不断深入，相关科学的飞速发展，智能机器人在不久的将来一定会出现。据UNECE(联合国欧洲经济委员会)和IFR(国际机器人联合会)统计，从20世纪70年代起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。进入90年代，机器人产品发展速度加快，年销售量增长率平均在10左右；2004年增长率达到了创记录的20，其中，亚洲机器人增长幅度最为突出，增长43。我国的机器人研究开发工作始于上世纪70年代初，到现在已经历了30多年的历程。前10年处于研究单位自行开展研究工作状态，发展比较缓慢。1985年后开始列入国家有关计划，发展比较快。特别是在“七五”“八五”“九五”机器人技术国家攻关和“863”高技术发展计划的重点支持下，我国的机器人技术取得了重大发展。在机器人基础技术方面：诸如机器人机构的运动学、动力学分析与综合研究，机器人运动的控制算法及机器人编程语言的研究，机器人内外部传感器的研究与开发，具有多传感器控制系统的研究，离线编程技术、遥控机器人的控制技术等均取得长足进展，并在实际工作中得到应用。在机器人操作机研制方面：已开发出一些先进的操作机和特种机器人，如自动导引车AGV，壁面爬行机器人，重复定位精度为0.024mm的装配机器人；可潜入海底6000m的水下机器人，移动遥控机器人，主从操作机器人等，有些已达实用化水平并用于实际工程。在机器人的应用工程方面：目前国内已建立了多条弧焊机器人生产线，装配机器人生产线，喷涂生产线和焊装生产线。国内的机器人技术研发力量已经具备了大型机器人工程设计和实施的能力，整体性能已达到国际同类产品的先进水平，而整体价格仅为国外同类产品的三分之二甚至一半，具有很好的性能价格比和市场竞争力。综上所述，我国机器人发展已跨过了起步阶段，走上了进步和发展的道路。今后的任务是把机器人技术推广到更多的工业自动化生产领域和其他更广泛的应用领域，大力开展跨国区域交流合作，与国际接轨，早日跻身于世界先进行列。目前我们国家比较有代表性的研究有：工业机器人，水下机器人，空间机器人，核工业的机器人，都在国际上处于领先水平，总体上我们国家与发达国家相比，还存在着很大的差距，但是在上述这些水下、空间、核工业，一些特殊机器人方面，我们还是取得了很多有特色的研究成就。随着电子技术和计算机技术的发生，PLC的功能越来越强大，其概念和内涵也不断扩展。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。近年，工业计算机技术（IPC）和现场总线技术（FCS）发展迅速，挤占了一部分PLC市场，PLC增长速度出现渐缓的趋势，但其在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。1.3 机器人发展前景慧鱼创意组合模型主要提供组合包、培训模型、工业模型三大系列。集能源（包括太阳能）、机械、液压、气动、遥控、自控、程控等多种学科知识于一身，利用工业标准的基本构件（机械元件、电气元件、气动元件），辅以传感器、控制器、执行器和软件的配合，运用设计构思和实践分析，可以实现任何技术过程的还原，更可以实现工业生产和大型机械设备操作的模拟，从而为实验教学、科研创新和生产流水线可行性论证提供了可能16。“慧鱼理想教具”作为广大用户和各方面的创新教育专家所给予慧鱼模型的评价和期许，慧鱼模型就是利用“六面可拼接体”这种开放的零件，来构建或者模拟现实发挥你的创意，来完成机电一体化的工业设计为主的模型组建。慧鱼创意组合模型已在欧洲和美洲的各大、中专学校广泛应用。它进入中国市场以来，也在清华大学、同济大学、浙江大学等众多高校中日益广泛应用，它以浓厚的趣味性、创新性和教学过程中的启发性，使学生能够很直观地把抽象复杂的理论通过模型运动及其控制得以实现。采用该模型进行试验教学能够培养和提高学生的学习热情，大大激发了学生的创新意识，提高了动手能力，较好的解决学生在学习过程中书本知识与实践脱节的问题，对于学生理解机械运动及机械设备工业控制具有很大的益处，是很好的机电一体化教学模型。相信慧鱼会成为中国创新教育的理想教具。1.4 研究慧鱼机器人意义（1）可以对工业生产进一步了解，了解机器人工作原理。（2）由于组装复杂要求实践性更强，这样提高学生动手能力在传统实验里，主要是课程中的具体原理或理论的验证性实验，如再如机械设计中的带传动实验主要是为了验证带传动中的两个重要的现象弹性滑动和打滑。这些传统型实验对学生更好的理解课本的理论知识有很大的帮助，具有课本结合性强的特点。（3）安装过程中应用知识面更广，培养综合素质实验的内容涉及面极广，不仅包括传统机械相关的实验内容，而且还涉及到了能源(包括太阳能)、气动、遥控（如传感器技术）、自动控制（PLC控制、单片机控制）、软件编程等多学科的知识，最重要是它能够把这些很好地知识结合起来，并体现到某个模型中。（4）组建灵活性大，可以自行设计装配创新性高，增加学生研究性思维而在慧鱼实验中，学生不仅可以对教具所提供的样本模型进行验证式实验（通过这些模型实验可以使学生掌握机械、电子和自动化等的相关知识），而且可以把这些不同模型的特点结合起来，进行自主设计，设计出新的作品来，因此慧鱼实验具有较高的创新性。第2章 机电一体化技术2.1 机电一体化的内容与定义本课题所研究的多功能机械手和智能仓库系统是一个典型的机电一体化系统。所谓的机电一化系统是指在系统的主功能、信息处理功能和控制功能等方面引了电子技术，并把机械装置、执行部件、计算机等电子设备以及软件等有机结合构成的系统，即机械、执行、信息处理、接口和软件等部分在电子技术的支配下以系统的观点进行组合而形成的一种新型机械系统。机电一体化系统由机械部分、传感部分、控制部分三大部分组成。这三大部分可分为驱动系统、机械结构系统、感受系统、智能小车环境交互系统、人机交互系统、控制系统六个子系统。该智能小车的设计就是依据机电体一化系统的组成原则进行的如图2-1所示。图2-1小车设计系统2.2 机电一体化系统组成机电一体化系统包括机械本体、检测传感部分、电子控制单元、执行器、动力源等几部分。（1）机械本体机械本体包括机架、机械连接、机械传动等，它是机电一体化的基础，起着支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用。（2）检测传感部分检测传感部分包括各种传感器及其信号检测电路，其作用就是检测机电一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变化，并将信息传递给电子控制单元，电子控制单元根据检查到的信息向执行器发出相应的控制。（3）电子控制单元电子控制单元是机电一体化系统的核心，负责将来自各传感器的检测信号和外部输入命令进行集中、存储、计算、分析，根据信息处理结果，按照一定的程度和节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的地进行。（4）执行器执行器的作用是根据电子控制单元的指令驱动机械部件的运动。执行器是运动部件，通常采用电力驱动、气压驱动和液压驱动等几种方式。（5）动力源动力源是机电一体化产品能量供应部分，是按照系统控制要求向机械系统提供能量和动力使系统正常运行。提供能量的方式包括电能、气能和液压能。35全套设计加扣3012250582第3章 设计目标与方案的选择3.1 设计目标该机械手的主要特点是能够循迹、自动识别障碍物、自动搬运货物、节省劳动力。而自动仓库主要特点是自动摆放货物、方便使用、使用维护成本低、自动化程度高、操作简便。(1)采用履带式装备这种装置的原理类似于履带装甲运兵车或坦克，其原理简单，传动效率比较高行走时重心波动很小，运动非常平稳，且使用地形范围较广。(2)循迹该机械手能够沿着轨迹进行走，能够有效避开障碍物，全部实现自动化。(3)自动搬运货物该机械手利用超声波距离传感器识别货，然后自动搬运货物。(4)智能仓库该智能仓库利用光控来控制载物平台，载物平台利用气缸的推动来摆放货物，全部自动无需手动。(5)自动化程度高、工作稳定人力拖地强度高，效率低，而且浪费人力财力物力。此自能小车基本上可以实现无人操作，操作灵便，工作平稳、安全可靠。(6)结构简单实用、制造成本低与同类产品相比，此自能小车的制作材料和加工条件要求比较低，制造成本相对减少。(7)该智能小车绿色环保。3.2 设计方案的选择3.2.1驱动方案选择通常小车的驱动方式有以下几类有：气压驱动、液压驱动、电气驱动。（1）气压驱动使用压力通常在0.40.6Mpa，最高可达1Mpa。气压驱动主要优点是气源方便（一般工厂都由压缩空气站供应压缩空气），驱动系统具有缓冲作用，结构简单，成本低；缺点是功率质量比小，装置体积大，气源装置存在噪声问题，定位精度也不高。（2）液压驱动系统的功率质量比大，驱动平稳，同时液压驱动调速比较简单，能在很大范围内实现无级调速；缺点是易漏油，这不仅影响工作稳定性和定位精度，而且污染环境。液压驱动多用于要求输出力较大，运动速度较低的场合。（3）电气驱动是利用各种电机产生的力或转矩，直接或经过减速机构去驱动负载，以获得要求的小车运动。由于具有易于控制、运动精度高、使用方便、成本低廉、驱动效率高、不污染环境等诸多优点，电气驱动是最普遍，应用最多的驱动方式。综合考虑各种驱动方式的优缺点，最后采用电气驱动。电动机根据输出形式分，可以分为旋转型和直线型。电动机在智能机械手中应用时，应主要关注电动机的如下基本性能： 实现启动、停止、连续的正反转运行，且具有良好的响应特性。 正转与反转时的特性相同，且运行特性稳定。维护容易，而且不用保养。具有良好的抗干扰能力，且相对于输出来说，体积小，重量轻。在机器手中，采用比较多的是直流电动机。因为它可以达到很大的力矩，精度高，加速迅速，可靠性高，在正反两个方向连续旋转运动平滑。3.2.2驱动方案的选择传动装置的作用是将驱动元件的动力传递给智能小车的执行部件，以实现各种预定的运动。目前常用的传动方式有：皮带轮传动、蜗轮蜗杆传动、齿轮传动、谐波减速传动以及螺旋传动等。谐波齿轮传动具有体积小、结构紧凑、效率高、能获得大的传动比等优点，但存在扭转刚度较低且传动比不能太小的缺点。蜗轮蜗杆机构常用于要求有大的传动比且传动过程中要求机构自锁的场合，这种方式安全性能高，但同样存在齿侧间隙，而且效率较低。皮带轮传动可以实现过载保护，可是存在弹性滑动，和链传动一样使用一段时间后易松弛，传动运转过程中还产生动载荷，因此常用于传动精度要求不高的场合。螺旋传动是将回转运动变换为直线运动的重要传动方式，有滑动螺旋传动和滚动螺旋传动。滑动螺旋传动是连续的面接触，传动中不会产生冲击，传动平稳、无噪声、能够自锁，且螺旋升角较小但螺纹工艺性较差强度较低。滚动螺旋传动的效率一般在90以上，它不自锁，具有传动的可逆性。但其结构复杂，制造精度要求高，成本高，抗冲击性能差等原因不予考虑。齿轮传动具有结构紧凑、效率高的优点，适用于中等减速比传动。经过考虑直接使用齿轮传动比较合适。机械手的精度要求不是很高，在满足性能要求的基础上应考虑到经济性要求。因此，小车传动选用齿轮传动，由两个9V2.4瓦大功率马达带动。由于螺旋传动中不会产生冲击，传动平稳、无噪声等特点所以机械手采用螺旋传动；在智能仓库上由于链传动有准确的平均传动比，适用与中心距比较大的两平行轴之间，所以在智能仓库上采用链传动。3.2.3多功能机械手的工作方案(1)障碍物识别功能小车能自动识别障碍物及越过障碍物继续前进，完成一系列复杂动作如：障碍物识别小车后退指定方向旋转小车前进。(2)循迹行走小车能主动跟踪循迹，完成一系列复杂动作如：寻找轨迹沿轨迹前进判断是否偏离轨迹有偏离轨迹相应方向旋转继续前进。(3)循迹拖地加边界识别功能小车能同时完成循迹跟踪和边界识别，完成一系列复杂动作如：寻找轨迹沿轨迹行走遇到边界停止小车后退指定方向旋转小车前进继续寻找轨迹继续沿轨迹行走。机械手的总体功能如图3-1所示：循迹前进机械手实现功能循迹.障碍物识别寻找轨迹障分类碍物沿着轨迹行走智动躲避障碍物有没有货物抓取有没有图3-1 机械手的功能3.2.4智能仓库的工作方案通过对比分析，智能仓库设计的工作方案如图3-2所示。放入货物平台移动摆放货物回到原点电机带动前后摆放电动带动3-2 智能仓库工作方案3.3 本章小结设计的目标是很重要的，不管你做什么都要有一个明确的目标，朝着你的目标前进，才能干出你想干的事业。我们在选择慧鱼机器人目标的时候也是经过深思熟虑、多方面、多渠道调查的，也不是经过一朝一夕、心血来潮就确定下来目标的。我们确定好我们的目标后就开始着手于方案的设计，尽快拿出一个方案，最终确定了我们的设计目标和设计方案。第4章 硬件组成和工作过程此次机电一体化创新设计项目，按照方案设计的步骤，进行拼接，得到的机器人模型如图4-1所示，我们所完成的是慧鱼工业机器人中的三自由度机械手，它能够通过智能控制接口盒的编程控制实现三个自由度方向（旋转、水平、垂直）的夹取或放置物品，因此操作范围大，灵活性好。机械手的地盘设计成小车，这样可以让机械手任意移动，而且在底盘上装有距离传感器和颜色识别器，这样可以让机械手智能的识别货物和循迹行走。该机器人为三自由度的机械手，其机械手爪有夹紧和松开物件的功能，由三个电机驱动三个自由度的运动，由一个电机控制手爪的夹紧和松开。可实现整体的旋转、水平、垂直运动及手爪的夹紧、松开运动。该机械手可通过电脑对控制芯片进行编程，从而输出控制信号到各电机，驱动机械手的运动方向或行程，从而夹取或放置物件。图4-1 机械手总体模型该智能仓库利用光看开关控制开始，由齿轮齿条传动带动载物平台左右移动；而载物平台的上下移动通过螺旋传动得以实现，通过电机带动丝杠转动，丝杠带螺旋传动块上下移动从而使载物平台上下移动；动载物平台利用气缸的前后推动来实现摆放货物。该模型结构简单，自动化程度高，容易操作。模型如图4-2所示。图4-2 智能仓库模型4.1 机械手机构组成和工作过程4.1.1机械手基座旋转运动运动主要构件有电动机、减速箱、蜗杆、齿轮组成，该机构可以让机械手在水平面内360度旋转，该机构主要用电机带动涡轮转动，涡轮带动齿轮转动从而使机械手臂在水平面内转动。模型如图4-3所示：图4-3 机械手旋转基座4.1.2机械手水平运动该运动主要构件有主要运动构件有电动机、减速箱、丝杠、螺旋传动块、导杆组成，该运动主要是电机转动通过减速机减速后带动丝杠转动然后带动螺旋传动块移动从而使机械臂前后移动。通过加大机械臂的前后移动增大了机械手在水平面内的工作范围。模型如图4-4所示：图4-4 机械手水平运动的丝杠4.1.3机械手垂直运动该运动主要构件有主要运动构件有电动机、减速箱、丝杆、螺旋传动块、连杆机构组成，该运动主要是机械手可以上下移动，这样让机械手可以夹取不同高度的货物，增加机械手的工作空间。模型如图4-5所示：图4-5 机械手垂直运动的丝杠4.1.4机械手爪夹紧与松开运动该运动主要构件有电动机、减速箱、传动轴、万向铰链、螺旋传动块、连杆机构。电机输出动能，经减速箱调节速度并传递到传动轴，不同轴线的各传动杆通过万向铰链进行连接并传递动力，最后将杆件的旋转运动通过螺旋机构转化为手爪的夹紧或松开运动，传动效率比较高，行走时重心波动很小，运动非常平稳。如图4-6张开手臂，4-7机械手夹紧。图4-6 机械手打开 图4-7 机械手关闭4.2 机械手的底盘机械手的地盘设计为车架，由于履带传动效率比较高，行走时重心波动很小，运动非常平稳，所以小车用履带传动用电机制动。在车架上安装了距离传感器和颜色识别器、循迹传感器，这样让机械手不光能够抓取货物，而且还能循迹行走，自动识别障碍物。具体组成如图4-8所示：图4-8 机械手底盘4.3 智能仓库该智能仓库可以自动运输货物，自动摆放货物，自动化程度高，操作简单方便。仓库主要包括货架和一套自动化载物平台，载物平台在水平面内的移动采用齿轮、齿条传动，在垂直面内的移动采用螺旋传动和链传动，在摆放货物上采用气缸推动。仓库具体的组成如图4-9所示：图4-9 智能仓库4.4 机器人的机械运动形态和变换控制4.4.1机械手基座的旋转运动图4-10机械手旋转运动简图如下图4-10所示，传动方式为：控制信号电机减速箱圆柱蜗杆传动基座。4.4.2机械手的水平运动如下图4-11所示，传动方式为：控制信号电机减速箱螺旋机构机架。图4-11 机械手水平运动简图4.4.3机械手的垂直运动图4-12 机械手垂直运动简图如下图4-12所示，传动方式为：控制信号电机减速箱螺旋机构连杆机构机架。4.4.4机械手爪夹紧与放松运动如下图4-13所示，传动方式为：控制信号电机减速箱传动轴万向铰链传动轴螺旋机构连杆机构手爪。图4-13机械手抓取货物简图4.5 机器人的位移、速度、方向的控制方法该机器人整体与控制芯片盒连接，并通过PC的程序编制与载入，将控制信号输送到电机。其中速度控制信号将控制电机的速度从而实现机器人的运动速度转变，并且时间控制信号将于速度控制信号配合实现机器人的运动位移量可调。为了防止超出行程，各主要机械运动构件附近安装有限位行程开关，以限制运动的极限位置，同时也是运动的起始位置；当各运动构件运动碰到两边的限位行程开关后，机器人将停止运动。(1) 机械手基座的旋转运动位移速度控制动力源（电机）接收到控制芯片的位移速度控制信号后动作，由于电机转速较高，通过减速箱的作用，调节电机转速到较低的合适量。动力输出轴通过蜗轮机构将动力转换为基座齿轮的转动。躯干的理论旋转范围为0360。(2) 机械手的水平运动位移速度控制动力源（电机）接收到控制芯片的速度位移控制信号后动作，由于电机转速较高，通过减速箱的作用，调节电机转速到较低的合适量。然后动力轴的转动通过螺旋机构转化为机架的水平前后运动。(3) 机械手的垂直运动位移速度控制动力源（电机）接收到智能控制接口盒的速度位移控制信号后动作，由于电机转速较高，通过减速箱的作用，调节电机转速到较低的合适量。减速箱输出动力到丝杆，再通过螺旋机构转化为机架的前后水平运动，最后通过连杆机构转化为机械臂的上下摆动。(4) 机械手爪夹紧与放松运动位移速度控制动力源（电机）接收到控制芯片的速度位移控制信号后动作，由于电机转速较高，通过减速箱的作用，调节电机转速到较低的合适量。减速箱输出动力到传动轴，各传动轴因轴线不在同一水平线上故需通过万向铰链连接，最后传递到螺旋机构，带动连杆机构从而形成机械手爪的夹紧与松开运动。(5) 机械手底盘车架运动位移速度控制动力源（电机）接收到智能控制接口盒的速度位移控制信号后动作，由于电机转速较高，通过减速箱的作用，调节电机转速到较低的合适量。然后通过齿轮传动带动履带，从而机械手移动。(6) 货架载物平台的运动位移速度控制动力源接收到控制芯片的速度位移控制信号后动作，由于电机转速较高，通过减速箱的作用，调节电机转速到较低的合适量。通过齿轮传动，带动载物平台的移动。如图4-14所示：图4-14载物平台4.6 本章小结本章主要对使用慧鱼创意组合模型对各个部分结构进行组装，完成机器人的机械结构设计，在组织过程中我们遇到许多问题比如我们采用哪种传动方式，组装怎么使结构更简洁、采用哪些机构等等，虽然我们遇到了许多的困难，但是我们组的成员积极的讨论思考，查找资料，团结一致，克服了种种困难，出色完成了任务。在这一过程中让我充分体会到了，一个人的力量是有限，集体力量的强大。我感觉不光学到但许多知识，而且自己的能力得到很大的提高，一个人怎么快速融入集体，怎么让自己在团队里让自己优势得到更好的发挥等等各方面。第5章 软件控制智能机械手由软件硬件两大部分组成，只有硬件系统是不能运行的，软件和硬件相互配合才能完成任务。在进行控制系统设计时，除了系统硬件设计外，大量的工作就是如何根据每个生产对象的实际需要设计应用程序。因此，软件设计在小车的控制系统设计中占重要地位。对于本系统，软件更为重要。5.1 自能小车最基本子程序5.1.1前进与后退首先编写的是前进程序和后退程序，这是一个一对相反的程序模块，这两个子程序虽然简单但是应用十分广泛，在各个功能模块中都能使用，具体程序如下图5-1所示：图5-1 前进程序和后退程序5.1.2左转与右转左转程序在壁障，定位物体方面都有十分重要的作用，我们采用的是一边电机正转一边电机反转的方式来进行转向的。同理右转。具体程序如图5-2所示：图5-2 左转与右转程序5.1.3停止程序停止程序是一个十分重要的子程序，在很多模块中都有应用，是一个十分至关重要的程序。具体程序如图5-3所示：图5-3 停止程序5.2 功能程序5.2.1距离传感程序距离传感器是利用超声波的原理探测前方的路况，控制机械手小车在距离前方物体12cm出停止前进，为防止撞到物体损坏机械手臂。如图5-4所示： 图5-4 距离传感程序与距离传感器5.2.2寻线程序 机械手小车沿指定的线路行走，目的就是为了防止机械手小车乱走偏离轨道，使其更好地控制。如图5-5所示：图5-5寻线程序5.2.3颜色识别器和蜂鸣器的程序颜色识别器可以识别各种颜色的数值来判断是什么颜色，我们用一种颜色来控制机械手小车的停止，到达目的地后蜂鸣器响1S钟告诉我们机械手到达了目的地。如图5-6所示：图5-6颜色识别程序与蜂鸣器程序5.2.4前灯和红灯的程序前灯照亮前进的道路，告诉我们小车正在往前走；红灯亮说明小车已经停止了前一个程序，马上就要执行下一个程序。如图5-7所示：图5-7 前灯程序与红灯程序5.2.5绿灯程序绿灯亮是在提示我们小车正在往后走。如图5-8所示：图5-8 绿灯程序5.3 机械手的程序5.3.1机械手打开和关闭程序该程序来控制机械手的打开和关闭，实现机械手的抓取和放下货物。如图5-9所示：图5-9 机械手打开与关闭程序5.3.2机械手臂伸长和收回程序该程序主要是控制伸长和缩回机械手的手臂，使机械手能够前后移动，增大了机械手的工作范围。具体程序如图5-9所示：图5-9 机械手伸长与收回程序5.3.3机械手上升、下降程序该程序主要是控制机械手的上升和下降，上升、下降是为了实现机械手抓取不同高度的货物，下降也是为了实现小车在行走时重心的平稳。程序如图5-10所示：图5-10 机械手上升与下降程序5.3.4机械手左转90度和回转程序 该程序主要是控制机械手在水平面内左转和回转，实现机械手对货物的转移和为收回机械手做准备。如图5-11所示：图5-11 机械手左转与回转程序5.4 主程序主程序就是将各个基础模块和功能模块加以适当的连接方法使其组成一个完整的程序。能够完整实现程序段之间的功能。如图5-12所示：图5-12多功能机械手主程序5.5 智能仓库的程序5.5.1载物平台前后移动的程序该程序主要控制载物平台在水平面内实现前后移动，用来承载货物和运送货物到达目的地。程序如图5-13所示： 图5-13载物平台向后与向前走程序5.5.2气阀推出货物的程序该程序主要控制气缸把货物运送到货架上，实现货物的分选和摆放。如图5-14所示： 图5-14 气缸前推与后推程序5.5.3载物平台上下移动的程序该程序主要控制载物平台在垂直面内的上下移动，实现把货物运送到不同高度的货架上面，实现对货物的分层管理。程序如图5-15所示： 图5-15 载物平台下降与上升程序5.6 仓库总程序主程序就是将各个基础模块和功能模块加以适当的连接方法使其组成一个完整的程序。能够完整实现程序段之间的功能。如图5-16所示图5-16仓库总程序5.7 程序的调试（1）输入信号调试输入信号调试前，对信号的供电应再一次进行检查，防止因供电电压不符造成元件的损坏。对接口板的各个开关量输入点，用手动的方法使这些输入点分别动作，观察相应的信号灯是否点亮（还可同时用编程软件在线监视），如果信号灯不亮，则应检查外部的线路和接线是否良好和正确。（2）输出信号调试检查相应的输出信号灯是否点亮或熄灭。此外，应对相应的输出设备状态进行检查，如果某一输出设备不动作，则应检查输出模块、相应的输出设备和外部接线。（3）总调试和运行调试小车控制系统的总调试应在电机不供电的情况下进行。根据程序模拟仿真，检查程序是否按照控制的要求进行动作，相应的输出信号是否存在，延时的时间是否正确，直到整个程序正确运行。然后，按设计要求进行运行调试，直到满足要求为止。5.8 本章小结随着课程进展，慧鱼设计已经进入尾声了，这几天完成了呢我们对智能仓库和多功能机械手的程序编制和调试。我们编写程序过程中虽然遇到了许多的麻烦，但是经过我们组内成员积极讨论或者请教老师都被我们一一解决。这次程序编程让我们对慧鱼软件有了进一步认识和提高，对软件的操作有了进一步巩固。通过这次编程我们不光学到了知识而且提高了自己的综合能力。这次学习更加培养了自己的兴趣，增加了自己的见识，提高了自己的能力。第6章 小结与展望本次毕业设计按照任务书的进度要求，查阅相关文献资料，明确设计步骤是第一步是设计主题结构，了解慧鱼模型的基本构成，然后搭接出模型，运用软件使其形成必要的功能。毕业设计的这三个月给我带来了很大的收获。让我知道，要干好一件事并非那么简单，但也不是很难，敷衍了事是万万不可的，对待任何事情都要认真地去思考，积极主动地来完成各项任务。想要做好毕业设计，需要的是耐心的、用心的去做。在整个设计过程中，我遇到的问题很多，有些是在自己已掌握知识的范围之外，每当无法实现自己的想法，或者进行不下去的时候，就会出现一丝浮躁的情绪，但是我没有放弃，而是适时地调节自己的心态，在老师和同学们的帮助下，完成了总体的设计。越是不懂的东西才越要去学，在学习的过程中我收获很多，互相学习是一种很好的学习途径，这也是我在完成毕业设计之后体会到的。在整个毕业论文设计的过程中我学到了做任何事情所要有的态度和心态，我明白了做学问要一丝不苟