指导书
江苏大学工业中心
2011年6月
V0.9
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目录
第一部分慧鱼创意组合包机械基础………………………………………………3第二部分慧鱼创意组合包控制与编程基础………………………………………11第三部分慧鱼创意组合实验………………………………………………………30
实验一：机械本体装配实验…………………………………………………….30实验二：传动机构分析………………………………………………………….31实验三：驱动部件认识………………………………………………………….32实验四：测试传感系统的作用分析…………………………………………….33实验五：控制系统认识………………………………………………………….34实验六：接口技术认识………………………………………………………….35实验七：控制编程应用认识…………………………………………………….36实验八：机械本体总体结构设计……………………………………………….39实验九：指定轨迹规划编制控制程序………………………………………….40
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第一部分慧鱼创意组合包机械基础
一、实验装置及主体功能慧鱼(fischer)组合模型包，其中又可分为以下三种类型的模型包：实验 机器人(ExperimentalRobot)、传感器技术（ProfiSensoric）、气动机器人(PneumaticRobot)。
慧鱼组合模型包的组成可分为四大类：机械零件、气动零件、电气构件和软件。
模型包的这些零件基本涵盖了机电一体化系统应包含的要素，如机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感器测试部分、控制及信息处理部分。
用这些零件可以拼装成一个工程技术模型，模型控制方式是通过智能接口板实现微机控制。
1、机械零件包括：齿轮、齿条、连杆、链条、履带、蜗轮、蜗杆、曲轴、齿轮箱及构筑零件等；
2、电气零件包括：储气罐、压缩气缸、气管、气管联接头、弹簧等；
3、电气零件包括：智能接口板、马达、9V直流电源、传感器（光敏、热敏、磁敏、电位器、接触开关）、单向阀、电磁铁、发光管；
4、软件包括：Llwin2.1编程软件；《机器人技术软件手册》；智能接口板》；《ExperimentalRobot》、《ProfiSensoric》、《PneumaticRobot》范例拼装图册。
每一种慧鱼(fischer)模型包拥有的零件类型及相应数量详见：《ExperimentalRobot》图册中的Page62～65、《ProfiSensoric》图册中的Page2～
4、《PneumaticRobot》图册中的Page2～
4。
二、主要内容创意组合模型实验的内容主要是进行机电一体化产品模型的设计、制作，并实现模型运动控制。
实验内容的核心是“机电一体化”和“创意”两个方面，围绕这个核心，实验内容分为2个阶段：
1、初始阶段：实验者尽快熟悉模型组装方式、软件编程方法，对机电一体化产品形成概念，利用《ExperimentalRobot》、《ProfiSensoric》、《PneumaticRobot》图册中提供的模型组装方案，逐步完成模型的搭建，并用LLWin软件进行编程，通过智能接口板实现微机对模型运动的控制。
实验者经历上述 -3- 过程后，了解各部分功能模块的作用及原理，掌握机电一体化系统设计、制作的基本知识和方法。
在此基础上，对现有方案进行讨论和改进，以进一步加强对所做模型的理解。
2、创意设计阶段：实验者根据要求或自由拟定设计项目，利用模型包中的零件可以随意装拆、互换性好的特点，进行模型的总体设计、构件运动及结构设计、控制系统设计和程序设计，并自行搭建模型、调试和运行。
三、慧鱼(fischer)模型包主要组件的功能及使用
1、智能接口板 外接9伏直流电源，当接口板和电源正确相连后，红色发光管就亮了。
用 专业用接口线
将接口板的9针RS232串口和电脑的串口（COM1）对接。
接口板 有和马达、灯、电磁铁相连的四位数字的输出口，还有八位数字量和两位模拟 量的输入口，用来连接开关、光敏、磁敏、热敏电阻等传感器。
智能接口板 的功能有： ※用LLWin编程※自带微处理器※程序可在线和下载操作 ※八路数字信号输入※四路马达输出※二路模拟信号输入 ※通过RS232串口与电脑使用智能接口板必须注意的事项：智能接口板上的输入、输出口的接线之 间不允许短路；拨插智能接口板上的接线前，先行将智能接口板上的9V直流 电源断开；在正式运动程序前首先联接与微机通讯的信号线，再接通智能接 口板的9V直流电源。
2、构筑零件用于组成结构件，其大部分零件材料采用优质尼龙塑胶，辅料采 用合金铝、不锈钢芯。
构筑零件的连接方式是燕尾槽插接，可实现六面拼装， 多次拆装。
构筑零件的搭建方式： 1）块与块的连接 -4- 把榫头滑入槽中就将块与块连接起来 T形连接器可以把槽变成榫头 连接条使块与块、面与面连接承 2）轴与轴的相连这个组件使两个轴相连。
用垫片和弹性圈固定轴 3）结构物件的连接插入旋转钉来连接条状结构件。
4）轮子的构筑大部分的轮子是由螺母和抓套固定在轴上的。
螺母 -5- 抓套 ①把抓套装在轴上②把轮子放在抓紧套上③旋紧螺母5）紧固单元下图是一些与抓套稍有差别的紧固单元。
6）链条链条的长度可以自由选择，只要把组成链条的小部件卡上就行，扭动链条部件即可拆卸。
7)块与齿条的连接 8）蜗轮和蜗杆9）带有蜗轮和蜗杆的齿轮箱 -6- 10）模型拼装范例：马达驱动的转台方框图中是拼装“马达驱动的转台”所需取用的构筑零件。
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四、熟悉fischer模型包的步骤在实现你的创意之前，有必要学会熟练使用fischer模型包的各种零件。
推荐采用《ExperimentalRobot》中的一个范例作为拼装熟悉练习。
1、针对所选用的模型包类型，根据实验室提供的模型范例拼装图册检查所用模型包内零件的完整性，同时掌握智能接口板的使用方法、传感器的工作原理；
2、根据《ExperimentalRobot》或《ProfiSensoric》或《PneumaticRobot》图册中所提供的范例，选定一个模型作为拼装练习。
在拼装练习前，看一下该模型的最后完成图，以便对模型有总体概念.；
3、在进行模型的每一步搭建之前，找出该步所需的零件，然后按照拼装图把将这些零件一步一步搭建上去。
在每一步的搭建基础上，新增加的搭建部件 -8- 将用彩色显示出来，已完成的搭建部分标上白色；
4、按拼装顺序一步一步做。
注意需要拧紧的地方（比如说轮心与轴）都要拧紧，否则模型就无法正常运行；
5、模型完成后，检查所有部件是否正确连接，使模型动作无误。
将执行构件或原动件调整在预定的起始位置；
6、借助《机器人技术软件手册》，学习手册中所介绍的程序范例来迅速掌握LLWin软件的作用，你也可以根据自己的需要来修改或扩充这些范例程序。
做完上述几步后，你就可以熟练利用fischer模型进行创意设计了。
五、示范性模型介绍本实验中给出的范例是自动门模型。
自动门模型是PneumaticRobot模型包提供的方案之
一。
要完成它的模型搭建和运动控制，按如下步骤进行：
1、选用PneumaticRobot模型包；
2、打开《PneumaticRobot》书中的Page2，检查该模型包中的基本零件组成后，将书翻到Page6，按图示步骤一步步将气动门搭建出来；
3、拟定自动门应满足的功能：当光敏传感器检测到有人出入的时候，门自动打开；
4、根据自动门的功能，确定控制自动门的运动方案：建议以流程图形式表达对模型运动的控制思想。
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5、编制气动门控制程序 用LLWin软件编写气动门的控制程序。
如选用以下方案： 主程序 子程序
六、实验报告内容
1、简要说明所拼装模型的功能及工作原理，并用机构运动简图表示模型的运动。
2、用文字或方框流程图说明模型运动的控制思想，并将运行成功的模型运动控制程序打印出来。
3、针对现有模型的结构及相应的运动控制方案，提出可行性修改意见并在实验中加以实现。
七、实验完毕后要求实验者必须做的工作首先清理你所使用的模型包中零件的数量，并向实验指导教师报告模型包的 完好情况，然后将模型包及实验资料锁进抽屉。
-10- 第二部分慧鱼创意组合包控制与编程基础
一、基本工作原理
1、根据实验设备所具备的条件，进行机械运动的设计设计要点：1)根据机械使用功能、运动特点、使用环境及特殊要求，选择适合机械使 用的动力源，可用电传动、气传动系统。
2)设计应从机械运动的规律及特点结合课程所学的知识进行，必须考虑机 械运动的合理性、适用性、有效性、经济性及可操作性。
3)结合fischertechnik模型的特点，有效利用设备的所有元件进行设计，使 设计的机械运动系统能按设计要求进行工作。
2、设计机械运动系统的传动装置根据所选动力源，从已学的机械传动系统——齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、凸 轮传动、带传动等设计机械运动系统的传动装置，结合fischertechnik的实际传动件模式进行选择和使用。
1)fischertechnik模型中提供了齿轮传动装置、凸轮传动装置、蜗轮蜗杆传动装置、带传动装置的基本元件，在设计机械传动系统时根据机械的功能、使用条件及动力方式选择适合于该机械系统工作的传动方式。
2)使用fischertechnik提供的传动装置时，应根据机械运动本身的特点及后续机械运动系统和该传动装置的连接、匹配、协调及合理性进行选用和设计。
3、根据机械设计原理进行运动执行部分的设计结合课程所学内容可采用不同的运动机构，最终实现机械所要求的工作内容，根据fischertechnik所提供的设备条件进行选用。
1)根据fischertechnik所提供的设备条件，结合课程中所学的各种机械运动 -11- 机构，设计适合本机械系统设计的机械运动方式和相应的机械执行系统。
2)fischertechnik可提供多种不同的机械组合系统，满足各种机械运动及机 械执行系统的需求。
在使用时，应结合本设计的要求和特点，选择适合的系统，并能使机械运动系统有效工作。
3)在进行本机械系统设计时，应根据机械设计、机械原理及相关课程的设计原理及要求进行，同时应保证系统的可实施性及工艺性。
4)根据fischertechnik提供的三种控制模块，进行机械运动的控制，编程原理根据LLWin3．0进行，满足系统的正、反向运动，自锁和互锁功能，实现有规律的机械运动。
4、遥控控制使用Controlset模块，设计适合于该模块控制的电气回路，设计时应满足系统的正、反向运动，自锁和互锁功能，实现有规律的机械运动。
5、计算机控制使用IntelligentInterface模块，根据LLWin3．0程序的使用方法，进行机械运动程序化的编制，并设计适合于该模块控制的电气回路。
设计时应满足系统的正、反向运动，自锁和互锁功能，实现有规律的机械运动。
二、智能接口板（IntelligentInterfac）的使用
1、智能接口板如图1所示为慧鱼智能接口板。
如果用计算机控制慧鱼教学模型，必须拥有适当的控制软件和连接计算机的 模型接口。
接口能转换软件命令，比如，可以启动马达，处理传感器上的信号。
接口板具有和马达、灯、电磁铁相连的四位数字量的输出口，还有八位数字量和两位模拟量的输入口用来连接开关、光磁敏、热敏电阻等传感器。
慧鱼智能接口板自带微处理器，通过串口与计算机相连。
在计算机上编好的程序可以移植到接口板的微处理器上，它可以不用计算机独立地处理程序（在激活模式下）。
图1慧鱼ROBPRO智能接口板 -12- 图1慧鱼智能接口板
2、连接1)操作面板，如图1所示。
2)电源。
电源既可以用慧鱼稳压电源（9V／100mA），也可以用电池组（电池或蓄电池）。
当稳压电源与直流接口相连时（+极朝里端），电池连接口的电回路就被自动切断了。
当接口板和电源正确相连后，红色发光二极管亮。
3)串口接口。
用9针RS232串口和计算机连接。
用接口线（所提供的）连接到计算机的串口上（COM1或COM2）。
4)数字量输出M1～M4：可以连接4个马达（正、反向）、电磁铁或灯到四位数字输出口Ml～M4。
连续电流：250mA。
电流极限：1A。
短路保护。
5)数字量输入E1～E8：数字量的输入用来连接传感器（如开关、光敏、热敏等）。
电压范围9V（6～12V）。
6)模拟量输入EX和EY：用模拟输入连接电位计或热光传感器。
这些输入端被设计成阻值0～5kΩ。
连接的电阻负载转化成数字量0～1000。
扫描率为20ms。
输入端的精确度大约是0.2％。
7)数字量的输入输出的拓展：指可使输入输出口数目翻倍的拓展模式（主次模式），可以连接到14针的连接线上，只要拧开接口的盖即可实现。
模拟输入 -13- 口的数目不能增加。
3、智能接口板的功能1)电路如图2所示。
图2电路图2)微处理器。
微处理器是接口的控制中心。
它是RAM和EPROM中储存的命令的载体。
处理器有两种操作模式：①被动式。
在被动模式中，计算机在执行程序处理时，接口线不能从计算机上拔下来。
在每个程序周期中，接口收集从数字和模拟量收到的数值，然后送到计算机上去。
计算机把数值量的输出数值传送到接口上。
接口板上的微处理器再按要求开关相连的马达、灯和电磁铁。
②主动模式。
在主动模式中，程序由接口板上的微处理器运行（接口板到计算机的接线不能拔）。
如果软件支持主动模式（如LLwin．V2．1或以上），程序可以传到接口板的RAM里。
一旦程序被下载，接口就终止和计算机的连接，可以拔掉接口线，程序就留在接口板的RAM里，直到电源被切断（在不设定程序掉电保护功能时）。
接口板上的微处理器的计算能力远比计算机上的小，因此不能计算所有的脉冲。
一些大的程序只能在被动模式（连线模式）下进行。
为了从主动模式转换成被动模式，接口板的电源一定要被切断，这样重新启动了安装在接口板EPROM中的操作软件，便转到了被动模式。
如果主动模式是 -14- 在计算机上修改的，要把它回传到接口板的微处理器上，也必须切断电源。
3)EPROM。
EPROM（32kB固定值内存）包含微处理器的操作软件。
这个 程序是不允许用户修改的。
储存在EPR()M里的数据即使在断电的情况下仍保持原样。
4)RAM。
RAM（32kB程序内存）储存着下载到主动模式下的接口板的应用程序。
如果电源被切断，储存在RAM里的数据就会丢失，必须重新下载（在不设定程序掉电保护功能时）。
5)输入移位寄存器。
所有的数字量的输入必须同时时地读和存（平行处理），移位寄存器用来把储存的数值转化成一系列的数据组传送到微处理器上去。
6)输出位移寄存器。
微处理器传递包括定义哪个数字量输出应该是主动的信息一系列数据组。
移位寄存器用来传递信息到合适的数字量输出，储存数据，平行输出数据。
7)掉电保护功能选择注意事项：①为了达到程序掉电保护功能，首次使用必须充电15h以上；②首次使用时，INTERFACE与计算机之间通信如果出现“N0CONNECTINTERFACE”的错误时，在保证计算机串口与通信电缆没有问题、并且正确连接的情况下，应首先断电，然后将E2、E3短接（图3），再通电，此类错误可以排除；③将调试好的程序下载到INTERFACE后，INTERFACE与计算机的通信终止。
如果想再次下载程序或联机调试程序，重复第②步即可释放占用程序区。
图3串口接线 8)控制端口的参数，见表
1。
表1控制端口的参数 波特率 9600 校验 no 位
8 停止位
1 -15-
4、通信 计算机通过串行口控制接口板有两个必不可少的字节：第一个字节是接口命 令（见表2），它告诉接口发送什么作为应答；第二字节描述了哪个马达以什么 方向运动。
根据接口命令，接口板发送一个或二个字节。
(1)接口命令字节接口命令字节见表
2。
表2接口命令 二进制 十六进制 十进制 描述 11000001 C1 193 只有输入E1、E8 11000101 C5 197 输入El、E8和模拟量Ex 11001001 C9 201 输入E1、E8和模拟量EY
(2)马达状态字节马达状态字节见表
3。
可以同时对4个马达操作，如果 对同一个马达同时设置左转和右转位，马达将拒绝操作。
表3马达状态 位 方向 位 方向
1 马达1左转
5 马达3左转
2 马达1右转
6 马达3右转
3 马达2左转
7 马达4左转
4 马达2右转
8 马达4右转
(3)从接口板的应答从接口板的应答见表
4。
表4接口板的应答 命令┃应答 描述 193 一个字节 每一个位代表一个输入 197 三个字节 ┃1字节同上，2和3字节模拟量 EX 201 三个字节 1字节同上，2和3字节模拟量EY
(4)高级语言编程的软件接口 1)C++编程软件接口FischerC．ZIP’4K(含Fischer．CPP7K， Reaclme．TxT3K)。
2)VB编程软件接口FischerVB．zIP5K(含Fischer．FRM20K， -16- Fischer．VBP2KReadme．TXT3K)。
三、用LLWin3.0控制fischertechnik模型
1、LLWin用户界面在Windows“开始”菜单“程序”中点击“LLwin3．0”运行软件，软件运 行后，可以创建一个新文件或调用已有文件。
在“Project”（项目）菜单中点击“Open”（打开），出现“OpenLLwinProject（打开LLwin文件）”，可选择某文件夹，打开扩展名为mdl的LLwin相应文件，对话框如图
4。
图4LLWin用户界面选择“MobileRobots”目录中的“MR2”文件，点击“Open”，LLwin用户界面出现。
2、将接口板与PC相连1)智能接口板31002连串口（COMl～COM4）。
2)并口板30520连打印口（LPTI～LPT2），通常先要把打印机的电缆线拔下。
3、确定接口板的准确连接——接口板设置为了确保计算机与接口板之间连接准备就绪，要在软件中设置接口板，执行“Start-Programs—LLWin3.0-CheckInter-face”，出现窗口（如图5），窗口显示了在接口板上可用的输入、输出端口，底下的绿条指示接口板与计算机之间的连接状态：1)“SimulationMode”表示接口板设置时，未选择计算机端口。
2)“NoConnectiontoInterface”表示计算机端口与接口板之间没有正确连接，状态条变红。
-17- 图5接口板设置3)“ConnectiontoInterfaceO．K”表示计算机接口与接口板之间已正确连接。
4、接口板的检查连接没问题后，可用“CheckInterface”来检查接口板和所连接的模型。
1)输入：E！~E*是数字量输入，EX、EY是模拟输入量。
传感器连接在输入端，如按钮、开关、光电三极管等。
以用一个小按钮来检查输入。
如把按钮的接线端１、３接到E1上，当按下按钮时，屏幕上对应E1输入的显示会从0变成1；如果换接线端
1、２，则先显示１，按下后显示０2)输出：接口板的输出是M1一M4．，连接执行机构，如马达、电磁铁和灯等。
可以接一个马达检查输出。
鼠标移到图标突出部位，按下左键，马达顺时针转动，按下右键，逆时针转动。
如果先按“Ctrl”键，再按鼠标键，马达将保持转动，再按鼠标键，马达停止。
四、用LLWin3.0设计控制程序要使机械运动模型或机器人能按要求的工艺过程和生产流程自动连续地完 成任务，必须把每一步动作按顺序设计并储存，因此必须编制机器能识别和使用的专门语言。
１、建立新项目打开“Project”（项目）菜单，点击“New”（新建）命令，出现“NewProject” -18- 对窗口（图6），有“MobileRobots”（移动机器人）等模型的控制程序模板，选择“Empty．Project”（空项目），按“OK”，就可打开新项目了。
图6建立新项目
2、功能模块——控制程序的构成元素现在就开始编写第一个控制程序。
功能描述：一个能自动开门的车库，当车在靠近车库门时，马达开始转动，直到门全被打开。
该过程可用一流程图（图7）表示。
图7流程图通过LLwin3。
0软件的帮助，能画出精确的流程图，并且编写控制程序，剩下的工作由软件来完成。
构成流程图的单位称为功能模块。
1)打开新项目后按“Stan”（开始），功能模块就已经存在了。
所有要用到的功能模块在“Toolbox”（功能模块箱）（图8）里，如果工具箱没有开，点击Edit(编辑)菜单中的“InsertBlocks”（插入模块）命令。
-19- 2)插入、移动和改变功能模块。
只要工具箱在屏幕上。
就可以把里面的功能模块拖到图上构成程序。
把鼠标移到想要的功能模块，按住鼠标左键，拖动模块到图纸适当的位置，松开左键，参数输入对话框弹出，首先插入“Input”（输入）模块，如图
9。
先输入连接在接口板的那个位置，此处选El。
“Type”（类型）选“Pushbutton”（按钮），“Branchtotheright”（分支向右）选“0”。
“0”表示按钮没按下，“1”表示按钮按下。
功能模块在图纸上的大小可以用“Options”（选项）菜单中“Worksheet．”（图纸）的缩放功能来实现，只要移动滑块就可以调节大小了。
依据上述步骤，接着插入“Output”（输出）功能模块，可以用输出模块来启动或关闭马达、电磁铁或灯。
在“．Fype”（类型）中选“Motor”（马达），其他参数选为M1，“顺时针”转动，如图10。
最后插人“END”（结束）功能模块。
图8功能模块箱 图9“输入”模块 图10“输出”模块 3)连接功能模块 现在讨论模块之间的连线。
软件有自动连线功能，只要把新拖入的模块放置 在前一模块距离不超过9个格点的位置，就会自动连线。
在“Edit”（编辑）菜单中点击“Drawlines”（连线）命令或点击工具条中的 图标，就可以手动连线，这时，鼠标变成笔的形状，鼠标移到第一个模块的输出 端，按一下左键，鼠标成十字，然后鼠标移到第二个模块的输入端，点击鼠标左 键，完成连线，如图
11。
通过移动功能模块也能连线。
把功能模块的输入端与上一个模块的输出端重 合，然后把它的输出端与下面的模块输入端重合，最后把该模块放在最终的位置， -20- 连线就完成了。
删除连线也非常简单，就像使用橡皮一样，在“Edit”（编辑）菜单中选择“删 除连线”命令，或在工具条中点击“删除连线”图标，鼠标会变成一个“橡皮擦”，如果直接移动到连线并按鼠标左键，选中的连线就会被删除，如果按右键，则所有与之相连的线都被删除掉。
连线完成后，流程图应该如图11所示。
图11功能模块连线图按键“0”输出端连到输入端，构成一个循环，等待按键按下变成“1”后使马达转动，门就被打开了。
五、调试控制程序为了调试控制程序，我们先组装一简单的模型。
只要把按键接在E1上，马达接在M1上即可。
在调试之前，先将程序存盘，在“Project”（项目）菜单中选“SaveAs”（另存为）命令出现如图12窗口，选择要存盘的目录，填写文件的名称，如“GARAGEDOOR”，然后用鼠标左键点“Save'’（存盘）。
-21- 图12菜单窗口这是新建的程序，所以要用“RUN”（运行）菜单里的“INT”（初始化）命令（工具条中也有相应图标），这是检查程序连线是否正确的命令，这时，图纸上的网格消失。
如果发现有显示紫色的模块，说明该模块没有连好线，必须用“Edit'’（编辑）菜单中的“Main．Program”（主程序）命令重新连线。
如果没有紫色的模块，那么使用“Run”（运行）菜单中的“Start”（开始）命令，按键或单击图标来执行程序时，程序先编辑，有“进程序”显示，然后就在“On-1ineMode”（联机）状态下运行了。
程序执行，输入模块变红，表明等待按键按下。
按下按键，程序执行下一步，启动马达，接着，执行结束模块。
如果要停止程序，在“RUN”（运行）菜单中用“STOP'’（停止）命令。
六、同时编辑多个功能模块现在给程序扩展一下功能，以开关车库门为例，当车库门打开后，马达停止。
因为车库门上方有一个限位开关，当门到达上端时，马达就停止了。
对于程序，用E2表示这个限位开关，当然，可以采用“输入”模块来和启动马达一样关上马达。
使用的另一个模块叫“脉冲”模块。
该模块检测数字量输入从“0”到“1”或从“1”到“0”的变化，参数框如图13。
-22- 图13参数表选择要检测的输入端“E2”和从“0”到“1”的变化方式。
按下“Ctrl”键，鼠标左键别点击两个模块，模块被选中（模块上有黑边），松开“Ctrl”键，将鼠标移到选中的模块，按下左键不放，同时把两个模块移到相应位置。
也可以按下“Shift”键，用鼠标分别点击两个功能模块，和上面所不同的是，这次会选中两个模块之间的所有模块。
可以分别点击“程序开始”和“程序结束”模块来试一下，这时，程序就变成如图14所示。
图14模块流程图车库门开了以后，怎样再关上呢?
应另外设置一个按键，按一下键门就关上了。
可新建一个项目（目前程序稍后还要使用)，把老的项目复制到新的项目中，按以下步骤做（如图15）：1)让原先的项目打开着，再启动LLWin软件新建一个新项目。
此时，有两个项目了，相互切换非常方便。
2)选中整个程序，选择“Edit”（编辑）菜单中的“Copy”（复制)命令或 -23- 相应工具条中的图标。
3)切换到新项目中，选择“Edit”（编辑）菜单中的“Paste”（粘贴)命令 或相应工具条中的图标。
4)项目复制完成后，关闭老项目，在“Project”（项目）菜单中“EXIT”（退出）命令。
5)删除“关闭马达”和“程序结束”之间的连线，把“程序结束”模块往 下放置以便插入新模块。
车库门将在10s之后自动关上，所以用“wait”（延时）功能模块。
参数框 中“延时时间”输入10s，并在“类型”选中定值。
为了能把门关上，马达必须反转，通过另一个限位开关E3来检测门是否关 上，并关掉马达。
门关上后，用“Beep”（发声）模块来提醒。
发声模块使PC喇叭发出声音， 声音的调子和发声时间可在参数框中调节。
程序无错后，开始执行，当E1触发后，马达启动，E2触发后，马达停止，“wait”（延时)模块变红，10s后，马达停止，喇叭发出声音，确定门已关上，整个过程完成。
在“INT”（初始化）状态下改变发声模块的音调和时间，连续采用多个发声模块定义不同的音调和时间就可以演奏乐曲。
图15车库门控制流程图
七、控制程序中的变量的使用变量是特殊信息的中间储存点。
什么是信息？例如，关于按键是否被按的信 -24- 息，在这种情况下，变量有两个不同的值。
也可能是关于特别事件发生频率的信息，在这种情况下，变量被用来计算与暂时储存事件的频率。
在LLWin项目中，最多能用到99个不同的变量，被称为VAR1~VAR99。
变量的值是一个能从-32567至+32567变化的整数，当程序在online（联机）方式下运行时，变量的值会显示在屏幕中。
1、用于两个工序互锁的变量应用LLWin，还能在控制程序中建立若干个流程图。
通常情况下两个工序并不完全独立。
例如，一个工序或次序在某一点只有在另一工序中满足某种特定条件或状态时才能继续运行，通常使用变量能很容易达到工序的互锁，新建一个如图16所示项目，有两个流程图，都由“Start”（开始）模块开始，流程图都没有“End”（结束）模块，因为每个工序在运行单个模块后从头开始运行。
在这两个流程图中需要三个模块。
图16两个工序流程图1)“TEXT”（文本）模块ABC：TEXT（文本模块）用来标注流程图，能在工作簿上。
任意一点放上输入对话框中设置字体大小。
2)“Assignment”（赋值）模块=：使用这个模块能给变量设置一个特定的值。
3)“Compare”（比较）模块?
：在“Compare”（比较）功能模块中输入一个条件。
流程图分支向右或模块继续向下输出，取决于条件满足与否。
输出端口数字0和
1，代表“满足条件
（1）”及“不满足条件
（2）”。
-25-
2、用于计算脉冲的变量变量常用于计数中，可通过一个实例更准确地检验它。
如果一个机器人的抓手总是精确地在两存货点间移动，必须用电子方式测量路径。
Fischertechnik模型中马达与特殊齿轮相连（称为脉冲齿轮）。
每转一圈开闭开关4次，在电气工程术语中，这种信号称为脉冲信号。
1)使用“Message”（信息）模块时，要在终端处输出“ResultAchived”（达到目的）的信息。
2)使用“Display”（显示）模块用于在终端模块显示窗口中输出数值或变量值，在模块对话框中设定使用哪个窗口及显示哪个值（Varl）。
3)“Variable”（变量）土
1，用于给变量值加1或减
1，必须在模块对话框中输入变量及计算方向，建一个流程图如图17，必须在“Input”（输入）模块中输入E22。
这是终端模块中的开关E22。
在稍后的“Compare”（比较)模块中。
要用到终端参数EA代替输入值。
可以在“Terminal”（终端）模块中给此参数赋值如“4”，然后在程序运行时改变它。
按F8进入“INT'’（初始化）模式。
点击“Terminal”（终端）模块中的EA终端参数的输入区，键入值为“4”，按ENTER键确认。
如果所有的模块都被正确连接，点击“Start”（启动）图标启动程序，查看“Terminal”（终端）模块中的显示。
每次点击终端模块中的E22时，显示的值都会加
1。
当与终值相同时，在终端模块中显示相关信息。
这意味着脉冲（鼠标的点击）由变量Varl计脉冲即是机器人中的脉冲齿轮，所以，通过数字变量及结果能精确定位。
图17流程图 -26- 现在要将脉冲计数器与“Position”（定位）模块计算脉冲的程序中增加一个流程。
在模块对话框中将E22设为输入端口，使用Vat2作为变量，结果当然也是EA。
注意：在“Position”（定位）模块中每个数字输入端口E1~E6都能被设为标准数字变量。
因此必须在模块对话框中点击“StandardCounter”（标准计数器）键。
E1被自动用于z1，E2用于z2，依此类推，所以无需担心应将哪个变量用于计算程序或此变量是否用过的问题。
为改进功能的对比，在程序中加人第三个流程图，其中终端模块显示窗口2中显示变量vat2，完成后的流程图如图18。
图18完成后的流程图能在编辑模式（Edit-Main主程序）下输入终端参数EA，在参数区域内移动光标，然后按下鼠标右键。
重新启动程序并比较是否在鼠标点击相同次数后切换到END（结束）模块。
八、实验设备1）fischertechnik模型。
2）fischertechnikintelligentinterface模块。
3）fischertechnikcontrolsct模块。
4）fischertechnik控制器。
5）计算机。
-27-
九、实验步骤1)按装箱清单清理元件；2)熟悉fischertechnik元件的特性、功能、作用及使用方法；3)根据已有元件，进行机械运动系统的设计；4)组装：①确定动力源在安装底板上的位置，应考虑后续运动机构的安装 空间和运动空间；②安装传动机构，应将传动机构与动力源合理连接并保持良好的运动性；③各执行装置的安装，应使各执行装置在安装底板上合理布置，同时也能满足机械运动和工作需求，组装时应注意调整好各连接件的配合间隙，保证机构运行正常；④机械系统调试：用手拨动动力源，检查各级工作系统是否能正常运动，运动质量如何。
5)控制系统的安装及调试：①根据设计所要求的控制方式将相应的控制板装入模型上；②按设计的控制回路要求将各电气元件接到控制器上，并将控制器与计算机连接；③打开LLwin软件，用自检功能检查各相关元件连接是否可靠；④根据机械运动的要求，设计机械运动流程图，使用LLWin软件，按机械运动的先后顺序及控制条件，按实验指导书的步骤制作运动流程图；⑤按LLwin软件的提示对各工作系统进行回路检查，并确认设计的动作顺序是否合理和有效；⑥在检查各连接及编程正确的情况下，启动机械系统的工作回路，并验证该运动是否达到设计要求。
十、实验任务1)按fischertechnik模型提供的设计图，组装一种可控制机器人：①按使用 说明书要求，组建机械运动系统；②建立机械运动流程图及设定相关控制参数；③按要求对该机械运动系统进行控制、调试及运行。
2)自己设计一种机械运动系统，要求：①具备独立的动力源，可用电动系统、气动系统；②选择一种适合于该动力源使用的传动装置，凸轮、齿轮、蜗轮、带传动等；③选择适于该设计使用的机械执行系统，机构至少应有三个独立运动单元；④编制机构运动流程图，设定控制参数；⑤完成自动控制。
-28- 十
一、思考题1)使用fischertechnik教学模型组合传动系统时，可以用几种方法进行?
各存 在哪些利弊?
2)为什么在作机械控制系统时一定要先作控制流程图?
流程图能对设计和 使用带来哪些方便?
3)在用流程图对多个控制回路进行控制时，应采用什么方法编制控制流程 图?
各控制回路相互间的约束应采取什么方式解决和验证?
4)fischertechnik模型采用几何六面体元件进行组合，该组合具有哪些优势?
5)在模型组合完毕后，若电动机能正常运行，其后续运动系统不能运动， 问题应在哪里?
应从哪几个方面进行检查?
（可用框图形式描述检查过程)6)采用LLWin3．0设计程序对模型进行运动控制时。
应分几个步骤进行?
可能出现哪些故障?
故障原因是什么?
如何解决?
-29- 第三部分慧鱼创意组合实验 实验一：机械本体装配实验 实验学时：6实验类型：验证实验要求：必修
1.实验目的：1)了解实验机器人模型的基本构成，熟悉用多种几何元件拼装部件的过程。
2)掌握装配后各部件的功能和作用，通过模型合理想象各种机电产品的结构。
2.实验内容：完成指定的模型拼装,分析模型的主要结构及各部件构成、连接方式等。
3.实验设备：计算机一台；实验机器人模型一套；变压器电源一个；ROBPRO智能控制接口盒一个。
4.实验步骤:所有几何构件采用燕尾槽插接方式连接，可实现六面拼接，多次拆装，组合成各种教学、工业模型。
请按手册上的图形步骤拼装由老师指定的其中一个或几个模型，并且按照电路图接线。
-30- 实验二：传动机构分析 实验学时：2实验类型：验证实验要求：必修
1.实验目的：虽然模型由塑料构件拼装而成，但相互之间能实现运动和传动，同样要借助机械传动原理及各种机构。
学生通过本实验可以了解和分析各种传动机构的具体运用。
分析应用的合理性，提倡学生提出改进的思路。
2.实验内容：学生通过拼装模型，对照分析所采用的下列零件：齿轮、联杆、链条、履带、皮带、普通直齿轮、锥齿轮、斜齿轮、内啮合齿轮、外啮合齿轮、齿轴、齿条、蜗轮、蜗杆、凸轮、弹簧、曲轴、万向节、差速器、齿轮箱、绞链、连接件、接头、等等。
3.实验设备：计算机一台；实验机器人模型（30625）一套；变压器电源（30182）一个；智能控制接口盒（30402）一个。
4.实验步骤：查到所有应用的典型机械零件和传动机构，绘制机械传动路线简图，分析所采用传动方式的合理性，提出替代方案。
-31- 实验三：驱动部件认识 实验学时：2实验类型：验证实验要求：必修
1.实验目的：虽然模型由塑料构件拼装而成，而且相互之间能实现运动和传动，其运动的动力来源有很多种方式。
学生通过本实验可以了解和分析各种驱动方式的具体运用。
分析应用的合理性，提倡学生提出改进的思路。
2.实验内容：学生通过拼装模型，对照分析所采用的下列驱动方式：直流电动机、储气罐、气缸、活塞、手动换向阀、电磁换向阀等等。
3.实验设备：计算机一台；实验机器人模型（30625）一套；变压器电源（30182）一个；智能控制接口盒（30402）一个。
4.实验步骤：查到模型中所有应用的典型驱动机构，绘制驱动路线简图，例如气动控制图，分析所采用驱动方式的合理性，提出替代方案。
-32- 实验四：测试传感系统的作用分析 实验学时：2实验类型：验证实验要求：必修
1.实验目的：虽然模型由塑料构件拼装而成，但能够完成各种顺序动作，控制为此要求，确定运动方向，其中传感器发挥了重要作用。
学生通过本实验可以了解和分析各种传感器的具体运用。
分析应用的合理性，提倡学生提出改进的思路。
2.实验内容：学生通过拼装模型，对照分析所采用的下列传感器（光敏、热敏、磁敏、触敏），了解下面各种电器：发光器件、开关、电线、插头、电磁气阀、电位器、接口电路板、可调直流变压器（9V，1A，带短路保护功能）接口电路板含电脑接口板、PLC接口板等等。
3.实验设备：计算机一台；实验机器人模型（30625）一套；变压器电源（30182）一个；智能控制接口盒（30402）一个。
4.实验步骤：查到模型中所有应用的典型传感器，绘制电气线路简图，分析所采用电气线路和传感器方式的合理性，提出替代方案。
-33- 实验五：控制系统认识 实验学时：2实验类型：验证实验要求：必修
1.实验目的：虽然模型由塑料构件拼装而成，但各部件能实现位置、姿态、速度、加速度等的控制功能，对于连续轨迹运动的机器人还具有轨迹的规划与控制功能。
学生通过本实验可以了解和分析控制系统的具体运用。
分析应用的合理性，提倡学生提出改进的思路。
2.实验内容：学生通过拼装模型，对照分析进行程序可在线和下载操作；用LLWIN2.1或高级语言进行初步编程训练；二路模拟信号输入和八路数字信号输入的控制线路图；
3.实验设备：计算机一台；实验机器人模型（30625）一套；变压器电源（30182）一个；智能控制接口盒（30402）一个。
4.实验步骤：了解和分析实验设备中所采用的控制系统，绘制控制系统框图，尝试建立其中某个控制节点的位置控制系统传递函数，并确定其参数。
-34- 实验六：接口技术认识 实验学时：2实验类型：验证实验要求：必修
1.实验目的：机电一体控制系统一般是以单轴和多轴运动协调为目的控制。
因此控制系统一般都采用二级计算机控制，第一级为主控制级，安全系统的监控、作业管理、自诊断等功能；第二级为伺服控制级，实现对各节点伺服系统的控制。
二级计算机控制系统的框图如下图所示： 二级计算机控制系统的框图
2.实验内容：学生通过拼装模型，I/O地址译码器实验了解模数转换的基本原理，掌握DAC0832的使用方法。
通过并行接口8255实现小直流电机转速控制。
3.实验设备：计算机一台；实验机器人模型（30625）一套；变压器电源（30182）一个；智能控制接口盒（30402）一个。
4.实验步骤：了解和分析实验设备中接口技术的基本原理，进行多器件综合使用的编程和硬件操作。
-35- 实验七：控制编程应用认识 实验学时：2实验类型：验证实验要求：必修
1、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。
(5)掌握基于慧鱼创意组合包对设计方案进行机械装配，控制编程的基本方法
2、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
3、实验原理：分类打孔机器人简图如下： 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送到转盘6上，转盘在电机4的带动下，将工件送到传感器5下。
传感器对工件作了判断，决定它是否需要进行打孔操作。
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 -36- 2将工件送入容器中。
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的协调来实现的。
4、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，由自由的装置提供压缩气体。
它的实物图如下图所示： 1单向阀2压气气缸3电机4带轮5贮气罐6曲柄压气部分实物图 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。
它在执行元件动作时还起提供大流量气体的作用。
组装步骤：见手册第6页注意的问题：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。
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。
曲柄与安装孔两端应留有1—2毫米的间隙，使其运动灵活。
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，参考手册第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 -37- 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，光电检测电器的工作状况，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。
5、实验思考题
(4)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？
(5)模型如果对两种工件执行相同的处理过程，原因是什么？
(6)如果只执行分类操作，程序应如何改动？
(7)如果只执行打孔操作，程序应如何改动？ -38- 实验八：机械本体总体结构设计 实验学时：30实验类型：设计实验要求：必修
1.实验目的：学生借助于模型，完成了机电设备的拼接装配工作，使他们对设备的基本构成有一定的直观认识，这时要求学生能用各种三维设计软件，将这种直观认识用设计的方式表现出来，使学生开始进一步的分析整体结构、传动过程、驱动方式等内容。
2.实验内容：学生对拼装好的模型进行测绘，然后用自己的计算机并借助三维设计软件进行三维建模，完成整机设计。
通过查阅资料，对完成好的设计进行创新方案的讨论。
对传动机构进行运动模拟，对运动机构和部件进行动态仿真。
3.实验设备：装配好的实验机器人模型（30625）一套。
4.实验步骤：首先对拼装好的模型进行测绘，注意将机器人的各部件进行分解。
在设计时不要再把模型看成是塑料结构件，而应该从采用工程材料，如钢铁、有色金属等概念出发进行设计，尽可能考虑设计的结构工艺性，外形美观等内容。
-39- 实验九：指定轨迹规划编制控制程序 实验学时：26实验类型：设计实验要求：必修
1.实验目的：学生在充分了解机电系统运动结构、控制方式、传感器安装、以及该机电系统的基本功能以后，由学生进行控制程序编程，使该机电系统能完成指定位置的搬运、行走等任务，由此通过亲自实践，学习到规划轨迹、体会各种结构件和传动件的灵活使用技巧。
2.实验内容：由老师规定搬运物体的轨迹，指定搬运位置和搬运顺序，或指定机器人行走轨迹，改变时间顺序等内容，学生采用灵活以及使用的控制程序完成这些工作，并实际检验完成工作的效率和准确性。
3.实验设备：计算机一台；实验机器人模型（30625）一套；变压器电源（30182）一个；智能控制接口盒（30402）一个。
4.实验步骤：分析要求完成的任务，规划动作顺序和动作路径，编制程序进行动作仿真，在实验机电系统上进行操作，实际检验完成工作的效率和准确性。
-40-
一、实验装置及主体功能慧鱼(fischer)组合模型包，其中又可分为以下三种类型的模型包：实验 机器人(ExperimentalRobot)、传感器技术（ProfiSensoric）、气动机器人(PneumaticRobot)。
慧鱼组合模型包的组成可分为四大类：机械零件、气动零件、电气构件和软件。
模型包的这些零件基本涵盖了机电一体化系统应包含的要素，如机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感器测试部分、控制及信息处理部分。
用这些零件可以拼装成一个工程技术模型，模型控制方式是通过智能接口板实现微机控制。
1、机械零件包括：齿轮、齿条、连杆、链条、履带、蜗轮、蜗杆、曲轴、齿轮箱及构筑零件等；
2、电气零件包括：储气罐、压缩气缸、气管、气管联接头、弹簧等；
3、电气零件包括：智能接口板、马达、9V直流电源、传感器（光敏、热敏、磁敏、电位器、接触开关）、单向阀、电磁铁、发光管；
4、软件包括：Llwin2.1编程软件；《机器人技术软件手册》；智能接口板》；《ExperimentalRobot》、《ProfiSensoric》、《PneumaticRobot》范例拼装图册。
每一种慧鱼(fischer)模型包拥有的零件类型及相应数量详见：《ExperimentalRobot》图册中的Page62～65、《ProfiSensoric》图册中的Page2～
4、《PneumaticRobot》图册中的Page2～
4。
二、主要内容创意组合模型实验的内容主要是进行机电一体化产品模型的设计、制作，并实现模型运动控制。
实验内容的核心是“机电一体化”和“创意”两个方面，围绕这个核心，实验内容分为2个阶段：
1、初始阶段：实验者尽快熟悉模型组装方式、软件编程方法，对机电一体化产品形成概念，利用《ExperimentalRobot》、《ProfiSensoric》、《PneumaticRobot》图册中提供的模型组装方案，逐步完成模型的搭建，并用LLWin软件进行编程，通过智能接口板实现微机对模型运动的控制。
实验者经历上述 -3- 过程后，了解各部分功能模块的作用及原理，掌握机电一体化系统设计、制作的基本知识和方法。
在此基础上，对现有方案进行讨论和改进，以进一步加强对所做模型的理解。
2、创意设计阶段：实验者根据要求或自由拟定设计项目，利用模型包中的零件可以随意装拆、互换性好的特点，进行模型的总体设计、构件运动及结构设计、控制系统设计和程序设计，并自行搭建模型、调试和运行。
三、慧鱼(fischer)模型包主要组件的功能及使用
1、智能接口板 外接9伏直流电源，当接口板和电源正确相连后，红色发光管就亮了。
用 专业用接口线
将接口板的9针RS232串口和电脑的串口（COM1）对接。
接口板 有和马达、灯、电磁铁相连的四位数字的输出口，还有八位数字量和两位模拟 量的输入口，用来连接开关、光敏、磁敏、热敏电阻等传感器。
智能接口板 的功能有： ※用LLWin编程※自带微处理器※程序可在线和下载操作 ※八路数字信号输入※四路马达输出※二路模拟信号输入 ※通过RS232串口与电脑使用智能接口板必须注意的事项：智能接口板上的输入、输出口的接线之 间不允许短路；拨插智能接口板上的接线前，先行将智能接口板上的9V直流 电源断开；在正式运动程序前首先联接与微机通讯的信号线，再接通智能接 口板的9V直流电源。
2、构筑零件用于组成结构件，其大部分零件材料采用优质尼龙塑胶，辅料采 用合金铝、不锈钢芯。
构筑零件的连接方式是燕尾槽插接，可实现六面拼装， 多次拆装。
构筑零件的搭建方式： 1）块与块的连接 -4- 把榫头滑入槽中就将块与块连接起来 T形连接器可以把槽变成榫头 连接条使块与块、面与面连接承 2）轴与轴的相连这个组件使两个轴相连。
用垫片和弹性圈固定轴 3）结构物件的连接插入旋转钉来连接条状结构件。
4）轮子的构筑大部分的轮子是由螺母和抓套固定在轴上的。
螺母 -5- 抓套 ①把抓套装在轴上②把轮子放在抓紧套上③旋紧螺母5）紧固单元下图是一些与抓套稍有差别的紧固单元。
6）链条链条的长度可以自由选择，只要把组成链条的小部件卡上就行，扭动链条部件即可拆卸。
7)块与齿条的连接 8）蜗轮和蜗杆9）带有蜗轮和蜗杆的齿轮箱 -6- 10）模型拼装范例：马达驱动的转台方框图中是拼装“马达驱动的转台”所需取用的构筑零件。
-7-
四、熟悉fischer模型包的步骤在实现你的创意之前，有必要学会熟练使用fischer模型包的各种零件。
推荐采用《ExperimentalRobot》中的一个范例作为拼装熟悉练习。
1、针对所选用的模型包类型，根据实验室提供的模型范例拼装图册检查所用模型包内零件的完整性，同时掌握智能接口板的使用方法、传感器的工作原理；
2、根据《ExperimentalRobot》或《ProfiSensoric》或《PneumaticRobot》图册中所提供的范例，选定一个模型作为拼装练习。
在拼装练习前，看一下该模型的最后完成图，以便对模型有总体概念.；
3、在进行模型的每一步搭建之前，找出该步所需的零件，然后按照拼装图把将这些零件一步一步搭建上去。
在每一步的搭建基础上，新增加的搭建部件 -8- 将用彩色显示出来，已完成的搭建部分标上白色；
4、按拼装顺序一步一步做。
注意需要拧紧的地方（比如说轮心与轴）都要拧紧，否则模型就无法正常运行；
5、模型完成后，检查所有部件是否正确连接，使模型动作无误。
将执行构件或原动件调整在预定的起始位置；
6、借助《机器人技术软件手册》，学习手册中所介绍的程序范例来迅速掌握LLWin软件的作用，你也可以根据自己的需要来修改或扩充这些范例程序。
做完上述几步后，你就可以熟练利用fischer模型进行创意设计了。
五、示范性模型介绍本实验中给出的范例是自动门模型。
自动门模型是PneumaticRobot模型包提供的方案之
一。
要完成它的模型搭建和运动控制，按如下步骤进行：
1、选用PneumaticRobot模型包；
2、打开《PneumaticRobot》书中的Page2，检查该模型包中的基本零件组成后，将书翻到Page6，按图示步骤一步步将气动门搭建出来；
3、拟定自动门应满足的功能：当光敏传感器检测到有人出入的时候，门自动打开；
4、根据自动门的功能，确定控制自动门的运动方案：建议以流程图形式表达对模型运动的控制思想。
-9-
5、编制气动门控制程序 用LLWin软件编写气动门的控制程序。
如选用以下方案： 主程序 子程序
六、实验报告内容
1、简要说明所拼装模型的功能及工作原理，并用机构运动简图表示模型的运动。
2、用文字或方框流程图说明模型运动的控制思想，并将运行成功的模型运动控制程序打印出来。
3、针对现有模型的结构及相应的运动控制方案，提出可行性修改意见并在实验中加以实现。
七、实验完毕后要求实验者必须做的工作首先清理你所使用的模型包中零件的数量，并向实验指导教师报告模型包的 完好情况，然后将模型包及实验资料锁进抽屉。
-10- 第二部分慧鱼创意组合包控制与编程基础
一、基本工作原理
1、根据实验设备所具备的条件，进行机械运动的设计设计要点：1)根据机械使用功能、运动特点、使用环境及特殊要求，选择适合机械使 用的动力源，可用电传动、气传动系统。
2)设计应从机械运动的规律及特点结合课程所学的知识进行，必须考虑机 械运动的合理性、适用性、有效性、经济性及可操作性。
3)结合fischertechnik模型的特点，有效利用设备的所有元件进行设计，使 设计的机械运动系统能按设计要求进行工作。
2、设计机械运动系统的传动装置根据所选动力源，从已学的机械传动系统——齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、凸 轮传动、带传动等设计机械运动系统的传动装置，结合fischertechnik的实际传动件模式进行选择和使用。
1)fischertechnik模型中提供了齿轮传动装置、凸轮传动装置、蜗轮蜗杆传动装置、带传动装置的基本元件，在设计机械传动系统时根据机械的功能、使用条件及动力方式选择适合于该机械系统工作的传动方式。
2)使用fischertechnik提供的传动装置时，应根据机械运动本身的特点及后续机械运动系统和该传动装置的连接、匹配、协调及合理性进行选用和设计。
3、根据机械设计原理进行运动执行部分的设计结合课程所学内容可采用不同的运动机构，最终实现机械所要求的工作内容，根据fischertechnik所提供的设备条件进行选用。
1)根据fischertechnik所提供的设备条件，结合课程中所学的各种机械运动 -11- 机构，设计适合本机械系统设计的机械运动方式和相应的机械执行系统。
2)fischertechnik可提供多种不同的机械组合系统，满足各种机械运动及机 械执行系统的需求。
在使用时，应结合本设计的要求和特点，选择适合的系统，并能使机械运动系统有效工作。
3)在进行本机械系统设计时，应根据机械设计、机械原理及相关课程的设计原理及要求进行，同时应保证系统的可实施性及工艺性。
4)根据fischertechnik提供的三种控制模块，进行机械运动的控制，编程原理根据LLWin3．0进行，满足系统的正、反向运动，自锁和互锁功能，实现有规律的机械运动。
4、遥控控制使用Controlset模块，设计适合于该模块控制的电气回路，设计时应满足系统的正、反向运动，自锁和互锁功能，实现有规律的机械运动。
5、计算机控制使用IntelligentInterface模块，根据LLWin3．0程序的使用方法，进行机械运动程序化的编制，并设计适合于该模块控制的电气回路。
设计时应满足系统的正、反向运动，自锁和互锁功能，实现有规律的机械运动。
二、智能接口板（IntelligentInterfac）的使用
1、智能接口板如图1所示为慧鱼智能接口板。
如果用计算机控制慧鱼教学模型，必须拥有适当的控制软件和连接计算机的 模型接口。
接口能转换软件命令，比如，可以启动马达，处理传感器上的信号。
接口板具有和马达、灯、电磁铁相连的四位数字量的输出口，还有八位数字量和两位模拟量的输入口用来连接开关、光磁敏、热敏电阻等传感器。
慧鱼智能接口板自带微处理器，通过串口与计算机相连。
在计算机上编好的程序可以移植到接口板的微处理器上，它可以不用计算机独立地处理程序（在激活模式下）。
图1慧鱼ROBPRO智能接口板 -12- 图1慧鱼智能接口板
2、连接1)操作面板，如图1所示。
2)电源。
电源既可以用慧鱼稳压电源（9V／100mA），也可以用电池组（电池或蓄电池）。
当稳压电源与直流接口相连时（+极朝里端），电池连接口的电回路就被自动切断了。
当接口板和电源正确相连后，红色发光二极管亮。
3)串口接口。
用9针RS232串口和计算机连接。
用接口线（所提供的）连接到计算机的串口上（COM1或COM2）。
4)数字量输出M1～M4：可以连接4个马达（正、反向）、电磁铁或灯到四位数字输出口Ml～M4。
连续电流：250mA。
电流极限：1A。
短路保护。
5)数字量输入E1～E8：数字量的输入用来连接传感器（如开关、光敏、热敏等）。
电压范围9V（6～12V）。
6)模拟量输入EX和EY：用模拟输入连接电位计或热光传感器。
这些输入端被设计成阻值0～5kΩ。
连接的电阻负载转化成数字量0～1000。
扫描率为20ms。
输入端的精确度大约是0.2％。
7)数字量的输入输出的拓展：指可使输入输出口数目翻倍的拓展模式（主次模式），可以连接到14针的连接线上，只要拧开接口的盖即可实现。
模拟输入 -13- 口的数目不能增加。
3、智能接口板的功能1)电路如图2所示。
图2电路图2)微处理器。
微处理器是接口的控制中心。
它是RAM和EPROM中储存的命令的载体。
处理器有两种操作模式：①被动式。
在被动模式中，计算机在执行程序处理时，接口线不能从计算机上拔下来。
在每个程序周期中，接口收集从数字和模拟量收到的数值，然后送到计算机上去。
计算机把数值量的输出数值传送到接口上。
接口板上的微处理器再按要求开关相连的马达、灯和电磁铁。
②主动模式。
在主动模式中，程序由接口板上的微处理器运行（接口板到计算机的接线不能拔）。
如果软件支持主动模式（如LLwin．V2．1或以上），程序可以传到接口板的RAM里。
一旦程序被下载，接口就终止和计算机的连接，可以拔掉接口线，程序就留在接口板的RAM里，直到电源被切断（在不设定程序掉电保护功能时）。
接口板上的微处理器的计算能力远比计算机上的小，因此不能计算所有的脉冲。
一些大的程序只能在被动模式（连线模式）下进行。
为了从主动模式转换成被动模式，接口板的电源一定要被切断，这样重新启动了安装在接口板EPROM中的操作软件，便转到了被动模式。
如果主动模式是 -14- 在计算机上修改的，要把它回传到接口板的微处理器上，也必须切断电源。
3)EPROM。
EPROM（32kB固定值内存）包含微处理器的操作软件。
这个 程序是不允许用户修改的。
储存在EPR()M里的数据即使在断电的情况下仍保持原样。
4)RAM。
RAM（32kB程序内存）储存着下载到主动模式下的接口板的应用程序。
如果电源被切断，储存在RAM里的数据就会丢失，必须重新下载（在不设定程序掉电保护功能时）。
5)输入移位寄存器。
所有的数字量的输入必须同时时地读和存（平行处理），移位寄存器用来把储存的数值转化成一系列的数据组传送到微处理器上去。
6)输出位移寄存器。
微处理器传递包括定义哪个数字量输出应该是主动的信息一系列数据组。
移位寄存器用来传递信息到合适的数字量输出，储存数据，平行输出数据。
7)掉电保护功能选择注意事项：①为了达到程序掉电保护功能，首次使用必须充电15h以上；②首次使用时，INTERFACE与计算机之间通信如果出现“N0CONNECTINTERFACE”的错误时，在保证计算机串口与通信电缆没有问题、并且正确连接的情况下，应首先断电，然后将E2、E3短接（图3），再通电，此类错误可以排除；③将调试好的程序下载到INTERFACE后，INTERFACE与计算机的通信终止。
如果想再次下载程序或联机调试程序，重复第②步即可释放占用程序区。
图3串口接线 8)控制端口的参数，见表
1。
表1控制端口的参数 波特率 9600 校验 no 位
8 停止位
1 -15-
4、通信 计算机通过串行口控制接口板有两个必不可少的字节：第一个字节是接口命 令（见表2），它告诉接口发送什么作为应答；第二字节描述了哪个马达以什么 方向运动。
根据接口命令，接口板发送一个或二个字节。
(1)接口命令字节接口命令字节见表
2。
表2接口命令 二进制 十六进制 十进制 描述 11000001 C1 193 只有输入E1、E8 11000101 C5 197 输入El、E8和模拟量Ex 11001001 C9 201 输入E1、E8和模拟量EY
(2)马达状态字节马达状态字节见表
3。
可以同时对4个马达操作，如果 对同一个马达同时设置左转和右转位，马达将拒绝操作。
表3马达状态 位 方向 位 方向
1 马达1左转
5 马达3左转
2 马达1右转
6 马达3右转
3 马达2左转
7 马达4左转
4 马达2右转
8 马达4右转
(3)从接口板的应答从接口板的应答见表
4。
表4接口板的应答 命令┃应答 描述 193 一个字节 每一个位代表一个输入 197 三个字节 ┃1字节同上，2和3字节模拟量 EX 201 三个字节 1字节同上，2和3字节模拟量EY
(4)高级语言编程的软件接口 1)C++编程软件接口FischerC．ZIP’4K(含Fischer．CPP7K， Reaclme．TxT3K)。
2)VB编程软件接口FischerVB．zIP5K(含Fischer．FRM20K， -16- Fischer．VBP2KReadme．TXT3K)。
三、用LLWin3.0控制fischertechnik模型
1、LLWin用户界面在Windows“开始”菜单“程序”中点击“LLwin3．0”运行软件，软件运 行后，可以创建一个新文件或调用已有文件。
在“Project”（项目）菜单中点击“Open”（打开），出现“OpenLLwinProject（打开LLwin文件）”，可选择某文件夹，打开扩展名为mdl的LLwin相应文件，对话框如图
4。
图4LLWin用户界面选择“MobileRobots”目录中的“MR2”文件，点击“Open”，LLwin用户界面出现。
2、将接口板与PC相连1)智能接口板31002连串口（COMl～COM4）。
2)并口板30520连打印口（LPTI～LPT2），通常先要把打印机的电缆线拔下。
3、确定接口板的准确连接——接口板设置为了确保计算机与接口板之间连接准备就绪，要在软件中设置接口板，执行“Start-Programs—LLWin3.0-CheckInter-face”，出现窗口（如图5），窗口显示了在接口板上可用的输入、输出端口，底下的绿条指示接口板与计算机之间的连接状态：1)“SimulationMode”表示接口板设置时，未选择计算机端口。
2)“NoConnectiontoInterface”表示计算机端口与接口板之间没有正确连接，状态条变红。
-17- 图5接口板设置3)“ConnectiontoInterfaceO．K”表示计算机接口与接口板之间已正确连接。
4、接口板的检查连接没问题后，可用“CheckInterface”来检查接口板和所连接的模型。
1)输入：E！~E*是数字量输入，EX、EY是模拟输入量。
传感器连接在输入端，如按钮、开关、光电三极管等。
以用一个小按钮来检查输入。
如把按钮的接线端１、３接到E1上，当按下按钮时，屏幕上对应E1输入的显示会从0变成1；如果换接线端
1、２，则先显示１，按下后显示０2)输出：接口板的输出是M1一M4．，连接执行机构，如马达、电磁铁和灯等。
可以接一个马达检查输出。
鼠标移到图标突出部位，按下左键，马达顺时针转动，按下右键，逆时针转动。
如果先按“Ctrl”键，再按鼠标键，马达将保持转动，再按鼠标键，马达停止。
四、用LLWin3.0设计控制程序要使机械运动模型或机器人能按要求的工艺过程和生产流程自动连续地完 成任务，必须把每一步动作按顺序设计并储存，因此必须编制机器能识别和使用的专门语言。
１、建立新项目打开“Project”（项目）菜单，点击“New”（新建）命令，出现“NewProject” -18- 对窗口（图6），有“MobileRobots”（移动机器人）等模型的控制程序模板，选择“Empty．Project”（空项目），按“OK”，就可打开新项目了。
图6建立新项目
2、功能模块——控制程序的构成元素现在就开始编写第一个控制程序。
功能描述：一个能自动开门的车库，当车在靠近车库门时，马达开始转动，直到门全被打开。
该过程可用一流程图（图7）表示。
图7流程图通过LLwin3。
0软件的帮助，能画出精确的流程图，并且编写控制程序，剩下的工作由软件来完成。
构成流程图的单位称为功能模块。
1)打开新项目后按“Stan”（开始），功能模块就已经存在了。
所有要用到的功能模块在“Toolbox”（功能模块箱）（图8）里，如果工具箱没有开，点击Edit(编辑)菜单中的“InsertBlocks”（插入模块）命令。
-19- 2)插入、移动和改变功能模块。
只要工具箱在屏幕上。
就可以把里面的功能模块拖到图上构成程序。
把鼠标移到想要的功能模块，按住鼠标左键，拖动模块到图纸适当的位置，松开左键，参数输入对话框弹出，首先插入“Input”（输入）模块，如图
9。
先输入连接在接口板的那个位置，此处选El。
“Type”（类型）选“Pushbutton”（按钮），“Branchtotheright”（分支向右）选“0”。
“0”表示按钮没按下，“1”表示按钮按下。
功能模块在图纸上的大小可以用“Options”（选项）菜单中“Worksheet．”（图纸）的缩放功能来实现，只要移动滑块就可以调节大小了。
依据上述步骤，接着插入“Output”（输出）功能模块，可以用输出模块来启动或关闭马达、电磁铁或灯。
在“．Fype”（类型）中选“Motor”（马达），其他参数选为M1，“顺时针”转动，如图10。
最后插人“END”（结束）功能模块。
图8功能模块箱 图9“输入”模块 图10“输出”模块 3)连接功能模块 现在讨论模块之间的连线。
软件有自动连线功能，只要把新拖入的模块放置 在前一模块距离不超过9个格点的位置，就会自动连线。
在“Edit”（编辑）菜单中点击“Drawlines”（连线）命令或点击工具条中的 图标，就可以手动连线，这时，鼠标变成笔的形状，鼠标移到第一个模块的输出 端，按一下左键，鼠标成十字，然后鼠标移到第二个模块的输入端，点击鼠标左 键，完成连线，如图
11。
通过移动功能模块也能连线。
把功能模块的输入端与上一个模块的输出端重 合，然后把它的输出端与下面的模块输入端重合，最后把该模块放在最终的位置， -20- 连线就完成了。
删除连线也非常简单，就像使用橡皮一样，在“Edit”（编辑）菜单中选择“删 除连线”命令，或在工具条中点击“删除连线”图标，鼠标会变成一个“橡皮擦”，如果直接移动到连线并按鼠标左键，选中的连线就会被删除，如果按右键，则所有与之相连的线都被删除掉。
连线完成后，流程图应该如图11所示。
图11功能模块连线图按键“0”输出端连到输入端，构成一个循环，等待按键按下变成“1”后使马达转动，门就被打开了。
五、调试控制程序为了调试控制程序，我们先组装一简单的模型。
只要把按键接在E1上，马达接在M1上即可。
在调试之前，先将程序存盘，在“Project”（项目）菜单中选“SaveAs”（另存为）命令出现如图12窗口，选择要存盘的目录，填写文件的名称，如“GARAGEDOOR”，然后用鼠标左键点“Save'’（存盘）。
-21- 图12菜单窗口这是新建的程序，所以要用“RUN”（运行）菜单里的“INT”（初始化）命令（工具条中也有相应图标），这是检查程序连线是否正确的命令，这时，图纸上的网格消失。
如果发现有显示紫色的模块，说明该模块没有连好线，必须用“Edit'’（编辑）菜单中的“Main．Program”（主程序）命令重新连线。
如果没有紫色的模块，那么使用“Run”（运行）菜单中的“Start”（开始）命令，按
程序执行，输入模块变红，表明等待按键按下。
按下按键，程序执行下一步，启动马达，接着，执行结束模块。
如果要停止程序，在“RUN”（运行）菜单中用“STOP'’（停止）命令。
六、同时编辑多个功能模块现在给程序扩展一下功能，以开关车库门为例，当车库门打开后，马达停止。
因为车库门上方有一个限位开关，当门到达上端时，马达就停止了。
对于程序，用E2表示这个限位开关，当然，可以采用“输入”模块来和启动马达一样关上马达。
使用的另一个模块叫“脉冲”模块。
该模块检测数字量输入从“0”到“1”或从“1”到“0”的变化，参数框如图13。
-22- 图13参数表选择要检测的输入端“E2”和从“0”到“1”的变化方式。
按下“Ctrl”键，鼠标左键别点击两个模块，模块被选中（模块上有黑边），松开“Ctrl”键，将鼠标移到选中的模块，按下左键不放，同时把两个模块移到相应位置。
也可以按下“Shift”键，用鼠标分别点击两个功能模块，和上面所不同的是，这次会选中两个模块之间的所有模块。
可以分别点击“程序开始”和“程序结束”模块来试一下，这时，程序就变成如图14所示。
图14模块流程图车库门开了以后，怎样再关上呢?
应另外设置一个按键，按一下键门就关上了。
可新建一个项目（目前程序稍后还要使用)，把老的项目复制到新的项目中，按以下步骤做（如图15）：1)让原先的项目打开着，再启动LLWin软件新建一个新项目。
此时，有两个项目了，相互切换非常方便。
2)选中整个程序，选择“Edit”（编辑）菜单中的“Copy”（复制)命令或 -23- 相应工具条中的图标。
3)切换到新项目中，选择“Edit”（编辑）菜单中的“Paste”（粘贴)命令 或相应工具条中的图标。
4)项目复制完成后，关闭老项目，在“Project”（项目）菜单中“EXIT”（退出）命令。
5)删除“关闭马达”和“程序结束”之间的连线，把“程序结束”模块往 下放置以便插入新模块。
车库门将在10s之后自动关上，所以用“wait”（延时）功能模块。
参数框 中“延时时间”输入10s，并在“类型”选中定值。
为了能把门关上，马达必须反转，通过另一个限位开关E3来检测门是否关 上，并关掉马达。
门关上后，用“Beep”（发声）模块来提醒。
发声模块使PC喇叭发出声音， 声音的调子和发声时间可在参数框中调节。
程序无错后，开始执行，当E1触发后，马达启动，E2触发后，马达停止，“wait”（延时)模块变红，10s后，马达停止，喇叭发出声音，确定门已关上，整个过程完成。
在“INT”（初始化）状态下改变发声模块的音调和时间，连续采用多个发声模块定义不同的音调和时间就可以演奏乐曲。
图15车库门控制流程图
七、控制程序中的变量的使用变量是特殊信息的中间储存点。
什么是信息？例如，关于按键是否被按的信 -24- 息，在这种情况下，变量有两个不同的值。
也可能是关于特别事件发生频率的信息，在这种情况下，变量被用来计算与暂时储存事件的频率。
在LLWin项目中，最多能用到99个不同的变量，被称为VAR1~VAR99。
变量的值是一个能从-32567至+32567变化的整数，当程序在online（联机）方式下运行时，变量的值会显示在屏幕中。
1、用于两个工序互锁的变量应用LLWin，还能在控制程序中建立若干个流程图。
通常情况下两个工序并不完全独立。
例如，一个工序或次序在某一点只有在另一工序中满足某种特定条件或状态时才能继续运行，通常使用变量能很容易达到工序的互锁，新建一个如图16所示项目，有两个流程图，都由“Start”（开始）模块开始，流程图都没有“End”（结束）模块，因为每个工序在运行单个模块后从头开始运行。
在这两个流程图中需要三个模块。
图16两个工序流程图1)“TEXT”（文本）模块ABC：TEXT（文本模块）用来标注流程图，能在工作簿上。
任意一点放上输入对话框中设置字体大小。
2)“Assignment”（赋值）模块=：使用这个模块能给变量设置一个特定的值。
3)“Compare”（比较）模块?
：在“Compare”（比较）功能模块中输入一个条件。
流程图分支向右或模块继续向下输出，取决于条件满足与否。
输出端口数字0和
1，代表“满足条件
（1）”及“不满足条件
（2）”。
-25-
2、用于计算脉冲的变量变量常用于计数中，可通过一个实例更准确地检验它。
如果一个机器人的抓手总是精确地在两存货点间移动，必须用电子方式测量路径。
Fischertechnik模型中马达与特殊齿轮相连（称为脉冲齿轮）。
每转一圈开闭开关4次，在电气工程术语中，这种信号称为脉冲信号。
1)使用“Message”（信息）模块时，要在终端处输出“ResultAchived”（达到目的）的信息。
2)使用“Display”（显示）模块用于在终端模块显示窗口中输出数值或变量值，在模块对话框中设定使用哪个窗口及显示哪个值（Varl）。
3)“Variable”（变量）土
1，用于给变量值加1或减
1，必须在模块对话框中输入变量及计算方向，建一个流程图如图17，必须在“Input”（输入）模块中输入E22。
这是终端模块中的开关E22。
在稍后的“Compare”（比较)模块中。
要用到终端参数EA代替输入值。
可以在“Terminal”（终端）模块中给此参数赋值如“4”，然后在程序运行时改变它。
按F8进入“INT'’（初始化）模式。
点击“Terminal”（终端）模块中的EA终端参数的输入区，键入值为“4”，按ENTER键确认。
如果所有的模块都被正确连接，点击“Start”（启动）图标启动程序，查看“Terminal”（终端）模块中的显示。
每次点击终端模块中的E22时，显示的值都会加
1。
当与终值相同时，在终端模块中显示相关信息。
这意味着脉冲（鼠标的点击）由变量Varl计脉冲即是机器人中的脉冲齿轮，所以，通过数字变量及结果能精确定位。
图17流程图 -26- 现在要将脉冲计数器与“Position”（定位）模块计算脉冲的程序中增加一个流程。
在模块对话框中将E22设为输入端口，使用Vat2作为变量，结果当然也是EA。
注意：在“Position”（定位）模块中每个数字输入端口E1~E6都能被设为标准数字变量。
因此必须在模块对话框中点击“StandardCounter”（标准计数器）键。
E1被自动用于z1，E2用于z2，依此类推，所以无需担心应将哪个变量用于计算程序或此变量是否用过的问题。
为改进功能的对比，在程序中加人第三个流程图，其中终端模块显示窗口2中显示变量vat2，完成后的流程图如图18。
图18完成后的流程图能在编辑模式（Edit-Main主程序）下输入终端参数EA，在参数区域内移动光标，然后按下鼠标右键。
重新启动程序并比较是否在鼠标点击相同次数后切换到END（结束）模块。
八、实验设备1）fischertechnik模型。
2）fischertechnikintelligentinterface模块。
3）fischertechnikcontrolsct模块。
4）fischertechnik控制器。
5）计算机。
-27-
九、实验步骤1)按装箱清单清理元件；2)熟悉fischertechnik元件的特性、功能、作用及使用方法；3)根据已有元件，进行机械运动系统的设计；4)组装：①确定动力源在安装底板上的位置，应考虑后续运动机构的安装 空间和运动空间；②安装传动机构，应将传动机构与动力源合理连接并保持良好的运动性；③各执行装置的安装，应使各执行装置在安装底板上合理布置，同时也能满足机械运动和工作需求，组装时应注意调整好各连接件的配合间隙，保证机构运行正常；④机械系统调试：用手拨动动力源，检查各级工作系统是否能正常运动，运动质量如何。
5)控制系统的安装及调试：①根据设计所要求的控制方式将相应的控制板装入模型上；②按设计的控制回路要求将各电气元件接到控制器上，并将控制器与计算机连接；③打开LLwin软件，用自检功能检查各相关元件连接是否可靠；④根据机械运动的要求，设计机械运动流程图，使用LLWin软件，按机械运动的先后顺序及控制条件，按实验指导书的步骤制作运动流程图；⑤按LLwin软件的提示对各工作系统进行回路检查，并确认设计的动作顺序是否合理和有效；⑥在检查各连接及编程正确的情况下，启动机械系统的工作回路，并验证该运动是否达到设计要求。
十、实验任务1)按fischertechnik模型提供的设计图，组装一种可控制机器人：①按使用 说明书要求，组建机械运动系统；②建立机械运动流程图及设定相关控制参数；③按要求对该机械运动系统进行控制、调试及运行。
2)自己设计一种机械运动系统，要求：①具备独立的动力源，可用电动系统、气动系统；②选择一种适合于该动力源使用的传动装置，凸轮、齿轮、蜗轮、带传动等；③选择适于该设计使用的机械执行系统，机构至少应有三个独立运动单元；④编制机构运动流程图，设定控制参数；⑤完成自动控制。
-28- 十
一、思考题1)使用fischertechnik教学模型组合传动系统时，可以用几种方法进行?
各存 在哪些利弊?
2)为什么在作机械控制系统时一定要先作控制流程图?
流程图能对设计和 使用带来哪些方便?
3)在用流程图对多个控制回路进行控制时，应采用什么方法编制控制流程 图?
各控制回路相互间的约束应采取什么方式解决和验证?
4)fischertechnik模型采用几何六面体元件进行组合，该组合具有哪些优势?
5)在模型组合完毕后，若电动机能正常运行，其后续运动系统不能运动， 问题应在哪里?
应从哪几个方面进行检查?
（可用框图形式描述检查过程)6)采用LLWin3．0设计程序对模型进行运动控制时。
应分几个步骤进行?
可能出现哪些故障?
故障原因是什么?
如何解决?
-29- 第三部分慧鱼创意组合实验 实验一：机械本体装配实验 实验学时：6实验类型：验证实验要求：必修
1.实验目的：1)了解实验机器人模型的基本构成，熟悉用多种几何元件拼装部件的过程。
2)掌握装配后各部件的功能和作用，通过模型合理想象各种机电产品的结构。
2.实验内容：完成指定的模型拼装,分析模型的主要结构及各部件构成、连接方式等。
3.实验设备：计算机一台；实验机器人模型一套；变压器电源一个；ROBPRO智能控制接口盒一个。
4.实验步骤:所有几何构件采用燕尾槽插接方式连接，可实现六面拼接，多次拆装，组合成各种教学、工业模型。
请按手册上的图形步骤拼装由老师指定的其中一个或几个模型，并且按照电路图接线。
-30- 实验二：传动机构分析 实验学时：2实验类型：验证实验要求：必修
1.实验目的：虽然模型由塑料构件拼装而成，但相互之间能实现运动和传动，同样要借助机械传动原理及各种机构。
学生通过本实验可以了解和分析各种传动机构的具体运用。
分析应用的合理性，提倡学生提出改进的思路。
2.实验内容：学生通过拼装模型，对照分析所采用的下列零件：齿轮、联杆、链条、履带、皮带、普通直齿轮、锥齿轮、斜齿轮、内啮合齿轮、外啮合齿轮、齿轴、齿条、蜗轮、蜗杆、凸轮、弹簧、曲轴、万向节、差速器、齿轮箱、绞链、连接件、接头、等等。
3.实验设备：计算机一台；实验机器人模型（30625）一套；变压器电源（30182）一个；智能控制接口盒（30402）一个。
4.实验步骤：查到所有应用的典型机械零件和传动机构，绘制机械传动路线简图，分析所采用传动方式的合理性，提出替代方案。
-31- 实验三：驱动部件认识 实验学时：2实验类型：验证实验要求：必修
1.实验目的：虽然模型由塑料构件拼装而成，而且相互之间能实现运动和传动，其运动的动力来源有很多种方式。
学生通过本实验可以了解和分析各种驱动方式的具体运用。
分析应用的合理性，提倡学生提出改进的思路。
2.实验内容：学生通过拼装模型，对照分析所采用的下列驱动方式：直流电动机、储气罐、气缸、活塞、手动换向阀、电磁换向阀等等。
3.实验设备：计算机一台；实验机器人模型（30625）一套；变压器电源（30182）一个；智能控制接口盒（30402）一个。
4.实验步骤：查到模型中所有应用的典型驱动机构，绘制驱动路线简图，例如气动控制图，分析所采用驱动方式的合理性，提出替代方案。
-32- 实验四：测试传感系统的作用分析 实验学时：2实验类型：验证实验要求：必修
1.实验目的：虽然模型由塑料构件拼装而成，但能够完成各种顺序动作，控制为此要求，确定运动方向，其中传感器发挥了重要作用。
学生通过本实验可以了解和分析各种传感器的具体运用。
分析应用的合理性，提倡学生提出改进的思路。
2.实验内容：学生通过拼装模型，对照分析所采用的下列传感器（光敏、热敏、磁敏、触敏），了解下面各种电器：发光器件、开关、电线、插头、电磁气阀、电位器、接口电路板、可调直流变压器（9V，1A，带短路保护功能）接口电路板含电脑接口板、PLC接口板等等。
3.实验设备：计算机一台；实验机器人模型（30625）一套；变压器电源（30182）一个；智能控制接口盒（30402）一个。
4.实验步骤：查到模型中所有应用的典型传感器，绘制电气线路简图，分析所采用电气线路和传感器方式的合理性，提出替代方案。
-33- 实验五：控制系统认识 实验学时：2实验类型：验证实验要求：必修
1.实验目的：虽然模型由塑料构件拼装而成，但各部件能实现位置、姿态、速度、加速度等的控制功能，对于连续轨迹运动的机器人还具有轨迹的规划与控制功能。
学生通过本实验可以了解和分析控制系统的具体运用。
分析应用的合理性，提倡学生提出改进的思路。
2.实验内容：学生通过拼装模型，对照分析进行程序可在线和下载操作；用LLWIN2.1或高级语言进行初步编程训练；二路模拟信号输入和八路数字信号输入的控制线路图；
3.实验设备：计算机一台；实验机器人模型（30625）一套；变压器电源（30182）一个；智能控制接口盒（30402）一个。
4.实验步骤：了解和分析实验设备中所采用的控制系统，绘制控制系统框图，尝试建立其中某个控制节点的位置控制系统传递函数，并确定其参数。
-34- 实验六：接口技术认识 实验学时：2实验类型：验证实验要求：必修
1.实验目的：机电一体控制系统一般是以单轴和多轴运动协调为目的控制。
因此控制系统一般都采用二级计算机控制，第一级为主控制级，安全系统的监控、作业管理、自诊断等功能；第二级为伺服控制级，实现对各节点伺服系统的控制。
二级计算机控制系统的框图如下图所示： 二级计算机控制系统的框图
2.实验内容：学生通过拼装模型，I/O地址译码器实验了解模数转换的基本原理，掌握DAC0832的使用方法。
通过并行接口8255实现小直流电机转速控制。
3.实验设备：计算机一台；实验机器人模型（30625）一套；变压器电源（30182）一个；智能控制接口盒（30402）一个。
4.实验步骤：了解和分析实验设备中接口技术的基本原理，进行多器件综合使用的编程和硬件操作。
-35- 实验七：控制编程应用认识 实验学时：2实验类型：验证实验要求：必修
1、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。
(5)掌握基于慧鱼创意组合包对设计方案进行机械装配，控制编程的基本方法
2、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
3、实验原理：分类打孔机器人简图如下： 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送到转盘6上，转盘在电机4的带动下，将工件送到传感器5下。
传感器对工件作了判断，决定它是否需要进行打孔操作。
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 -36- 2将工件送入容器中。
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的协调来实现的。
4、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，由自由的装置提供压缩气体。
它的实物图如下图所示： 1单向阀2压气气缸3电机4带轮5贮气罐6曲柄压气部分实物图 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。
它在执行元件动作时还起提供大流量气体的作用。
组装步骤：见手册第6页注意的问题：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。
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。
曲柄与安装孔两端应留有1—2毫米的间隙，使其运动灵活。
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，参考手册第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 -37- 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，光电检测电器的工作状况，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。
5、实验思考题
(4)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？
(5)模型如果对两种工件执行相同的处理过程，原因是什么？
(6)如果只执行分类操作，程序应如何改动？
(7)如果只执行打孔操作，程序应如何改动？ -38- 实验八：机械本体总体结构设计 实验学时：30实验类型：设计实验要求：必修
1.实验目的：学生借助于模型，完成了机电设备的拼接装配工作，使他们对设备的基本构成有一定的直观认识，这时要求学生能用各种三维设计软件，将这种直观认识用设计的方式表现出来，使学生开始进一步的分析整体结构、传动过程、驱动方式等内容。
2.实验内容：学生对拼装好的模型进行测绘，然后用自己的计算机并借助三维设计软件进行三维建模，完成整机设计。
通过查阅资料，对完成好的设计进行创新方案的讨论。
对传动机构进行运动模拟，对运动机构和部件进行动态仿真。
3.实验设备：装配好的实验机器人模型（30625）一套。
4.实验步骤：首先对拼装好的模型进行测绘，注意将机器人的各部件进行分解。
在设计时不要再把模型看成是塑料结构件，而应该从采用工程材料，如钢铁、有色金属等概念出发进行设计，尽可能考虑设计的结构工艺性，外形美观等内容。
-39- 实验九：指定轨迹规划编制控制程序 实验学时：26实验类型：设计实验要求：必修
1.实验目的：学生在充分了解机电系统运动结构、控制方式、传感器安装、以及该机电系统的基本功能以后，由学生进行控制程序编程，使该机电系统能完成指定位置的搬运、行走等任务，由此通过亲自实践，学习到规划轨迹、体会各种结构件和传动件的灵活使用技巧。
2.实验内容：由老师规定搬运物体的轨迹，指定搬运位置和搬运顺序，或指定机器人行走轨迹，改变时间顺序等内容，学生采用灵活以及使用的控制程序完成这些工作，并实际检验完成工作的效率和准确性。
3.实验设备：计算机一台；实验机器人模型（30625）一套；变压器电源（30182）一个；智能控制接口盒（30402）一个。
4.实验步骤：分析要求完成的任务，规划动作顺序和动作路径，编制程序进行动作仿真，在实验机电系统上进行操作，实际检验完成工作的效率和准确性。
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