中国科学技术大学 - USTChome.ustc.edu.cn/~fym0503/moderninfo.pdf · 2018. 12. 25. · 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

“Overview of Modern Information Technology” 2018 Autumn

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中国科学技术大学 The University of Science and Technology of China

《现代信息技术概览》课程 Class of”Overview of Modern Information Technology”

实验报告

Lab Report

开课院系：信息科学技术学院

实验完成人：

少年班学院 17级创新试点班一班 PB17000047 范毅敏

少年班学院 17级创新试点班一班 PB17000073 章欣楠


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一．实验概论 ................................................................................................................................... 4

1.实验目的 ................................................................................................................................ 4

2.实验仪器 ................................................................................................................................ 4

3.慧鱼模型简介 ........................................................................................................................ 4

4.实验要求 ................................................................................................................................ 5

5.实验内容概述 ........................................................................................................................ 5

二．实验内容 ........................................................................................................................... 5

1.制作高货架仓库（High Rack） ............................................................................................ 5

1.1实验背景 ..................................................................................................................... 5

1.2硬件实现 ..................................................................................................................... 6

1.3 软件实现 .................................................................................................................... 7

1.3.1主程序的实现 .................................................................................................. 7

1.3.2子程序的实现 .................................................................................................. 7

reference run ..................................................................................................... 8

pick up & put down ........................................................................................... 8

Receiving station ............................................................................................... 8

move to bay ....................................................................................................... 8

2.制作回转抓爪（Pivoting Gripper） ..................................................................................... 9

2.1实验背景 ..................................................................................................................... 9

2.2硬件实现 ..................................................................................................................... 9

2.3软件实现 ................................................................................................................... 11

2.3.1 主程序的实现 ............................................................................................... 11

2.3.2子程序的实现 ................................................................................................ 12

Reference run .................................................................................................. 12

Pos X/Pos Z ...................................................................................................... 12

horizontal/vertical ........................................................................................... 12

Gripper ............................................................................................................ 13

Pos XZ .............................................................................................................. 13

3.制作创新实验机器人 .......................................................................................................... 13

3.1设计名称 ................................................................................................................... 13

3.2设计背景 ................................................................................................................... 13

3.3设计思想 ................................................................................................................... 14

3.4设计概述 ................................................................................................................... 14

3.5软件设计 ................................................................................................................... 15

3.5.1运行程序的设计 ............................................................................................ 15

3.5.2 控制面板的设计 ........................................................................................... 17

3.6 硬件设计 .................................................................................................................. 18

3.6.1硬件设计概览及图示 .................................................................................... 18

3.6.2硬件设计详述 ................................................................................................ 20

3.6.2.1密码锁的设计 ..................................................................................... 20

3.6.2.2加工圆盘的设计 ................................................................................. 21

3.6.2.3加工塔的设计 ..................................................................................... 22

3.6.2.4刹车锁的设计 ..................................................................................... 25

3.7调试与优化 ............................................................................................................... 26


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3.7.1遇到的硬件问题及改进方案 ........................................................................ 26

3.7.2遇到的软件问题及改进方案 ........................................................................ 26

3.8实验效果 ................................................................................................................... 26

3.9待改进和可拓展之处 ............................................................................................... 27

3.9.1设计方面 ........................................................................................................ 27

3.9.2器材方面 ........................................................................................................ 27

4.实验感受与反思 .................................................................................................................. 27

5.课程建议 .............................................................................................................................. 28


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一．实验概论

1.实验目的

——了解慧鱼模型中常见元件的组成与功能。

——了解机电一体化的常见原理和方法

——了解 RoboPro软件的编程方法与技巧以及各个模块的功能。

——掌握机器人的构造及机电一体化的知识。

——锻炼分析解决问题的思考和动手能力，提高软件编程能力。

——通过模仿参考书上的示例掌握慧鱼模型的组装和实验方法。

——通过创新实验培养创新设计的能力。

——与现代信息技术概览课配合，增加对信息学科的了解和认识。

2.实验仪器

——慧鱼创意组合模型一套（工业机器人组合包）

——电源线一根

——USB线一根

——笔记本或台式电脑一台

——慧鱼设计参考手册与其他参考书若干

——自制两头导线若干、

——慧鱼创意组合模型控制板一块

——与模型配套的 Robo Pro软件

3.慧鱼模型简介

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。慧鱼创

意组合模型主要有创意组合包、培训模型、工业模型三大系列，涵盖了机械、电子、控制、

气动、汽车技术、能源技术和机器人技术等领域和高新学科，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

和实验分析，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，世界知名的德国西门

子、德国宝马、美国 IBM 等一大批著名公司都采用慧鱼模型来论证生产流水线。有着广泛

的应用和重要的使用价值。


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4.实验要求

参照操作手册中的示范完成硬件搭建，软件调试，在此过程中掌握模块装配，控制板连

接，传感器与电机使用，软件编程。在掌握软硬件编程的基础上，发挥想象力和创造力进行

创新设计。要求硬件结构尽量与范例的不同，或实现的功能与范例的不同。

5.实验内容概述

——完成“高货架仓库”模型

——完成“回转抓爪”模型

——完成创新机器人模型

——撰写实验报告

二．实验内容

1.制作高货架仓库（High Rack）

1.1 实验背景

高货架仓库是在现代物流中得到广泛应用的一种装置，可以用于存储数量较多但单件体

积不大的货物。货架的高度往往较高，占地面积往往较大，如果采用人力的搬运和调度较为

耗费时间，造成物流效率低下，因此往往采用机械化的设备进行自动控制，这也是在现在所

流行的“无人仓库”中很重要的一个部分。

图 1.高货架仓库图 2.仓库中的机器人


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1.2 硬件实现

采用慧鱼工业机器人组合包，首先搭建用于上下运送货物的塔，安装一个马达，具有上

下的自由度，然后安装“轨道”，使得装置能在水平方向上进行移动。之后安装用于抓起货

物的连接杆。之后搭建货架，用于盛放货物。主要的动力部分由两个马达提供，分别使得该

装置能调节摆放货物的高度和水平距离，传动部分则安装了传动齿轮。抓起货物的装置是两

根较短的塑料杆，模拟实际应用中的抓手。

图 3.实现效果图

图 4.实物图


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1.3 软件实现

1.3.1 主程序的实现

图 5.主程序流程图

先使得实验装置回到初始

位置，然后让用户选择是取

货物还是送货物，如果选择

I5，就是先到中转货物的平

台取上货物并举起，然后送

到货架上放下并归位。如果

选择 I6，就是先让机械装置

移到货架那里，从货架上取

下货物，再回到中转货物的

平台并放下归位。

图 6.主程序的 TXTdisplay面板

主程序中同时还制作了用户交互面板，使

用者和可通过移动 TXT/TX display界面里面

的这个滑块，来确定让机械装置到哪一个

位置（共有六个可能的位置）去存放货物。

实现了良好的用户交互，方便了控制。

1.3.2 子程序的实现


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reference run

实现实验装置的位置初始化，回到开始的

位置。

其中：图 7.reference run的实现

Pos Z:确定在竖直方向上的坐标

并移动到该位置

Pos X:确定在水平方向上的坐标

并移动到该位置

fork back:把伸缩杆收回到初始位置

pick up & put down

实现把货物举起（右）/放下（左）

其中：

raise fork:把伸缩杆举起来

fork forward:把伸缩杆伸出去

lower fork:把伸缩杆放低

fork back:把伸缩杆收回去

图 8.pick up & put down 的实现

Receiving station

实现把机械装置移到货物中转的位置（就是那个放货物的小平台）

其中：

PosXZ:把机械装置的位置逐步调整到那个放货物的小平台所在的

位置。图 9.receiving station 的实现

move to bay

根据用户从 TXT display面板拖动

滑块的位置来确定要把货物放置到哪

个位置/从哪个位置来取货物。

其中：

Bay i：把 Bay i的位置当成参数传给

Pos XZ，Pos XZ让机械装置调整到对应

的位置去存取货物(i=1/2/3/4/5/6)

图 10. move to bay 的实现


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2.制作回转抓爪（Pivoting Gripper）

2.1 实验背景

回转抓爪实际上是对高货架仓库的一个很好的补充。因为实际当中，货物并不一定是恰

好按着行和列规矩的排列，可能会遇到货物散落在各个方向，需要机器人对他们进行移动的

情况，这时候，如果只用第一个示例中高货架仓库的那种只有两个自由度的机器人就显得力

不从心了。回转抓爪的优势在于，他可以在平面上做 360度各个方向的移动，而且还能调节

高度，另外，抓爪咬合货物的能力更强，抓取各个形状和大小的货物的更加的稳固，因此具

有更大的实用价值。

图 11（左）图 12（右）抓爪的工业模型

2.2 硬件实现

采用慧鱼工业机器人组合包，首先安装在底部安装一个齿轮盘和带动齿轮转动的传动装

置和马达，为的是将机器人装在齿轮盘上之后能实现 360度旋转的功能。之后与第一步一样，

安装一个塔形的结构，为机器人能够上下移动提供支撑，之后安装提供上下动力的马达。最

后制作机械手抓取货物。机械手的制作较为复杂，需要安装多个传感器。机械手精妙的设计

和制作让我们都颇为感叹。最后就是把这些器件组合在一起形成成品。


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图 13.效果图

图 14(左).图 15(右)实物图


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2.3 软件实现

2.3.1 主程序的实现

图 16.主程序的实现

先通过 reference run

回到初始的原位实现初始

化。之后把爪子调整成竖

直状态，然后让爪子下移，

然后合上爪子抓住货物，

之后让爪子上移回到初始

位置，再把爪子放平。移

动爪子到下一个位置，放

开抓爪，再回到原位，后

面的程序逻辑与前面较为

相似，可以类推。X,Z的值

都表示坐标，gripper的 22

表示抓住，0表示松开。Pos

的 0 表示初始位置（在顶

上），其他数字都表示最终

位置。

该示例没有设计图形

控制面板。


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2.3.2 子程序的实现

Reference run

让爪子的位置，角度，高度，水平距离恢复到初始状态

其中：

Gripper:代表爪子的状态，0表示张开，22表示

闭合。图 17.reference run 的实现

horizontal:代表爪子的角度调整成水平的。

Pos Z/X:表示把 Z/X方向的位置调整成 0，也就

是回到初始化的状态。

Pos X/Pos Z

利用反馈调节的方式，调整 x,z的位置到一个适当的状态。

其中：

Pos EM 是通过对电机的反馈调节逐步实现将位置调整

到符合输入的状态。而 Pos X,Pos Z只需要把对应的开关接口

和参数值传过去即可。

图 18.Pos Z/X的实现

horizontal/vertical

把爪子的位置调整到水平/垂直状态，主要是通过 I2 和

I5两个传感器来控制。在不同的状态下M2的转动方向也会

不同，这样就可以通过传动的马达来实现爪子的角度姿态调

整。

图 19.水平/垂直的实现


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Gripper

通过输入参数来调节状态，关键在于输入量“4”

如果初始时不赋值就按照 4来运行，介于抓紧和放

开的状态之间，之后通过改变输入量就可以调节爪

子的状态是张开还是闭合。

其中：

Pos XS通过反馈调节的方式逐步移动使得

最终爪子的位置能够到达预期的位置。相当于

一个具体实现的子函数。图 20.Gripper的实现

Pos XZ

可以在一个子程序里面就调整完成 X，Z方向的

位置。进入子程序的接口是调整 X的位置，Z的位

置同时开始调整，调整完 X之后，等待 Z的调整也

完成才能退出子程序。图 21.PosXZ的实现

3.制作创新实验机器人

3.1 设计名称

《数控旋转式钻床的设计》

3.2 设计背景

在《大国重器》等各类与机械相关的纪录片中，都少不了数控机床的身影，尽管数控机

床很早就被设计出来，发展到今天早已不是什么新鲜事物了。数控机床的研究是制造业转型

发展与升级的基础和命门。因此，针对数控机床的设计，优化从来没有停止过，科学家和工

程师们在让机床更智能，更精密，更安全，更节能的道路上做出了一项又一项杰出的成果。

近年来，在中国制造 2025的提出和人工智能迅速发展的大背景下，数控机床的研究毫无疑

问的成为了国家关注，科研热门，产业急需的课题。在学习了慧鱼模型的基本设计方法之后，

我们的兴趣和着眼点转到了利用慧鱼模型进行创新设计。而利用慧鱼模型制作一个简单的数

控机床，既能检验我们所学到的设计知识和方法，又可以让我们对于数控机床这项重要的课

题的好奇心得到小小的满足。


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图 22.工业化数控钻床

3.3 设计思想

我们的设计模型与上面的两幅产业公司里面的机械图片十分相似，我们的灵感有一部分

来源于图片里的机械模型。我们的主要思想是：注重与用户的界面交互，制作一个显示面板，

可以让用户观察到机械运行时间和状态，这与真实情况比较接近，如果只制作一个机械结构

的话，明显是与“数控”的要求不符合的；注重机械的安全性，比如说为机械结构增加一个

密码锁，只有操作员（或者知道密码的人）才打开机器运转；注重机械的美观性，制作能运

行的，牢固的机械装置还不够，还要进行美观和优化，比如说用其他元件把裸露在外的尖头

封装起来，贴上标识和标志，增加对称性等等；另外，我们还注重利用已有的机械结构，比

如说已经搭建好的支撑塔，转盘，机械臂等等，并对它们进行必要的改装和二次设计，来满

足我们创新实验的需求，既能节省时间，又收到了很好的设计效果。

3.4 设计概述

我们设计的数控机床在硬件上主要由四部分构成。第一部分是密码锁，在启动我们这个

机器后不会立刻开始工作，只有在输入了正确的密码之后机器才可以工作，这主要是借鉴了

实践之中，如果没有操作资格的闲杂人员有意或无意地触碰开关导致机器运行，极有可能导

致机械设备的损坏和人员伤亡。设计了密码锁之后，只有知道操作密码的操作员才能让设备

运行起来，而不知道密码锁的人打开开关之后只会使得机器处于待机状态。第二部分是加工

转盘，在实际生产中，待加工的物品会被放在加工转盘上，加工转盘通过电机和传动齿轮来

带动，这种情况在实践中经常遇到。第三部分是加工塔，加工塔上安装有加工头，加工头可

以加工转盘上的物品，而加工塔安装有马达，可以驱动加工头上下往复运动。第四部分是刹

车锁，在机器运行过程中，如果需要停止运行，按下刹车锁就可以停止运行，这主要是借鉴

了工厂中如果遇到紧急情况需要停机，那么就可以这样实现一键式操作，及时终止可能发生

的危险。

在软件上主要由两部分组成，一部分是用于运行的程序，另一部分是图形化面板的设计

(Panel),方便用户检测机器的运行状态并进行控制，实现良好的人机交互。


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3.5 软件设计

3.5.1 运行程序的设计

运行程序一共有一个主程序（main program）和四个子程序（start work，rotate,down,top）

主程序图示：

图 23.主程序的实现

主程序主要由 4个线程组成，其中主要的是第一个线程。第一个线程主要过程：start work

开始工作，等待用户输入正确的密码后，start work这一子程序结束，进入 top，这个 top的

作用就好像前面示例中的 reference run 一样，是为了让加工头回到初始的位置，之后进入

down,开始第一次加工，加工时间定为 1s,加工完成之后开始进入 top,让这个加工头再次上行，

然后进入 rotate启动转动盘的电机,旋转了一段时间之后停止。如果用户已经按下了 I7传感

器（也就是刹车锁），那么程序停止运行并退出程序。如果没有则继续运行，加工头下行加

工—>加工头上行复位—>加工转盘旋转到下一个元件的位置等待被加工。每加工一次，Act

这个变量都会加一，并发送到显示面板上方便用户观看。第二个线程是计时线程，程序开始

时即开始运行，每过一秒钟就给变量 time 的值加一，并发送到显示面板上显示程序已经进

行的时间。其余两个线程是清空作用，在显示面板上用两个 button，点击 button 就可以清


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空现在的计数器重新开始计数，这一功能也十分有用，比如程序运行过程中需要从某个时间

开始计次数就可以这样实现。

图 24.start work的实现

Start work子程序是一个密码锁，只要用户点击 1,2,3三个开关中的一个，就会通过 or

这个逻辑，我设置的密码是 312，如果发现 3 这个开关被按了，就继续往下，等待 or 的改

变，如果发现 or改变了，那就继续往下，看看 1有没有改变，如果 1改变了就继续等待 or

的改变，然后继续往下。如果我按照 312这个顺序来按的话，就可以结束这个子程序，否则

就无法跳出。这样设计的优点，除了在设计概述中介绍的那样可以防止误操作之外，还有另

外的效果。比如，如果用户同时按下三个键，那在运行中 or就一直是 1，也检测不到 or的

改变，同样无法通过密码校验，也即用户在输入密码时必须有三个开关同时松开的时间。另

外，不按顺序输入也是非法的，不能通过，还有就是密码的位数可以任意的长，只要多写几

次重复的部分就可以了，甚至只要有两个开关，就可以设计出相当复杂的密码。不过这一设

计也有缺点，那就是，如果用户输的错误密码恰好包含正确的序列的话校验也会通过，仍能

运行，而在数学上，通过遍历所有可能子序列组成的序列是可以破解密码的。


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rotate子程序是用来控制加工圆盘的旋转，进入子程序，

M2电机开始转动，一定时间后把下一个要加工的元件送到加

工头的位置下面，等待让加工头进行加工。

注意到定时器所定的时间是灵活的，比如说一个盘上放

了 4 个元件，那我们这个 M2 转动的时间应该是正好让加工

圆盘转过 1/4 圈。其他情况同理可得，这一参数的设置需要

通过一些测试来完成。

图 25.rotate的实现

图 26.top/down的实现

top 和 down 子程序的原理上是相近的，在支撑塔的适当位置安上 I4 和 I5 传感器，当

M1转动，带动加工头下行的时候，如果碰到了 I4传感器，M1就停止转动，这说明加工头

已经到达了加工位置，可以开始加工了。当M1转动，带动加工头上行的时候，如果碰到了

I5传感器，M1就停止转动，这说明加工头已经到达了顶部位置，可以停止上行，等待下一

次加工了。

3.5.2 控制面板的设计

控制面板共有两个显示窗和两个按钮：其中 act显示的是操作的次数，也即加工了多少

个元件，方便操作员监控设备的工作量，而 time 显示的是运行时间，也即从设备开机开始

计时，显示已经运行的时间，clear 1表示清空 act的计数，使其重新从 0开始计数，而 clear

2 表示清空 time的计数，使其重新从 0开始计时。这样的显示极大的方便了使用者对设备

的监控，实现了良好的人机智能化交互。


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图 27.控制面板的实现

3.6 硬件设计

3.6.1 硬件设计概览及图示

图 28.数控钻床设计实物图


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第一部分是密码锁，在启动机器后不会立刻开始工作，只有在输入了正确的密码之后机

器才可以工作。第二部分是加工转盘，在实际生产中，待加工的物品会被放在加工转盘上，

加工转盘通过电机和传动齿轮来带动。第三部分是加工塔，加工塔上安装有加工头，加工头

可以加工转盘上的物品，而加工塔安装有马达，可以驱动加工头上下往复运动。第四部分是

刹车锁，在机器运行过程中，如果需要停止运行，按下刹车锁就可以停止运行。

图 29.三视图：


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3.6.2 硬件设计详述

3.6.2.1 密码锁的设计

密码锁的设计相对较为简单。在提供的底板的边缘位置，注意不要让密码锁的位置干扰

到工作部分的正常运行。在底部用黑色的一头凸一头凹的方块和底板相连，然后把开关插进

侧面的凹槽，再把贴有数字的黄色方片插在方块上用来做标识，之后完成开关与控制板的接

线即可，具体图示如下：图 30.密码锁实物

接线情况：

开关 1的两根线接 I1



所有的开关都是常闭接线，即开始的时候 I1，I2，I3的状态都是 0。


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3.6.2.2 加工圆盘的设计

加工圆盘的设计借鉴了回转抓爪实验中的底盘设计。首先将黑色的大齿轮盘和红色的底

座插在一起，然后将底座固定在底板上面（底板上有预先设计好的红色方块）。

接下来在齿轮盘上安上红色的方片，既是用作装饰，也是为了区分不同的区域。使用中，

两个红色方片之间的每一个区域都放置一个等待加工的物品。接下来是动力部分，这一部分

也和回转抓爪很像，用一个电机来提供动力，通过电机的转动带动一个传动的齿轮，可以让

转盘转动，达到所需要的效果。

图 31.加工圆盘图 32. 加工圆盘与马达远观


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图 33.从背面看马达和圆盘

接线情况：

圆盘部分不需要接线。

电机部分，左右两侧的接口引出来的红绿两头线接在 C2,不接线也可。

中间的蓝色三头线，中间的红线和控制板上写有 9V的那个接口相连。绿线和红线分别接在

写有M2的两个接口上就可以。

3.6.2.3 加工塔的设计

加工塔的体设计与前两个示例实验都一样。用红色和黑色方块搭一个底座，再把两个银

灰色的柱子插上去即可。然后在中间插一根用于和加工头相连的棒子，在顶部安装三个齿轮，

用于马达和棒子之间的传动。这一设计可以说是工业机器人组合包里面每一次实验都要用的

方法。之后制作一个加工头和固定加工头的部分，把固定部分和加工塔的棒子连在一起，装

好电机。并检查加工头是否稳固。最后在加工塔上面安装两个传感器即可完成。这一结构与

第二个示例非常相似，不同的是去掉了机械手等非必要的部分，加上了加工头结构并对整体

结构进行了优化。拼装完成后需要进行稳固性测试和校准测试。稳固性测试是指观察启动电

机之后加工塔结构的稳定性，是否有摇晃和松动情况。校准测试是指调整传感器的位置，确

保和上方的机械构件能够接触到传感器，同时不会碰到其他结构造成损坏。这一部分的设计

属于“边测试，边设计，边优化”。


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图 34.加工头

图 35.马达与支撑塔


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图 36.加工塔侧视图

图 37.传动齿轮


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接线情况：

加工头部分不需要接线。

电机部分，左右两侧的接口引出来的红绿两头线接在 C1，不接线也可。

中间的蓝色三头线，中间的红线和控制板上写有 9V的那个接口相连。绿线和红线分别接在

写有M1的两个接口上就可以。

3.6.2.4 刹车锁的设计

刹车锁的设计非常简单，只需要在圆盘的边缘部分固定一个开关，插上黄色标牌 4即可。

把开关和控制板拿两头导线接起来即可。

图 38.刹车锁实物

接线情况：刹车锁的两根线接 I4。I4是常闭接线，即开始的时候 I4的状态是 0。

图 39.控制板实物


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3.7 调试与优化

3.7.1 遇到的硬件问题及改进方案

由于结构相对来说不是特别复杂，因此在硬件方面遇到的问题相对不是很多。

主要的问题有：

——连接处插得不牢固，使得硬件连接不稳定，在第一次启动加工塔的时候，加工塔和加工

头的连接部分就因为没有插好松开了。这是因为开始的结构只能保证加工头连接上了，但却

没有做固定，只要稍有松动就会导致加工头掉下来。我们的改进方法是加了一些用于固定的

部件，从不同的角度进行固定保证了稳定性。

——加工头固定的高度不合适。严格的来说，这并不算一个问题。加工头的固定高度本身就

需要通过校准实验来确定。我们在校准完之后对加工头进行了位置的固定。

——电机转动的时候有杂音。杂音可能是电机本身的问题，但是更可能的是结构设计的不好，

电机的转动不稳。通过对结构的加固，我们把传动棒的位置又巩固了一些，减少了杂音。

——加工圆盘的结构设计的不好。开始的时候我们本想用黑色方块把加工盘上的区域分开，

后来发现，在操作中黑色方块的高度太高，如果碰到加工头就会造成损坏。即使把一次加工

转动的圈数精确地调到 1/4 圈（4 是盘上的待加工物品个数），即使初始的位置稍有一点偏

差，只要时间足够长，还是会造成危险。因此我们改用红色的方片替代

——开关摆放的位置干扰工作或者摆的太紧不方便接线。重新安装开关即可。

——结够不对称，不美观。用其他的元件进行再次装饰即可。

——USB线接触不良。无好的解决方法，每次运行时用手按住 USB线。

3.7.2 遇到的软件问题及改进方案

软件的问题相对来说要多一些，因为是刚开始完全自主的编写慧鱼程序，从头写起。

主要的问题有：

——绘制连接线不熟练。开始的时候经常会出现连不到的情况，或者以为连到了，其实线已

经断了，或者是画出循环的线（这点是因为如果快速双击就会形成一段短线，这种短线很容

易连到自己上面，而且不易发现）。绘制有分支的线的时候也有一定难度和技巧。

——程序出现逻辑错误。比如说启动电机后，完成工作没有让它停止。或者是接线连的位置

不对导致不能传递参数。

——程序的参数设计不恰当。需要通过测试和实验找到恰当的参数。

3.8 实验效果

经过调整后的装置能保持较长时间的运行（测试时间：5 分钟）。各个按钮工作正常。

各个显示板显示正常。各个传感器工作正常。结构保持完整，运行流畅，未出现松动现象。

预计实现的功能全部得到实现。


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3.9 待改进和可拓展之处

3.9.1 设计方面

——刹车锁的设计还不够合理。理想的刹车锁应该是能在程序运行全程发挥作用，使得程序

停止。但是本实验中我们设计的刹车锁只能在子程序结束之后发生效果。如果说要在某个子

程序运行的时候随时能够停止，这一功能受时间所限还未设计出来。

——密码锁的设计还不够合理。目前的密码锁能够够防止通过全部按下来通过检验。但是修

改密码还很不方便。需要在源程序中进行修改。如果能通过控制面板来修改密码，那效果一

定会非常好，非常实用。只不过这样在程序设计上就较为费力。限于时间未能完成。

——结构的设计还有些简单，实现的功能单一。结构上来说刚刚够实现所需要的功能，而功

能上，我认为还可以添加，比如说选择不同的速度进行加工，控制加工头的伸缩，可调整每

次上升的高度，调整加工头的水平位置（增加一个自由度）等等。

3.9.2 器材方面

——实现与实际工业有些不符。因为加工圆盘上只能放几个元件。如果要实现流水线式的加

工，还需要一个能从圆盘上取下加工好的物品，往圆盘上送新的物品的装置。比如说一个传

送带之类的。但是由于工业机器人没有传送带/履带这样的装置只能作罢。

——没有多样的传感器，无法实现进一步的智能化。传感器是实现智能控制的关键。但工业

机器人没有多样化的传感器。这就导致无法实现智能的识别与检测，丰富装置的功能。

——没有可移动的装置。这就导致工业机器人被定死在底盘上，无法实现多种多样的有趣移

动。

——没有灯泡，蜂鸣器等装置。使得一些状态的检测无法可视化。若有灯泡，就可以在程序

运行到哪一部分的时候控制相应的灯泡发光。若有蜂鸣器则可以让该加工装置在遇到异常情

况的时候报警。

4.实验感受与反思

通过这次实验，我学习到了机电一体化设计的基本方法和技巧，掌握了慧鱼模型的拼装

和设计，学会了利用 RoboPro软件进行机器人程序设计。通过创新实验还培养了创新的思维

和动手能力。我在这次实验中也有很多不足之处，比如说拼装不够细心，有好几次拼错。还

有就是动手能力还不够强，做拼装速度较慢。还有就是开始读程序逻辑总是不清楚，后来通

过详细阅读帮助文档获得了提高。我觉得我还要继续锻炼自己的动手能力，多进行练习，以

后有机会参加机器人比赛，学习更复杂的设计技术。

————范毅敏

通过为期不长的几次实验，首先让我严重的认识到了动手能力对研究学习的重要性，若

没有优秀的动手能力，研究都是空谈。第一我们通过阅读 help 手册来学习认识 RoboPro 软

件，这也让我知道了学习一个软件重要的途径是通过 help 手册。在拼装过程中，我们经常

遇到一些可以避免但却经常遇到的问题，比如把一些零件拼错等等，这都是考察细节的问题，

这些小小的细节经常导致一些大部件的拆装，这虽然拖累了我们的进程但也为我们后来的过

程奠定了很好的基础。从刚开始的仿照拼装到后来自主创新，这是一个缓慢但有意义的过程，


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从一步步理解运行过程到自己用流程图来表示自己的想法，这都很好的锻炼了我们的学习，

动手，思考能力。而在今后的学习研究过程中，必然比这种更为复杂，这也为未来的学习铺

了一个良好的开头。

————章欣楠

5.课程建议

这门课今后将为大一的同学开设，我觉得这样很好，可以让大家早早地对信息技术有所

了解，培养动手能力。我的建议是，这门课理论讲的较少，我希望能开一下配套的理论课，

讲一讲慧鱼程序怎么设计，元件代表什么意思，教大家更全面的编程知识，补充一些机械结

构方面的知识，让大家做一做读程序的练习。这样大家动起手来心中有数。这样的课不需要

时间很长，我觉得讲 5-6个学时足矣。而现在只能在实践中摸索，在拼第一个示例的时候我

都不知道自己在做什么。另外一个建议是，希望这门课多增加一些课时，大一的同学可能时

间比较多，我觉得可以两周之内安排十次实验。让大家多做几个创新实验。做完创新，感觉

自己意犹未尽，虽然拼示例拼的很难，但学好了示例以后创新就很轻松，非常想多做几个复

杂的创新来训练自己的能力。当然，时间延长可能会增加实验老师的工作负担。另外，当我

向其他学院的同学展示我们做的模型的照片的时候，他们都很感兴趣，都想选这样的课。我

觉得可以在春季学期开一门这样的公共选修课，供其他学院对机器人，对机械设计感兴趣的

同学选修。我觉得这门课还可以增加一些虚拟实验教学，我在网上找慧鱼相关资料的时候，

看到有的大学把慧鱼模型的虚拟实验放在线上，在计算机上就可以进行仿真的虚拟拼装和调

试，当然这个似乎对软件的要求较高了，不过我想这也是一种借鉴方式。最后，我希望，这

个实验编程的部分多一些，机械搭建的部分少一些，毕竟都是信息专业的同学，接触编程比

较多，对编程兴趣比较大，但是这个实验的机械搭建部分太耗时间了，让同学们不足以在编

程方面进行充分的创新。谢谢！

————范毅敏

这门课的确不需要太多的学时，但如果不在课后花一点功夫是很难在这些学时中完成固

定的两个模式并且创新的。我的意见是可以多开设几个学时，这样学生有充足的时间去思考

创新，如果有多个想法也可以完成多个创新，更好的培养学生的创新能力。工业的模型和小

车的各有千秋，但如果可以让学生对这两个模型都有接触，我觉的是更好的，虽然会加重负

担。谢谢！

————章欣楠

感谢各位老师的指导和培养！

希望这门课程越来越好！

一．实验概论 1.实验目的 2.实验仪器 3.慧鱼模型简介 4.实验要求 5.实验内容概述

二．实验内容 1.制作高货架仓库（High Rack） 1.1实验背景 1.2硬件实现 1.3 软件实现 1.3.1主程序的实现 1.3.2子程序的实现 reference run pick up & put down Receiving station move to bay

2.制作回转抓爪（Pivoting Gripper） 2.1实验背景 2.2硬件实现 2.3软件实现 2.3.1 主程序的实现 2.3.2子程序的实现 Reference run Pos X/Pos Z horizontal/vertical Gripper Pos XZ

3.制作创新实验机器人 3.1设计名称 3.2设计背景 3.3设计思想 3.4设计概述 3.5软件设计 3.5.1运行程序的设计 3.5.2 控制面板的设计

3.6 硬件设计 3.6.1硬件设计概览及图示 3.6.2硬件设计详述 3.6.2.1密码锁的设计 3.6.2.2加工圆盘的设计 3.6.2.3加工塔的设计 3.6.2.4刹车锁的设计

3.7调试与优化 3.7.1遇到的硬件问题及改进方案 3.7.2遇到的软件问题及改进方案

3.8实验效果 3.9待改进和可拓展之处 3.9.2器材方面

4.实验感受与反思 5.课程建议

Word 书签_GoBack_Toc533407259_Toc533407261_Toc533407262_Toc533407260_Toc533407263_Toc533407264_Toc533407265_Toc533407266_Toc533407267_Toc533407268_Toc533407269_Toc533407270_Toc533407271_Toc533407272_Toc533407273_Toc533407274_Toc533407275_Toc533407276_Toc533407277_Toc533407278_Toc533407279_Toc533407280_Toc533407281_Toc533407282_Toc533407283_Toc533407284_Toc533407285_Toc533407286_Toc533407287_Toc533407289_Toc533407288_Toc533407290_Toc533407291_Toc533407292_Toc533407293_Toc533407294_Toc533407295_Toc533407296_Toc533407297_Toc533407298_Toc533407299_Toc533407300_Toc533407301_Toc533407302_Toc533407304_Toc533407305_Toc533407303_Toc533407306_Toc533407307_Toc533407308_Toc533407309_Toc533407310

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中国科学技术大学 - USTChome.ustc.edu.cn/~fym0503/moderninfo.pdf · 2018. 12. 25. · 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