乐高机器人机电一体化创新设计.ppt

武汉科技大学机械设计教研室 第一步：设计与搭建机器人 乐高机器人套件认知、观察，了解其种类、作用等相关信息； 选题，确定设计目标，制定设计方案，进行任务分工； 运用乐高机器人套件，组装智能机器人。 RCX微型电脑是由MIT开发的，是乐高机器人系统的核心部分。使用ROBOLAB软件及RCX，学生们可以创造、搭建、编程真正的机器人，让它运动、做动作、甚至自己去“想”。 为RCX编写程序，通过各种输入（传感器）与输出（马达与灯等）对周围环境做出响应。 第二步：在PC机上为机器人编写程序 为RCX编写控制程序的ROBOLAB软件是一个简单、直观、易学的编程环境，是以美国国家仪器公司的LabVIEW，流行于测量和自动化领域的图形化编程软件为基础开发的。ROBOLAB软件具有所有通用编程环境，如C/C++或VisualBasic等软件的功能。在计算机上为机器人编写好程序，程序一旦下载到RCX，机器人就脱离计算机，根据程序指令，按照周围环境的输入信息来做出判断，决定下一步如何行动。完全智能化。 美国国家仪器（NI）公司的LABVIEW软件： 1997年，美国太空总署在监测其飞船着陆、定位、位置、运转状况等时，使用了LabVIEW软件。LabVIEW软件是一功能强大、设计完美的编程环境，深受大学、和各行各业的工程技术人员及科学家喜欢，并被广泛使用。是测控领域倍受欢迎的软件开发工具，应用于生物医学、航空航天、能源研究等各个领域，用于数据采集与仪器控制、数据分析与处理等。 第三步：下载程序到RCX RCX通过IR红外发射仪与计算机通信。使用ROBOLAB编程软件在计算机上编写好编程，然后，通过与计算机串口机相连的IR发射仪下载到RCX。IR与RCX通过无线红外方式通信。 下载的固件包括了RCX硬件的细节和底层的编程指令，ROBOLAB软件也将难懂的汇编语言表达为一个个图标。编程时我们只需要选择所需的功能图标，像画流水线一样有逻辑性地将图标连起来，这样就可以完成程序编写，实现复杂的软件设计。 下面，我们用单片机的汇编语言来与ROBOLAB做个比较。同样是完成RCX赋值，直接对RCX的微处理器H8编写程序要复杂许多，编写时不但要注意语句顺序，甚至标点符号也不能错。而通过RCX操作系统使用ROBOLAB，你只需要懂得怎样使用几个图标。 图形化语言ROBOLAB功能强大，设计完美，广泛流行于测量和自动化领域 。 熟悉使用ROBOLAB无疑对我们以后工作有巨大的帮助。 第四步：运行程序，测试机器人是否按要求工作 通过运行程序，马上知道机器人是否按设计的行动。如果机器人没有按要求的做，那么，可通过检查机器人搭建及程序编写是否正确来修正错误。这一过程不仅锻炼学生分析问题、解决问题的能力；而且培养学生逻辑分析能力、团队合作精神与交流能力。 例子 * * 实验 乐高机器人机电一体化创新设计 一、创新设计与实验的目的 1、培养学生用创造性思维方法，设计、搭建新型的机构或装置； 2、引导学生运用乐高机器人套件，设计、制作智能机器人，提高学生的观察分析、动手、创造能力，培养他们的参与、竞争、实践与协作意识； 3、加强学生对机电一体化的实践认识，培养学生的创新意识及综合设计能力，并通过设计乐高机器人实现计算机和机器人控制的快速入门。 二、原 理 乐高“课堂机器人”是一种优秀的科技教育产品，这一独创性的教育工具是由美国麻省理工大学(MIT)、美国TUFTS大学、乐高公司和美国国家仪器公司(NI)共同开发研究的，它将模型搭建和计算机编程有效地结合在一起，使学生能够设计自己的机器人，在计算机上编写程序，然后通过与计算机相连的红外发射器将程序下载到机器人的大脑——RCX微型电脑中，启动RCX的开关，机器人就可以完全脱离计算机，按下载程序的指令独立运动起来。例如通过使用光电传感器，学生可以让机器人沿着一定的路线前进、或绕某一物体转动、或是藏在暗处等。 二、原 理 乐高机器人由机械结构件、控制器、电机、传感器等多个模块组成，采用搭积木方式搭建，硬件――就是积木，软件――采用图形化编程语言，不涉及单片机汇编语言与机器码编程。这就使系统理论教学，摆脱了单片机语言、电路结构、微机接口等分支学科的束缚，可以直接根据系统要求，组态并展示系统功能。让学生主动体现设计思想，理解系统设计原理，更好地关注于创新机构设计以及机电一体化系统集成。 三、仪器与设备 乐高积木有两千多个各种形状的积木组件，有足够的零件让你完成你的设想，更重要的是，这些积木组件都按同一标准严格设计、生产，所有积木都是可兼容的。它依