機(jī)械設(shè)計(jì)畢業(yè)論文基于lego的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　基于LEGO的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p>

3、<p>　　現(xiàn)代機(jī)器人技術(shù)在人工智能、計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的推動(dòng)下獲得了飛速發(fā)展，機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于物流、探測(cè)、軍事、服務(wù)等領(lǐng)域。LEGO機(jī)器人是機(jī)器人學(xué)中的一個(gè)重要模擬環(huán)節(jié)。隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)及圖像處理硬件的發(fā)展，基于LEGO的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)越來(lái)越被人們所注重。 </p><p>　　利用LEGO組建搭建樂(lè)高機(jī)器人的教育理念是教育四階段運(yùn)用的主要體現(xiàn)，將教育解決通過(guò)LEGO搭建并設(shè)計(jì)具有可行性的一

4、個(gè)流程。樂(lè)高將學(xué)習(xí)是以聯(lián)系、構(gòu)思、搭建以及繼續(xù)四個(gè)階段為教學(xué)總綱的主要流程，四個(gè)階段循序漸進(jìn)，循環(huán)往復(fù)，形成周而復(fù)反的一個(gè)過(guò)程。只有將樂(lè)高教育理念運(yùn)用到樂(lè)高機(jī)器人教學(xué)當(dāng)成，才能使教學(xué)內(nèi)容、理念、方法以及教學(xué)思想、觀念理論得到質(zhì)的變化。</p><p>　　本文專門(mén)介紹了樂(lè)高的基本組成部分和基本功能等。并用樂(lè)高打造一個(gè)簡(jiǎn)單的單組件模型，實(shí)現(xiàn)了單體的設(shè)計(jì)創(chuàng)新。再通過(guò)加強(qiáng)，設(shè)計(jì)搭建出比較復(fù)雜的機(jī)器人系統(tǒng)，如滅火小車(chē)、蛙

5、跳式機(jī)器人、競(jìng)速車(chē)等一系列模型。從而完成創(chuàng)新思路的構(gòu)思。</p><p>　　從實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?nèi)容、管理、考核、形式等多方面論述了，開(kāi)放建設(shè)該類創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的必要性、可行性及其良好的效果,積極探索一條強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),提高學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的可行之路。</p><p>　　關(guān)鍵詞：創(chuàng)新設(shè)計(jì);LEGO機(jī)器人;LEGO搭建；傳感器；創(chuàng)新教育</p><p><b>　　

6、Abstract</b></p><p>　　Modern robot technology in artificial intelligence, computer technology and sensor technology driven won rapid development, robot is widely used in logistics, detection, military,

7、 services, etc.Lego robot is an important robotics simulated link.As digital image processing technology and image processing hardware development based on the engineering innovation design more and more lego attention b

8、y people. Lego set to build machines using Lego's educational philosophy of education is mainly re</p><p>　　Keywords: Innovative design;LEGO robot;LEGO structures; sensor; Innovative Education</p&g

9、t;<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　中英文摘要</b></p><p><b>　　前言6</b></p><p>　　第一章 創(chuàng)新實(shí)踐設(shè)計(jì)方案與評(píng)價(jià)7</p><p>　　1.1 創(chuàng)新實(shí)踐設(shè)計(jì)7</p>&l

10、t;p>　　1.1.1創(chuàng)新能力：7</p><p>　　1.1.2創(chuàng)新實(shí)踐概述：7</p><p>　　1.1.3現(xiàn)代創(chuàng)新實(shí)踐設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路：8</p><p>　　1.1.4現(xiàn)代創(chuàng)新設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)分析：8</p><p>　　1.2 創(chuàng)新實(shí)踐設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)及其實(shí)例分析9</p><p>　　1.2.1創(chuàng)新

11、實(shí)踐設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)：9</p><p>　　1.2.2創(chuàng)新實(shí)踐設(shè)計(jì)實(shí)例分析：10</p><p>　　第二章 創(chuàng)新設(shè)計(jì)的載體——LEGO教育部件11</p><p>　　2.1 樂(lè)高機(jī)器人系統(tǒng)11</p><p>　　2.1.1樂(lè)高系統(tǒng)的組成及其功能11</p><p>　　2.1.2 RCX――革命性的樂(lè)

12、高微型控制計(jì)算機(jī)12</p><p>　　2.2 創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練項(xiàng)目的研究與LEGO機(jī)器人12</p><p>　　2.2.1創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練項(xiàng)目的兩種技法12</p><p>　　2.2.2 樂(lè)高機(jī)器人在創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練中的作用13</p><p>　　2.3 樂(lè)高模型搭建套裝及其軟件14</p><p>　　2

13、.3.1模型套裝組合14</p><p>　　2.3.2 ROBOLAB的介紹與編程實(shí)例14</p><p>　　第三章LEGO部件及其搭建基礎(chǔ)16</p><p>　　3. 1 LEGO基礎(chǔ)部件16</p><p>　　3.1.1樂(lè)高模型部件16</p><p>　　3.1.2 LEGO程序的相關(guān)裝置20

14、</p><p>　　3.2 LEGO傳動(dòng)系統(tǒng)搭建分析21</p><p>　　第四章 創(chuàng)新單體實(shí)踐訓(xùn)練22</p><p>　　4.1 用光線傳感器測(cè)速22</p><p>　　4.2 溫度傳感器的實(shí)踐應(yīng)用23</p><p>　　4.3 碰碰車(chē)24</p><p>　　第五章 機(jī)

15、電綜合實(shí)踐訓(xùn)練項(xiàng)目研究26</p><p>　　5.1 解決走不直問(wèn)題的機(jī)構(gòu)26</p><p>　　5.2滅火小車(chē)28</p><p>　　5.2.1 小車(chē)所具備的功能28</p><p>　　5.2.2 搭建29</p><p>　　5.2.3、程序的流程圖30</p><p>

16、;　　5.2.4、具體程序如下圖30</p><p>　　5.3跳躍式青蛙32</p><p>　　5.3.1、動(dòng)力結(jié)構(gòu)的搭建：32</p><p>　　5.3.2、外形的裝飾33</p><p>　　5.3.3、T型支桿的調(diào)整33</p><p>　　5.3.4、編制控制程序34</p>&

17、lt;p>　　5.4來(lái)回競(jìng)速車(chē)34</p><p>　　5.4.1、設(shè)計(jì)任務(wù)35</p><p>　　5.4.2、主要部件35</p><p>　　5.4.3、小車(chē)所具備的功能35</p><p>　　5.4.4、機(jī)器小車(chē)所運(yùn)行的程序36</p><p><b>　　第六章 結(jié)論38<

18、/b></p><p><b>　　第七章 致謝39</b></p><p><b>　　[參考文獻(xiàn)]40</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　近幾十年來(lái)，科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展讓我們把現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和科技創(chuàng)新活動(dòng)有機(jī)地給合

19、起來(lái)，培養(yǎng)大學(xué)生的科技創(chuàng)新精神和動(dòng)手實(shí)踐能力，這是一種將教育與現(xiàn)實(shí)、未來(lái)發(fā)展相結(jié)合的新式教學(xué)模式，讓學(xué)生在動(dòng)手做的過(guò)程當(dāng)中接觸機(jī)械、工程、物理、電子、信息技術(shù)。機(jī)器人是拓展人類活動(dòng)能力的一種工具,最能發(fā)揮其作用的場(chǎng)所是對(duì)人類有危險(xiǎn)的或不能接近的環(huán)境。而對(duì)這些環(huán)境地表的探索,需要以小范圍為基準(zhǔn)逐漸向外擴(kuò)散，從而到整個(gè)環(huán)境的探測(cè)。所以,研究具有“智能”的地面探索機(jī)器人是十分必要的[1]。智能型機(jī)器人是結(jié)合人工智能學(xué)、計(jì)算機(jī)以及控制論等眾多學(xué)

20、術(shù)的產(chǎn)物,但在實(shí)際研究過(guò)程中卻有相當(dāng)大困難。所以,研究人員現(xiàn)階段所研究的要點(diǎn)是針對(duì)機(jī)器人對(duì)人類個(gè)別行為的模仿,但是當(dāng)機(jī)器人與其探測(cè)環(huán)境存在不確定因素時(shí),就存在一定的困難,所以我們得通過(guò)LEGO機(jī)器人搭建對(duì)其進(jìn)行模擬從而使之得以實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　樂(lè)高機(jī)器人是一種特殊的教育產(chǎn)品，它是由樂(lè)高集團(tuán)、美國(guó)國(guó)家儀器公司、美國(guó)著名大學(xué)3家著名機(jī)構(gòu)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的，它使模型搭建與計(jì)算機(jī)充分的結(jié)合起來(lái)，使用LEGO組件可以設(shè)計(jì)

21、、搭建機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，在計(jì)算機(jī)上編寫(xiě)好相應(yīng)的應(yīng)用程序，然后通過(guò)與計(jì)算機(jī)接口相連接的紅外發(fā)射裝置將計(jì)算機(jī)上的運(yùn)用程序下載到機(jī)器人的可編程控制器RCX內(nèi)。當(dāng)開(kāi)關(guān)開(kāi)啟時(shí)，機(jī)器人可以擺脫計(jì)算機(jī)的束縛，按照下載到RCX里的運(yùn)行程序單獨(dú)行動(dòng)。樂(lè)高主要是由LEGO組件、ROBOLAB軟件和RCX可編程控制器組成。</p><p>　　軟件是利用ROBOLAB在LABVIEW圖形化編程語(yǔ)言的基礎(chǔ)進(jìn)行研發(fā)出來(lái)的，該軟件是可視化的

22、基礎(chǔ)教育軟件，并且有配套的樂(lè)高機(jī)器人搭建器材以及其他一些設(shè)備，使用和制作起來(lái)比較方便運(yùn)行起來(lái)比較簡(jiǎn)單。通過(guò)構(gòu)思、設(shè)計(jì)、搭建模型和編程，使機(jī)械專業(yè)、計(jì)算機(jī)專業(yè)、電子專業(yè)學(xué)生透徹的學(xué)會(huì)觀察、思考、表達(dá)、創(chuàng)造，使所學(xué)的機(jī)電知識(shí)更加鞏固，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作精神、創(chuàng)新意識(shí)和提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，使學(xué)生學(xué)會(huì)不怕挫折、勇于挑戰(zhàn)的精神。并且，通過(guò)樂(lè)高機(jī)器人小組的合作，增加了學(xué)生們的團(tuán)隊(duì)意識(shí)，為今后的工作奠定了結(jié)實(shí)的基礎(chǔ)。</p>

23、;<p>　　產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)備的功能分析、機(jī)械運(yùn)動(dòng)工作原理方案和機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)等條件所決定的。當(dāng)今世界隨著科技的迅速發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)是信息技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)的典型代表，已成為世界各國(guó)競(jìng)相發(fā)展的技術(shù)。本文在重視發(fā)展機(jī)器人技術(shù)的前提下，結(jié)合當(dāng)今機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)和創(chuàng)新理念，首先闡述了機(jī)電創(chuàng)新設(shè)計(jì)的重要性和相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，介紹了機(jī)電創(chuàng)新設(shè)計(jì)的類型、方法及過(guò)程等。探討了利用樂(lè)高機(jī)器人及其可編程控制器開(kāi)展創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練項(xiàng)目，提

24、高學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、綜合思維和創(chuàng)造能力的潛在作用，研究了如何在動(dòng)手實(shí)踐過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的教學(xué)模式，研究探索LEGO機(jī)器人模型及控制程序，特別是機(jī)器人創(chuàng)新模型設(shè)計(jì)與程序控制，結(jié)合日常學(xué)習(xí)、生活中產(chǎn)生的一些好的想法、創(chuàng)意，通過(guò)進(jìn)行功能分析，機(jī)構(gòu)篩選，進(jìn)而搭建出最有創(chuàng)意的機(jī)器人模型，編制出較優(yōu)的控制程序；完成創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練實(shí)例編寫(xiě)工作,為工科類學(xué)生創(chuàng)新提供一個(gè)有效的實(shí)踐訓(xùn)平臺(tái)。</p><p>　　第一章 創(chuàng)新實(shí)

25、踐設(shè)計(jì)方案與評(píng)價(jià)</p><p>　　1.1 創(chuàng)新實(shí)踐設(shè)計(jì)</p><p>　　1.1.1創(chuàng)新能力：</p><p>　　社會(huì)的發(fā)展最重要的是智力和創(chuàng)新。創(chuàng)新是以一個(gè)人的創(chuàng)新能力為核心的。創(chuàng)新能力是指人在所處的環(huán)境中適應(yīng)環(huán)境、改造環(huán)境的獨(dú)創(chuàng)和先進(jìn)能力和行為的總和。</p><p>　　創(chuàng)新能力包括創(chuàng)新思維能力、基礎(chǔ)知識(shí)能力和創(chuàng)新行為能力如下

26、圖1.1示。</p><p>　　圖1.1創(chuàng)新能力結(jié)構(gòu)</p><p>　　1.1.2創(chuàng)新實(shí)踐概述：</p><p>　　創(chuàng)新實(shí)踐設(shè)計(jì)是新設(shè)計(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)的一種體現(xiàn)。技術(shù)專家們采用的工具和建立的結(jié)構(gòu)學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型是大不相同的，所以，逐漸形成了各具特色的理論體系，盡管設(shè)計(jì)方案不同，但實(shí)質(zhì)是統(tǒng)一的。綜合起來(lái)，機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)基本過(guò)程主要由選擇、分析、綜合三個(gè)過(guò)程組成起來(lái)

27、的。這個(gè)過(guò)程還分為四個(gè)階段：1、確定機(jī)械的基本原理；2、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺寸綜合及其運(yùn)動(dòng)參數(shù)優(yōu)選；3、機(jī)械結(jié)構(gòu)類型綜合及優(yōu)選；4、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的參數(shù)綜合及其動(dòng)力參數(shù)優(yōu)選。機(jī)電綜合設(shè)計(jì)與創(chuàng)新實(shí)踐是機(jī)電一體化專業(yè)的一項(xiàng)大型綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，是培養(yǎng)我們學(xué)生動(dòng)手操作能力的重要途徑。</p><p>　　創(chuàng)新設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)：根據(jù)問(wèn)題的客觀需求，通過(guò)我們的創(chuàng)造性思維，經(jīng)過(guò)反復(fù)判斷，作出決策并用各種設(shè)計(jì)模型使之固定化，借此將提供的資源（人、物

28、、信息）轉(zhuǎn)化為機(jī)電產(chǎn)品以滿足人類與社會(huì)需求，并取得最滿意效益。</p><p>　　現(xiàn)代設(shè)計(jì)來(lái)源于創(chuàng)新設(shè)計(jì)，為了更好地區(qū)分兩者間的聯(lián)系，我們將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與現(xiàn)代設(shè)計(jì)進(jìn)行比較，如表1.1所示：</p><p>　　表1.1 兩種設(shè)計(jì)方法的比較</p><p>　　1.1.3現(xiàn)代創(chuàng)新實(shí)踐設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路：</p><p>　　現(xiàn)代創(chuàng)新設(shè)計(jì)思路就是通過(guò)需

29、要實(shí)現(xiàn)的的要求來(lái)思考問(wèn)題，讓原本動(dòng)作、功能要求復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)得到最簡(jiǎn)化，并相應(yīng)找出實(shí)現(xiàn)各分功能的原理方案，從而得到簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)總功能的原理方案和構(gòu)思。設(shè)計(jì)時(shí)可通過(guò)“黑箱”與輸入、輸出量及周?chē)h(huán)境的信息聯(lián)系，探求要設(shè)計(jì)的機(jī)電產(chǎn)品的機(jī)理和結(jié)構(gòu)，逐步使黑箱透亮，一直至方案擬訂成功。</p><p>　　通過(guò)設(shè)計(jì)問(wèn)題抽象化（即將設(shè)計(jì)的根本要求用最為抽象的形式加表達(dá)出來(lái)），這樣便于抓住設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題，通過(guò)抽象化不需要涉及具體解

30、決方法，就能清晰地掌握所設(shè)計(jì)的機(jī)電產(chǎn)品的主要功能和根本的約束條件，從而體現(xiàn)出設(shè)計(jì)中的主要矛盾。設(shè)計(jì)人員就可以把思維注意力集中到最關(guān)鍵的問(wèn)題上來(lái)，容易得到突破和創(chuàng)新，有利于尋求理想的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)思路如圖1.2所示：</p><p><b>　　分析</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)</b></p><p><

31、;b>　　設(shè)計(jì)評(píng)價(jià).</b></p><p><b>　　圖1.2設(shè)計(jì)步驟</b></p><p>　　1.1.4現(xiàn)代創(chuàng)新設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)分析：</p><p>　　1）整體性：構(gòu)成總功能的各功能都各具有特定的功能和目標(biāo)，但又是有機(jī)整體的一部分，整體效益是考慮解題的最高準(zhǔn)則。</p><p>　　2）定量化：定

32、量化，便于精確計(jì)算，實(shí)現(xiàn)高精度。</p><p>　　3）最優(yōu)化，尋求解決給定問(wèn)題的最優(yōu)方案。</p><p>　　4）采用價(jià)值判斷，有利于設(shè)計(jì)者在考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過(guò)程時(shí)提高產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性能。</p><p>　　創(chuàng)新和創(chuàng)造有很多種形式。如果采用新的技術(shù)、新的方法得到新的結(jié)論，是新的發(fā)明;如果采用已有的技術(shù)經(jīng)過(guò)重新排列組合得到新的結(jié)論，同樣也是新的發(fā)明。前者通常被稱作獨(dú)

33、立創(chuàng)新發(fā)明，后者便是組合創(chuàng)新發(fā)明。</p><p><b>　　一、邏輯積木法</b></p><p>　　將機(jī)械系統(tǒng)的輸出要求劃分為基本的功能，然后根據(jù)整個(gè)設(shè)計(jì)綜合的約束條件認(rèn)真構(gòu)思簡(jiǎn)單的組件（零件、機(jī)構(gòu)、部件、分系統(tǒng)等），再將這些組件（即積木）按一定的相互關(guān)系，用最簡(jiǎn)單的形式將輸入與輸出連接起來(lái)。</p><p>　　這個(gè)比較符合創(chuàng)新設(shè)計(jì)方

34、案中的組合創(chuàng)新法，具體可劃分為功能組合、材料組合、原理組合。</p><p>　　其中功能組合就是將具有不同的功能的技術(shù)手段或產(chǎn)品結(jié)合到一起，形成多功能的技術(shù)系統(tǒng)的一種創(chuàng)新方法。而材料組合是將不同種類既不同新能的材料組合在一起，形成具有新功能材料的一種創(chuàng)新方法。原理組合是將兩種以上的技術(shù)原理組合復(fù)合的技術(shù)系統(tǒng)，形成解決新問(wèn)題的心技術(shù)手段。</p><p>　　二、機(jī)構(gòu)系統(tǒng)搜尋法：</

35、p><p>　　針對(duì)設(shè)計(jì)要求，先系統(tǒng)的找出各種可能出現(xiàn)的機(jī)構(gòu)，然后進(jìn)行估計(jì)和選擇；</p><p>　　這個(gè)方法就好比舉例法：而舉例法又包括有點(diǎn)舉例法、缺點(diǎn)舉例法、特點(diǎn)舉例法。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)舉例，是一種主動(dòng)型的正向思維活動(dòng)，圍繞有點(diǎn)目標(biāo)尋找突破，或從市場(chǎng)用戶方面尋找人們?cè)敢饨邮艿挠悬c(diǎn)，從而提出創(chuàng)新設(shè)想。</p><p>　　缺點(diǎn)舉例，

36、是在對(duì)象客觀存在與人們醫(yī)院相矛盾時(shí)采納的，分析對(duì)象的缺點(diǎn)及存在的條件，改變條件使缺點(diǎn)成為優(yōu)點(diǎn)，或者在原有的條件下，改缺點(diǎn)為優(yōu)點(diǎn)。因此該方法常常應(yīng)用于舊產(chǎn)品的改造中。</p><p>　　特點(diǎn)舉例法是由美國(guó)創(chuàng)造學(xué)家克拉福德歸納總結(jié)出來(lái)的，由于萬(wàn)物都具有自己的特點(diǎn)，所以認(rèn)識(shí)事物的特點(diǎn)理解其功效才是創(chuàng)新的基礎(chǔ)。特點(diǎn)舉例法的運(yùn)行步驟包括：選擇需要改進(jìn)的對(duì)象，并將對(duì)象組成部分按其特點(diǎn)分解，分析其中各個(gè)特點(diǎn)之間的關(guān)系，找出其

37、中部分有可能突破的特點(diǎn)進(jìn)一步分析研究，采用取代、替換、增加、簡(jiǎn)化、組合等方法，融入創(chuàng)新思想，加以改進(jìn)或從新設(shè)計(jì)。</p><p>　　這兩種方法各有各的好處，而本文所設(shè)計(jì)的方案基本以這兩種方案為基準(zhǔn)。</p><p>　　例：設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品將連續(xù)回轉(zhuǎn)的輸入運(yùn)動(dòng)變換成一往復(fù)移動(dòng)的輸出運(yùn)動(dòng)，其原理方案有四柄滑塊機(jī)構(gòu)，凸輪—齒輪機(jī)構(gòu)、平面六桿機(jī)構(gòu)等。</p><p>　　利

38、用LEGO可編程控制器構(gòu)思、設(shè)計(jì)、組裝機(jī)械系統(tǒng)或稱為智能機(jī)器人,整個(gè)實(shí)踐過(guò)程包括3個(gè)基本步驟:(1)設(shè)計(jì)和搭建;(2)編寫(xiě)程序;(3)下載程序和啟動(dòng)機(jī)器人。</p><p>　　1.2 創(chuàng)新實(shí)踐設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)及其實(shí)例分析</p><p>　　1.2.1創(chuàng)新實(shí)踐設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)：</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)步驟明確，對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者更能發(fā)揮其所長(zhǎng)取得滿意的結(jié)果，

39、對(duì)于經(jīng)驗(yàn)不足的設(shè)計(jì)者按步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)可取得較好結(jié)果；</p><p>　?。?）分解—組合：在設(shè)計(jì)各個(gè)階段都要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)合理的分解和組合，使問(wèn)題由復(fù)雜變成簡(jiǎn)單，使解法由少變多，設(shè)計(jì)的奧秘人人都得到使用。</p><p>　?。?）抽象—具體：設(shè)計(jì)是從功能分析開(kāi)始，把產(chǎn)品的總功能抽象化，這樣便可以抓住設(shè)計(jì)最根本的問(wèn)題，可以免除常規(guī)思維的束縛，然后通過(guò)功能原理方案，結(jié)構(gòu)方案一步步具體化為功能

40、載體、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。</p><p>　?。?）搜索—篩選：每個(gè)設(shè)計(jì)階段都按分析、綜合、評(píng)價(jià)、決策的步驟解決問(wèn)題，搜索盡可能多的方案，再通過(guò)評(píng)價(jià)選取最佳方案，用綜合評(píng)價(jià)的方法使設(shè)計(jì)者擺脫主觀性、片面性、盲目性。</p><p>　　（5）有規(guī)律的設(shè)計(jì)步驟、系統(tǒng)的解法目錄、科學(xué)的評(píng)價(jià)方法等有利于CAD的開(kāi)展運(yùn)用，有利于提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。</p><p>　　1.2.2

41、創(chuàng)新實(shí)踐設(shè)計(jì)實(shí)例分析：</p><p>　　例：設(shè)計(jì)一取紙器，要求裝有120mm*120mm紙，30張以上，每次取一張；要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方案可靠，造價(jià)低廉。</p><p>　　解：（1）功能原理方案</p><p>　　a)總功能分析：是把紙張分離； b)功能分解：貯紙、分紙、連續(xù)供紙；c) 原理求解：由貯紙、分紙、連續(xù)供紙三個(gè)功能元素，其中貯紙可采用盒式、筆筒

42、式兩種方案，分紙可借用電磁力或者摩擦力得以實(shí)現(xiàn)，連續(xù)供紙可采用重力或吸引力，以上功能元共組合為8個(gè)原理解： 2*2*2=8；</p><p>　　d)求最佳原理解：根據(jù)功能可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、成本經(jīng)濟(jì)等幾個(gè)評(píng)價(jià)目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)，認(rèn)為盒式貯紙、摩擦力分紙、重力供紙為最佳原理解；</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)方案：分別對(duì)功能原理解進(jìn)一步作出結(jié)構(gòu)解：分紙運(yùn)動(dòng)可靠，摩擦面寬。材料采用全塑。

43、具體如圖1.3所示：</p><p>　　圖1.3取紙機(jī)的運(yùn)行原理圖</p><p>　　小結(jié)：機(jī)電綜合設(shè)計(jì)與創(chuàng)新實(shí)踐是機(jī)電一體化專業(yè)的一項(xiàng)大型綜合性、設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)，是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作能力的重要環(huán)節(jié)。它綜合應(yīng)用了機(jī)械、電氣、氣動(dòng)、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)。</p><p>　　第二章 創(chuàng)新設(shè)計(jì)的載體——LEGO教育部件</p><p>　　2.1

44、 樂(lè)高機(jī)器人系統(tǒng)</p><p>　　樂(lè)高組件大致可分為以下幾大類: 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)件(齒輪、凸輪、蝸輪、蝸桿、萬(wàn)向節(jié)、皮帶傳動(dòng)等)、驅(qū)動(dòng)部件(直流電機(jī))、特殊部件(氣缸、氣泵、分配閥等)、傳感器(其中傳感器可分溫度傳感器、光線傳感器、觸動(dòng)傳感器等)、控制器和ROBOLAB 軟件。利用這些組件搭建樂(lè)高機(jī)器人能充分的體現(xiàn)出搭建LEGO機(jī)器人的靈活性。其中控制器在這些組件中起著靈魂的作用, 對(duì)于非計(jì)算機(jī)類或電

45、子類的學(xué)生, 有了控制器再配以ROBOLAB這個(gè)可視化的軟件，可以使那些想要通過(guò)自己動(dòng)手獲取數(shù)據(jù)的學(xué)生得以順利的完成。對(duì)于非電子和非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō), 控制器相當(dāng)于一個(gè)“黑箱”, 不用擔(dān)心其內(nèi)部的構(gòu)建,只需用圖形化的編程語(yǔ)言控制它的輸入、輸出口即可,而網(wǎng)上的相關(guān)編程資源也非常豐富。此外,系統(tǒng)也支持VC+ + 、VB、DELPHI等高級(jí)語(yǔ)言的編程控制, 在處理復(fù)雜控制流程時(shí), 應(yīng)用高級(jí)語(yǔ)言更容易實(shí)現(xiàn)。</p><p

46、>　　2.1.1樂(lè)高系統(tǒng)的組成及其功能</p><p>　　LEGO機(jī)器人系統(tǒng)是由美國(guó)國(guó)家儀器公司、樂(lè)高集團(tuán)、美國(guó)麻省理工學(xué)院等3家著名機(jī)構(gòu)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的可編程機(jī)器人系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)主要是由LEGO組件、RCX可編程控制器和ROBOLAB軟件構(gòu)成的。這一獨(dú)創(chuàng)性的教育產(chǎn)品是將樂(lè)高模型搭建與計(jì)算機(jī)編程兩種原本無(wú)關(guān)的產(chǎn)品牢牢的粘合在一起，利用LEGO組件可以通過(guò)自己的設(shè)計(jì)思路搭建出自己想要的機(jī)械模型，在配以計(jì)算機(jī)所編寫(xiě)

47、的程序，然后通過(guò)與計(jì)算機(jī)串口相連的紅外線發(fā)射儀將所編寫(xiě)好的程序轉(zhuǎn)載到RCX里，這樣LEGO機(jī)器人就能脫離計(jì)算機(jī)。在啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，機(jī)器人就可以按照原本下載到RCX里的程序指令獨(dú)自行動(dòng)。</p><p>　　LEGO組件還有很多豐富的零部件，其中包括各種各樣的機(jī)械零件，如齒輪、馬達(dá)、連桿、凸輪、蝸輪、蝸桿等等。巧妙的運(yùn)用各種組件能搭建出各種所需要的模型結(jié)構(gòu)——即通過(guò)搭建組裝的方式組成一個(gè)機(jī)電系統(tǒng)。RCX作為控制模塊和微型

48、電腦，用于系統(tǒng)的輸入和輸出控制，也是整個(gè)機(jī)器人運(yùn)行的中樞系統(tǒng)，就象人體大腦一樣去控制與指揮機(jī)器人的行為。</p><p>　　要改進(jìn)或創(chuàng)新設(shè)計(jì)產(chǎn)品和裝置，必須構(gòu)思出確切的機(jī)電運(yùn)動(dòng)及控制方案，通過(guò)LEGO部件模擬搭建的模型可以方便快捷地驗(yàn)證、測(cè)試產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)方案實(shí)現(xiàn)的可能性、合理性和可靠性，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和分析，隨時(shí)改進(jìn)運(yùn)動(dòng)方案和控制方案，直至滿足產(chǎn)品的功能要求。樂(lè)高可編程機(jī)器人系統(tǒng)是目前世界上應(yīng)用最廣泛的使學(xué)生有

49、機(jī)會(huì)設(shè)計(jì)自己的機(jī)器人或系統(tǒng)并為其編寫(xiě)程序的教學(xué)套裝。這一獨(dú)創(chuàng)性的樂(lè)高教學(xué)材料將模型搭建與計(jì)算機(jī)編程有效地結(jié)合在一起。樂(lè)高機(jī)器人不像其他機(jī)器人系統(tǒng)那樣，所有工作都是自己設(shè)定的，設(shè)計(jì)者可以自己來(lái)設(shè)計(jì)、搭建機(jī)器人，并決定自己的機(jī)器人如何行動(dòng)。例如通過(guò)使用光電傳感器，讓機(jī)器人沿著一定的路線前進(jìn)、或圍繞某一物體轉(zhuǎn)動(dòng)、或是藏在暗處等。使用樂(lè)高積木和由麻省理工學(xué)院的控制器為靈感而開(kāi)發(fā)的樂(lè)高微型電腦，設(shè)計(jì)者可以設(shè)計(jì)自己的機(jī)器人，在PC機(jī)上為其編寫(xiě)程序，

50、然后，通過(guò)與計(jì)算機(jī)串口相連的紅外線發(fā)射儀將程序從計(jì)算機(jī)下載到機(jī)器人的微型電腦內(nèi)。啟動(dòng)機(jī)器人開(kāi)關(guān)，機(jī)器人就可以脫離計(jì)算機(jī)，按程序指令行動(dòng)，根本不需要遙控。</p><p>　　2.1.2 RCX――革命性的樂(lè)高微型控制計(jì)算機(jī)</p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)的核心是RCX,一個(gè)革命性的微型控制器，這個(gè)控制器可以通過(guò)紅外線接收在電腦上編寫(xiě)的程序，也可以將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)紅外線傳送到電腦中，甚至與其它

51、RCX聯(lián)系，作為這個(gè)系統(tǒng)的大腦．它使用傳感器感知環(huán)境的變化（例如溫度，亮度等），處理這些采集回來(lái)的數(shù)據(jù)，并控制輸出部分（馬達(dá)或燈）的開(kāi)或關(guān)。</p><p>　　樂(lè)高機(jī)器人正是這種概念的創(chuàng)新實(shí)踐載體，它由RCX微型電腦、紅外發(fā)射器及電纜、樂(lè)高積木及ROBOLAB軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境構(gòu)成。它能讓人在覺(jué)得挺好玩的過(guò)程中不知不覺(jué)的提高自己的動(dòng)手能力和電腦程序的編寫(xiě)能力。樂(lè)高機(jī)器人結(jié)構(gòu)新穎，能實(shí)現(xiàn)示教再現(xiàn)的各項(xiàng)功能，并能和PC機(jī)

52、相連，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)程序控制。機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析問(wèn)題，詳述傳動(dòng)方案、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，程序編制及其控制等，手爪開(kāi)合采用直流力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)敞開(kāi)，學(xué)生一目了然，采用組裝式機(jī)械結(jié)構(gòu)，如有必要，學(xué)生可自行拆裝或搭建。通過(guò)模型搭建，總結(jié)設(shè)計(jì)規(guī)律性，啟發(fā)創(chuàng)造性，在給定條件下實(shí)現(xiàn)省時(shí)、優(yōu)質(zhì)的設(shè)計(jì)，更快、更好地培養(yǎng)設(shè)計(jì)人員。</p><p>　　2.2 創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練項(xiàng)目的研究與LEGO機(jī)器人</p>&

53、lt;p>　　2.2.1創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練項(xiàng)目的兩種技法</p><p>　　在利用樂(lè)高開(kāi)展創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練項(xiàng)目的研究過(guò)程中，我們需要尋求符合設(shè)計(jì)規(guī)律的設(shè)計(jì)程序，探索研究設(shè)計(jì)中的科學(xué)思維方法（進(jìn)而調(diào)動(dòng)設(shè)計(jì)人員的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性）。以下僅重點(diǎn)討論兩種技法：形態(tài)分析法與設(shè)問(wèn)法。</p><p>　　形態(tài)分析法：根據(jù)系統(tǒng)分解和組合的情況，把需要解決的問(wèn)題分解成各個(gè)獨(dú)立的要素，然后用圖解法將要素排列

54、組合，如可按材料、工藝、成本組成、功能、形態(tài)等進(jìn)行分解，從許多方案的組合中找到最好的答案，可大大提高創(chuàng)新的水平，此技法步驟如下：</p><p>　　明確所要解決的問(wèn)題，用樂(lè)高積木搭建一種搬運(yùn)物品的新型運(yùn)輸工具；</p><p>　　將要解決的問(wèn)題，列出有關(guān)的獨(dú)立因素，如經(jīng)分析，新型運(yùn)輸工具的獨(dú)立因素為裝載形式、輸送形式、動(dòng)力來(lái)源；</p><p>　　詳細(xì)列出各獨(dú)

55、立因素所含的要素，針對(duì)比例，列出明細(xì)表并進(jìn)行圖解如下：</p><p>　　將各要素排列組合成創(chuàng)造性設(shè)想，如表2-1所示：此例可獲得3*3*5 = 45個(gè)組合方案。從中選出切實(shí)可行的方案再進(jìn)行細(xì)化。應(yīng)注意，方案并不是越多越復(fù)雜就一定越好；</p><p>　　表２.１ 新型運(yùn)輸工具獨(dú)立因素明細(xì)表</p><p>　　設(shè)問(wèn)法：設(shè)問(wèn)法可圍繞老產(chǎn)品提出各種問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)

56、、制造、銷(xiāo)售等環(huán)節(jié)中的不足之處，找出需要和應(yīng)該改進(jìn)之處，從而開(kāi)發(fā)出新產(chǎn)品；設(shè)問(wèn)法大致考慮如下問(wèn)題：</p><p>　　稍改動(dòng)現(xiàn)產(chǎn)品會(huì)有新的用途嗎？</p><p>　　能否用其他方面的經(jīng)驗(yàn)和設(shè)想？有可供借鑒模仿的東西嗎？</p><p>　　擴(kuò)大、添加結(jié)構(gòu)會(huì)怎樣？高點(diǎn)、長(zhǎng)點(diǎn)、大點(diǎn)會(huì)怎樣？</p><p>　　縮小、去掉某部分結(jié)構(gòu)會(huì)怎樣？低點(diǎn)

57、、短點(diǎn)、小點(diǎn)、分解結(jié)構(gòu)會(huì)怎樣？</p><p>　　能否將產(chǎn)品變動(dòng)、組合？能代用嗎？有其他制造方法嗎？</p><p>　　改變順序、要素、因果關(guān)系、步驟、基準(zhǔn)會(huì)怎樣？</p><p>　　反過(guò)來(lái)，上下倒置、反向運(yùn)動(dòng)、改變轉(zhuǎn)向會(huì)怎樣？</p><p>　　除以上討論的兩類常見(jiàn)的創(chuàng)新實(shí)踐的技法以外，還有如下幾類形式，總結(jié)如下：</p>

58、;<p>　　強(qiáng)化創(chuàng)造動(dòng)因的群體激智法：如頭腦風(fēng)暴法；</p><p>　　擴(kuò)展思路的發(fā)散技法：如設(shè)問(wèn)法、缺點(diǎn)例舉法；</p><p>　　非推理因素的直覺(jué)靈感方法：如機(jī)遇發(fā)明法；</p><p>　　思維定性制造技法：聯(lián)想法、功能思考法；</p><p>　　定量的現(xiàn)代設(shè)計(jì)科學(xué)方法學(xué)：如模糊解方法學(xué)、控制方法學(xué)；</p&

59、gt;<p>　　2.2.2 樂(lè)高機(jī)器人在創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練中的作用</p><p>　　作為一個(gè)機(jī)械專業(yè)的學(xué)生，樂(lè)高產(chǎn)品對(duì)我們是非常有幫助的，每個(gè)人都有好奇的天性。通過(guò)使用樂(lè)高機(jī)械與機(jī)械工程系列套裝，不僅可以滿足學(xué)生好玩、好奇、好勝的心理，更可以使其了解設(shè)計(jì)、技術(shù)知識(shí)。在妙趣橫生、方便快捷的模型搭建及測(cè)試過(guò)程中，抽象的機(jī)械原理變得直觀、簡(jiǎn)單；復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)、力與速度之間聯(lián)系也變得清楚明白。樂(lè)高

60、機(jī)械系列還引導(dǎo)使用者通過(guò)添加馬達(dá)裝置和電腦控制，讓模型運(yùn)動(dòng)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制功能，讓學(xué)生親身體驗(yàn)機(jī)器的功能，了解我們現(xiàn)代生活是如何依賴于機(jī)械裝置。所有產(chǎn)品與教學(xué)大綱相結(jié)合，課前準(zhǔn)備時(shí)間短，即使非專業(yè)老師也可以使用樂(lè)高機(jī)械套裝來(lái)上一堂有趣的機(jī)械課。樂(lè)高在創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練項(xiàng)目中的作用歸納起來(lái)有：</p><p>　　一、把抽象、乏味的機(jī)械原理生動(dòng)、直觀地體現(xiàn)出來(lái)；</p><p>　　二、結(jié)合實(shí)

61、際、對(duì)結(jié)構(gòu)、力、運(yùn)動(dòng)、速度等理論進(jìn)行實(shí)踐；</p><p>　　三、多種多樣的現(xiàn)實(shí)生活應(yīng)用的仿真系統(tǒng)；</p><p>　　四、結(jié)合電腦的自動(dòng)化模型</p><p>　　五、旨在幫助學(xué)生更好地理解基本機(jī)械原理；</p><p>　　當(dāng)前，世界上許多國(guó)家都在研究面向新世紀(jì)的高等教育改革與發(fā)展問(wèn)題。近幾年，國(guó)家教委組織進(jìn)行的教學(xué)調(diào)查結(jié)果表明，我國(guó)

62、高等學(xué)校的學(xué)生在校期間雖然學(xué)了很多知識(shí)，但是可應(yīng)用于創(chuàng)造性勞動(dòng)的知識(shí)太少。 </p><p>　　樂(lè)高可編程機(jī)器人系統(tǒng)是目前世界上應(yīng)用最廣泛，能使學(xué)生有機(jī)會(huì)設(shè)計(jì)自己的機(jī)器人或系統(tǒng)并為其編寫(xiě)程序的教學(xué)套裝。這一獨(dú)創(chuàng)性的樂(lè)高教學(xué)材料將模型搭建與計(jì)算機(jī)編程有效地結(jié)合在一起。樂(lè)高機(jī)器人的所有工作都可以通過(guò)自己設(shè)想進(jìn)行設(shè)計(jì)，搭建的機(jī)器人能檢驗(yàn)和體現(xiàn)自己的創(chuàng)意。這也是探索機(jī)械專業(yè)課程理論結(jié)合實(shí)踐的新思路。LEGO機(jī)器人是推進(jìn)

63、素質(zhì)教育、培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的最好載體。通過(guò)調(diào)查、設(shè)計(jì)、搭建模型和編程，使學(xué)生學(xué)會(huì)觀察、學(xué)會(huì)表達(dá)、學(xué)會(huì)思考、學(xué)會(huì)創(chuàng)造，達(dá)到鞏固和加深所學(xué)的機(jī)電知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)結(jié)協(xié)作精神、提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，鍛煉學(xué)生不怕挫折、勇于挑戰(zhàn)的精神的目的。也為畢業(yè)設(shè)計(jì)和今后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p><p>　　2.3 樂(lè)高模型搭建套裝及其軟件</p><p>　　2.3.1模型套裝組合&

64、lt;/p><p>　　1、 機(jī)械工程組合基本功能</p><p>　　機(jī)械工程是處理制造流程以及設(shè)計(jì)、制造、安裝和操作發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)器的工程分支學(xué)科。機(jī)械工程組合套裝主要幫助設(shè)計(jì)者認(rèn)識(shí)和理解物理概念（運(yùn)動(dòng)和力）、動(dòng)力學(xué)、生產(chǎn)流程、機(jī)械、氣動(dòng)力控制系統(tǒng)等。強(qiáng)調(diào)流程工程學(xué)，主要是利用機(jī)械原理和問(wèn)題解決能力來(lái)完成機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。</p><p>　　2、 電腦測(cè)控實(shí)驗(yàn)室組合基本

65、功能</p><p>　　LEGO DACTA控制實(shí)驗(yàn)室組合套裝作為一種控制和測(cè)量產(chǎn)品，是一種通過(guò)傳感器與計(jì)算機(jī)控制的使用裝置，將結(jié)構(gòu)、測(cè)量、數(shù)據(jù)記錄與控制和計(jì)算機(jī)控制相結(jié)合起來(lái)的教材。該套裝可直接用在教學(xué)活動(dòng)中，解決各種問(wèn)題，如：制造、環(huán)境、通信與運(yùn)輸業(yè)，為設(shè)計(jì)者提供測(cè)試和控制的完整解決方案。</p><p>　　3、 能源再生組合基本功能。</p><p>　　

66、將看不見(jiàn)，摸不著的能量概念直觀、形象地體現(xiàn)出來(lái)。引導(dǎo)設(shè)計(jì)者了解能量的存在以及能量之間的相互轉(zhuǎn)換原理。在可再生能量套裝組合中，設(shè)計(jì)者將學(xué)習(xí)實(shí)踐和對(duì)太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能的收集和儲(chǔ)存等實(shí)驗(yàn)過(guò)程，從而為運(yùn)用知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)更好的方案或設(shè)備。</p><p>　　2.3.2 ROBOLAB的介紹與編程實(shí)例</p><p>　　ROBOLAB是樂(lè)高機(jī)器人的編程工具。它基于圖形化語(yǔ)言的編程環(huán)境，適合各個(gè)年齡段

67、的用戶使用，程序的編寫(xiě)方式類似于做邏輯表達(dá)，不過(guò)是全部圖形化的；在基于ROBOLAB編程環(huán)境進(jìn)行程序編寫(xiě)，需要清醒的頭腦，清晰的邏輯。程序編寫(xiě)完畢后通過(guò)樂(lè)高（LEGO)紅外傳感器傳送至機(jī)器人(RCX)的記憶體中。ROBOLAB的出現(xiàn)原本旨在為相關(guān)產(chǎn)品做軟件支持，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已經(jīng)成為青少年進(jìn)行機(jī)器人競(jìng)賽的必備編程工具。</p><p>　　ROBOLAB軟件是以美國(guó)國(guó)家儀器公司(National Instrum

68、ent)的LABVIEW，它是一個(gè)簡(jiǎn)單、直觀、易學(xué)的編程環(huán)境。使用圖形化的編程語(yǔ)言，只需從功能面板選取需要的圖表，拖曳到編程窗口，通過(guò)連線，即可完成編程，有效地提高了工作效率。ROBOLAB的編程環(huán)境共分為3個(gè)級(jí)別：初學(xué)者級(jí)別（Pilot Level）、發(fā)明家級(jí)別（Inventor Level）、研究者級(jí)別（Investigator Level）。每個(gè)級(jí)別又分?jǐn)?shù)個(gè)等級(jí)，由淺入深，共有13個(gè)等級(jí)。提供基于TCP/IP的互聯(lián)網(wǎng)編程工具。圖形

69、化編程軟件幫助學(xué)生理解編程概念和培養(yǎng)他們的邏輯思維，也有益于老師以直觀易見(jiàn)的方式教授難以理解的編程概念。如圖2-1所示的ROBOLAB編程環(huán)境。ROBOLAB容易上手，卻功能強(qiáng)大。通過(guò)使用ROBOLAB服務(wù)器，就可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)Internet來(lái)控制在其它地方的RCX。ROBOLAB有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集和處理功能，可以從樂(lè)高或DCP傳感器（濕度、電壓、聲壓）采集數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及作圖。具體如圖2.1所示：</p><p&

70、gt;　　圖2.1 ROBOLAB編程環(huán)境</p><p>　　第三章LEGO部件及其搭建基礎(chǔ)</p><p>　　3. 1 LEGO基礎(chǔ)部件</p><p>　　LEGO的基礎(chǔ)部件分為梁、片、塊、軸、銷(xiāo)、軸承、連接器、輪子、齒輪、皮帶與滑輪。</p><p>　　3.1.1樂(lè)高模型部件</p><p><b&

71、gt;　　蝸桿傳動(dòng)</b></p><p>　　蝸桿傳動(dòng)的主要特點(diǎn)是傳動(dòng)比大并且能自鎖，如可用與電梯，但是傳動(dòng)效率低。蝸桿是一項(xiàng)非常迷人的發(fā)明，當(dāng)它與相應(yīng)的蝸輪相嚙合時(shí)，蝸輪形成一個(gè)n比1的減速：蝸桿每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的齒輪僅僅轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒。所以，例如，蝸桿旋轉(zhuǎn)24圈，驅(qū)動(dòng)24齒的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈。這是很緊湊的減速裝置——它相當(dāng)于3個(gè)3比1個(gè)齒輪組，其產(chǎn)生27比1的關(guān)系，只需要一個(gè)蝸桿和24齒的蝸輪相嚙合

72、就可以實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　然而，在這里有一個(gè)缺點(diǎn)，蝸桿主要使用滑動(dòng)摩擦力來(lái)驅(qū)動(dòng)蝸輪的齒，雖然當(dāng)蝸輪相互嚙合時(shí)，設(shè)計(jì)蝸輪通常將滑動(dòng)作用最小化，但是當(dāng)蝸輪與蝸桿嚙合時(shí)，不可避免出現(xiàn)問(wèn)題。蝸桿比圓柱齒輪有更多的摩擦損失。在很高的扭矩作用下，可能導(dǎo)致傳動(dòng)停止。假如你的機(jī)器人太重，蝸桿驅(qū)動(dòng)可能沒(méi)有主驅(qū)動(dòng)工作的那樣好。</p><p>　　蝸桿還有一個(gè)有趣的特性：它們不能反向驅(qū)動(dòng)（即自鎖）。也

73、就是說(shuō)，假如你使用蝸輪來(lái)驅(qū)動(dòng)蝸桿，你只能讓蝸桿沿軸前后移動(dòng)，而不能讓蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)。可以利用這種特性的有利的一面，例如，假如你使用蝸桿來(lái)提升重物，當(dāng)馬達(dá)停轉(zhuǎn)時(shí)，重物不會(huì)掉下來(lái)。蝸桿驅(qū)動(dòng)如圖3.1所示 </p><p>　　圖3.1使用蝸桿驅(qū)動(dòng)</p><p>　　蝸桿是很有用的，因?yàn)樗捎米鲉蝹€(gè)齒的齒輪：當(dāng)蝸輪旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)，它驅(qū)動(dòng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒。所以當(dāng)它與24齒的齒輪吻合時(shí)，產(chǎn)生24比1的減速。然

74、而，由于蝸桿在摩擦上損失大量能量，所以此驅(qū)動(dòng)不適用于高性能的主驅(qū)動(dòng)等應(yīng)用。</p><p>　　圖3.2在一根軸上安裝多個(gè)蝸桿</p><p>　　圖中給出的蝸桿的排列，在最下面的基本的蝸桿，長(zhǎng)度為兩個(gè)水平lego單位。最上面的是在在一個(gè)軸上安裝兩個(gè)兩個(gè)蝸桿不成功的例子，中間的功能的例子。當(dāng)在同一根軸上安裝多個(gè)蝸桿時(shí)，嘗試四種可能的方向來(lái)找出可以工作的方向。</p><

75、p>　　圖3.3蝸輪與齒輪箱</p><p>　　圖3.4 蝸輪齒輪箱的構(gòu)造</p><p>　　齒輪機(jī)構(gòu)的主要特點(diǎn)是傳動(dòng)力量大、傳動(dòng)精確。如圖3.5所示</p><p><b>　　圖3.5齒輪傳動(dòng)</b></p><p>　　樂(lè)高一共有4種圓柱齒輪還有冠齒輪、斜齒、蝸桿和齒條</p><p&

76、gt;<b>　　如圖表3.1所示</b></p><p>　　表3.1圓柱齒輪齒數(shù)直徑對(duì)應(yīng)表</p><p>　　齒輪是一種特殊的傳動(dòng)方式，它們都是互相配合工作的，至少有兩個(gè)齒輪互相配合。齒輪的定義是由齒輪的齒數(shù)區(qū)分的。就像齒輪、輪軸就是互相配合使用的，這就是我們所說(shuō)的輪軸結(jié)構(gòu)。齒輪的嚙合、傳動(dòng)有很多種方式。</p><p>　　齒輪傳動(dòng)可以

77、增加、減少力的傳遞；增大或減少扭矩；加速或減速。在齒輪運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，有主動(dòng)與從動(dòng)輪之分，主動(dòng)輪是直接受力而運(yùn)動(dòng)的，有主動(dòng)齒輪帶動(dòng)的齒輪被稱為從動(dòng)輪。由大齒輪帶動(dòng)小齒輪是將起到加速的作用，由小齒輪帶動(dòng)大齒輪將起到減速的作用。傳動(dòng)比是主動(dòng)輪的齒數(shù)除以從動(dòng)齒輪的齒數(shù)的數(shù)值。如圖3.6所示</p><p>　　圖3.6齒輪傳動(dòng)分類圖</p><p>　　蝸輪與齒輪箱是配合使用的，蝸輪與齒輪是以45度

78、嚙合、傳動(dòng)的。按照上面的方式進(jìn)行連接就可以組成一個(gè)齒輪箱。如圖3.7</p><p>　　圖3.7 樂(lè)高傳動(dòng)系統(tǒng)</p><p>　　使用8和24齒齒輪的五級(jí)傳動(dòng)產(chǎn)生了243比1的傳動(dòng)。注意，這里需要三根平行的軸來(lái)防止齒輪間互相干擾。四個(gè)2×3樂(lè)高板來(lái)讓梁保持平行，防止軸被卡死。</p><p><b>　　斜齒輪傳動(dòng)</b><

79、/p><p>　　斜齒輪或冠齒輪的傳動(dòng)是在直角的方向上嚙合、傳動(dòng)的。樂(lè)高部件中的斜齒輪其形狀類似于圓錐齒輪，應(yīng)用于將運(yùn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)換90度，有時(shí)候可以替代軸套。斜齒輪成對(duì)使用，提供類似于冠齒輪的功能，但是不能提供減速的能力。</p><p><b>　　冠齒輪傳動(dòng)</b></p><p>　　不同于常用機(jī)械中的圓錐齒輪，是樂(lè)高部件中較為特殊的一種齒輪。主

80、要應(yīng)用于將運(yùn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)換90 度，有時(shí)候也可替代圓柱齒輪。</p><p><b>　　齒條齒輪傳動(dòng) </b></p><p>　　齒條可與齒輪（在樂(lè)高創(chuàng)意中，最好使用一個(gè)8齒的齒輪驅(qū)動(dòng)）配合使用，作前后直線運(yùn)動(dòng)。如圖3.8所示。</p><p>　　圖3.8齒條傳動(dòng)裝置</p><p>　　驅(qū)動(dòng)齒條的齒輪在齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中通

81、常稱為小齒輪。8齒的齒輪是驅(qū)動(dòng)齒條的一個(gè)很好的選擇，因?yàn)樗臏p速效果好——齒輪旋轉(zhuǎn)一圈，齒條只移動(dòng)8個(gè)齒，這樣較容易控制斜齒輪。如圖3.9所示</p><p><b>　　圖3.9斜齒輪</b></p><p>　　斜齒輪用于改變旋轉(zhuǎn)軸的方向，其傳動(dòng)比為1比1。在這個(gè)例子中，它們用于在水平面上改變軸的方向。</p><p>　　這種圖片給出了老

82、類型的斜齒輪，由于它們相互間有很高的摩擦力以及它們不夠堅(jiān)固，所以在應(yīng)用上有很多限制。新類型的斜齒輪更厚，性能也更好。</p><p><b>　　凸輪機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　利用凸輪機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律?？梢詫?duì)機(jī)器進(jìn)行精確的計(jì)時(shí)和控制；利用凸輪機(jī)構(gòu)也可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橥抵本€運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)等各種工作要求。</p><p><

83、;b>　　連桿機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　連桿機(jī)構(gòu)是由若干剛性構(gòu)件用低副連接而成的機(jī)構(gòu)，不能精確實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和軌跡，可分為閉環(huán)機(jī)構(gòu)和開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)：閉環(huán)機(jī)構(gòu)常用與各種機(jī)器，開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)常用于機(jī)械手。</p><p><b>　　滑輪</b></p><p>　　滑輪傳動(dòng)的特點(diǎn)：噪聲小，容易安裝。但是傳動(dòng)扭矩大時(shí)容易打滑，有些

84、設(shè)計(jì)需要避免打滑，有些設(shè)計(jì)則利用打滑，樂(lè)高一共有3中滑輪。</p><p><b>　　動(dòng)力執(zhí)行機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　動(dòng)力執(zhí)行機(jī)構(gòu)就是提供機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)能量的部分，常用的有發(fā)動(dòng)機(jī)、氣動(dòng)機(jī)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)構(gòu)等。</p><p><b>　　抓取機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　模仿人手的運(yùn)動(dòng)，完成撿起

85、、移動(dòng)、放置、提升物品等動(dòng)作的機(jī)械裝置</p><p>　　3.1.2 LEGO程序的相關(guān)裝置</p><p>　　RCX傳感器與輸出設(shè)備、連接線 ，如圖3.10所示：</p><p><b>　　圖3.10程序裝置</b></p><p>　　3.2 LEGO傳動(dòng)系統(tǒng)搭建分析</p><p>　

86、　傳動(dòng)系統(tǒng)在整個(gè)模型的搭建過(guò)程中起著非常重要的作用，以下是我在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中搭建模型的一些體會(huì)：在為一個(gè)模型設(shè)計(jì)一個(gè)新的傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，我發(fā)現(xiàn)最好的方法是從最后一級(jí)來(lái)倒推前面的傳動(dòng)，而不是從馬達(dá)開(kāi)始。這是因?yàn)橥ǔｑR達(dá)的安裝位置選擇有較大的余地，而驅(qū)動(dòng)輪或關(guān)節(jié)安裝的余地較小。所以，從安裝最好的驅(qū)動(dòng)軸開(kāi)始，接著在它上面安裝輪子或齒輪，然后開(kāi)始倒推，安裝足夠的齒輪，最后將馬達(dá)安裝在適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀．?dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)一輛車(chē)，不要忘記輪胎決定了輸出軸的旋轉(zhuǎn)速度

87、跟車(chē)輛的線速度之間的關(guān)系。使用小輪胎代替大輪胎如同齒輪減速所達(dá)到的作用，而這些將影響到所需的齒輪數(shù)量，如果傳動(dòng)系統(tǒng)表現(xiàn)很糟糕，需要檢查幾個(gè)地方。確信軸套沒(méi)有裝得太緊——留出一點(diǎn)空間讓軸在安裝位置上能前后移動(dòng)，檢查所有的裝有軸的梁是否保持方形。為了測(cè)試傳動(dòng)系統(tǒng)，可以嘗試一下從后面來(lái)驅(qū)動(dòng)。移去馬達(dá)，然后輕輕地轉(zhuǎn)動(dòng)最后的驅(qū)動(dòng)輪或軸。如果不是有太大的摩擦，在傳動(dòng)系統(tǒng)中的所有的齒輪將會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，安裝馬達(dá)的軸將快速旋轉(zhuǎn)。</p><

88、p>　　第四章 創(chuàng)新單體實(shí)踐訓(xùn)練</p><p>　　4.1 用光線傳感器測(cè)速</p><p>　　測(cè)試機(jī)械小車(chē)的運(yùn)行速度方法有很多，用光線傳感器測(cè)試小車(chē)的運(yùn)行速度是其中的一種。</p><p><b>　　搭建構(gòu)想</b></p><p>　　首先搭建一個(gè)機(jī)械小車(chē)，將光線傳感器放在車(chē)子的前面，從而使車(chē)子能夠判斷前

89、面的路面。具體如4.1所示：</p><p><b>　　圖4.1小車(chē)模型圖</b></p><p>　　記下小車(chē)穿過(guò)每條跑道的時(shí)間。用總的距離除以小車(chē)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間算出小車(chē)的平均速度。速度的單位是米/秒。在總共兩米的跑道上，同學(xué)們能夠用光線傳感器來(lái)得出平均速度。這次實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)距離、運(yùn)動(dòng)時(shí)間和速度的關(guān)系。</p><p>　　經(jīng)過(guò)試驗(yàn)會(huì)遇到一些問(wèn)題如

90、：試驗(yàn)所得的平均速度與用距離和時(shí)間所得的平均速度的方法是否一樣，答案是否定的。如果進(jìn)行比較將會(huì)發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)中所得的數(shù)據(jù)變化不大，完全可以歸類為誤差。因?yàn)樵囼?yàn)所得的數(shù)據(jù)跟距離和時(shí)間關(guān)系求得的平均速度方法得到的數(shù)據(jù)比可以排除了人為誤差。</p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)上還有很多用到光線傳感器的實(shí)例：比如光纖光柵解調(diào)技術(shù)是FBG傳感器的關(guān)鍵技術(shù)之一。光纖光柵體積小、成本低、與光纖系統(tǒng)兼容性好、插入損耗低及光學(xué)性能優(yōu)異，成為

91、光通信系統(tǒng)中非常重要的組成部分，是未來(lái)超高速光纖通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件之一，同時(shí)它也是一種性能優(yōu)良的高分辨率傳感元件。在光傳感中扮演越來(lái)越重要的角色。</p><p>　　具體還有光纖陀螺,它是新型角速率傳感器，在慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　還有在手機(jī)上也得到了廣泛的運(yùn)用。如2002年的 諾基亞(7650還帶有揚(yáng)聲器感應(yīng))開(kāi)始，便有了光線傳感器，它的好處就是可以根

92、據(jù)手機(jī)所處環(huán)境的光線來(lái)調(diào)節(jié)手機(jī)屏幕的亮度和鍵盤(pán)燈。</p><p>　　4.2 溫度傳感器的實(shí)踐應(yīng)用</p><p>　　在使用飲料時(shí)我們會(huì)選擇格式各樣的杯子，各種各樣的杯子都有不同的保溫效果，那哪種杯子所具有的保溫效果最好呢。讓我們使用一個(gè)RCX和一個(gè)溫度傳感器來(lái)找出保溫最好的杯子。</p><p><b>　　搭建構(gòu)想</b></p&

93、gt;<p>　　這次實(shí)驗(yàn)需要RCX、一個(gè)溫度傳感傳感器，不同的杯子和液體。你可以做一個(gè)鉤子固定住溫度傳感器。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)程序設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　編寫(xiě)一個(gè)程序來(lái)測(cè)量杯子里液體的溫度。使用第一等級(jí)的程序，測(cè)定時(shí)間為每10秒鐘一次，一共測(cè)90個(gè)數(shù)據(jù)。然后，編寫(xiě)程序，下載程序。</p><p>&

94、lt;b>　　實(shí)驗(yàn)步驟</b></p><p>　　將傳感器固定在杯子里，然后加入待測(cè)液體。確定傳感器的頂部被液體浸沒(méi)，但不能整個(gè)浸沒(méi)在待測(cè)液體里。運(yùn)行程序。</p><p><b>　　搭建理論</b></p><p>　　這次實(shí)驗(yàn)需要RCX、一個(gè)溫度傳感器以及不同的杯子和液體，搭建一個(gè)鉤子鉤在杯子上用來(lái)固定溫度傳感器。 具

95、體可參見(jiàn)圖4.2所示：</p><p><b>　　圖4.2實(shí)驗(yàn)裝置圖</b></p><p>　　在程序中，設(shè)定取樣的時(shí)間為10秒鐘一次，一共采集90組數(shù)據(jù)。如圖4.3所示： </p><p><b>　　圖4.3程序圖</b></p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)步驟 </b>

96、</p><p>　　該實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虬炊喾N方式進(jìn)行。一種方式是將材料分成一個(gè)大組，按照需要實(shí)驗(yàn)的杯子的不同數(shù)目來(lái)決定試驗(yàn)次數(shù)，一次實(shí)驗(yàn)用二個(gè)或三個(gè)杯子，實(shí)驗(yàn)后，將數(shù)據(jù)匯總。另一種方式是各組實(shí)驗(yàn)分別進(jìn)行。 可供檢測(cè)的杯子的材料有泡沫紙杯、紙、兩個(gè)杯子疊在一起、陶瓷杯子、玻璃杯、金屬或者絕緣杯。頂部密封的罐子可以用來(lái)檢測(cè)材料。檢測(cè)杯子可以是蓋著蓋子的、也可以是杯口敞開(kāi)的。 在確定實(shí)驗(yàn)步驟之前，必須透徹的了解實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路

97、，竟可能的保證待測(cè)杯子的材料不變，其它都可以變，一些可以改變的包括： </p><p>　　1．杯子的形狀；2．各種杯子中待測(cè)液的容量；3．待測(cè)液的起始溫度；4．杯子內(nèi)溫度傳感器探測(cè)針的位置；5．傳感器伸進(jìn)待測(cè)液中的深度。</p><p>　　使用LEGO傳感器：</p><p>　　規(guī)定的溫度變化范圍為50℃到-20℃，但是得注意實(shí)驗(yàn)室的室溫不能太高，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始的溫

98、度可以是50℃。</p><p><b>　　討論</b></p><p>　　各種杯子的保溫效果有什么不同，結(jié)合使用性各有什么特點(diǎn)。</p><p>　　1、根據(jù)杯子的不同來(lái)比較泡沫紙杯比金屬紙杯保溫好，因?yàn)榻饘俦岷门菽埍^熱性好。金屬杯不易拿，泡沫的絕熱性最好。 但總體來(lái)說(shuō)絕緣保溫杯的保溫效果最好。</p><p&

99、gt;　　溫度傳感器在生活中生產(chǎn)中還有很多地方得到運(yùn)用，如生活中的飲水機(jī)，它能利用溫度傳感器對(duì)飲品進(jìn)行加溫保溫。這就是對(duì)溫度傳感器的一種運(yùn)用。</p><p>　　在生產(chǎn)上也有很多運(yùn)用方向，如礦井災(zāi)害探測(cè)機(jī)器人就是結(jié)合溫度傳感器、瓦斯催化傳感器、電化學(xué)一氧化碳傳感器、AD590、超聲波傳感器、碰撞開(kāi)關(guān)、光電編碼器和傾斜傳感器組成的。它能同時(shí)檢測(cè)出礦井的環(huán)境溫度、瓦斯?jié)舛?、一氧化碳濃度。是礦井發(fā)生災(zāi)難后的重要檢測(cè)工

100、具。</p><p><b>　　4.3 碰碰車(chē)</b></p><p>　　搭建構(gòu)思：設(shè)計(jì)一輛小車(chē)，一走迷宮機(jī)器人為基準(zhǔn)，編寫(xiě)程序是小車(chē)沿著直線行走，當(dāng)小車(chē)碰到墻壁時(shí)運(yùn)行程序改變方向，然后調(diào)頭繼續(xù)前進(jìn)，直到撞到終點(diǎn)線小車(chē)停止。使用RCX設(shè)計(jì)碰碰車(chē)，小車(chē)兩邊安裝接觸傳感器。設(shè)計(jì)程序控制小車(chē)，小車(chē)沿著直線前進(jìn)，碰到墻壁調(diào)頭行駛在這個(gè)區(qū)域內(nèi)來(lái)回的運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)幾個(gè)回合后停止，

101、檢測(cè)程序與設(shè)計(jì)的模型。下面的這個(gè)程序使用了兩個(gè)接觸傳感器，分別連接在兩個(gè)不同輸入端口上。程序同樣也可以使用連在一個(gè)輸入端口上的形式。</p><p>　　實(shí)物模擬搭建：具體可參見(jiàn)圖4.4所示</p><p><b>　　圖4.4 碰碰車(chē)</b></p><p>　　控制程序如下圖4.5所示：</p><p>　　圖4.5

102、 碰碰車(chē)的程序控制圖</p><p>　　通過(guò)觸感的感應(yīng)，可以很好地實(shí)現(xiàn)小車(chē)原有的運(yùn)行程序：當(dāng)小車(chē)在直線向前行進(jìn)中撞到墻壁之后停止前進(jìn)，通過(guò)接觸傳感器與障礙物的接觸，然后調(diào)頭再前進(jìn)，再撞到終點(diǎn)處的墻壁就停止。</p><p>　　在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中也得到了很好的利用，隨著自動(dòng)生產(chǎn)車(chē)間的普及與應(yīng)用，無(wú)人化自動(dòng)小車(chē)也得到了很大范圍的利用。同時(shí)在流水線生產(chǎn)工序中，需要把生產(chǎn)或著是毛坯及時(shí)的運(yùn)輸?shù)綌?shù)控

103、加工位置上，在一般的加工車(chē)間中通過(guò)人力去驅(qū)使小車(chē)運(yùn)行，從而使人力勞動(dòng)資源得到損耗，從而造成企業(yè)生產(chǎn)成本率的降低，而自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)運(yùn)輸車(chē)的使用，就能很好地彌補(bǔ)以上的缺陷，彌補(bǔ)了人力、物力和時(shí)間浪費(fèi)的缺陷，在降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益上有著重要的意義。</p><p>　　第五章 機(jī)電綜合實(shí)踐訓(xùn)練項(xiàng)目研究</p><p>　　樂(lè)高教育系列以激發(fā)學(xué)生的想象力開(kāi)發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維為主體，再配合極

104、強(qiáng)的可搭建功能、深入擴(kuò)展性，讓學(xué)生能更加透徹的了解運(yùn)用，引導(dǎo)學(xué)生向未來(lái)的科技時(shí)代靠攏，例如機(jī)器人技術(shù)、虛擬科技繼續(xù)等。近幾十年來(lái)，由于科學(xué)技術(shù)的高度發(fā)展讓我們把現(xiàn)代化的信息技術(shù)、科技創(chuàng)新活動(dòng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)有力地給合起來(lái)，培養(yǎng)大學(xué)生的科技創(chuàng)新能力和動(dòng)手實(shí)踐能力，是現(xiàn)代教育的一種主體形式，讓學(xué)生在校學(xué)習(xí)中能充分的接觸機(jī)械、物理、工程、電子信息等技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，作為信息技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)的代表和主要技術(shù)運(yùn)用手段的機(jī)器人技術(shù)，已經(jīng)成

105、為世界各國(guó)爭(zhēng)相研究的頂尖技術(shù)之一。它綜合了機(jī)械學(xué)、力學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)、生物學(xué)、電子學(xué)、控制論、系統(tǒng)工程、人工智能等方面的知識(shí)，實(shí)現(xiàn)階段十分被重視與應(yīng)用的技術(shù)代表。機(jī)器人學(xué)的發(fā)展是機(jī)器人更新?lián)Q代的具體體現(xiàn)，通過(guò)機(jī)器人像關(guān)技術(shù)的研發(fā)室生產(chǎn)生活中必不可缺的環(huán)節(jié)。機(jī)器人已經(jīng)成為一個(gè)重要的生產(chǎn)產(chǎn)品，一個(gè)國(guó)家的機(jī)器人研究水平也逐漸成為這個(gè)國(guó)家實(shí)力的一種標(biāo)志。</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)飛躍發(fā)展，國(guó)民企業(yè)各個(gè)部門(mén)迫切的需求各

106、種各樣性能好、質(zhì)量?jī)?yōu)、效率高、耗能低、價(jià)格低廉的機(jī)械產(chǎn)品。產(chǎn)品設(shè)計(jì)無(wú)疑是決定這種產(chǎn)品的性能、水平、質(zhì)量、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和提高經(jīng)濟(jì)利益的重要環(huán)節(jié)。產(chǎn)品的設(shè)計(jì)包括機(jī)械設(shè)備的工作原理方案、設(shè)備的功能分析等。同時(shí)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)優(yōu)劣程度最終還是取決于生產(chǎn)設(shè)備實(shí)踐與創(chuàng)新的結(jié)合程度，因此在高等院校中開(kāi)發(fā)創(chuàng)新思維、培養(yǎng)創(chuàng)新能力、提高創(chuàng)新實(shí)踐運(yùn)用時(shí)現(xiàn)階段的重要課程。</p><p>　　LEGO教育產(chǎn)品的核心在通過(guò)對(duì)個(gè)人才智的開(kāi)發(fā)，通過(guò)豐

107、富的積木塊能構(gòu)搭建出機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)等多方面學(xué)科于一體的多功能機(jī)器人。通過(guò)LEGO積木塊的搭建，能培養(yǎng)出學(xué)生強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識(shí)和對(duì)知識(shí)獲取的強(qiáng)烈欲望以及對(duì)樂(lè)高機(jī)器人產(chǎn)生的濃厚興趣，是學(xué)生之間的團(tuán)隊(duì)合作精神得到充分的發(fā)揮。從而能是學(xué)生更好的去探索知識(shí)、獲取知識(shí)和運(yùn)用知識(shí)。從而的出新的構(gòu)思靈感。</p><p>　　體現(xiàn)的過(guò)程可參照以下步驟：</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)與搭建，完成你的創(chuàng)意；

108、</p><p>　?。?）在計(jì)算機(jī)上編寫(xiě)程序，將你的創(chuàng)意盡情展現(xiàn)；</p><p>　　（3）把編好的程序通過(guò)紅外發(fā)射器載到RCX上，與機(jī)器人進(jìn)行連接；</p><p>　?。?）執(zhí)行和測(cè)試，實(shí)現(xiàn)你的靈感，循環(huán)反復(fù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和修改的原則，從而順利的完成設(shè)計(jì)目標(biāo)。通過(guò)以上的社會(huì)實(shí)踐運(yùn)用。讓學(xué)生能充分的分析問(wèn)題，提出問(wèn)題并解決問(wèn)題，進(jìn)而進(jìn)一步提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神<

109、;/p><p>　　以下從實(shí)物搭建與程序控制方面著手，來(lái)對(duì)創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練項(xiàng)目展開(kāi)深入的探討與研究：</p><p>　　5.1 解決走不直問(wèn)題的機(jī)構(gòu)</p><p>　　問(wèn)題：用兩個(gè)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)輪子驅(qū)使機(jī)器人行進(jìn)，機(jī)器人前進(jìn)過(guò)程中即使兩個(gè)馬達(dá)設(shè)定相同的能量級(jí)別，放到平整的地面上，由于兩個(gè)馬達(dá)并不會(huì)輸出絕對(duì)相同動(dòng)力，還會(huì)使機(jī)器人前進(jìn)時(shí)逐漸偏離出發(fā)的方向，運(yùn)動(dòng)的軌跡成為弧線。

110、</p><p>　　解決這個(gè)問(wèn)題的方案有很多種：</p><p>　　(1)找兩個(gè)精度相差很小，速度盡量匹配的馬達(dá)安裝在機(jī)器人上，這樣雖然不能是機(jī)器人非常筆直的行走但也能將偏移量形成最小化。</p><p>　?。?）用程序來(lái)控制兩個(gè)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，在程序中選擇最為合適的能量等級(jí)對(duì)馬達(dá)進(jìn)行控制，當(dāng)機(jī)器人運(yùn)行發(fā)生變化時(shí)通過(guò)程序?qū)ζ溥M(jìn)行調(diào)整，使機(jī)器人直線行走。</p

111、><p>　?。?）使用用傳感器也能使機(jī)器人直線行走，這種方法是現(xiàn)實(shí)生活中使用量比較大的。具體如下：在機(jī)器人的運(yùn)行系統(tǒng)中加入反饋裝置，對(duì)應(yīng)外界的變化通過(guò)反饋裝置使用傳感器來(lái)調(diào)整每個(gè)馬達(dá)的運(yùn)行速度。</p><p>　　(4)使用齒輪也能讓機(jī)器人直線行走，使用一個(gè)角度傳感器，可以使驅(qū)動(dòng)輪之間的速度差取代轉(zhuǎn)輪的實(shí)際速度。另外差速齒輪具有加減速度的功能，將差速齒輪與驅(qū)動(dòng)齒輪在一起，它會(huì)將傳動(dòng)方式傳遞