乐高机器人机电一体化创新设计

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1、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

2、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

3、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。它依据的标准就是乐高单位，而且积木有严格的质量保持，乐高积木模具公差仅为0.000005米。可以巧妙地利用乐高积木的特点——梁、块、板和孔之间的关系——完善你的结构，完成你独一无二的设计。1.支承元件2.传动元件2.传动元件3.动力元件－乐高马达内置多级减速传动链属性高速马达低速马达微马达最大电压9VDC9VDC9VDC最小电流（无负载）100mA10Ma5mA最大电流（stall）450

4、mA250mA90mA最大速度（无负载）4000rpm300rpm30rpm在一般负载下的速度2500rpm200rpm25rpm马达连接RCX的A~C输出端口。可通过软件编程对马达进行如下控制：1.正向旋转，停止；2.反向旋转，停止；3.改变旋转方向；4.加速或减速。4.传感器触动传感器光电传感器角度传感器目前，乐高机器人提供四种标准传感器：光电、温度、角度及触动传感器。触动传感器：触动开关需连接到RCX输入端或乐高8路输入和输出接口中黄色输入通道(１～４)。类型和供电要求:无源数字传感器典型应用和说明:实例1：当机器人碰到障碍物时，控制机器人后退、转弯。实例2：在电梯模型中，可以作为

5、楼层的触动按钮。温度传感器需连接到RCX输入端或乐高8路输入和输出接口板上的黄色输入通道（１～４）。测量范围：-20°C~+50°C类型和供电要求:无源模拟传感器典型应用和说明:实例1：观测一杯热水散热时温度的变化。实例2：当温度达到一定值时，控制马达转动。光电传感器传感器测试范围0.6Lux(0%)~760Lux(100%)。利用该传感器，你可以：-通过检测光强变化计数-通过测试反向光强来辨别颜色-测量一个光源的光强类型和供电要求:有源模拟传感器典型应用和说明:实例1：沿黑线机器人；实例2：在交通模型中，控制路灯在晚上自动打开；实例3：测量房间光线的分布，考查房间照明是否合理。在竞速

6、赛时，拍摄数字图片。角度/位置传感器可连接到RCX输入端或乐高8路输入和输出接口板上的蓝色输入通道（５～８）。利用这个传感器，你可以：-测试旋转方向-发送一个运动，测量旋转位置注意：不要将马达直接联接到位置传感器，否则会大大缩短传感器使用寿命类型和供电要求:有源数字传感器 典型应用和说明:实例1：测量车子走过的距离；实例2：获取机械手臂的位置；实例3：获取电梯到达的位置。DCP在实际应用中，需要采集不同的物理量以实现不同的目的，4种传感器可能不够。为此，乐高与DCP公司合作开发了LEGODCP适配器，可将DCP公司的工业传感器与RCX连接起来，让机器人采集高精度的电压、温度、湿度、pH值、

7、声音、旋转/位移、压力等信号，让您的机器人更好地响应外部环境。除了DCP传感器，如果感兴趣，您还可以根据需要，开发自己的传感器，与RCX连接，让您的机器人更好地感觉外部世界。其它传感器A．电压传感器：测量范围：电压±25V，内阻抗：410kΩB．温度传感器：可以测量-30°C~130°C温度C．湿度传感器：可以测量0~100%的相对湿度（温度范围-20度到80度）D．旋转/位移传感器：360°旋转