【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 盤(pán) 連桿及搖桿 武漢科技大學(xué)光機(jī)電專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 階梯軸 套筒 武漢科技大學(xué)光機(jī) 電專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 沉浮機(jī)構(gòu)三維圖 總 裝 圖 連 接 盤(pán) 底 座 支 架 武漢科技大學(xué)光機(jī) 電專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 階 梯 軸 帶 孔 圓 盤(pán) 系統(tǒng)概述 整個(gè)魚(yú)分為三部分：頭部（包括魚(yú)鰭），身體，尾部；魚(yú)鰭只控制魚(yú)的向前游動(dòng)，而身體是魚(yú)的主要部分，控制電路及電機(jī)和相關(guān)驅(qū)動(dòng)電路都在其中，尾部可以分為兩部分，都是進(jìn)行左右擺動(dòng)，這兩部分都是通過(guò)電機(jī)控制的連桿來(lái)控制的。 在魚(yú)頭部裝有兩個(gè)魚(yú)須，它代表兩個(gè)簡(jiǎn)易的傳感器，在魚(yú)須的外部用帶橡膠的套套住，以防止水導(dǎo)電，內(nèi)部裸露，在內(nèi)部的須中裝有一個(gè)外 套環(huán)，給這個(gè)同樣裸線套環(huán)上加上高電平，當(dāng)魚(yú)在規(guī)定的水域中游動(dòng)時(shí)，若魚(yú)須碰到障礙物，內(nèi)部的須線便接觸到外套環(huán)，此時(shí)魚(yú)須上也為高電平，便可以利用這個(gè)信號(hào)給主控單片一個(gè)中斷。 另外，整個(gè)魚(yú)密封設(shè)計(jì)，利用高彈性的橡膠制作魚(yú)的外皮。電源部分能夠自動(dòng)感知電源的不足，及時(shí)報(bào)警，由于采用外部密封，所以使電源能夠充電，而不必經(jīng)常更換電池，只需在魚(yú)體上加上外接電源插頭就可以了。這些需要一些相關(guān)輔助電路。我們做的只是近似魚(yú)的行為模擬，若進(jìn)行其他設(shè)計(jì)，可以在上面加一些其他的傳感器件，也可以把它設(shè)計(jì)成有線控制，這樣對(duì)魚(yú)武漢科技大學(xué)光機(jī) 電專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 的控制更加直接 ，實(shí)時(shí)。 MC68HC908MR8 簡(jiǎn)介 MC68HC908MR8 是摩托羅拉公司推出的專(zhuān)用于進(jìn)行馬達(dá)控制 MR 系列單片機(jī)的一種，其主要接口如下： a) 具有六路 PWM 輸出，可控制六個(gè)電機(jī)，在機(jī)器魚(yú)上可用四個(gè) PWM 輸出控制四路電機(jī)，分別控制魚(yú)的尾部和身體擺動(dòng)。 b) 并口 A(PTA0/ATD0~PTA3/ATD3),該四路接口為普通 I/O 口與內(nèi)置的模數(shù)轉(zhuǎn)換接口復(fù)用。該系統(tǒng)只用了其中的兩路作為模數(shù)轉(zhuǎn)換接口，接收電位計(jì)傳來(lái)的模擬信號(hào)，來(lái)控制電機(jī)的方位。其余的兩路作為普通 I/O 口用。 c) 并口 B(PTB0~PTB6)，由于該系統(tǒng)中需要進(jìn)行無(wú)線遙控控制，因此對(duì) PTB0、 PTB1 用其復(fù)用功能 (RXD、 TXD),編程用作串行傳輸用。其余為普通 I/O 口。 d) 并口 C(PTC1/FAULT1)，由于本系統(tǒng)中不需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行糾錯(cuò)保護(hù)措施，故沒(méi)有用到該口的 FAULT1 復(fù)用功能，改口仍作為普通 I/O 口。 武漢科技大學(xué)光機(jī) 電專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 總體框圖 為了完成以上功能，需要一些輔助芯片，這些輔助芯片能夠幫助MC68HC908MR8 完成所需要的功能，總體框圖如下： 擺動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)器魚(yú)的游動(dòng)機(jī)理依據(jù) “波動(dòng)理論 ”，模仿金槍魚(yú)的外形，依靠身體的后控制發(fā)射模塊 控制接受模塊 電源部分 電壓不夠時(shí)報(bào)警電路 68HC908MR8 電機(jī) 驅(qū)動(dòng) 芯片 L293D 電機(jī) 驅(qū)動(dòng) 芯片 L293D 畢業(yè) 接觸傳感器 A1 接觸傳感器 A2 M M M 畢業(yè)論文 畢M 充電電路部分 武漢科技大學(xué)光機(jī) 電專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 半部分和尾部擺動(dòng)而游動(dòng)。所謂 “波動(dòng)理論 ”主要以魚(yú)的脊椎曲線為研究對(duì)象，認(rèn)為魚(yú)體之所以能夠前進(jìn) ,是由于脊椎曲線帶動(dòng)它所包絡(luò)的流體向后噴出 ,產(chǎn)生推力。我們認(rèn)為魚(yú)體在水中作波動(dòng)運(yùn)動(dòng) ,其游動(dòng)形態(tài)類(lèi)似一列正弦波。機(jī)器魚(yú)依靠動(dòng)力機(jī)構(gòu)使尾巴左右等幅擺動(dòng)，從而在水中形成一列正弦波，推動(dòng)魚(yú)體游動(dòng)，進(jìn)而完成魚(yú)兒的各種動(dòng)作。尾部波動(dòng)的形成，需要兩個(gè)必要的因素 。首先要有一個(gè)振源，也就是說(shuō)，需要尾部產(chǎn)生一個(gè)周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。我們選擇了四連桿機(jī)構(gòu)將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成為擺桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。為了能夠等幅擺動(dòng)，不產(chǎn)生急回特性，我們選擇了 III 型曲柄搖 桿機(jī)構(gòu)，根據(jù)其擺動(dòng)的幅度，確定了各桿件的長(zhǎng)度，考慮到魚(yú)體內(nèi)的空間有限，確定擺動(dòng)角為 40176。，曲柄長(zhǎng)度為 ，連桿為 15mm，擺桿為 100mm。為了將四連桿機(jī)構(gòu)固定在魚(yú)體內(nèi)，我們特意設(shè)計(jì)了支撐架。將曲柄設(shè)計(jì)成圓盤(pán)，用于支撐連桿與擺桿；再將曲柄軸固定在支撐架上；同時(shí)，電機(jī)也固定在支撐架上，電機(jī)軸與曲柄軸通過(guò)聯(lián)軸器相連；最后，將支撐板固定在魚(yú)體上，完成整個(gè)固定工作。 尾 部彈性設(shè)計(jì) 尾部波動(dòng)的形成，還要求尾部是一個(gè)彈性體，這樣擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的擺動(dòng)才能夠形成一束波向后傳播，推動(dòng)包絡(luò)在周?chē)乃垣@得向前的動(dòng)力。 因此，我們選擇用彈性適中的彈簧來(lái)作為尾部的主要構(gòu)架。彈簧的剛性需控制在一定范圍內(nèi)，太硬會(huì)導(dǎo)致?lián)p耗太多的電機(jī)功率，而太軟又無(wú)法保持魚(yú)的形體。 轉(zhuǎn)彎設(shè)計(jì) 尼莫的轉(zhuǎn)彎原理參考了真魚(yú)的動(dòng)作，主要依靠尾部的偏轉(zhuǎn)以及游動(dòng)的慣性。幫助擺動(dòng)機(jī)構(gòu)停留在轉(zhuǎn)彎位置的是霍爾傳感器。當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行到轉(zhuǎn)彎位置時(shí)，霍爾傳感器將產(chǎn)生一個(gè)低電平跳變信號(hào)輸出給單片機(jī)，然后由單片機(jī)控制電機(jī)停轉(zhuǎn)使擺桿停留在指定位置。這樣，當(dāng)魚(yú)由于慣性前進(jìn)時(shí)，擺桿所停留的一邊所受的阻力較大，從而使魚(yú)朝某一方向轉(zhuǎn)向 。武漢科技大學(xué)光機(jī) 電專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 圖 31 轉(zhuǎn)彎示意圖 沉 浮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 眾所周知，魚(yú)通過(guò)魚(yú)鰾的伸縮實(shí)現(xiàn)靈活的沉浮。魚(yú)類(lèi)的上浮和下沉主要靠其腹內(nèi)魚(yú)鰾的收縮來(lái)實(shí)現(xiàn)。魚(yú)鰾收縮使得魚(yú)體體積發(fā)生變化，進(jìn)而影響排開(kāi)水的體積，從而實(shí)現(xiàn)上浮下沉。我們采用氣缸排開(kāi)水的體積來(lái)模擬魚(yú)鰾的收縮。 我們的 “魚(yú)膘 ”采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)氣缸，在其往復(fù)做功的工程中，再配以電磁閥 2,3 的開(kāi)合，將儲(chǔ)水容器抽成低壓，儲(chǔ)氣容器抽成高壓，然后打開(kāi)電磁閥 1,使魚(yú)吸水，實(shí)現(xiàn)魚(yú)的下沉；我們將電磁閥 1,2,3 同時(shí)打開(kāi)，利用高壓將水排出，完成魚(yú)的上浮動(dòng)作。 圖 32 沉浮機(jī)構(gòu)原理圖 武漢科技大學(xué)光機(jī) 電專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 骨架及密封設(shè)計(jì) 機(jī) 器魚(yú)尼莫的外形是模仿金槍魚(yú)而設(shè)計(jì)的，跟真魚(yú)一樣，也是骨架結(jié)構(gòu)，并采用主脊柱與肋環(huán)結(jié)構(gòu)，使魚(yú)成為一個(gè)整體空腔，便于安裝其他機(jī)構(gòu)。 機(jī)器魚(yú)的防水是一個(gè)難點(diǎn)。普通的航海設(shè)備可以采用金屬外殼防水，而機(jī)器魚(yú)的防水層需要有伸縮性，以保證尾部能夠靈活擺動(dòng)。經(jīng)過(guò)了多次防水實(shí)驗(yàn)，我們采用了在防水布外面涂防水膠的雙層防水方案，很好的解決了防水和伸縮性的問(wèn)題。 本章小結(jié) 本章通過(guò)對(duì)智 能機(jī)器魚(yú)的設(shè)計(jì)構(gòu)思， 機(jī)器魚(yú)機(jī)構(gòu)三維圖 ，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ，尾部彈性設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)彎設(shè)計(jì)，沉浮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和骨架及密封設(shè)計(jì)的介紹，使我們 對(duì)智能機(jī)器魚(yú)的機(jī)構(gòu)原 理有了 更加深刻的認(rèn)識(shí)。同時(shí)通過(guò)對(duì) 機(jī)構(gòu)原理的總體框圖 的介紹使讀者對(duì) 機(jī)器魚(yú)的工作原理， 有了更加深刻 的認(rèn)識(shí)，對(duì)機(jī)器魚(yú)更加了解和 熟悉 。 我 們可以對(duì)機(jī)器魚(yú)的認(rèn)識(shí)更加有了一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)對(duì)它的原理和作用也有了很好的認(rèn)識(shí)對(duì)我們以后的科研和學(xué)習(xí)提供思路。