【文章內(nèi)容簡介】 盤 連桿及搖桿 武漢科技大學光機電專業(yè)畢業(yè)設計 8 階梯軸 套筒 武漢科技大學光機 電專業(yè)畢業(yè)設計 9 沉浮機構三維圖 總 裝 圖 連 接 盤 底 座 支 架 武漢科技大學光機 電專業(yè)畢業(yè)設計 10 階 梯 軸 帶 孔 圓 盤 系統(tǒng)概述 整個魚分為三部分：頭部（包括魚鰭），身體，尾部；魚鰭只控制魚的向前游動，而身體是魚的主要部分，控制電路及電機和相關驅(qū)動電路都在其中，尾部可以分為兩部分，都是進行左右擺動，這兩部分都是通過電機控制的連桿來控制的。 在魚頭部裝有兩個魚須，它代表兩個簡易的傳感器，在魚須的外部用帶橡膠的套套住，以防止水導電，內(nèi)部裸露，在內(nèi)部的須中裝有一個外 套環(huán)，給這個同樣裸線套環(huán)上加上高電平，當魚在規(guī)定的水域中游動時，若魚須碰到障礙物，內(nèi)部的須線便接觸到外套環(huán)，此時魚須上也為高電平，便可以利用這個信號給主控單片一個中斷。 另外，整個魚密封設計，利用高彈性的橡膠制作魚的外皮。電源部分能夠自動感知電源的不足，及時報警，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，只需在魚體上加上外接電源插頭就可以了。這些需要一些相關輔助電路。我們做的只是近似魚的行為模擬，若進行其他設計，可以在上面加一些其他的傳感器件，也可以把它設計成有線控制，這樣對魚武漢科技大學光機 電專業(yè)畢業(yè)設計 11 的控制更加直接 ，實時。 MC68HC908MR8 簡介 MC68HC908MR8 是摩托羅拉公司推出的專用于進行馬達控制 MR 系列單片機的一種，其主要接口如下： a) 具有六路 PWM 輸出，可控制六個電機，在機器魚上可用四個 PWM 輸出控制四路電機，分別控制魚的尾部和身體擺動。 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，接收電位計傳來的模擬信號，來控制電機的方位。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)中需要進行無線遙控控制，因此對 PTB0、 PTB1 用其復用功能 (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)中不需要對電機進行糾錯保護措施，故沒有用到該口的 FAULT1 復用功能，改口仍作為普通 I/O 口。 武漢科技大學光機 電專業(yè)畢業(yè)設計 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： 擺動機構設計 機器魚的游動機理依據(jù) “波動理論 ”，模仿金槍魚的外形，依靠身體的后控制發(fā)射模塊 控制接受模塊 電源部分 電壓不夠時報警電路 68HC908MR8 電機 驅(qū)動 芯片 L293D 電機 驅(qū)動 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 武漢科技大學光機 電專業(yè)畢業(yè)設計 13 半部分和尾部擺動而游動。所謂 “波動理論 ”主要以魚的脊椎曲線為研究對象，認為魚體之所以能夠前進 ,是由于脊椎曲線帶動它所包絡的流體向后噴出 ,產(chǎn)生推力。我們認為魚體在水中作波動運動 ,其游動形態(tài)類似一列正弦波。機器魚依靠動力機構使尾巴左右等幅擺動，從而在水中形成一列正弦波，推動魚體游動，進而完成魚兒的各種動作。尾部波動的形成，需要兩個必要的因素 。首先要有一個振源，也就是說，需要尾部產(chǎn)生一個周期性的往復運動。我們選擇了四連桿機構將電機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成為擺桿的往復運動。為了能夠等幅擺動，不產(chǎn)生急回特性，我們選擇了 III 型曲柄搖 桿機構，根據(jù)其擺動的幅度，確定了各桿件的長度，考慮到魚體內(nèi)的空間有限，確定擺動角為 40176。，曲柄長度為 ，連桿為 15mm，擺桿為 100mm。為了將四連桿機構固定在魚體內(nèi)，我們特意設計了支撐架。將曲柄設計成圓盤，用于支撐連桿與擺桿；再將曲柄軸固定在支撐架上；同時，電機也固定在支撐架上，電機軸與曲柄軸通過聯(lián)軸器相連；最后，將支撐板固定在魚體上，完成整個固定工作。 尾 部彈性設計 尾部波動的形成，還要求尾部是一個彈性體，這樣擺動機構的擺動才能夠形成一束波向后傳播，推動包絡在周圍的水以獲得向前的動力。 因此，我們選擇用彈性適中的彈簧來作為尾部的主要構架。彈簧的剛性需控制在一定范圍內(nèi)，太硬會導致?lián)p耗太多的電機功率，而太軟又無法保持魚的形體。 轉(zhuǎn)彎設計 尼莫的轉(zhuǎn)彎原理參考了真魚的動作，主要依靠尾部的偏轉(zhuǎn)以及游動的慣性。幫助擺動機構停留在轉(zhuǎn)彎位置的是霍爾傳感器。當機構運行到轉(zhuǎn)彎位置時，霍爾傳感器將產(chǎn)生一個低電平跳變信號輸出給單片機，然后由單片機控制電機停轉(zhuǎn)使擺桿停留在指定位置。這樣，當魚由于慣性前進時，擺桿所停留的一邊所受的阻力較大，從而使魚朝某一方向轉(zhuǎn)向 。武漢科技大學光機 電專業(yè)畢業(yè)設計 14 圖 31 轉(zhuǎn)彎示意圖 沉 浮機構設計 眾所周知，魚通過魚鰾的伸縮實現(xiàn)靈活的沉浮。魚類的上浮和下沉主要靠其腹內(nèi)魚鰾的收縮來實現(xiàn)。魚鰾收縮使得魚體體積發(fā)生變化，進而影響排開水的體積，從而實現(xiàn)上浮下沉。我們采用氣缸排開水的體積來模擬魚鰾的收縮。 我們的 “魚膘 ”采用雙電機驅(qū)動氣缸，在其往復做功的工程中，再配以電磁閥 2,3 的開合，將儲水容器抽成低壓，儲氣容器抽成高壓，然后打開電磁閥 1,使魚吸水，實現(xiàn)魚的下沉；我們將電磁閥 1,2,3 同時打開，利用高壓將水排出，完成魚的上浮動作。 圖 32 沉浮機構原理圖 武漢科技大學光機 電專業(yè)畢業(yè)設計 15 骨架及密封設計 機 器魚尼莫的外形是模仿金槍魚而設計的，跟真魚一樣，也是骨架結(jié)構，并采用主脊柱與肋環(huán)結(jié)構，使魚成為一個整體空腔，便于安裝其他機構。 機器魚的防水是一個難點。普通的航海設備可以采用金屬外殼防水，而機器魚的防水層需要有伸縮性，以保證尾部能夠靈活擺動。經(jīng)過了多次防水實驗，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題。 本章小結(jié) 本章通過對智 能機器魚的設計構思， 機器魚機構三維圖 ，擺動機構設計 ，尾部彈性設計，轉(zhuǎn)彎設計，沉浮機構設計和骨架及密封設計的介紹，使我們 對智能機器魚的機構原 理有了 更加深刻的認識。同時通過對 機構原理的總體框圖 的介紹使讀者對 機器魚的工作原理， 有了更加深刻 的認識，對機器魚更加了解和 熟悉 。 我 們可以對機器魚的認識更加有了一個清晰的認識對它的原理和作用也有了很好的認識對我們以后的科研和學習提供思路。