实验一

实 验 名 称： 可拼装智能模型实验

实 验 简 介：“慧鱼教具及创意组合模型”，又称为“工程积木”，“智慧魔方”。它集教具和仿真模型于一身，是科技知识启蒙、创造性思维训练及创造力开发的最佳载体。“慧鱼教具及创意组合模型”是由德国发明家、企业家、当今世界拥有专利最多（5000项）的Artur Fischer博士于1964年发明问世的。菲舍尔博士因此还荣获了德国诺贝尔工程奖。“慧鱼”的技术含量极高。目前，国际最前沿的工程技术，如仿生技术、气动技术、传感技术、计算机技术以及机器人技术等，在“慧鱼”中都实现了微型仿真替代。“慧鱼”有各种型号和规格的零件近千种，一般工程机械制造所需要的零部件如连杆、齿轮、马达、涡轮，以及汽缸、压缩机、发动机、离合器，甚至热（光、触、磁）敏传感器、信号转换开关、计算机接口等等，在“慧鱼”中都可以找到。因此，“慧鱼教具及创意组合模型”零部件的仿真度，几乎能够实现任何复杂技术过程和大型设计的模型，使之真实地“再现”。该实验设备能够组装各种机械及设备，将其用于辅助理论教学，将使学生获得很强的感性认识，并且能发挥其无限的创造力。

适 用 课 程：  机械原理    

实 验 目 的：A通过对动手组建模型，连线，编程，运行程序控制模型等各阶段学习后，对慧鱼创意组合模型的运作方法有一个初步的熟悉；B了解基本的机械结构和特点掌握电气动控制工业技术的基本概念、分类及特点；C了解电气动元件的工作原理、种类和实际应用方式，电气动控制系统的组成和结构掌握基本的电气动控制技术的应用，了解现代自动化控制系统的结构和特点；D在机构创新实验的基础上利用实验模型零件拼装创新机构实物模型。  

面 向 专 业：  机械类    

实验项目性质： 设计性（课内选做/课外开放）

计 划 学 时：  8学时    

实 验 分 组：  4人/组

面 向 专 业：  机械类  

实 验 要 求：A预习《机械原理实验指导书》中实验目的、原理、设备、操作步骤或说明，并写出预习报告，提出设计方案；实验前没有预习报告者不能够进行实验；B 进行实验时衣着整齐，遵守实验室管理规定、学生实验守则、仪器设备操作规定等相关规定，服从实验技术人员或实验教师的指导与管理。  

开 放 地 点： 教一楼——218室（机械系统创新实验室）

开 放 办 法： 先登陆网站进行网上预约或到实验室填写预约表进行预约，根据预约时间提前预习写出预习报告、进行实验。  

开 放 时 间：  以网上公告或实验室时间安排为准  

实 验 分 组：  4人/组

实 验 照 片：

实验一 可拼装智能模型实验

“慧鱼教具及创意组合模型”，又称为“工程积木”，“智慧魔方”。它集教具和仿真模型于一身，是科技知识启蒙、创造性思维训练及创造力开发的最佳载体。“慧鱼教具及创意组合模型”是由德国发明家、企业家、当今世界拥有专利最多（5000项）的Artur Fischer博士于1964年发明问世的。菲舍尔博士因此还荣获了德国诺贝尔工程奖。“慧鱼”的技术含量极高。目前，国际最前沿的工程技术，如仿生技术、气动技术、传感技术、计算机技术以及机器人技术等，在“慧鱼”中都实现了微型仿真替代。“慧鱼”有各种型号和规格的零件近千种，一般工程机械制造所需要的零部件如连杆、齿轮、马达、涡轮，以及汽缸、压缩机、发动机、离合器，甚至热（光、触、磁）敏传感器、信号转换开关、计算机接口等等，在“慧鱼”中都可以找到。因此，“慧鱼教具及创意组合模型”零部件的仿真度，几乎能够实现任何复杂技术过程和大型设计的模型，使之真实地“再现”。该实验设备能够组装各种机械及设备，将其用于辅助理论教学，将使学生获得很强的感性认识，并且能发挥其无限的创造力。

一、 实验目的

1. 通过对动手组建模型，连线，编程，运行程序控制模型等各阶段学习后，对慧鱼创意组合模型的运作方法有一个初步的熟悉；

2. 了解基本的机械结构和特点掌握电气动控制工业技术的基本概念、分类及特点；

3. 了解电气动元件的工作原理、种类和实际应用方式，电气动控制系统的组成和结构掌握基本的电气动控制技术的应用，了解现代自动化控制系统的结构和特点；

4. 在机构创新实验的基础上利用实验模型零件拼装创新机构实物模型。

二、 实验设备和工具

1. 机械构件

机械构件主要包括：齿轮、联杆、链条、履带、齿轮（普通齿轮、锥齿轮、斜齿轮、内啮合齿轮、外啮合齿轮）、齿轴、齿条、涡轮、涡扦、凸轮、弹簧、曲轴、万向节、差速器、轮齿箱、铰链等。

2. 电气构件

电气构件主要包括：直流电机（9V双向），红外线发射接收装置、传感器（光敏、热敏、磁敏、触敏），发光器件，电磁气阀，接口电路板，可调直流变压器（9V，1A，带短路保护功能）。接口电路板含电脑接口板、PLC接口板。新型的运用可控制所有马达电动模型的红外线遥控装置由一个强大的红外线发射器和一个微处理器控制的接收器组成。有效控制范围为10米，分别可控制3个马达。

3. 气动构件

气动构件主要包括：储气罐、气缸、活塞、气弯头、手动气阀、电磁气阀、气管等。

4. 计算机及相关编程软件

三、 实验原理与方法

1. 基本构件装配方法（见图1-1）

2. 模型接线方法

（1）确定导线的长度

导线长度的确定请参考每个组合包中的操作手册里推荐的导线长度，也可以根据自己模型的实际位置以及走线的合理布置选择合适的长度。

图1-1 基本构件装配方法

（2）接线头的连接方法，如图1-2：

图1-2 模型导线接线制作

① 先确定导线的长度，数量；

② 导线两头分叉3cm左右；

③ 两头分别剥去塑料护套，露出约4mm左右的铜线，把铜线向后弯折，插入线头旋紧螺丝；

④ 重复以上步骤，完成接线头。

1 导线沿着构件的凹槽走	2 导线在基板上走
3 导线穿过线卡	4 导线可以在基板下穿过

图1-3 规范走线的方法 图1-4 智能接口板

4. 模型控制器

慧鱼智能接口板（如图1-4 所示）自带微处理器，通过串口与计算机相连，在计算机上编好的程序可以下载到接口板的微处理器上，它可以不用计算机独立地处理程序。它有以下几个特点：自带微处理器、程序可在线和下载操作、用LLWin或高级语言编程、通过RS232串口与电脑连接、四路马达输出、八路数字信号输入、二路模拟信号输入、断电程序不丢失、输入输出可扩展。

5. 编程软件

用电脑控制模型时，采用LLWin软件或高级语言如C、C＋＋、VB等编程。LLWin软件是一种图形化编程软件，简单易用，实时控制。包含17种功能模块，可任意组合编程，图形化显示，全自动连线。

有关使用LLWin编程的详细说明请参阅LLWin软件手册。

6. PLC控制方式

PLC控制方式 中模型装配好以后，请注意输入输出点数，一个马达有正反两种转向，需要使用PLC两个输出点。还要注意电机电压，电机电压有两种，一种是直流9伏，另一种是直流24伏。如果PLC是继电器型输出，请外接相应的直流电源，如果是其他输出方式，对于直流9伏的马达要考虑增加PLC转接板。

7. 单片机控制方式

单片机控制方式 中，我们可以利用学校现有的单片机设备，自己设计制作控制电路对模型进行控制。

图1-5 LLWin编程界面 图1-6 VB编程界面

四、 实验步骤

1． 先选出第一步骤所要的构件，按照图示或设计要求装配完成第一步；

2. 再选出第二步骤所要的构件，此时已完成装配部分为黑白色，按照图示装配完成第二步；

3. 用同样的方法依次类推直到完成最后一步；

4． 机械构件装配时要确保构件到位，不滑动；

5． 电子构件装配时要注意电子元件的正负极性，接线稳定可靠，没有松动；

6． 气动构件装配时要注意气管各连接处密封可靠，不要有漏气现象；

7． 整个模型完成后还要考虑模型的美观，整理布线要规范。

五、 注意事项

1． 根据每个组合包操作手册中所列零件清单，分别存放零件；

2. 做实验时按需领取零件，做完实验把所有零件分门别类规放原处，尤其是要避免小零件的丢失和损坏；

3. 装配机械模型过程中，注意零件的尖角，避免划伤；

4． 模型编程调试前必须进行接口测试，经过手动调试后方可进行。

实验一 可拼装智能模型实验 实验报告

班级：_________ 姓名：__ ________学号：______ ____ 日期：____ _____

一、实验目的

二、实验要求

三、设计题目

四、方案拟定

五、实验结果

1. 模型方案示意图

2. 搭接模型

3. 设计方案评述（就其是否满足设计要求作必要的说明）

4. 模型控制，编程流程图

5. 设计方案改进建议

六、感想与体会