機(jī)電一體化課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告

機(jī)電小論文

紅外尋跡機(jī)器人的設(shè)計(jì)

姓名：###學(xué)號(hào)：####一、綜述（機(jī)電一體系統(tǒng)）

機(jī)電一體化又稱機(jī)械電子學(xué)，英語(yǔ)稱為Mechatronics，它是由英文機(jī)械學(xué)Mechanics的前半部分與電子學(xué)Electronics的后半部分組合而成。機(jī)電一體化最早出現(xiàn)在1971年日本雜志《機(jī)械設(shè)計(jì)》的副刊上，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)電一體化的概念被我們廣泛接受和普遍應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用,機(jī)電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展。現(xiàn)在的機(jī)電一體化技術(shù)，是機(jī)械和微電子技術(shù)緊密集合的一門技術(shù)，他的發(fā)展使冷冰冰的機(jī)器有了人性化，智能化。

機(jī)電一體化技術(shù)是將機(jī)械技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信號(hào)變換技術(shù)等多種技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到實(shí)際中去的綜合技術(shù)。是現(xiàn)代化的自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備幾乎可以說(shuō)都是機(jī)電一體化的設(shè)備。

研究將電子器件的信息處理和控制功能附加或融合在機(jī)械裝置中的一種復(fù)合化技術(shù)。俗稱機(jī)電一體化。機(jī)械電子學(xué)(mechatronics)是由機(jī)械學(xué)(mechanics)和電子學(xué)(electronics)兩個(gè)詞結(jié)合而成的新詞。其全稱為機(jī)械電子工程學(xué)，英語(yǔ)為mechanicalandelectronicalengineering。機(jī)械電子學(xué)主要研究目的是把機(jī)械技術(shù)與微電子技術(shù)和信息技術(shù)有機(jī)地結(jié)合為一體，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的最優(yōu)化。機(jī)械電子學(xué)可以充分發(fā)揮機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的各自的長(zhǎng)處和特點(diǎn)，促進(jìn)機(jī)械產(chǎn)品的更新?lián)Q代。機(jī)械電子學(xué)系統(tǒng)主要由機(jī)械主體、傳感器、信息處理和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分組成。較高級(jí)的系統(tǒng)不但有硬件，而且還有相應(yīng)的軟件,利用軟件技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)硬件難以實(shí)現(xiàn)的功能,使機(jī)械系統(tǒng)增加柔性。典型的機(jī)械電子系統(tǒng)有數(shù)控機(jī)床、加工中心、工業(yè)機(jī)器人等。機(jī)械電子學(xué)技術(shù)除用于單個(gè)機(jī)器、設(shè)備或一般的生產(chǎn)系統(tǒng)的技術(shù)改造之外，還用于柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、工廠自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化等方面。

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二、所設(shè)計(jì)的紅外機(jī)器人及研制過(guò)程所需器材：(1)兩個(gè)紅外檢測(cè)器

(2)兩個(gè)IRLEDs

(3)兩對(duì)IRLED套管

(4)兩個(gè)220電阻(紅-紅-棕)(5)兩個(gè)1k電阻(棕-黑-紅)

1、連接電路圖

按左邊電路圖連接紅外探測(cè)器

右圖為一連接好的事物圖

2、按以下程序檢測(cè)紅外裝置：

"RoboticswiththeBoe-Bot-TestLeftIrPair.bs2

"TestIRobjectdetectioncircuits,IRLEDconnectedtoP8anddetector"connectedtoP9."{$STAMPBS2}"{$PBASIC2.5}irDetectLeftVARBitDO

FREQOUT8,1,38500irDetectLeft=IN9

DEBUGHOME,"irDetectLeft=",BIN1irDetectLeftPAUSE100LOOP

3、編寫程序"{$STAMPBS2}

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"{$PBASIC2.5}

DEBUG"ProgramRunning!"

irDetectLeftVARBit"Variabledeclarations.irDetectRightVARBitpulseLeftVARWordpulseRightVARWordloopCountVARBytepulseCountVARByte

FREQOUT4,201*,3000"Signalprogramstart/reset.DO"MainRoutine.

FREQOUT0,1,38500"CheckIRdetectors.irDetectLeft=IN3FREQOUT6,1,38500irDetectRight=IN9

IF(irDetectLeft=0)AND(irDetectRight=0)THENpulseCount=1pulseLeft=850pulseRight=650

ELSEIF(irDetectRight=1)THENpulseCount=3pulseLeft=750pulseRight=650

ELSE(irDetectLeft=1)THENpulseCount=3pulseLeft=850pulseRight=750ENDIF

FORloopCount=1TOpulseCountPULSOUT15,pulseLeftPULSOUT12,pulseRightPAUSE15NEXTLOOP

注這個(gè)程序使用稍微不同的方法來(lái)使用驅(qū)動(dòng)脈沖。除了兩個(gè)存儲(chǔ)IR檢測(cè)器輸出的位變量以外，它還使用兩個(gè)字變量來(lái)設(shè)置PULSOUT命令發(fā)

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送的脈沖持續(xù)時(shí)間。irDetectLeftVARBitirDetectRightVARBitpulseLeftVARWordpulseRightVARWord

在DO…LOOP循環(huán)中，用FREQOUT命令發(fā)送38.5kHz的IR信號(hào)給每個(gè)IRLED。當(dāng)1ms脈沖被發(fā)送后，一個(gè)位變量立即存儲(chǔ)IR檢測(cè)器的輸出狀態(tài)。這是很有必要的，因?yàn)槿绻�你等待的時(shí)間超過(guò)一個(gè)命令執(zhí)行的時(shí)間，無(wú)論是否發(fā)現(xiàn)物體，IR檢測(cè)器將返回沒(méi)有探測(cè)到物體的狀態(tài)（1狀態(tài)）。

FREQOUT6,1,38500irDetectLeft=IN3FREQOUT1,1,38500irDetectRight=IN9

在IF…THEN聲明中，程序不是發(fā)送脈沖或調(diào)用導(dǎo)航程序而是設(shè)置用在PULSOUT命令中的參數(shù)Duration的值。IF(irDetectLeft=0)AND(irDetectRight=0)THENpulseCount=1pulseLeft=850pulseRight=650

ELSEIF(irDetectRight=1)THENpulseCount=3pulseLeft=750pulseRight=650

ELSE(irDetectLeft=1)THENpulseCount=3pulseLeft=850pulseRight=750ENDIF

在重復(fù)DO…LOOP循環(huán)之前，要做的最后一件事是發(fā)送脈沖給伺服電機(jī)。注意命令PAUSE的命令參數(shù)不再是20，而是15，因?yàn)橐��?ms檢測(cè)IRLED。

PULSOUT15,pulseLeftPULSOUT12,pulseRightPAUSE15

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4、測(cè)試

RUN已寫的程序，將小車放到測(cè)試道上試驗(yàn)

結(jié)果小車能正確地沿指定路徑前行，表示我們的小車試驗(yàn)成功了，至此試驗(yàn)結(jié)束。

三、課程感想和收獲

經(jīng)過(guò)一學(xué)期的學(xué)習(xí)，我了解到了什么是機(jī)電一體化，以及機(jī)電一體化在生活中的應(yīng)用。我了解到了Boe-Bot機(jī)器人的基本原理，并在以小組合作的形式成功的編譯了紅外尋跡機(jī)器人的基本程序，一步步的認(rèn)識(shí)到程序的基本語(yǔ)言與設(shè)計(jì)。雖然在試驗(yàn)中經(jīng)常碰壁，但從失敗中不斷改進(jìn)程序，使得我們更加了解程序的關(guān)鍵所在。最后較為成功的完成了程序的改進(jìn)，小車也較順利的沿黑帶行走。試驗(yàn)過(guò)程，增強(qiáng)了我們的動(dòng)手能力；在分工過(guò)程中，也增強(qiáng)了我們團(tuán)隊(duì)合作的能力。

擴(kuò)展閱讀：機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)報(bào)告書

《機(jī)電一體化創(chuàng)新設(shè)計(jì)項(xiàng)目》實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱(一)

一、課程簡(jiǎn)介

課程名稱：機(jī)電一體化創(chuàng)新設(shè)計(jì)項(xiàng)目

CreativeDesignofElectromechanicalIntegration

課程代碼：11201*

學(xué)分和總學(xué)時(shí)：3學(xué)分72學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)（上機(jī)）學(xué)時(shí)：30學(xué)時(shí)開課單位：機(jī)電工程學(xué)院

選課對(duì)象：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)

二、課程內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

本項(xiàng)目課程以德國(guó)慧魚公司生產(chǎn)的機(jī)電產(chǎn)品模型為對(duì)象，學(xué)生通過(guò)裝配機(jī)電設(shè)備模型，對(duì)設(shè)備進(jìn)行較為細(xì)致的觀察和分析，從而完成綜合性的設(shè)計(jì)訓(xùn)練過(guò)程。雖然用模型學(xué)生可裝配出各種各樣的產(chǎn)品，但學(xué)生學(xué)習(xí)的重點(diǎn)是選定其中一個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行分析研究；對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行編程運(yùn)行，檢驗(yàn)其功能、性能等效果；初步掌握開發(fā)、設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品的有關(guān)過(guò)程；學(xué)習(xí)查閱資料，為自己的設(shè)計(jì)和分析提供理論依據(jù)。加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，在一定程度上改變工科教學(xué)重理論教學(xué)，輕實(shí)踐環(huán)節(jié)的現(xiàn)狀，使學(xué)生生動(dòng)活潑地進(jìn)行學(xué)習(xí)，較全面地掌握各類機(jī)械機(jī)構(gòu)，機(jī)電一體化機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)編程等基本知識(shí)。

本課程的任務(wù)是，在簡(jiǎn)明扼要的介紹各類裝置之后，對(duì)指定裝置進(jìn)行測(cè)繪，學(xué)生完成所有零件圖、部件圖、最后完成總裝圖設(shè)計(jì)。根據(jù)學(xué)生的能力，還可進(jìn)行相關(guān)的改進(jìn)設(shè)計(jì)、動(dòng)畫設(shè)計(jì)等。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)生還可接觸到機(jī)械裝備的控制、驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)的技術(shù)，學(xué)習(xí)機(jī)械制造中的工藝、工裝、測(cè)量等知識(shí)。

三、實(shí)驗(yàn)教材與實(shí)驗(yàn)考核

本課程通過(guò)對(duì)指定的裝置或模型進(jìn)行測(cè)繪和設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)采用三維設(shè)計(jì)軟件，使學(xué)生對(duì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)和組成等獲得較為豐富的感性認(rèn)識(shí)，對(duì)機(jī)械裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程和設(shè)計(jì)要點(diǎn)有基本概念，為完成后面的設(shè)計(jì)任務(wù)，以及完成將來(lái)的學(xué)習(xí)任務(wù)提供思維源泉。

實(shí)驗(yàn)教材有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、實(shí)驗(yàn)設(shè)備供學(xué)生使用。項(xiàng)目過(guò)程中學(xué)生要自學(xué)Solidworks等三維設(shè)計(jì)軟件，獨(dú)立的完成課程內(nèi)容。

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實(shí)驗(yàn)考核評(píng)分參考平時(shí)成績(jī)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)，設(shè)計(jì)圖紙的質(zhì)量，以及答辯的情況給定。比例基本參考如下：平時(shí)成績(jī)10%，實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)10%，設(shè)計(jì)圖紙的質(zhì)量40%，答辯的情況40%。

四、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容

實(shí)驗(yàn)前，要求學(xué)生掌握與之相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，并在實(shí)驗(yàn)老師的指導(dǎo)下，學(xué)習(xí)相關(guān)的實(shí)踐知識(shí)，熟悉所用儀器設(shè)備的正確操作方法。實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生必須自己動(dòng)手，完成本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書規(guī)定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

實(shí)驗(yàn)學(xué)生以班為單位，三人為一小組。每組學(xué)生在規(guī)定的學(xué)時(shí)數(shù)內(nèi)根據(jù)老師指定，自行完成機(jī)械裝置的模型的拼裝搭建及其它工作。然后以電子版和書面的形式提交：機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建模；完成指定軌跡規(guī)劃的控制程序編程；不少于1000字的設(shè)計(jì)、編程分析報(bào)告。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目明細(xì)表

項(xiàng)目序號(hào)1234567是否實(shí)驗(yàn)所需主要儀必選器設(shè)備名稱德國(guó)慧魚公司生產(chǎn)的機(jī)電產(chǎn)品模型德國(guó)慧魚公司生產(chǎn)的機(jī)電產(chǎn)品模型德國(guó)慧魚公司生產(chǎn)的機(jī)電產(chǎn)品模型德國(guó)慧魚公司生產(chǎn)的機(jī)電產(chǎn)品模型德國(guó)慧魚公司生產(chǎn)的機(jī)電產(chǎn)品模型德國(guó)慧魚公司生產(chǎn)的機(jī)電產(chǎn)品模型德國(guó)慧魚公司生產(chǎn)的機(jī)電產(chǎn)品模型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱實(shí)驗(yàn)屬性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)機(jī)械本體裝配傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分析驅(qū)動(dòng)部件認(rèn)識(shí)傳感器作用分析控制器技術(shù)認(rèn)識(shí)接口技術(shù)認(rèn)識(shí)機(jī)械本體總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)編制控制程序普通普通綜合綜合綜合綜合設(shè)計(jì)熟悉結(jié)構(gòu)的構(gòu)成和功能分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式學(xué)習(xí)各種驅(qū)動(dòng)電機(jī)學(xué)習(xí)各種傳感器學(xué)習(xí)控制器技術(shù)學(xué)習(xí)接口技術(shù)完成機(jī)械結(jié)構(gòu)三維建模設(shè)計(jì)指定軌跡規(guī)劃、完成編制控制程序編程6222223026（課外）√√√√√√√√8設(shè)計(jì)注：本課程實(shí)驗(yàn)總計(jì)40學(xué)時(shí)，安排6次實(shí)驗(yàn)，其中普通實(shí)驗(yàn)占20%，綜合性實(shí)驗(yàn)占30%，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)占50%。

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一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、提高學(xué)生的動(dòng)手能力以及空間想象力；

2、進(jìn)一步加深對(duì)相關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)以及元件的工作原理的理解，深入研究其作用。

3、加深機(jī)電一體化含義的理解，以機(jī)械機(jī)構(gòu)為主，輔之以相關(guān)的控制結(jié)構(gòu)，兩者之間的相互配合共同完成機(jī)械的相關(guān)動(dòng)作。

4、區(qū)分開關(guān)的兩個(gè)不同的作用，一是限位，二是作為計(jì)數(shù)器使用。

二、實(shí)驗(yàn)要求

1、實(shí)驗(yàn)前，先參觀包裝袋的成型剪裁機(jī)器，了解其相關(guān)的工作原理，以及所使用的電動(dòng)機(jī)和傳感器，開關(guān)的作用。

2、完成兩個(gè)機(jī)器的組裝，并編寫相關(guān)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告和草圖，三維圖。3、明確自己所在小組所作的工作，以及自己所做的工作。

三、項(xiàng)目?jī)?nèi)容

1、所在小組完成的是柱式機(jī)器人，該機(jī)器人主要用于對(duì)物件的搬運(yùn)，實(shí)現(xiàn)物件的水平移動(dòng)，上下移動(dòng)以及圓周運(yùn)動(dòng)。所用到的主要機(jī)械零件是齒輪，利用齒輪之間的相互配合傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)。該柱式機(jī)器人所用到的電動(dòng)機(jī)有4個(gè)，分別用于控制圓盤的旋轉(zhuǎn)，升降臂的運(yùn)動(dòng)，以及臂的前后運(yùn)動(dòng)和夾緊運(yùn)動(dòng)。所用到8個(gè)傳感器，分別用于限位開關(guān)和計(jì)數(shù)器。限位開關(guān)是主要用于限制相關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，包括圓盤的旋轉(zhuǎn)位置，臂的前后和上下運(yùn)動(dòng)，防止運(yùn)動(dòng)過(guò)位，出現(xiàn)控制問(wèn)題。起計(jì)數(shù)器作用的傳感器臂的上升，以及機(jī)械手的夾取動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)相關(guān)的運(yùn)動(dòng)要求。由相關(guān)的機(jī)械零件的相互配合，實(shí)現(xiàn)開關(guān)計(jì)數(shù)器的工作，通過(guò)其工作帶動(dòng)相關(guān)部件的工作。該機(jī)器人利用直齒圓柱齒輪以及錐齒輪等機(jī)械零件來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的傳遞，再配合以電動(dòng)機(jī)，傳感器和計(jì)算機(jī)的控制，來(lái)完成機(jī)械運(yùn)動(dòng)。體現(xiàn)了機(jī)電一體化技術(shù)的運(yùn)用。

2、我在小組中所完成的工作是：機(jī)械手柱機(jī)構(gòu)裝置的設(shè)計(jì)，包括主要是上升機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)以及整個(gè)裝置的支撐。在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，有一個(gè)電動(dòng)機(jī)，用于懸伸臂

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豎直方向上的直線運(yùn)動(dòng)。還有2個(gè)傳感器，分別起到計(jì)數(shù)器和限位的作用。限位開關(guān)主要是用于控制懸伸梁上升到最高位置的限位作用；計(jì)數(shù)器用的開關(guān)主要是用于由其發(fā)出脈沖，控制懸伸梁豎直方向的直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)控制。中間通過(guò)一根螺桿來(lái)控制懸伸臂的豎直方向運(yùn)動(dòng)。螺桿的不斷旋轉(zhuǎn)，懸伸臂也隨之運(yùn)動(dòng)。

四、機(jī)械手簡(jiǎn)介

mechanicalhand，也被稱為自動(dòng)手，autohand能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。

機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來(lái)抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2～3個(gè)自由度。

機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。

機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒(méi)有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動(dòng)條件。

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五、實(shí)驗(yàn)的機(jī)械手模型說(shuō)明

1、機(jī)械手簡(jiǎn)介

查找相關(guān)資料得知實(shí)驗(yàn)室所提供的模型是“四自由度機(jī)械手”慧魚模型，又稱之為4D機(jī)械人，它能夠?qū)崿F(xiàn)四個(gè)自由度分別是底座的旋轉(zhuǎn)、機(jī)械手的前后移動(dòng)、機(jī)械臂的上下移動(dòng)和機(jī)械手部的夾緊和放松。因此操作范圍大，靈活性好。該機(jī)械手四需要驅(qū)動(dòng)個(gè)地方均采用的動(dòng)力源為直流電機(jī)。

該機(jī)械手是通過(guò)計(jì)算機(jī)LLwine控制軟件，按照軌跡規(guī)劃，編輯模型的指令程序，指令程序?qū)崿F(xiàn)定時(shí)等信號(hào)的輸出，再經(jīng)過(guò)信號(hào)接口盒，轉(zhuǎn)變輸出較強(qiáng)電信號(hào)，足以驅(qū)動(dòng)電機(jī)，同時(shí)可以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和通電時(shí)間，從而控制機(jī)器模型進(jìn)行正確的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

該系統(tǒng)電機(jī)只需要恒定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)電信號(hào)來(lái)控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)。加速度不需要控制，正常啟動(dòng)電機(jī)即可。在位移控制上，機(jī)械手的所有運(yùn)動(dòng)都有行程限位開關(guān)控制推桿前后移動(dòng)的極限位移。

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2、本人主要負(fù)責(zé)的機(jī)械手柱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）總設(shè)計(jì)圖

（2）主要部分說(shuō)明

限位開關(guān)主要是用于控制懸伸梁上升到最高位置時(shí)的限位作用；

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計(jì)數(shù)器用的開關(guān)主要是用于由其發(fā)出脈沖，控制懸伸梁豎直方向的直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)控制。

懸伸梁的上升下降主要靠螺桿與螺母的的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)配合下完成。

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（3）柱式機(jī)械手總裝配圖

結(jié)合其他組員的模型，完成總裝配圖。

六、設(shè)計(jì)內(nèi)容和方案的說(shuō)明

結(jié)合前面對(duì)實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人模型的說(shuō)明，我們可以得出本次實(shí)驗(yàn)所拼接的機(jī)械手，其具有能在水平面上繞底座轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)械手能夠做里外伸縮移動(dòng)并在垂直平面上實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)。

機(jī)器手具有四個(gè)自由度，有旋轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度、手臂支架前后移動(dòng)的自由度、機(jī)械手臂上下擺動(dòng)的自由度和機(jī)械手夾緊（放松），總共四個(gè)自由度，所以需要四個(gè)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

因此設(shè)計(jì)主要是根據(jù)實(shí)驗(yàn)室里的四自由度機(jī)械手所實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)的，一開始先參照實(shí)驗(yàn)室模型畫出整體的結(jié)構(gòu)原理圖，再根據(jù)原理圖進(jìn)行零部件的設(shè)計(jì)與建模。

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機(jī)械手先放松，通過(guò)機(jī)械手臂上下移動(dòng)機(jī)構(gòu)下降到限定的高度，機(jī)械支架向前移動(dòng)到指定的位置；然后機(jī)械手夾緊工件，機(jī)械手臂向上移動(dòng)到安全的高度，機(jī)械支架向后移動(dòng)到指定位置；通過(guò)旋轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)到指定的位置，然后手臂向下移動(dòng)，手指放松把工件放到指定位置。

機(jī)械手爪的設(shè)計(jì)：

1、機(jī)械手手爪是根據(jù)機(jī)械手作業(yè)要求來(lái)設(shè)計(jì)的。既根據(jù)其應(yīng)用場(chǎng)合設(shè)計(jì)手爪，在滿足作業(yè)要求的前提下，機(jī)械手手爪還要求體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。2、機(jī)械手手爪的萬(wàn)能性與專用性是矛盾的。萬(wàn)能手爪在結(jié)構(gòu)上很復(fù)雜，甚至很難實(shí)現(xiàn)，從工業(yè)實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，應(yīng)著重開發(fā)各種專用的、高效率的機(jī)械手手爪，加之以快速更換裝置，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的多種作業(yè)功能，而不主張用一個(gè)萬(wàn)能的手爪去完成多種作業(yè)，以考慮設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益。3、機(jī)械手手爪的通用性。通用性是指有限的手爪，可適用于不同的機(jī)械手，這就要求末端執(zhí)行器要有標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械接口，使末端執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。4、機(jī)械手手爪要便于安裝和維修，易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。

機(jī)械手腕的設(shè)計(jì)：

1、由于手腕安裝在機(jī)械手末端，因此要求手腕設(shè)計(jì)應(yīng)盡量小巧輕盈，結(jié)構(gòu)緊湊。2、根據(jù)作業(yè)需要，設(shè)計(jì)機(jī)械手手腕的自由度。一般情況下，自由度數(shù)目愈多，腕部的靈活性愈高，對(duì)作業(yè)的適應(yīng)能力也愈強(qiáng)。但自由度的增加，必然使腕部結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，控制更困難，成本也會(huì)相應(yīng)增加。因此，手腕的自由度數(shù)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際作業(yè)要求來(lái)確定。3、為實(shí)現(xiàn)腕部的通用性，要求有標(biāo)準(zhǔn)的連接，以便于和不同的機(jī)械手手爪進(jìn)行連接。4、為保證工作時(shí)力的傳遞和運(yùn)動(dòng)的連貫，腕部結(jié)構(gòu)要有足夠的強(qiáng)度和剛度。5、要設(shè)有可靠的傳動(dòng)間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)，以減小空回間隙，提高傳動(dòng)精度。6、手腕各關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)要有限位開關(guān)，并設(shè)置硬限位，以防止超限造成機(jī)械損壞。

機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)：

1、工作空間的形狀和大小與機(jī)械手手臂的長(zhǎng)度，手臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍有密切的關(guān)系，因此手臂尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)合理，一般滿足其工作空間即可。2、為了提高機(jī)械手運(yùn)動(dòng)速度與控制精度，應(yīng)在保證機(jī)械手手臂有足夠強(qiáng)度和剛度的條件下，盡可能在結(jié)構(gòu)上、材料上設(shè)法減輕手臂的重量。3、應(yīng)盡可能使機(jī)械手手臂各關(guān)

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節(jié)軸相互平行；相互垂直的軸應(yīng)盡可能相交于一點(diǎn)，這樣可以使機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆運(yùn)算簡(jiǎn)化，有利于控制。4、機(jī)械手各關(guān)節(jié)的軸承間隙要盡可能小，以減小機(jī)械間隙所造成的運(yùn)動(dòng)誤差。5、為提高機(jī)械手手臂運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)速度、減小電機(jī)負(fù)載，機(jī)械手手臂相對(duì)其關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸應(yīng)盡可能在重量上平衡。

機(jī)械手的底座：

1、由于腰座要承受機(jī)械手全部的重量和載荷，因此，機(jī)械手腰座的結(jié)構(gòu)要有足夠大的強(qiáng)度和剛度，以保證其承載能力，且腰座是機(jī)械手的第一個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，它對(duì)機(jī)械手末端的運(yùn)動(dòng)精度影響最大，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意腰部軸系及傳動(dòng)鏈的精度與剛度。2、腰部結(jié)構(gòu)要便于安裝、調(diào)整。要有可靠的定位基準(zhǔn)面和調(diào)整機(jī)構(gòu)。且腰座要安裝在足夠大的基面，以保證機(jī)械手在工作時(shí)整體安裝的穩(wěn)定性。3、腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)要有相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置，它包括驅(qū)動(dòng)器及減速器。驅(qū)動(dòng)裝置一般都帶有速度與位置傳感器，以及制動(dòng)器。4、為了減輕機(jī)械手運(yùn)動(dòng)部分的慣量，提高控制精度，要求回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部分由比重較小的鋁合金材料制成，而不運(yùn)動(dòng)的基座是用鑄鐵或鑄鋼材料制成。

七、設(shè)計(jì)小結(jié)

在這個(gè)課程設(shè)計(jì)中，我們這個(gè)團(tuán)隊(duì)一起完成了對(duì)整個(gè)柱式機(jī)械手機(jī)構(gòu)的模型組裝，通過(guò)連接運(yùn)行之后確定了這個(gè)柱式機(jī)械手的可運(yùn)行性。然后我們根據(jù)這個(gè)模型畫出原理圖，通過(guò)討論改良之后確定機(jī)械手的設(shè)計(jì)，在各方面都盡可能優(yōu)化，努力做到更好。

在模型調(diào)試中也出現(xiàn)了很多問(wèn)題，例如沒(méi)有弄清楚電動(dòng)機(jī)的插線位置，造成機(jī)械手的移動(dòng)出現(xiàn)問(wèn)題，沒(méi)有按預(yù)定的方位去夾緊和放下工件。后來(lái)經(jīng)過(guò)老師的教導(dǎo)，我們明白了電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方向弄錯(cuò)。所以我們做課程設(shè)計(jì)時(shí)必須要每個(gè)細(xì)節(jié)都要仔細(xì)去做，清楚機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)原理，這樣才能避免出現(xiàn)更多的問(wèn)題。

通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)以前所學(xué)的理論知識(shí)有了更進(jìn)一步的了解，同時(shí)能更加合理的查閱及利用資料，未達(dá)到課題要求而對(duì)在大學(xué)期間所學(xué)習(xí)的課程進(jìn)行了全面、綜合的鞏固和加深。

這次課程設(shè)計(jì)不用與以往任何一次課程設(shè)計(jì)，它耗時(shí)更長(zhǎng)，合作性更高，要求更加嚴(yán)格細(xì)致。它不僅要求我們能充分利用在校期間所學(xué)的課程的專業(yè)知識(shí)，

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同時(shí)也要求我們有良好的理解力、掌握力和實(shí)際運(yùn)用的靈活度。我們能先通過(guò)模型的組裝運(yùn)行對(duì)課題有深刻理解，然后才畫圖優(yōu)化模型方案，讓我們能充分發(fā)揮自己的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。我們團(tuán)隊(duì)都大大提高了自己獨(dú)立查閱科技資料的能力、動(dòng)手能力以及分析問(wèn)題能力，并體會(huì)到科技制作的樂(lè)趣。

八、參考文獻(xiàn)

1、《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》張建民等編著北京理工大學(xué)出版社1996年8月2、《機(jī)械系統(tǒng)的微機(jī)控制》陳強(qiáng)、解云龍等編著清華大學(xué)出版社1999年8月3、（參考：慧魚技術(shù)實(shí)驗(yàn)系列機(jī)器人技術(shù)軟件手冊(cè)，F(xiàn)ischertechnik）。

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