机电一体化课程实验报告.docx

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1、 机电一体化课程实验报告 机电一体化课程试验报告 机电小论文 红外寻迹机器人的设计 姓名：#学号：#一、综述（机电一体系统） 机电一体化又称机械电子学，英语称为Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics的前半局部与电子学Electronics的后半局部组合而成。机电一体化最早消失在1971年日本杂志机械设计的副刊上，随着机电一体化技术的快速进展，机电一体化的概念被我们广泛承受和普遍应用。随着计算机技术的迅猛进展和广泛应用,机电一体化技术获得前所未有的进展。现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术严密集合的一门技术，他的进展使冷冰冰的机器有了人性化，智能化。 机电一体化技术是将

2、机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进展有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。是现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。 讨论将电子器件的信息处理和掌握功能附加或融合在机械装置中的一种复合化技术。俗称机电一体化。机械电子学(mechatronics)是由机械学(mechanics)和电子学(electronics)两个词结合而成的新词。其全称为机械电子工程学，英语为mechanicalandelectronicalengineering。机械电子学主要讨论目的是把机械技术与微电子技术和信息技术有机地结合为一体，实现整个系统

3、的最优化。机械电子学可以充分发挥机械技术、微电子技术和信息技术的各自的特长和特点，促进机械产品的更新换代。机械电子学系统主要由机械主体、传感器、信息处理和执行机构等局部组成。较高级的系统不但有硬件，而且还有相应的软件,利用软件技术可以实现硬件难以实现的功能,使机械系统增加柔性。典型的机械电子系统有数控机床、加工中心、工业机器人等。机械电子学技术除用于单个机器、设备或一般的生产系统的技术改造之外，还用于柔性制造系统、计算机集成制造系统、工厂自动化、办公自动化、家庭自动化等方面。 机电小论文 二、所设计的红外机器人及研制过程所需器材：(1)两个红外检测器 (2)两个IRLEDs (3)两对IRLE

4、D套管 (4)两个220电阻(红-红-棕)(5)两个1k电阻(棕-黑-红) 1、连接电路图 按左边电路图连接红外探测器 右图为一连接好的事物图 2、按以下程序检测红外装置： “RoboticswiththeBoe-Bot-TestLeftIrPair.bs2 “TestIRobjectdetectioncircuits,IRLEDconnectedtoP8anddetector“connectedtoP9.“$STAMPBS2“$PBASIC2.5irDetectLeftVARBitDO FREQOUT8,1,38500irDetectLeft=IN9 DEBUGHOME,“irDetectL

5、eft=“,BIN1irDetectLeftPAUSE100LOOP 3、编写程序“$STAMPBS2 机电小论文 “$PBASIC2.5 DEBUG“ProgramRunning!“ irDetectLeftVARBit“Variabledeclarations.irDetectRightVARBitpulseLeftVARWordpulseRightVARWordloopCountVARBytepulseCountVARByte FREQOUT4,201*,3000“Signalprogramstart/reset.DO“MainRoutine. FREQOUT0,1,38500“Chec

6、kIRdetectors.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=1TOpul

7、seCountPULSOUT15,pulseLeftPULSOUT12,pulseRightPAUSE15NEXTLOOP 注这个程序使用略微不同的方法来使用驱动脉冲。除了两个存储IR检测器输出的位变量以外，它还使用两个字变量来设置PULSOUT命令发 机电小论文 送的脉冲持续时间。irDetectLeftVARBitirDetectRightVARBitpulseLeftVARWordpulseRightVARWord 在DOLOOP循环中，用FREQOUT命令发送38.5kHz的IR信号给每个IRLED。当1ms脉冲被发送后，一个位变量马上存储IR检测器的输出状态。这是很有必要的，由于假如

8、你等待的时间超过一个命令执行的时间，无论是否发觉物体，IR检测器将返回没有探测到物体的状态（1状态）。 FREQOUT6,1,38500irDetectLeft=IN3FREQOUT1,1,38500irDetectRight=IN9 在IFTHEN声明中，程序不是发送脉冲或调用导航程序而是设置用在PULSOUT命令中的参数Duration的值。IF(irDetectLeft=0)AND(irDetectRight=0)THENpulseCount=1pulseLeft=850pulseRight=650 ELSEIF(irDetectRight=1)THENpulseCount=3pulse

9、Left=750pulseRight=650 ELSE(irDetectLeft=1)THENpulseCount=3pulseLeft=850pulseRight=750ENDIF 在重复DOLOOP循环之前，要做的最终一件事是发送脉冲给伺服电机。留意命令PAUSE的命令参数不再是20，而是15，由于要用5ms检测IRLED。 PULSOUT15,pulseLeftPULSOUT12,pulseRightPAUSE15 机电小论文 4、测试 RUN已写的程序，将小车放到测试道上试验 结果小车能正确地沿指定路径前行，表示我们的小车试验胜利了，至此试验完毕。 三、课程感想和收获 经过一学期的学习

10、，我了解到了什么是机电一体化，以及机电一体化在生活中的应用。我了解到了Boe-Bot机器人的根本原理，并在以小组合作的形式胜利的编译了红外寻迹机器人的根本程序，一步步的熟悉到程序的根本语言与设计。虽然在试验中常常碰壁，但从失败中不断改良程序，使得我们更加了解程序的关键所在。最终较为胜利的完成了程序的改良，小车也较顺当的沿黑带行走。试验过程，增加了我们的动手力量；在分工过程中，也增加了我们团队合作的力量。 扩展阅读：机电一体化课程设计报告书 机电一体化创新设计工程试验教学大纲(一) 一、课程简介 课程名称：机电一体化创新设计工程 CreativeDesignofElectromechanical

11、Integration 课程代码：11201* 学分和总学时：3学分72学时试验（上机）学时：30学时开课单位：机电工程学院 选课对象：机械设计制造及其自动化专业 二、课程内容与试验目的： 本工程课程以德国慧鱼公司生产的机电产品模型为对象，学生通过装配机电设备模型，对设备进展较为细致的观看和分析，从而完成综合性的设计训练过程。虽然用模型学生可装配出各种各样的产品，但学生学习的重点是选定其中一个产品进展分析讨论；对产品进展编程运行，检验其功能、性能等效果；初步把握开发、设计一个产品的有关过程；学习查阅资料，为自己的设计和分析供应理论依据。加强实践教学，培育学生的动手力量，在肯定程度上转变工科教学

12、重理论教学，轻实践环节的现状，使学生生动活泼地进展学习，较全面地把握各类机械机构，机电一体化机构、计算机编程等根本学问。 本课程的任务是，在简明扼要的介绍各类装置之后，对指定装置进展测绘，学生完成全部零件图、部件图、最终完成总装图设计。依据学生的力量，还可进展相关的改良设计、动画设计等。在设计过程中，学生还可接触到机械装备的掌握、驱动、传动的技术，学习机械制造中的工艺、工装、测量等学问。 三、试验教材与试验考核 本课程通过对指定的装置或模型进展测绘和设计，设计时采纳三维设计软件，使学生对设备的构造和组成等获得较为丰富的感性熟悉，对机械装置的设计过程和设计要点有根本概念，为完成后面的设计任务，以

13、及完成将来的学习任务供应思维源泉。 试验教材有试验指导书、试验设备供学生使用。工程过程中学生要自学Solidworks等三维设计软件，独立的完成课程内容。 1 试验考核评分参考平常成绩和试验报告成绩，设计图纸的质量，以及辩论的状况给定。比例根本参考如下：平常成绩10%，试验报告成绩10%，设计图纸的质量40%，辩论的状况40%。 四、试验工程内容 试验前，要求学生把握与之相关的根底学问，并在试验教师的指导下，学习相关的实践学问，熟识所用仪器设备的正确操作方法。试验时，学生必需自己动手，完本钱试验指导书规定的试验内容。 试验学生以班为单位，三人为一小组。每组学生在规定的学时数内依据教师指定，自行

14、完成机械装置的模型的拼装搭建及其它工作。然后以电子版和书面的形式提交：机械构造设计建模；完成指定轨迹规划的掌握程序编程；不少于1000字的设计、编程分析报告。 试验工程明细表 工程序号1234567是否试验所需主要仪必选器设备名称德国慧鱼公司生产的机电产品模型德国慧鱼公司生产的机电产品模型德国慧鱼公司生产的机电产品模型德国慧鱼公司生产的机电产品模型德国慧鱼公司生产的机电产品模型德国慧鱼公司生产的机电产品模型德国慧鱼公司生产的机电产品模型试验工程名称试验属性试验内容试验学时机械本体装配传动机构分析驱动部件熟悉传感器作用分析掌握器技术熟悉接口技术熟悉机械本体总体构造设计编制掌握程序一般一般综合综合

15、综合综合设计熟识构造的构成和功能分析机构的运动方式学习各种驱动电机学习各种传感器学习掌握器技术学习接口技术完成机械构造三维建模设计指定轨迹规划、完成编制掌握程序编程6222223026（课外）8设计注：本课程试验总计40学时，安排6次试验，其中一般试验占20%，综合性试验占30%，设计性试验占50%。 2 一、试验目的 1、提高学生的动手力量以及空间想象力； 2、进一步加深对相关机械构造以及元件的工作原理的理解，深入讨论其作用。 3、加深机电一体化含义的理解，以机械机构为主，辅之以相关的掌握构造，两者之间的相互协作共同完成机械的相关动作。 4、区分开关的两个不同的作用，一是限位，二是作为计数器

16、使用。 二、试验要求 1、试验前，先参观包装袋的成型剪裁机器，了解其相关的工作原理，以及所使用的电动机和传感器，开关的作用。 2、完成两个机器的组装，并编写相关的试验报告和草图，三维图。3、明确自己所在小组所作的工作，以及自己所做的工作。 三、工程内容 1、所在小组完成的是柱式机器人，该机器人主要用于对物件的搬运，实现物件的水平移动，上下移动以及圆周运动。所用到的主要机械零件是齿轮，利用齿轮之间的相互协作传动来实现搬运。该柱式机器人所用到的电动机有4个，分别用于掌握圆盘的旋转，升降臂的运动，以及臂的前后运动和夹紧运动。所用到8个传感器，分别用于限位开关和计数器。限位开关是主要用于限制相关机械构

17、造的运动位置，包括圆盘的旋转位置，臂的前后和上下运动，防止运动过位，消失掌握问题。起计数器作用的传感器臂的上升，以及机械手的夹取动作，实现相关的运动要求。由相关的机械零件的相互协作，实现开关计数器的工作，通过其工作带动相关部件的工作。该机器人利用直齿圆柱齿轮以及锥齿轮等机械零件来实现运动的传递，再协作以电动机，传感器和计算机的掌握，来完成机械运动。表达了机电一体化技术的运用。 2、我在小组中所完成的工作是：机械手柱机构装置的设计，包括主要是上升机构的运动以及整个装置的支撑。在这个构造中，有一个电动机，用于悬伸臂 3 竖直方向上的直线运动。还有2个传感器，分别起到计数器和限位的作用。限位开关主要

18、是用于掌握悬伸梁上升到最高位置的限位作用；计数器用的开关主要是用于由其发出脉冲，掌握悬伸梁竖直方向的直线运动，实现点动掌握。中间通过一根螺杆来掌握悬伸臂的竖直方向运动。螺杆的不断旋转，悬伸臂也随之运动。 四、机械手简介 mechanicalhand，也被称为自动手，autohand能仿照人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以爱护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 机械手主要由手部、运动机构和掌握系统三大局部组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，依据被抓

19、持物件的外形、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种构造形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摇摆）、移动或复合运动来实现规定的动作，转变被抓持物件的位置和姿态。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的敏捷性越大，通用性越广，其构造也越简单。一般专用机械手有23个自由度。 机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹掌握方式可分为点位掌握和连续轨迹掌握机械手等。 机械手通常

20、用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的掌握装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危急物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步进展锻造设备的生产力量，改善热、累等劳动条件。 4 五、试验的机械手模型说明 1、机械手简介 查找相关资料得知试验室所供应的模型是“四自由度机械手”慧鱼模型，又称之为4D机械人，它能够实现四个自由度分别是底座的旋转、机械手的前后移动、机械臂的上下移动和机械手部的夹紧和放松。因此操作范围大，敏捷性好。该机械手四需要驱动个地方均采纳的动力源为直流电机。 该机械手

21、是通过计算机LLwine掌握软件，根据轨迹规划，编辑模型的指令程序，指令程序实现定时等信号的输出，再经过信号接口盒，转变输出较强电信号，足以驱动电机，同时可以掌握电机的正反转和通电时间，从而掌握机器模型进展正确的运动状态。 该系统电机只需要恒定的速度转动，通过电信号来掌握电机实现。加速度不需要掌握，正常启动电机即可。在位移掌握上，机械手的全部运动都有行程限位开关掌握推杆前后移动的极限位移。 5 2、本人主要负责的机械手柱机构设计 （1）总设计图 （2）主要局部说明 限位开关主要是用于掌握悬伸梁上升到最高位置时的限位作用； 6 计数器用的开关主要是用于由其发出脉冲，掌握悬伸梁竖直方向的直线运动，

22、实现点动掌握。 悬伸梁的上升下降主要靠螺杆与螺母的的旋转运动协作下完成。 7 （3）柱式机械手总装配图 结合其他组员的模型，完成总装配图。 六、设计内容和方案的说明 结合前面对试验室机器人模型的说明，我们可以得出本次试验所拼接的机械手，其具有能在水平面上绕底座转动，机械手能够做里外伸缩移动并在垂直平面上实现摇摆。 机器手具有四个自由度，有旋转台转动的自由度、手臂支架前后移动的自由度、机械手臂上下摇摆的自由度和机械手夹紧（放松），总共四个自由度，所以需要四个电机进展驱动。 因此设计主要是依据试验室里的四自由度机械手所实现的功能进展仿真设计的，一开头先参照试验室模型画出整体的构造原理图，再依据原理

23、图进展零部件的设计与建模。 8 机械手先放松，通过机械手臂上下移动机构下降到限定的高度，机械支架向前移动到指定的位置；然后机械手夹紧工件，机械手臂向上移动到安全的高度，机械支架向后移动到指定位置；通过旋转台转动到指定的位置，然后手臂向下移动，手指放松把工件放到指定位置。 机械手爪的设计： 1、机械手手爪是依据机械手作业要求来设计的。既依据其应用场合设计手爪，在满意作业要求的前提下，机械手手爪还要求体积小、重量轻、构造紧凑。2、机械手手爪的万能性与专用性是冲突的。万能手爪在构造上很简单，甚至很难实现，从工业实际应用动身，应着重开发各种专用的、高效率的机械手手爪，加之以快速更换装置，以实现机械手的

24、多种作业功能，而不主见用一个万能的手爪去完成多种作业，以考虑设计的经济效益。3、机械手手爪的通用性。通用性是指有限的手爪，可适用于不同的机械手，这就要求末端执行器要有标准的机械接口，使末端执行器实现标准化。4、机械手手爪要便于安装和修理，易于实现计算机掌握。 机械手腕的设计： 1、由于手腕安装在机械手末端，因此要求手腕设计应尽量小巧轻快，构造紧凑。2、依据作业需要，设计机械手手腕的自由度。一般状况下，自由度数目愈多，腕部的敏捷性愈高，对作业的适应力量也愈强。但自由度的增加，必定使腕部构造更简单，掌握更困难，本钱也会相应增加。因此，手腕的自由度数，应依据实际作业要求来确定。3、为实现腕部的通用性

25、，要求有标准的连接，以便于和不同的机械手手爪进展连接。4、为保证工作时力的传递和运动的连贯，腕部构造要有足够的强度和刚度。5、要设有牢靠的传动间隙调整机构，以减小空回间隙，提高传动精度。6、手腕各关节轴转动要有限位开关，并设置硬限位，以防止超限造成机械损坏。 机械手臂的设计： 1、工作空间的外形和大小与机械手手臂的长度，手臂关节的转动范围有亲密的关系，因此手臂尺寸设计应合理，一般满意其工作空间即可。2、为了提高机械手运动速度与掌握精度，应在保证机械手手臂有足够强度和刚度的条件下，尽可能在构造上、材料上设法减轻手臂的重量。3、应尽可能使机械手手臂各关 9 节轴相互平行；相互垂直的轴应尽可能相交于

26、一点，这样可以使机械手运动学正逆运算简化，有利于掌握。4、机械手各关节的轴承间隙要尽可能小，以减小机械间隙所造成的运动误差。5、为提高机械手手臂运动的响应速度、减小电机负载，机械手手臂相对其关节回转轴应尽可能在重量上平衡。 机械手的底座： 1、由于腰座要承受机械手全部的重量和载荷，因此，机械手腰座的构造要有足够大的强度和刚度，以保证其承载力量，且腰座是机械手的第一个回转关节，它对机械手末端的运动精度影响最大，因此，在设计时要特殊留意腰部轴系及传动链的精度与刚度。2、腰部构造要便于安装、调整。要有牢靠的定位基准面和调整机构。且腰座要安装在足够大的基面，以保证机械手在工作时整体安装的稳定性。3、腰

27、部的回转运动要有相应的驱动装置，它包括驱动器及减速器。驱动装置一般都带有速度与位置传感器，以及制动器。4、为了减轻机械手运动局部的惯量，提高掌握精度，要求回转运动局部由比重较小的铝合金材料制成，而不运动的基座是用铸铁或铸钢材料制成。 七、设计小结 在这个课程设计中，我们这个团队一起完成了对整个柱式机械手机构的模型组装，通过连接运行之后确定了这个柱式机械手的可运行性。然后我们依据这个模型画出原理图，通过争论改进之后确定机械手的设计，在各方面都尽可能优化，努力做到更好。 在模型调试中也消失了许多问题，例如没有弄清晰电动机的插线位置，造成机械手的移动消失问题，没有按预定的方位去夹紧和放下工件。后来经

28、过教师的教育，我们明白了电动机的运行方向弄错。所以我们做课程设计时必需要每个细节都要认真去做，清晰机械手的运动原理，这样才能避开消失更多的问题。 通过这次课程设计，我对以前所学的理论学问有了更进一步的了解，同时能更加合理的查阅及利用资料，未到达课题要求而对在大学期间所学习的课程进展了全面、综合的稳固和加深。 这次课程设计不用与以往任何一次课程设计，它耗时更长，合作性更高，要求更加严格细致。它不仅要求我们能充分利用在校期间所学的课程的专业学问， 10 同时也要求我们有良好的理解力、把握力和实际运用的敏捷度。我们能先通过模型的组装运行对课题有深刻理解，然后才画图优化模型方案，让我们能充分发挥自己的创新力量和实践力量。我们团队都大大提高了自己独立查阅科技资料的力量、动手力量以及分析问题力量，并体会到科技制作的乐趣。 八、