三自由度气动机械手试验参考指导书.doc

三自由度气动机械手试验指导书

目 录

试验1 气动机械手拆装试验 1
试验2 气动机械手测绘试验 2
试验3 气动元器件认知及气路连接试验 3
试验4 单片机键盘识别及应用试验 4
试验5 机械手手柄液晶显示编程试验 5
试验6 气动机械手双单片机控制试验 6
试验7 单片机和计算机通讯试验 7
试验8 基于VB气动机械手动画仿真试验 8
试验9 机械手手柄和计算机机械手虚拟驱动试验 9
试验10 基于VB气动机械手计算机控制试验 10
试验11 气动机械手单片机控制试验 11
试验12 基于PLC控制机械手控制界面设计试验 12
试验13 气动机械手手柄和PLC通讯试验 13
试验14 基于PLC和计算机通讯机械手控制试验 14
试验15 气动机械手PLC控制试验 15
试验16 气动搬运机械手协同作业试验 16
试验17 气动机械手搬运钢球设计试验 17
试验18 基于同一任务液压机械手机构设计试验 18

注：本试验适合于机械类各专业选做。

试验1 气动机械手拆装试验

试验目标
结合学过机械制图相关知识，对三自由度气动机械手进行拆装试验，对每个零部件进行辨识。在拆装过程中，要学会分解拆卸次序，正确地使用工具，为后续学习打下基础。经过该气动机械手拆装，学会怎样辨识零件，学习怎样对一台设备设计合理拆装次序，同时，也要学习对于部分特殊零件养护知识。
试验内容所包含课程或相关课程知识面
该试验包含《机械制图》、《交换性及技术测量基础》等课程相关内容。
试验要求
要求同学们在动手拆之前，先对机械手进行组成份析，并提出初步拆卸次序。经过老师审核后，找齐所需工具，学会怎样应用这些工具，然后进行拆卸。拆卸完成后，要将零件归类，清洗，并对其中部分零件进行养护，养护好进行安装。安装好后，经指导老师检验，要进行运转调试。调试无误，完成试验汇报。
试验步骤
1. 分析机械手组成，提出拆卸次序，交指导老师审核；
2. 依据需要，提出工具表；
3. 根据工具表，领取工具，并学习应怎样应用；
4. 根据拆卸次序，进行操作；
5. 将拆卸下来零件归类，清洗和养护；
6. 拆卸好及部分零件养护后，交指导老师检验。检验合格后，进行安装；
7. 安装好后，经指导老师检验无误后，进行调试；
8. 调试正常后，整理工具，进行总结和撰写试验汇报。
试验仪器和设备
工具、机械手、黄油、万用电表、气泵等。
试验汇报
1. 对机械手进行分析，提出拆卸步骤；
2. 应用工具说明；
3. 拆卸中出现问题和这些问题处理；
4. 思索：经过拆卸发觉该机械手中哪个地方设计是不合理，应怎样改善。

试验2 气动机械手测绘试验

试验目标
结合学过机械制图及交换性和技术测量基础等相关知识，对三自由度气动机械手进行测绘。测绘完成后，整理图纸，并和其它组同学测绘结果进行比较，并弄明白不一致原因，并将测绘图纸交指导老师批阅，着重检验零部件标注信息。经过测绘，使同学们学会对一个设备测绘方法。
试验内容所包含课程或相关课程知识面
该试验包含《机械制图》、《交换性和技术测量基础》等课程相关内容。其中，关键是经过对机械手测绘，学习怎样对测绘零部件进行正确标注，包含尺寸、公差及零部件之间配合关系。
试验要求
要求同学们在测绘之前，依据合理拆卸次序，对机械手进行快速拆卸。学习充足利用手中工具，对每个零件怎样进行正确测量，然后选择适宜表示方法，将该零件或部件表示出来。然后和其它组同学测绘结果进行比较，并弄明白不一样地方，判定正误，完成试验汇报。
试验步骤
1. 根据工具表，领取工具，分组；
2. 对机械手进行快速拆卸；
3. 对拆卸下来零部件进行清洗，擦拭，并进行分类；
4. 对零部件进行测绘；
5. 将测绘结果和其它组同学测绘结果进行比较，找出不一样，判定正误；
6. 安装机械手，交回工具，完成试验汇报。
试验仪器和设备
测绘工具、拆卸工具、机械手。
试验汇报
1. 拆卸后机械手零部件分类，指明哪些是加工件，哪些是标准件外购件）；
2. 零部件测绘结果；
3. 测绘中出现问题和这些问题处理；
4. 思索：为何不一样组间测绘结果会不一致，判别哪个更合理。

试验3 气动元器件认知及气路连接试验

试验目标
结合《液压和气压传动》课程相关知识，对机械手各部分进行拆卸，对其中所包含气动元器件进行认知，画图，并连接气路。经过该试验使同学们认识该机械手中所应用到各气动元件，学会其基础应用方法，学习其养护知识。
试验内容所包含课程或相关课程知识面：
该试验包含《液压和气动传动》课程相关知识。关键包含《液压和气压传动》中气泵、消声器、气压表、空气滤清器、减压阀（三联件）、电磁阀、三通、汇流板、消声塞堵、直通、减径多通、管塞、快速接头、气管、TN型、MAL型、SDA型气缸等气动元器件。
试验要求
要求同学们利用学过知识，辨识各个气动元件，并能正确连接，完成试验汇报。
试验步骤
1. 对照机械手实物，认知多种气动元件，并画出其图形及符号；
2. 拆卸机械手气动元器件部分；
3. 依据机械手连接，完成其各气动元件连接原理图，并说明元件放置次序原因；
4. 气路拆分和连接；
5. 对气动元器件进行养护；
6. 安装机械手，在老师检验无误后，撰写试验汇报。
试验仪器和设备
气泵、机械手、工具。
试验汇报
1. 根据上述步骤要求，画出各气动元件图形符号，并用线条按真实机械手装置进行连接；
2. 画出各气动元器件等轴测图；
3. 写明各气动元器件养护方法；
4. 思索：假如调整各气缸运行速度。

试验4 单片机键盘识别及应用试验

试验目标
结合《单片机原理和应用》课程及机械手手柄原理图，对机械手手柄键盘部分进行认知，并编程。经过该试验能够使同学们认知机械手手柄各部分及其连接关系，为后续应用打下基础。
试验内容所包含课程或相关课程知识面
该试验包含《单片机原理和应用》课程按键识别及编程知识。
试验要求
要求同学们利用学过知识，先应用万用电表，对机械手手柄按键各条线进行测量，搞清楚各个按键连接方法。在清楚连接原理基础上，进行编程，实现各功效信号拾取，完成试验汇报。
试验步骤
1. 对照机械手手柄键盘实物，看懂电路原理图；
2. 依据机械手手柄电路原理图，编写各按键识别软件，及串行口调试；
3. 撰写试验汇报。
试验仪器和设备
机械手手柄、STC型单片机编程器、计算机、万用电表。
试验汇报
1. 根据上述步骤要求，画出机械手手柄电路原理图；
2. 根据机械手功效要求，设定手柄各按键功效；
3. 思索：怎样设置按键信号线使检测按键比较方便编程。

试验5 机械手手柄液晶显示编程试验

试验目标
结合《单片机原理和应用》课程及机械手手柄原理图，对机械手手柄各部分进行认知，并编程显示。经过该试验能够使同学们认知机械手手柄各部分及其连接关系，为后续应用打下基础。
试验内容所包含课程或相关课程知识面
该试验包含《单片机原理和应用》课程相关内容，包含按键识别和LCM液晶编程训练。
试验要求
要求同学们利用学过知识，在清楚原理图基础上，进行编程，完成各功效信号输出及动作文字显示，完成试验汇报。
试验步骤
1. 对照机械手手柄实物，看懂电路原理图；
2. 依据机械手手柄电路原理图，编写各按键识别及LCM液晶显示；
3. 撰写试验汇报。
试验仪器和设备
机械手手柄、STC型单片机编程器、计算机。
试验汇报
1. 根据上述步骤要求，画出机械手手柄电路原理图；
2. 根据机械手功效要求，设定手柄和控制器之间信号协议；
3. 编程使开机时在手柄LCM液晶上显示“三自由度气动教学机械手”字样，并进行自检，然后当按键时，显示该键功效，并向串行口输出该功效信号。
4. 思索：怎样设置信号协议使传送数据尽可能少。

试验6 气动机械手双单片机控制试验

试验目标
结合《单片机原理和应用》及《工业机器人设计》课程及机械手控制器原理图，设计基于双单片机机械手控制，实现应用双单片机对机械手控制。经过该试验能够使同学们认知怎样进行双单片机之间通讯协作，从而完成对机械手控制，为后续应用打下基础。
试验内容所包含课程或相关课程知识面
该试验包含《单片机原理和应用》课程中双机通讯相关内容。
试验要求
同学们利用学过知识，设定手柄和控制器单片机之间通讯协议，完成各功效信号输入、输出及功效控制。在完成控制机械手试验基础上，完成试验汇报。
试验步骤
1. 依据机械手手柄和控制板实物，看懂电路原理图；
2. 根据要求，设定手柄和控制器通讯协议；
3. 根据通讯协议，辨识连接电路；
4. 编写汇编语言程序，实现通讯协议；
5. 机械手运动操作验证；
6. 撰写试验汇报。
试验仪器和设备
气泵、机械手、STC型单片机编程器、计算机 。
试验汇报

1. 画出机械手手柄和控制板电路原理图；
2. 根据机械手功效要求，设定手柄和控制器之间通讯协议；
3. 单片机编程，给出汇编语言程序框图及程序原代码；
4. 思索：怎样设定两单片机通讯协议，使编程更简单。

试验7 单片机和计算机通讯试验

试验目标
经过本试验，使同学们学会怎样实现单片机和计算机通讯。学会应用PL2303芯片或MAX232芯片，应用MScomm控件，实现单片机和计算机通讯，，经过单片机和计算机通信，实现手柄控制三维机械手虚拟模型运动，熟悉计算机串口编程和单片机和计算机通讯原理，为后续应用打下基础。
试验内容所包含课程或相关课程知识面

该试验包含《单片机原理和应用》串行口通讯和《高级计算机编程》中Mscomm控件应用等知识。
试验要求
在清楚单片机和计算机连接原理基础上，采取USB线，将机械手手柄和计算机USB口进行连接。并经过VBMScomm控件编程，实现计算机USB口(虚拟COM口)数据发送和接收，同时对单片机编写串口通讯程序，经过预先设置好协议，实现单片机和计算机通讯，完成试验汇报。
试验步骤
1. 对照机械手手柄实物，看懂电路原理图；
2. 应用USB口线，将计算机和单片机进行连接；
3. 分别编写程序进行调试，完成单片机和计算机通讯；
4. 撰写试验汇报。
试验仪器和设备
机械手手柄、STC型单片机编程器、计算机。
试验汇报
1. 根据上述步骤要求，画出机械手手柄电路原理图；
2. 在计算机上应用VB进行编程，实现对MSCOMM控制应用；
3. 进行双机通讯试验；
4. 思索：应用哪种通讯方法，使二者通讯速度更高。

试验8 基于VB气动机械手动画仿真试验

试验目标
结合《计算机高级语言编程》及机械手运动原理图，在计算机上应用动画，设计控制机械手界面，使之完成机械手信号输入和运动模拟。经过该试验，同学们可学习怎样在计算机上应用高级语言进行和工业控制相关界面设计，和怎样应用OpenGL技术，实现对机械手动画仿真试验，为后续应用打下基础。
试验内容所包含课程或相关课程知识面
该试验包含《计算机高级语言编程》或《Visual Basic应用》等课程相关知识，和VB结合OpenGL技术，结构三维模型。
试验要求
要求同学们充足观察机械手运动规律，利用学过知识，在VB编程环境下，实现界面数据驱动和机械手三维运动仿真，同时了解OpenGL三维图形系统，学会利用OpenGL构建三维立体图形，编写三维图形仿真软件，完成试验汇报。
试验步骤
1. 对照机械手实物，编程绘制基于VB和OpenGL技术机械手三维模型；
2. 进行计算机界面设计;
3. 对所设计软件进行仿真调试；
4. 完成试验汇报。
试验仪器和设备
机械手、 计算机。
试验汇报
1. 根据上述步骤要求，画出机械手运动原理图；
2. 了解OpenGL编程原理及步骤，结构三维实体模型；
3. 根据机械手功效要求，在计算机界面上设定驱动数据输入口；
4. 编程，实现输入数据和机械手运动联动。
5. 思索：怎样使显示三维模型更逼真。

试验9 机械手手柄和计算机机械手虚拟驱动试验

试验目标
经过本试验，使同学们学会怎样实现单片机和计算机通讯具体应用。结合《单片机原理和应用》课程及《计算机高级语言编程》课程相关内容，经过计算机虚拟Com口和单片机串口，利用RS232通讯协议，经过编程实现单片机和计算机通讯软件设计，并进行双方数据驱动，为后续应用打下基础。
试验内容所包含课程或相关课程知识面
该试验包含《单片机原理和应用》串行口通讯和《高级计算机编程》中Mscomm控件应用，并包含到计算机高级语言编程中OpenGL技术。
试验要求
要求同学们利用学过知识和试验，将机械手手柄和计算机USB口连接起来，然后在计算机上进行虚拟机械手设计，可采取VB和OpenGL三维图形系统技术进行编程，结构三维机械手。完成机械手手柄驱动计算机界面上三维虚拟机械手运动模拟，完成试验汇报。
试验步骤
1. 应用USB线将单片机手柄和计算机进行连接；
2. 将机械手手柄发来数据作为计算机界面上虚拟机械手驱动数据；
3. 数据驱动计算机机械手各自由度运动；
4. 应用机械手手柄按键驱动计算机上虚拟机械手；
5. 撰写试验汇报。
试验仪器和设备
机械手手柄、STC型单片机编程器、计算机。
试验汇报
1. 根据上述步骤要求，画出机械手手柄和计算机连接电路原理图；
2. 在计算机上应用VB进行编程，实现对MScomm控件应用；
3. 进行双机通讯试验，并实现机械手手柄对计算机上虚拟机械手驱动试验；
4. 思索：真正USB接口该怎样设计和编程。

试验10 基于VB气动机械手计算机控制试验

试验目标
经过本试验，使同学们学会怎样实现计算机对外部单片机控制。结合《单片机原理和应用》课程及《计算机高级语言编程》课程相关内容，应用虚拟USB接口或串行口，经过编程实现单片机和计算机通讯，并进行双方数据驱动，为后续应用打下基础。
试验内容所包含课程或相关课程知识面
该试验包含《单片机原理和应用》串行口通讯和《高级计算机编程》中Mscomm控件应用，并包含到计算机高级语言编程中OpenGL技术，和计算机和单片机各自通讯原理和之间相互通信技术。
试验要求
要求同学们利用学过知识，将计算机和机械手控制板串行口或虚拟USB口进行连接，在计算机上设计控制界面(采取VB和OpenGL三维图形技术进行编程)，完成对机械手控制。
试验步骤
1. 应用串口线或USB口线，将机械手控制板和计算机进行连接；
2. 编写基于VB机械手控制界面；
3. 双机通讯，实现计算机上驱动界面数据对机械手控制板驱动；
4. 编写程序进行调试，完成计算机对机械手运动控制，同时实现虚拟机械手同时运动；
5. 撰写试验汇报。
试验仪器和设备
机械手、STC型单片机编程器、计算机。
试验汇报
1. 根据上述步骤要求，画出机械手手柄和计算机连接电路原理图；
2. 在计算机上应用VB进行编程，完成对机械手控制界面设计；
3. 进行双机通讯试验，并实现计算机对机械手运动控制；
4. 调试程序，完成计算机虚拟机械手和机械手同时仿真；
5. 思索：在OpenGL编程中，怎样设置虚拟气缸运动速度。

试验11 气动机械手单片机控制试验

试验目标
结合《工业机器人设计》及《单片机原理和应用》课程及机械手控制器原理图，设计基于单片机机械手控制器，实现应用单片机对机械手控制。经过该试验能够使同学们认知怎样应用单片机对机械手进行控制，为后续应用打下基础。
试验内容所包含课程或相关课程知识面
该试验，包含《单片机原理及应用》及《工业机器人设计》课程相关内容。其中《单片机原理及应用》中关键包含到单片机信号输入及输出，和单片机之间串行通讯等内容编程训练；《工业机器人设计》课程中关键包含到机械手控制各自由度运动，怎样实现各自由度之间运动协调等内容。
试验要求
要求同学们利用学过知识，对手柄通讯协议进行修改，结合机械手控制器，完成各功效信号输入、输出及和单片机之间通讯，完成试验汇报。
试验步骤
1. 看懂基于单片机机械手控制原理图；
2. 设定机械手运动次序；
3. 编程，完成单片机对机械手运动控制；
4. 机械手操作验证；
5. 撰写试验汇报。
试验仪器和设备
气泵、机械手、STC型单片机编程器、计算机。
试验汇报
1. 画出基于单片机控制电路原理图；
2. 设定机械手运动次序；
3. 画出程序步骤图；
4. 给出控制程序代码；
5. 思索：光耦在该控制板上作用。

试验12 基于PLC控制机械手控制界面设计试验

试验目标
结合《PLC和电气控制》课程及机械手控制器原理图，设计基于触摸屏界面机械手控制器，实现应用触摸屏界面对机械手进行控制。经过该试验能够使同学们学习怎样对触摸屏界面进行编程，为后续应用打下基础。
试验内容所包含课程或相关课程知识面
该试验包含《PLC和电气控制》课程相关内容，关键包含PLC应用界面编程，和触摸屏界面和PLC通讯等知识。
试验要求
要求同学们利用学过知识，设计PLC触摸屏界面及其和PLC通讯协议，完成各功效信号输入、输出及和控制器之间通讯，完成试验汇报。
试验步骤
1. 根据机械手运动功效要求，设计触摸屏界面并编程；
2. 连接触摸屏界面和PLC；
3. 编程设计完成触摸屏界面和PLC通讯；
4. 进行调试；
5. 撰写试验汇报。
试验仪器和设备
PLC、触摸屏、计算机。
试验汇报
1. 根据机械手运动功效要求，设定触摸屏界面；
2. 写明编程过程；
3. 画出触摸屏界面和PLC连接电路原理图；
4. 思索：怎样简练地实现触摸屏对PLC控制。

试验13 气动机械手手柄和PLC通讯试验

试验目标
结合《PLC和电气控制》课程及机械手手柄原理图，设计机械手手柄和PLC通讯协议，并编程实现。经过该试验能够使同学们认知机械手手柄信号输出和PLC连接关系为后续应用打下基础。
试验内容所包含课程或相关课程知识面
该试验包含《单片机原理和应用》及《PLC和电气控制》课程相关内容。其中《单片机原理和应用》中关键包含到机械手手柄按键识别及LCM液晶显示、单片机串行输出等编程训练；《PLC和电气控制》课程中关键包含到信号输入，和单片机及PLC通讯信号电平转换等。
试验要求
要求同学们利用学过知识，对手柄通讯协议进行修改，结合PLC编程，完成各功效信号输出及和PLC通讯，完成试验汇报。
试验步骤
1. 根据通讯要求，设定手柄和PLC通讯协议；
2. 根据通讯协议，连接电路，尤其注意其电平转换设计；
3. 编写机械手手柄内汇编语言程序实现通讯协议；
4. PLC编程，实现通讯协议；
5. 机械手操作验证
6. 撰写试验汇报。
试验仪器和设备
气泵、PLC、机械手、STC型单片机编程器、计算机。
试验汇报
1. 根据机械手运动功效要求，说明手柄和PLC之间通讯协议；
2. 画出机械手手柄和PLC连接电路原理图；
3. 单片机编程及PLC编程，给出汇编语言程序框图及原代码，给出PLC梯形图；
4. 思索：怎样设置信号协议使传送数据尽可能少。

试验14 基于PLC和计算机通讯机械手控制试验

试验目标
结合《PLC和电气控制》课程所学相关知识，设计PLC和计算机进行实时通讯计算机控制试验。计算机作为上位机，可随时改变PLC控制参数，并把参数传送到PLC中，然后PLC依据这些参数驱动机械手完成相关动作。
试验内容所包含课程或相关课程知识面
该试验包含《PLC和电气控制》及《计算机高级语言编程》等课程相关内容。其中关键包含《PLC和电气控制》课程怎样控制实施件及怎样和计算机实时通讯等内容；《计算机高级语言编程》包含怎样进行编写PLC实时控制系统界面等内容，及怎样完成和PLC通讯，将实时控制数据传送到PLC。
试验要求
要求同学们利用学过知识，结合PLC和计算机编程，完成各功效信号输出及和PLC通讯，实现对机械手控制，并完成试验汇报。
试验步骤
1. 根据通讯要求，选择计算机和PLC通讯协议；
2. 根据通讯协议，连接电路，尤其注意其电平转换设计；
3. PLC和计算机编程，实现实时通讯；
4. 机械手操作验证；
5. 撰写试验汇报。
试验仪器和设备
气泵、PLC、机械手、计算机。
试验汇报
1. 说明选择计算机和PLC之间通讯协议；
2. 画出机械手和PLC连接电路原理图；
3. 给出PLC梯形图和计算机程序框图及原代码；
4. 思索：怎样选择通讯协议使传送数据尽可能少。

试验15 气动机械手PLC控制试验

试验目标
综合利用所学《PLC和电气控制》、《机电传动控制》及《液压和气压传动》课程相关知识编写程序，控制气动机械手完成设定动作循环，此程序应含有手动、自动切换等功效。
试验内容所包含课程或相关课程知识面
该试验包含《PLC和电气控制》及《液压和气压传动》等课程相关知识，要求同学们利用所学习过PLC编程语言设计梯形图控制程序，实现对电磁阀和气缸控制，和对步进电机控制。
试验要求
要求编程实现PLC和机械手手柄通讯控制机械手运动，实现机械手各自由度动作和手爪开合，完成试验汇报。
试验步骤
1. 设计机械手动作循环；
2. 设计并搭接PLC外围电路；
3. 利用编程软件进行PLC编程，并下载，离线调试；
4. 离线调试成功后，连接电路调试，完成对机械手运动控制；
5. 撰写试验汇报。
试验仪器和设备
计算机、PLC、机械手、PLC编程软件。
试验汇报
1. 给出PLC控制程序梯形图、电气原理图和气动系统原理图；
2. 总结程序编写和调试中经验和体会；
3. 思索：改变动作次序和动作节拍修改程序并调试。

试验16 气动搬运机械手协同作业试验

试验目标
经过该试验，使同学们熟悉一台计算机带两台机械手控制系统，学习怎样设定次序控制，掌握基于单片机小型集散控制系统设计方法和调试过程。
试验内容所包含课程或相关课程知识面
该试验包含《单片机原理和应用》及《计算机高级语言编程》课程相关知识。
试验要求
经过设定控制次序，使两台机械手在一台计算机控制下，完成对一个零件次序搬运。两台机械手在运动区域存在干涉区，设计控制方案使在多种情况（包含误操作）下全部不会发生干涉。
试验步骤
1. 选择搬运物；
2. 确定搬运方案；
3. 计算机和单片机编程，实现对两台机械手次序控制；
4. 调试；
5. 撰写试验汇报。
试验仪器和设备
计算机、机械手、气泵、STC单片机编程器。
试验汇报
1. 给出确定控制次序；
2. 给出单片机和计算机程序清单；
3. 分析、总结试验中出现异常现象和发生原因；
4. 思索：怎样设置适宜传感器以避免运动干涉。

试验17 气动机械手搬运钢球设计试验

试验目标
结合所学过知识，利用该机械手，设计适宜方法，或设计应用夹具，完成该机械手搬运一个钢球设计试验。
试验要求
设给定钢球直径为50mm，要求同学们给出应用该机械手搬运此钢球方法和步骤；假如利用辅助夹具，请给出辅助夹具设计图纸，并加工制作该夹具，完成试验汇报。

试验18 基于同一任务液压机械手机构设计试验

试验目标
结合所学过知识，针对该机械手所能实现功效，设计一台液压及电机驱动机械手，并申请专利。
试验要求
应用液压元器件及电机等，设计和该机械手功效相同机械手，并进行成本核实。分析气动、液压和电动各自优缺点。请给出设计图纸，完成试验汇报。