三自由度气动机械手实验指导书.docx

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三自由度气动机械手实验指导书

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注：

本实验适合于机械类各专业选做。

实验1气动机械手拆装实验

实验目的

结合学过的机械制图相关知识，对三自由度气动机械手进行拆装实验，对每个零部件进行辨识。

在拆装过程中，要学会分解拆卸顺序，正确地使用工具，为后续学习打下基础。

通过该气动机械手的拆装，学会如何辨识零件，学习如何对一台设备设计合理的拆装顺序，同时，也要学习对于一些特殊零件的养护知识。

实验内容所涉及课程或相关课程的知识面

该实验涉及《机械制图》、《互换性及技术测量基础》等课程的相关内容。

实验要求

要求同学们在动手拆之前，先对机械手进行组成分析，并提出初步的拆卸顺序。

经过老师审核后，找齐所需工具，学会如何使用这些工具，然后进行拆卸。

拆卸完成后，要将零件归类，清洗，并对其中一些零件进行养护，养护好进行安装。

安装好后，经指导老师检查，要进行运转调试。

调试无误，完成实验报告。

实验步骤

1.分析机械手的组成，提出拆卸顺序，交指导老师审核；

2.根据需要，提出工具表；

3.按照工具表，领取工具，并学习应如何使用；

4.按照拆卸顺序，进行操作；

5.将拆卸下来的零件归类，清洗和养护；

6.拆卸好及部分零件养护后，交指导老师检查。

检查合格后，进行安装；

7.安装好后，经指导老师检查无误后，进行调试；

8.调试正常后，整理工具，进行总结和撰写实验报告。

实验仪器和设备

工具、机械手、黄油、万用电表、气泵等。

实验报告

1.对机械手进行分析，提出拆卸步骤；

2.使用工具说明；

3.拆卸中出现的问题以及这些问题的解决；

4.思考：

通过拆卸发现该机械手中哪个地方的设计是不合理的，应如何改进。

实验2气动机械手的测绘实验

实验目的

结合学过的机械制图及互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，并和其他组同学的测绘结果进行比较，并弄明白不一致的原因，并将测绘图纸交指导老师批阅，着重检查零部件的标注信息。

通过测绘，使同学们学会对一个设备的测绘方法。

实验内容所涉及课程或相关课程的知识面

该实验涉及《机械制图》、《互换性和技术测量基础》等课程的相关内容。

其中，主要是通过对机械手的测绘，学习如何对测绘的零部件进行正确的标注，包括尺寸、公差及零部件之间的配合关系。

实验要求

要求同学们在测绘之前，根据合理的拆卸顺序，对机械手进行快速拆卸。

学习充分运用手中的工具，对每个零件如何进行正确的测量，然后选择合适的表达方式，将该零件或部件表达出来。

然后和其他组同学的测绘结果进行比较，并弄明白不一样的地方，判断正误，完成实验报告。

实验步骤

1.按照工具表，领取工具，分组；

2.对机械手进行快速拆卸；

3.对拆卸下来的零部件进行清洗，擦拭，并进行分类；

4.对零部件进行测绘；

5.将测绘结果和其他组同学的测绘结果进行比较，找出不同，判断正误；

6.安装机械手，交回工具，完成实验报告。

实验仪器和设备

测绘工具、拆卸工具、机械手。

实验报告

1.拆卸后机械手的零部件分类，指明哪些是加工件，哪些是标准件（外购件）；

2.零部件的测绘结果；

3.测绘中出现的问题以及这些问题的解决；

4.思考：

为什么不同组间测绘结果会不一致，判别哪个更合理。

实验3气动元器件认知及气路连接实验

实验目的

结合《液压和气压传动》课程的相关知识，对机械手的各部分进行拆卸，对其中所涉及的气动元器件进行认知，画图，并连接气路。

通过该实验使同学们认识该机械手中所使用到的各气动元件，学会其基本的使用方法，学习其养护知识。

实验内容所涉及课程或相关课程的知识面：

该实验涉及《液压和气动传动》课程的相关知识。

主要涉及《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。

实验要求

要求同学们利用学过的知识，辨识各个气动元件，并能正确连接，完成实验报告。

实验步骤

1.对照机械手实物，认知各种气动元件，并画出其图形及符号；

2.拆卸机械手的气动元器件部分；

3.根据机械手连接，完成其各气动元件的连接原理图，并说明元件放置次序的原因；

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，在老师检查无误后，撰写实验报告。

实验仪器和设备

气泵、机械手、工具。

实验报告

1.按照上述步骤要求，画出各气动元件的图形符号，并用线条按真实的机械手装置进行连接；

2.画出各气动元器件的等轴测图；

3.写明各气动元器件的养护方法；

4.思考：

如果调节各气缸的运行速度。

实验4单片机键盘识别及使用实验

实验目的

结合《单片机原理和使用》课程及机械手手柄原理图，对机械手手柄的键盘部分进行认知，并编程。

通过该实验可以使同学们认知机械手手柄的各部分及其连接关系，为后续使用打下基础。

实验内容所涉及课程或相关课程的知识面

该实验涉及《单片机原理和使用》课程的按键识别及编程知识。

实验要求

要求同学们利用学过的知识，先使用万用电表，对机械手手柄的按键各条线进行测量，弄清楚各个按键的连接方式。

在清楚连接原理的基础上，进行编程，实现各功能信号的拾取，完成实验报告。

实验步骤

1.对照机械手手柄的键盘实物，看懂电路原理图；

2.根据机械手手柄的电路原理图，编写各按键的识别软件，及串行口调试；

3.撰写实验报告。

实验仪器和设备

机械手手柄、STC型单片机编程器、计算机、万用电表。

实验报告

1.按照上述步骤要求，画出机械手手柄的电路原理图；

2.按照机械手的功能要求，设定手柄各按键的功能；

3.思考：

如何设置按键的信号线使检测按键比较方便编程。

实验5机械手手柄液晶显示编程实验

实验目的

结合《单片机原理和使用》课程及机械手手柄原理图，对机械手手柄的各部分进行认知，并编程显示。

通过该实验可以使同学们认知机械手手柄的各部分及其连接关系，为后续使用打下基础。

实验内容所涉及课程或相关课程的知识面

该实验涉及《单片机原理和使用》课程的相关内容，涉及按键识别和LCM液晶编程训练。

实验要求

要求同学们利用学过的知识，在清楚原理图的基础上，进行编程，完成各功能信号输出及动作文字显示，完成实验报告。

实验步骤

1.对照机械手手柄的实物，看懂电路原理图；

2.根据机械手手柄的电路原理图，编写各按键的识别及LCM液晶显示；

3.撰写实验报告。

实验仪器和设备

机械手手柄、STC型单片机编程器、计算机。

实验报告

1.按照上述步骤要求，画出机械手手柄的电路原理图；

2.按照机械手的功能要求，设定手柄和控制器之间的信号协议；

3.编程使开机时在手柄的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，显示该键的功能，并向串行口输出该功能信号。

4.思考：

如何设置信号协议使传送的数据尽可能少。

实验6气动机械手双单片机控制实验

实验目的

结合《单片机原理和使用》及《工业机器人设计》课程及机械手控制器的原理图，设计基于双单片机的机械手控制，实现使用双单片机对机械手的控制。

通过该实验可以使同学们认知如何进行双单片机之间的通讯协作，从而完成对机械手的控制，为后续使用打下基础。

实验内容所涉及课程或相关课程的知识面

该实验涉及《单片机原理和使用》课程中双机通讯的相关内容。

实验要求

同学们利用学过的知识，设定手柄和控制器的单片机之间的通讯协议，完成各功能信号输入、输出及功能控制。

在完成控制机械手的实验的基础上，完成实验报告。

实验步骤

1.根据机械手手柄和控制板实物，看懂电路原理图；

2.按照要求，设定手柄和控制器的通讯协议；

3.按照通讯协议，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.撰写实验报告。

实验仪器和设备

气泵、机械手、STC型单片机编程器、计算机。

实验报告

1.画出机械手手柄和控制板的电路原理图；

2.按照机械手的功能要求，设定手柄和控制器之间的通讯协议；

3.单片机编程，给出汇编语言程序框图及程序原代码；

4.思考：

如何设定两单片机的通讯协议，使编程更简单。

实验7单片机和计算机通讯实验

实验目的

通过本实验，使同学们学会如何实现单片机和计算机通讯。

学会使用PL2303芯片或MAX232芯片，使用MScomm控件，实现单片机和计算机的通讯，，通过单片机和计算机的通信，实现手柄控制三维机械手虚拟模型的运动，熟悉计算机串口的编程以及单片机和计算机的通讯原理，为后续使用打下基础。

实验内容所涉及课程或相关课程的知识面

该实验涉及《单片机原理和使用》的串行口通讯和《高级计算机编程》中的Mscomm控件的使用等知识。

实验要求

在清楚单片机和计算机连接原理的基础上，采用USB线，将机械手手柄和计算机的USB口进行连接。

并通过VB的MScomm控件编程，实现计算机USB口（虚拟COM口）数据的发送和接收，同时对单片机编写串口通讯程序，通过预先设置好的协议，实现单片机和计算机的通讯，完成实验报告。

实验步骤

1.对照机械手手柄的实物，看懂电路原理图；

2.使用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的通讯；

4.撰写实验报告。

实验仪器和设备

机械手手柄、STC型单片机编程器、计算机。

实验报告

1.按照上述步骤要求，画出机械手手柄的电路原理图；

2.在计算机上使用VB进行编程，实现对MSCOMM控制的使用；

3.进行双机通讯实验；

4.思考：

使用哪种通讯方式，使两者的通讯速度更高。

实验8基于VB的气动机械手动画仿真实验

实验目的

结合《计算机高级语言编程》及机械手运动原理图，在计算机上使用动画，设计控制机械手的界面，使之完成机械手的信号输入和运动模拟。

通过该实验，同学们可学习如何在计算机上使用高级语言进行和工业控制相关的界面设计，以及如何使用OpenGL技术，实现对机械手的动画仿真实验，为后续使用打下基础。

实验内容所涉及课程或相关课程的知识面

该实验涉及《计算机高级语言编程》或《VisualBasic使用》等课程的相关知识，以及VB结合OpenGL技术，构造三维模型。

实验要求

要求同学们充分观察机械手的运动规律，利用学过的知识，在VB编程环境下，实现界面的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，完成实验报告。

实验步骤

1.对照机械手实物，编程绘制基于VB和OpenGL技术的机械手三维模型；

2.进行计算机界面设计;

3.对所设计的软件进行仿真调试；

4.完成实验报告。

实验仪器和设备

机械手、计算机。

实验报告

1.按照上述步骤要求，画出机械手运动的原理图；

2.了解OpenGL编程原理及步骤，构造三维实体模型；

3.按照机械手的功能要求，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的联动。

5.思考：

如何使显示的三维模型更逼真。

实验9机械手手柄和计算机机械手虚拟驱动实验

实验目的

通过本实验，使同学们学会如何实现单片机和计算机通讯的具体使用。

结合《单片机原理和使用》课程及《计算机高级语言编程》课程的相关内容，通过计算机虚拟Com口和单片机串口，运用RS232通讯协议，通过编程实现单片机和计算机的通讯软件设计，并进行双方的数据驱动，为后续使用打下基础。

实验内容所涉及课程或相关课程的知识面

该实验涉及《单片机原理和使用》的串行口通讯和《高级计算机编程》中的Mscomm控件的使用，并涉及到计算机高级语言编程中的OpenGL技术。

实验要求

要求同学们利用学过的知识和实验，将机械手手柄和计算机的USB口连接起来，然后在计算机上进行虚拟机械手的设计，可采用VB和OpenGL三维图形系统技术的进行编程，构造三维机械手。

完成机械手手柄驱动计算机界面上的三维虚拟机械手运动模拟，完成实验报告。

实验步骤

1.使用USB线将单片机手柄和计算机进行连接；

2.将机械手手柄发来的数据作为计算机界面上虚拟机械手的驱动数据；

3.数据驱动计算机机械手各自由度运动；

4.使用机械手手柄的按键驱动计算机上的虚拟机械手；

5.撰写实验报告。

实验仪器和设备

机械手手柄、STC型单片机编程器、计算机。

实验报告

1.按照上述步骤要求，画出机械手手柄和计算机连接的电路原理图；

2.在计算机上使用VB进行编程，实现对MScomm控件的使用；

3.进行双机通讯实验，并实现机械手手柄对计算机上虚拟机械手的驱动实验；

4.思考：

真正的USB接口该如何设计和编程。

实验10基于VB的气动机械手计算机控制实验

实验目的

通过本实验，使同学们学会如何实现计算机对外部单片机的控制。

结合《单片机原理和使用》课程及《计算机高级语言编程》课程的相关内容，使用虚拟USB接口或串行口，通过编程实现单片机和计算机的通讯，并进行双方的数据驱动，为后续使用打下基础。

实验内容所涉及课程或相关课程的知识面

该实验涉及《单片机原理和使用》的串行口通讯和《高级计算机编程》中的Mscomm控件的使用，并涉及到计算机高级语言编程中的OpenGL技术，以及计算机和单片机各自的通讯原理和之间的相互通信技术。

实验要求

要求同学们利用学过的知识，将计算机和机械手的控制板的串行口或虚拟USB口进行连接，在计算机上设计控制界面（采用VB和OpenGL三维图形技术进行编程），完成对机械手的控制。

实验步骤

1.使用串口线或USB口线，将机械手控制板和计算机进行连接；

2.编写基于VB的机械手控制界面；

3.双机通讯，实现计算机上驱动界面的数据对机械手控制板的驱动；

4.编写程序进行调试，完成计算机对机械手的运动控制，同时实现虚拟机械手的同步运动；

5.撰写实验报告。

实验仪器和设备

机械手、STC型单片机编程器、计算机。

实验报告

1.按照上述步骤要求，画出机械手手柄和计算机连接的电路原理图；

2.在计算机上使用VB进行编程，完成对机械手控制的界面设计；

3.进行双机通讯实验，并实现计算机对机械手运动的控制；

4.调试程序，完成计算机虚拟机械手和机械手的同步仿真；

5.思考：

在OpenGL编程中，如何设置虚拟气缸的运动速度。

实验11气动机械手单片机控制实验

实验目的

结合《工业机器人设计》及《单片机原理和使用》课程及机械手控制器的原理图，设计基于单片机的机械手控制器，实现使用单片机对机械手的控制。

通过该实验可以使同学们认知如何使用单片机对机械手进行控制，为后续使用打下基础。

实验内容所涉及课程或相关课程的知识面

该实验，涉及《单片机原理及使用》及《工业机器人设计》课程的相关内容。

其中《单片机原理及使用》中主要涉及到单片机信号输入及输出，以及单片机之间的串行通讯等内容的编程训练；《工业机器人设计》课程中主要涉及到机械手控制各自由度的运动，如何实现各自由度之间运动的协调等内容。

实验要求

要求同学们利用学过的知识，对手柄的通讯协议进行修改，结合机械手控制器，完成各功能信号输入、输出及和单片机之间的通讯，完成实验报告。

实验步骤

1.看懂基于单片机的机械手控制原理图；

2.设定机械手的运动顺序；

3.编程，完成单片机对机械手的运动控制；

4.机械手操作验证；

5.撰写实验报告。

实验仪器和设备

气泵、机械手、STC型单片机编程器、计算机。

实验报告

1.画出基于单片机的控制电路原理图；

2.设定机械手的运动顺序；

3.画出程序流程图；

4.给出控制程序代码；

5.思考：

光耦在该控制板上的作用。

实验12基于PLC控制的机械手控制界面设计实验

实验目的

结合《PLC和电气控制》课程及机械手控制器的原理图，设计基于触摸屏界面的机械手控制器，实现使用触摸屏界面对机械手进行控制。

通过该实验可以使同学们学习如何对触摸屏界面进行编程，为后续使用打下基础。

实验内容所涉及课程或相关课程的知识面

该实验涉及《PLC和电气控制》课程的相关内容，主要包括PLC使用界面的编程，以及触摸屏界面和PLC的通讯等知识。

实验要求

要求同学们利用学过的知识，设计PLC触摸屏界面及其和PLC的通讯协议，完成各功能信号输入、输出及和控制器之间的通讯，完成实验报告。

实验步骤

1.按照机械手运动功能要求，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的通讯；

4.进行调试；

5.撰写实验报告。

实验仪器和设备

PLC、触摸屏、计算机。

实验报告

1.按照机械手运动功能要求，设定触摸屏界面；

2.写明编程过程；

3.画出触摸屏界面和PLC连接的电路原理图；

4.思考：

如何简洁地实现触摸屏对PLC的控制。

实验13气动机械手手柄和PLC的通讯实验

实验目的

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的通讯协议，并编程实现。

通过该实验可以使同学们认知机械手手柄的信号输出和PLC的连接关系，为后续使用打下基础。

实验内容所涉及课程或相关课程的知识面

该实验涉及《单片机原理和使用》及《PLC和电气控制》课程的相关内容。

其中《单片机原理和使用》中主要涉及到机械手手柄的按键识别及LCM液晶显示、单片机串行输出等编程训练；《PLC和电气控制》课程中主要涉及到信号的输入，以及单片机及PLC通讯的信号电平转换等。

实验要求

要求同学们利用学过的知识，对手柄的通讯协议进行修改，结合PLC编程，完成各功能信号输出及和PLC通讯，完成实验报告。

实验步骤

1.按照通讯要求，设定手柄和PLC的通讯协议；

2.按照通讯协议，连接电路，特别注意其电平的转换设计；

3.编写机械手手柄内的汇编语言程序，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.撰写实验报告。

实验仪器和设备

气泵、PLC、机械手、STC型单片机编程器、计算机。

实验报告

1.按照机械手运动功能要求，阐明手柄和PLC之间的通讯协议；

2.画出机械手手柄和PLC连接的电路原理图；

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.思考：

如何设置信号协议使传送的数据尽可能少。

实验14基于PLC和计算机通讯的机械手控制实验

实验目的

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的计算机控制实验。

计算机作为上位机，可随时改变PLC的控制参数，并把参数传送到PLC中，然后PLC根据这些参数驱动机械手完成相关动作。

实验内容所涉及课程或相关课程的知识面

该实验涉及《PLC和电气控制》及《计算机高级语言编程》等课程的相关内容。

其中主要涉及《PLC和电气控制》课程的如何控制执行件及如何和计算机实时通讯等内容；《计算机高级语言编程》涉及如何进行编写PLC实时控制系统的界面等内容，及如何完成和PLC的通讯，将实时控制数据传送到PLC。

实验要求

要求同学们利用学过的知识，结合PLC和计算机编程，完成各功能信号输出及和PLC通讯，实现对机械手的控制，并完成实验报告。

实验步骤

1.按照通讯要求，选择计算机和PLC的通讯协议；

2.按照通讯协议，连接电路，特别注意其电平的转换设计；

3.PLC和计算机编程，实现实时通讯；

4.机械手操作验证；

5.撰写实验报告。

实验仪器和设备

气泵、PLC、机械手、计算机。

实验报告

1.阐明选择的计算机和PLC之间的通讯协议；

2.画出机械手和PLC连接的电路原理图；

3.给出PLC梯形图和计算机程序框图及原代码；

4.思考：

如何选择通讯协议使传送的数据尽可能少。

实验15气动机械手的PLC控制实验

实验目的

综合运用所学《PLC和电气控制》、《机电传动控制》及《液压和气压传动》课程的相关知识编写程序，控制气动机械手完成设定的动作循环，此程序应具有手动、自动切换等功能。

实验内容所涉及课程或相关课程的知识面

该实验涉及《PLC和电气控制》及《液压和气压传动》等课程的相关知识，要求同学们利用所学习过的PLC编程语言设计梯形图控制程序，实现对电磁阀和气缸的控制，以及对步进电机的控制。

实验要求

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的动作以及手爪的开合，完成实验报告。

实验步骤

1.设计机械手动作循环；

2.设计并搭接PLC的外围电路；

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，完成对机械手的运动控制；

5.撰写实验报告。

实验仪器和设备

计算机、PLC、机械手、PLC编程软件。

实验报告

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的经验和体会；

3.思考：

改变动作顺序和动作节拍修改程序并调试。

实验16气动搬运机械手协同作业实验

实验目的

通过该实验，使同学们熟悉一台计算机带两台机械手的控制系统，学习如何设定顺序控制，掌握基于单片机的小型集散控制系统设计的方法和调试过程。

实验内容所涉及课程或相关课程的知识面

该实验涉及《单片机原理和使用》及《计算机高级语言编程》课程的相关知识。

实验要求

通过设定的控制顺序，使两台机械手在一台计算机的控制下，完成对一个零件的顺序搬运。

两台机械手在运动区域存在干涉区，设计控制方案使在各种情况（包括误操作）下都不会发生干涉。

实验步骤

1.选择搬运物；

2.拟定搬运方案；

3.计算机和单片机编程，实现对两台机械手的顺序控制；

4.调试；

5.撰写实验报告。

实验仪器和设备

计算机、机械手、气泵、STC单片机编程器。

实验报告

1.给出拟定的控制顺序；

2.给出单片机和计算机的程序清单；

3.分析、总结实验中出现的异常现象和发生原因；

4.思考：

如何设置合适的传感器以避免运动干涉。

实验17气动机械手搬运钢球设计实验

实验目的

结合所学过的知识，利用该机械手，设计合适的方法，或设计使用夹具，完成该机械手搬运一个钢球的设计实验。

实验要求

设给定的钢球直径为50mm，要求同学们给出使用该机械手搬运此钢球的方法和步骤；如果利用辅助夹具，请给出辅助夹具的设计图纸，并加工制作该夹具，完成实验报告。

实验18基于同一任务的液压机械手机构设计实验

实验目的

结合所学过的知识，针对该机械手所能实现的功能，设计一台液压的机械手。

实验要求

使用液压元器件，设计和该机械手功能相同的机械手，并进行成本核算。

分析气动和液压各自的优缺点。

请给出设计图纸，完成实验报告。

三自由度气动机械手实验指导书

注：

本实验适合于机械类各专业选做。