機電一體化課程實驗報告

機電小論文

紅外尋跡機器人的設計

姓名：###學號：####一、綜述（機電一體系統(tǒng)）

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

機電一體化技術是將機械技術、電工電子技術、微電子技術、信息技術、傳感器技術、接口技術、信號變換技術等多種技術進行有機地結合，并綜合應用到實際中去的綜合技術。是現(xiàn)代化的自動生產(chǎn)設備幾乎可以說都是機電一體化的設備。

研究將電子器件的信息處理和控制功能附加或融合在機械裝置中的一種復合化技術。俗稱機電一體化。機械電子學(mechatronics)是由機械學(mechanics)和電子學(electronics)兩個詞結合而成的新詞。其全稱為機械電子工程學，英語為mechanicalandelectronicalengineering。機械電子學主要研究目的是把機械技術與微電子技術和信息技術有機地結合為一體，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的最優(yōu)化。機械電子學可以充分發(fā)揮機械技術、微電子技術和信息技術的各自的長處和特點，促進機械產(chǎn)品的更新?lián)Q代。機械電子學系統(tǒng)主要由機械主體、傳感器、信息處理和執(zhí)行機構等部分組成。較高級的系統(tǒng)不但有硬件，而且還有相應的軟件,利用軟件技術可以實現(xiàn)硬件難以實現(xiàn)的功能,使機械系統(tǒng)增加柔性。典型的機械電子系統(tǒng)有數(shù)控機床、加工中心、工業(yè)機器人等。機械電子學技術除用于單個機器、設備或一般的生產(chǎn)系統(tǒng)的技術改造之外，還用于柔性制造系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)、工廠自動化、辦公自動化、家庭自動化等方面。

機電小論文

二、所設計的紅外機器人及研制過程所需器材：(1)兩個紅外檢測器

(2)兩個IRLEDs

(3)兩對IRLED套管

(4)兩個220電阻(紅-紅-棕)(5)兩個1k電阻(棕-黑-紅)

1、連接電路圖

按左邊電路圖連接紅外探測器

右圖為一連接好的事物圖

2、按以下程序檢測紅外裝置：

"RoboticswiththeBoe-Bot-TestLeftIrPair.bs2

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

FREQOUT8,1,38500irDetectLeft=IN9

DEBUGHOME,"irDetectLeft=",BIN1irDetectLeftPAUSE100LOOP

3、編寫程序"{$STAMPBS2}

機電小論文

"{$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

注這個程序使用稍微不同的方法來使用驅動脈沖。除了兩個存儲IR檢測器輸出的位變量以外，它還使用兩個字變量來設置PULSOUT命令發(fā)

機電小論文

送的脈沖持續(xù)時間。irDetectLeftVARBitirDetectRightVARBitpulseLeftVARWordpulseRightVARWord

在DO…LOOP循環(huán)中，用FREQOUT命令發(fā)送38.5kHz的IR信號給每個IRLED。當1ms脈沖被發(fā)送后，一個位變量立即存儲IR檢測器的輸出狀態(tài)。這是很有必要的，因為如果你等待的時間超過一個命令執(zhí)行的時間，無論是否發(fā)現(xiàn)物體，IR檢測器將返回沒有探測到物體的狀態(tài)（1狀態(tài)）。

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

在IF…THEN聲明中，程序不是發(fā)送脈沖或調用導航程序而是設置用在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。注意命令PAUSE的命令參數(shù)不再是20，而是15，因為要用5ms檢測IRLED。

PULSOUT15,pulseLeftPULSOUT12,pulseRightPAUSE15

機電小論文

4、測試

RUN已寫的程序，將小車放到測試道上試驗

結果小車能正確地沿指定路徑前行，表示我們的小車試驗成功了，至此試驗結束。

三、課程感想和收獲

經(jīng)過一學期的學習，我了解到了什么是機電一體化，以及機電一體化在生活中的應用。我了解到了Boe-Bot機器人的基本原理，并在以小組合作的形式成功的編譯了紅外尋跡機器人的基本程序，一步步的認識到程序的基本語言與設計。雖然在試驗中經(jīng)常碰壁，但從失敗中不斷改進程序，使得我們更加了解程序的關鍵所在。最后較為成功的完成了程序的改進，小車也較順利的沿黑帶行走。試驗過程，增強了我們的動手能力；在分工過程中，也增強了我們團隊合作的能力。

擴展閱讀：機電一體化課程設計報告書

《機電一體化創(chuàng)新設計項目》實驗教學大綱(一)

一、課程簡介

課程名稱：機電一體化創(chuàng)新設計項目

CreativeDesignofElectromechanicalIntegration

課程代碼：11201*

學分和總學時：3學分72學時實驗（上機）學時：30學時開課單位：機電工程學院

選課對象：機械設計制造及其自動化專業(yè)

二、課程內(nèi)容與實驗目的：

本項目課程以德國慧魚公司生產(chǎn)的機電產(chǎn)品模型為對象，學生通過裝配機電設備模型，對設備進行較為細致的觀察和分析，從而完成綜合性的設計訓練過程。雖然用模型學生可裝配出各種各樣的產(chǎn)品，但學生學習的重點是選定其中一個產(chǎn)品進行分析研究；對產(chǎn)品進行編程運行，檢驗其功能、性能等效果；初步掌握開發(fā)、設計一個產(chǎn)品的有關過程；學習查閱資料，為自己的設計和分析提供理論依據(jù)。加強實踐教學，培養(yǎng)學生的動手能力，在一定程度上改變工科教學重理論教學，輕實踐環(huán)節(jié)的現(xiàn)狀，使學生生動活潑地進行學習，較全面地掌握各類機械機構，機電一體化機構、計算機編程等基本知識。

本課程的任務是，在簡明扼要的介紹各類裝置之后，對指定裝置進行測繪，學生完成所有零件圖、部件圖、最后完成總裝圖設計。根據(jù)學生的能力，還可進行相關的改進設計、動畫設計等。在設計過程中，學生還可接觸到機械裝備的控制、驅動、傳動的技術，學習機械制造中的工藝、工裝、測量等知識。

三、實驗教材與實驗考核

本課程通過對指定的裝置或模型進行測繪和設計，設計時采用三維設計軟件，使學生對設備的結構和組成等獲得較為豐富的感性認識，對機械裝置的設計過程和設計要點有基本概念，為完成后面的設計任務，以及完成將來的學習任務提供思維源泉。

實驗教材有實驗指導書、實驗設備供學生使用。項目過程中學生要自學Solidworks等三維設計軟件，獨立的完成課程內(nèi)容。

1

實驗考核評分參考平時成績和實驗報告成績，設計圖紙的質量，以及答辯的情況給定。比例基本參考如下：平時成績10%，實驗報告成績10%，設計圖紙的質量40%，答辯的情況40%。

四、實驗項目內(nèi)容

實驗前，要求學生掌握與之相關的基礎知識，并在實驗老師的指導下，學習相關的實踐知識，熟悉所用儀器設備的正確操作方法。實驗時，學生必須自己動手，完成本實驗指導書規(guī)定的實驗內(nèi)容。

實驗學生以班為單位，三人為一小組。每組學生在規(guī)定的學時數(shù)內(nèi)根據(jù)老師指定，自行完成機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：機械結構設計建模；完成指定軌跡規(guī)劃的控制程序編程；不少于1000字的設計、編程分析報告。

實驗項目明細表

項目序號1234567是否實驗所需主要儀必選器設備名稱德國慧魚公司生產(chǎn)的機電產(chǎn)品模型德國慧魚公司生產(chǎn)的機電產(chǎn)品模型德國慧魚公司生產(chǎn)的機電產(chǎn)品模型德國慧魚公司生產(chǎn)的機電產(chǎn)品模型德國慧魚公司生產(chǎn)的機電產(chǎn)品模型德國慧魚公司生產(chǎn)的機電產(chǎn)品模型德國慧魚公司生產(chǎn)的機電產(chǎn)品模型實驗項目名稱實驗屬性實驗內(nèi)容實驗學時機械本體裝配傳動機構分析驅動部件認識傳感器作用分析控制器技術認識接口技術認識機械本體總體結構設計編制控制程序普通普通綜合綜合綜合綜合設計熟悉結構的構成和功能分析機構的運動方式學習各種驅動電機學習各種傳感器學習控制器技術學習接口技術完成機械結構三維建模設計指定軌跡規(guī)劃、完成編制控制程序編程6222223026（課外）√√√√√√√√8設計注：本課程實驗總計40學時，安排6次實驗，其中普通實驗占20%，綜合性實驗占30%，設計性實驗占50%。

2

一、實驗目的

1、提高學生的動手能力以及空間想象力；

2、進一步加深對相關機械結構以及元件的工作原理的理解，深入研究其作用。

3、加深機電一體化含義的理解，以機械機構為主，輔之以相關的控制結構，兩者之間的相互配合共同完成機械的相關動作。

4、區(qū)分開關的兩個不同的作用，一是限位，二是作為計數(shù)器使用。

二、實驗要求

1、實驗前，先參觀包裝袋的成型剪裁機器，了解其相關的工作原理，以及所使用的電動機和傳感器，開關的作用。

2、完成兩個機器的組裝，并編寫相關的實驗報告和草圖，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、項目內(nèi)容

1、所在小組完成的是柱式機器人，該機器人主要用于對物件的搬運，實現(xiàn)物件的水平移動，上下移動以及圓周運動。所用到的主要機械零件是齒輪，利用齒輪之間的相互配合傳動來實現(xiàn)搬運。該柱式機器人所用到的電動機有4個，分別用于控制圓盤的旋轉，升降臂的運動，以及臂的前后運動和夾緊運動。所用到8個傳感器，分別用于限位開關和計數(shù)器。限位開關是主要用于限制相關機械結構的運動位置，包括圓盤的旋轉位置，臂的前后和上下運動，防止運動過位，出現(xiàn)控制問題。起計數(shù)器作用的傳感器臂的上升，以及機械手的夾取動作，實現(xiàn)相關的運動要求。由相關的機械零件的相互配合，實現(xiàn)開關計數(shù)器的工作，通過其工作帶動相關部件的工作。該機器人利用直齒圓柱齒輪以及錐齒輪等機械零件來實現(xiàn)運動的傳遞，再配合以電動機，傳感器和計算機的控制，來完成機械運動。體現(xiàn)了機電一體化技術的運用。

2、我在小組中所完成的工作是：機械手柱機構裝置的設計，包括主要是上升機構的運動以及整個裝置的支撐。在這個結構中，有一個電動機，用于懸伸臂

3

豎直方向上的直線運動。還有2個傳感器，分別起到計數(shù)器和限位的作用。限位開關主要是用于控制懸伸梁上升到最高位置的限位作用；計數(shù)器用的開關主要是用于由其發(fā)出脈沖，控制懸伸梁豎直方向的直線運動，實現(xiàn)點動控制。中間通過一根螺桿來控制懸伸臂的豎直方向運動。螺桿的不斷旋轉，懸伸臂也隨之運動。

四、機械手簡介

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

機械手主要由手部、運動機構和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（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)要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使手部完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機械手設計的關鍵參數(shù)。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般專用機械手有2～3個自由度。

機械手的種類，按驅動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。

機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。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物品的主從式操作手也常稱為機械手。機械手在鍛造工業(yè)中的應用能進一步發(fā)展鍛造設備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動條件。

4

五、實驗的機械手模型說明

1、機械手簡介

查找相關資料得知實驗室所提供的模型是“四自由度機械手”慧魚模型，又稱之為4D機械人，它能夠實現(xiàn)四個自由度分別是底座的旋轉、機械手的前后移動、機械臂的上下移動和機械手部的夾緊和放松。因此操作范圍大，靈活性好。該機械手四需要驅動個地方均采用的動力源為直流電機。

該機械手是通過計算機LLwine控制軟件，按照軌跡規(guī)劃，編輯模型的指令程序，指令程序實現(xiàn)定時等信號的輸出，再經(jīng)過信號接口盒，轉變輸出較強電信號，足以驅動電機，同時可以控制電機的正反轉和通電時間，從而控制機器模型進行正確的運動狀態(tài)。

該系統(tǒng)電機只需要恒定的速度轉動，通過電信號來控制電機實現(xiàn)。加速度不需要控制，正常啟動電機即可。在位移控制上，機械手的所有運動都有行程限位開關控制推桿前后移動的極限位移。

5

2、本人主要負責的機械手柱機構設計

（1）總設計圖

（2）主要部分說明

限位開關主要是用于控制懸伸梁上升到最高位置時的限位作用；

6

計數(shù)器用的開關主要是用于由其發(fā)出脈沖，控制懸伸梁豎直方向的直線運動，實現(xiàn)點動控制。

懸伸梁的上升下降主要靠螺桿與螺母的的旋轉運動配合下完成。

7

（3）柱式機械手總裝配圖

結合其他組員的模型，完成總裝配圖。

六、設計內(nèi)容和方案的說明

結合前面對實驗室機器人模型的說明，我們可以得出本次實驗所拼接的機械手，其具有能在水平面上繞底座轉動，機械手能夠做里外伸縮移動并在垂直平面上實現(xiàn)擺動。

機器手具有四個自由度，有旋轉臺轉動的自由度、手臂支架前后移動的自由度、機械手臂上下擺動的自由度和機械手夾緊（放松），總共四個自由度，所以需要四個電機進行驅動。

因此設計主要是根據(jù)實驗室里的四自由度機械手所實現(xiàn)的功能進行仿真設計的，一開始先參照實驗室模型畫出整體的結構原理圖，再根據(jù)原理圖進行零部件的設計與建模。

8

機械手先放松，通過機械手臂上下移動機構下降到限定的高度，機械支架向前移動到指定的位置；然后機械手夾緊工件，機械手臂向上移動到安全的高度，機械支架向后移動到指定位置；通過旋轉臺轉動到指定的位置，然后手臂向下移動，手指放松把工件放到指定位置。

機械手爪的設計：

1、機械手手爪是根據(jù)機械手作業(yè)要求來設計的。既根據(jù)其應用場合設計手爪，在滿足作業(yè)要求的前提下，機械手手爪還要求體積小、重量輕、結構緊湊。2、機械手手爪的萬能性與專用性是矛盾的。萬能手爪在結構上很復雜，甚至很難實現(xiàn)，從工業(yè)實際應用出發(fā)，應著重開發(fā)各種專用的、高效率的機械手手爪，加之以快速更換裝置，以實現(xiàn)機械手的多種作業(yè)功能，而不主張用一個萬能的手爪去完成多種作業(yè)，以考慮設計的經(jīng)濟效益。3、機械手手爪的通用性。通用性是指有限的手爪，可適用于不同的機械手，這就要求末端執(zhí)行器要有標準的機械接口，使末端執(zhí)行器實現(xiàn)標準化。4、機械手手爪要便于安裝和維修，易于實現(xiàn)計算機控制。

機械手腕的設計：

1、由于手腕安裝在機械手末端，因此要求手腕設計應盡量小巧輕盈，結構緊湊。2、根據(jù)作業(yè)需要，設計機械手手腕的自由度。一般情況下，自由度數(shù)目愈多，腕部的靈活性愈高，對作業(yè)的適應能力也愈強。但自由度的增加，必然使腕部結構更復雜，控制更困難，成本也會相應增加。因此，手腕的自由度數(shù)，應根據(jù)實際作業(yè)要求來確定。3、為實現(xiàn)腕部的通用性，要求有標準的連接，以便于和不同的機械手手爪進行連接。4、為保證工作時力的傳遞和運動的連貫，腕部結構要有足夠的強度和剛度。5、要設有可靠的傳動間隙調整機構，以減小空回間隙，提高傳動精度。6、手腕各關節(jié)軸轉動要有限位開關，并設置硬限位，以防止超限造成機械損壞。

機械手臂的設計：

1、工作空間的形狀和大小與機械手手臂的長度，手臂關節(jié)的轉動范圍有密切的關系，因此手臂尺寸設計應合理，一般滿足其工作空間即可。2、為了提高機械手運動速度與控制精度，應在保證機械手手臂有足夠強度和剛度的條件下，盡可能在結構上、材料上設法減輕手臂的重量。3、應盡可能使機械手手臂各關

9

節(jié)軸相互平行；相互垂直的軸應盡可能相交于一點，這樣可以使機械手運動學正逆運算簡化，有利于控制。4、機械手各關節(jié)的軸承間隙要盡可能小，以減小機械間隙所造成的運動誤差。5、為提高機械手手臂運動的響應速度、減小電機負載，機械手手臂相對其關節(jié)回轉軸應盡可能在重量上平衡。

機械手的底座：

1、由于腰座要承受機械手全部的重量和載荷，因此，機械手腰座的結構要有足夠大的強度和剛度，以保證其承載能力，且腰座是機械手的第一個回轉關節(jié)，它對機械手末端的運動精度影響最大，因此，在設計時要特別注意腰部軸系及傳動鏈的精度與剛度。2、腰部結構要便于安裝、調整。要有可靠的定位基準面和調整機構。且腰座要安裝在足夠大的基面，以保證機械手在工作時整體安裝的穩(wěn)定性。3、腰部的回轉運動要有相應的驅動裝置，它包括驅動器及減速器。驅動裝置一般都帶有速度與位置傳感器，以及制動器。4、為了減輕機械手運動部分的慣量，提高控制精度，要求回轉運動部分由比重較小的鋁合金材料制成，而不運動的基座是用鑄鐵或鑄鋼材料制成。

七、設計小結

在這個課程設計中，我們這個團隊一起完成了對整個柱式機械手機構的模型組裝，通過連接運行之后確定了這個柱式機械手的可運行性。然后我們根據(jù)這個模型畫出原理圖，通過討論改良之后確定機械手的設計，在各方面都盡可能優(yōu)化，努力做到更好。

在模型調試中也出現(xiàn)了很多問題，例如沒有弄清楚電動機的插線位置，造成機械手的移動出現(xiàn)問題，沒有按預定的方位去夾緊和放下工件。后來經(jīng)過老師的教導，我們明白了電動機的運行方向弄錯。所以我們做課程設計時必須要每個細節(jié)都要仔細去做，清楚機械手的運動原理，這樣才能避免出現(xiàn)更多的問題。

通過這次課程設計，我對以前所學的理論知識有了更進一步的了解，同時能更加合理的查閱及利用資料，未達到課題要求而對在大學期間所學習的課程進行了全面、綜合的鞏固和加深。

這次課程設計不用與以往任何一次課程設計，它耗時更長，合作性更高，要求更加嚴格細致。它不僅要求我們能充分利用在校期間所學的課程的專業(yè)知識，

10

同時也要求我們有良好的理解力、掌握力和實際運用的靈活度。我們能先通過模型的組裝運行對課題有深刻理解，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)新能力和實踐能力。我們團隊都大大提高了自己獨立查閱科技資料的能力、動手能力以及分析問題能力，并體會到科技制作的樂趣。

八、參考文獻

1、《機電一體化系統(tǒng)設計》張建民等編著北京理工大學出版社1996年8月2、《機械系統(tǒng)的微機控制》陳強、解云龍等編著清華大學出版社1999年8月3、（參考：慧魚技術實驗系列機器人技術軟件手冊，F(xiàn)ischertechnik）。

11

12

友情提示：本文中關于《機電一體化課程實驗報告》給出的范例僅供您參考拓展思維使用，機電一體化課程實驗報告：該篇文章建議您自主創(chuàng)作。

來源：網(wǎng)絡整理 免責聲明：本文僅限學習分享，如產(chǎn)生版權問題，請聯(lián)系我們及時刪除。

《機電一體化課程實驗報告》由互聯(lián)網(wǎng)用戶整理提供,轉載分享請保留原作者信息,謝謝!
鏈接地址：http://m.seogis.com/gongwen/726521.html

• 上一篇：就業(yè)服務部工作報告 - 副本
• 下一篇：試議公益廣告與企業(yè)形象力的提升(開題報告)