慧魚四自由度機(jī)械手說(shuō)明書

1、 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書設(shè)計(jì)名稱： 綜合課程設(shè)計(jì) 題 目： 機(jī)械模型的遠(yuǎn)程控制 四自由度機(jī)械手 學(xué)生姓名： 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 日 期： 2013年 12月 25 日 目 錄一課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和任務(wù)分析1二機(jī)構(gòu)模型的的原理圖及工作原理12.1 總體工作流程22.2 前后運(yùn)動(dòng)部分22.3 左右轉(zhuǎn)動(dòng)部分32.4 上下運(yùn)動(dòng)部分52.5 機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)部分52.6 機(jī)械手張開閉合部分5三遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的工作原理5四慧魚接口板的處理器操作模式的選擇以及計(jì)算機(jī)與接口板的通訊64.1 慧魚接口板概述64.2 微處理器的兩種處理模式64.3 計(jì)算機(jī)與接口板通訊7五客戶端程序中主

2、要功能模塊的設(shè)計(jì)過(guò)程8六結(jié)論及心得體會(huì) 13七參考文獻(xiàn) 13一主要內(nèi)容和任務(wù)分析利用德國(guó)慧魚公司的“智能創(chuàng)意教具”模型設(shè)計(jì)、裝配出較有創(chuàng)意的機(jī)構(gòu)或機(jī)械設(shè)備模型，模型完成之后應(yīng)用VB開始編程以及對(duì)程序的調(diào)試最終能完成對(duì)模型的遠(yuǎn)程控制。認(rèn)真復(fù)習(xí)機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、自動(dòng)生產(chǎn)線、VB的基本知識(shí)以及學(xué)習(xí)新的知識(shí)（主要為mscomm、winsock、timer三種控件的使用）等。在實(shí)驗(yàn)室熟悉慧魚模型的元件及其撘建方法，參考現(xiàn)有的模型基礎(chǔ)，然后設(shè)計(jì)出有創(chuàng)意的機(jī)械模型。二、機(jī)構(gòu)模型的的原理圖及工作原理 2.1 總體工作流程 作品擬實(shí)現(xiàn)的主要功能有以下五個(gè)運(yùn)動(dòng)：前后運(yùn)動(dòng)；左右轉(zhuǎn)動(dòng)；上下運(yùn)動(dòng)；手爪順逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；手

3、爪的張開閉合。全景圖如下： 2.2 前后運(yùn)動(dòng)部分 如圖1所示，其工作過(guò)程為：向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)1正轉(zhuǎn)，通過(guò)減速箱2減速，再通過(guò)齒輪鏈條3的傳動(dòng)將動(dòng)力傳到蝸桿4。此時(shí)限位開關(guān)5常開開關(guān)打開，蝸桿4旋轉(zhuǎn)將底盤7向前運(yùn)動(dòng)，底盤到達(dá)最前端，此時(shí)，限位開關(guān)6常開關(guān)開閉合，向前運(yùn)動(dòng)完成，電動(dòng)機(jī)1停止。向后遠(yuǎn)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)1反轉(zhuǎn)，回程至限位開關(guān)4閉合時(shí)，電動(dòng)機(jī)1停止。圖1：前后運(yùn)動(dòng)部分側(cè)視圖1、電動(dòng)機(jī)； 2、減速箱； 3、鏈條； 4、蝸桿； 5、6、 限位開關(guān)； 7、底盤。2.3 左右轉(zhuǎn)動(dòng)部分如圖2所示，電動(dòng)機(jī)1的正反轉(zhuǎn)分別對(duì)應(yīng)左右轉(zhuǎn)動(dòng)。左右轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)1轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)減速箱2減速，再通過(guò)蝸輪3的傳動(dòng)將動(dòng)力傳到

4、齒輪4，通過(guò)齒輪帶動(dòng)機(jī)械手，可根據(jù)不同的角度需要，把機(jī)械手轉(zhuǎn)到不同的位置。圖2：左右轉(zhuǎn)動(dòng)部分1、電動(dòng)機(jī)； 2、減速箱； 3、蝸輪； 4、齒輪圖3：上下運(yùn)動(dòng)部分正視圖1、電動(dòng)機(jī)； 2、減速箱； 3、蝸桿； 4、導(dǎo)桿； 5、6、限位開關(guān)圖4：機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)部分正視圖1、電動(dòng)機(jī)； 2、減速箱； 3、蝸輪； 4、齒輪2.4 上下運(yùn)動(dòng)部分如圖3所示，向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)1正轉(zhuǎn)，通過(guò)減速箱2減速，把動(dòng)力傳動(dòng)蝸桿3上，此時(shí)限位開關(guān)5，常開開關(guān)打開，蝸桿3轉(zhuǎn)動(dòng)使手爪沿著導(dǎo)桿4向上運(yùn)動(dòng)，手爪到達(dá)最上端，限位開關(guān)6閉合，電動(dòng)機(jī)1停止。向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)1反轉(zhuǎn)，手爪向下運(yùn)動(dòng)到最下端，限位開關(guān)5閉合，電動(dòng)機(jī)1停止。 2.5

5、 機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)部分如圖4所示，手爪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)1正轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)減速箱2減速，通過(guò)蝸輪3把動(dòng)力傳到齒輪4上，齒輪帶動(dòng)手爪轉(zhuǎn)動(dòng)。手爪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)1反轉(zhuǎn)。2.6 機(jī)械手張開閉合部分如圖5所示，手爪張開時(shí)，電動(dòng)機(jī)1正轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)減速箱2減速，把動(dòng)力傳到連桿3上，連桿帶動(dòng)蝸桿4轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)限位開關(guān)5常開開關(guān)打開，蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)使手爪打開，手爪打開使觸板觸碰限位開關(guān)5，限位開關(guān)閉合，電動(dòng)機(jī)1停止。手爪閉合時(shí)，電動(dòng)機(jī)1反轉(zhuǎn)，手爪抓住工件時(shí)，電動(dòng)機(jī)1停止。 圖5：機(jī)械手張閉部分俯視圖1、電動(dòng)機(jī)； 2、減速箱； 3、連桿； 4、蝸桿；5、限位開關(guān)3 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的工作原理遠(yuǎn)程控制是在網(wǎng)絡(luò)上由一臺(tái)電腦（主控端 Re

6、mote/客戶端）遠(yuǎn)距離去控制另一臺(tái)電腦（被控端 Host/服務(wù)器端）的技術(shù)。遠(yuǎn)程控制必須通過(guò)網(wǎng)絡(luò)才能進(jìn)行。位于本地的計(jì)算機(jī)是操縱指令的發(fā)出端，稱為主控端或客戶端，非本地的被控計(jì)算機(jī)叫做被控端或服務(wù)器端?！斑h(yuǎn)程”不等同于遠(yuǎn)距離，主控端和被控端可以是位于同一局域網(wǎng)的同一房間中，也可以是連入Internet的處在任何位置的兩臺(tái)或多臺(tái)計(jì)算機(jī)。遠(yuǎn)程控制軟件一般分兩個(gè)部分：一部分是客戶端程序，另一部分是服務(wù)器端程序，在使用前需要將客戶端程序安裝到主控端電腦上，將服務(wù)器端程序安裝到被控端電腦上。它的控制的過(guò)程是先在主控端電腦上執(zhí)行客戶端程序，像一個(gè)普通的客戶一樣向被控端電腦中的服務(wù)器端程序發(fā)出信號(hào)，建立一

7、個(gè)特殊的遠(yuǎn)程服務(wù)，然后通過(guò)這個(gè)遠(yuǎn)程服務(wù)，使用遠(yuǎn)程控制功能發(fā)送遠(yuǎn)程控制命令，控制被控端電腦中的各種應(yīng)用程序運(yùn)行。基于VB的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)通過(guò)VB的winsock控件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換來(lái)實(shí)現(xiàn)。winsock是Mcrosoft windows提供的網(wǎng)絡(luò)編程接口。它有兩種數(shù)據(jù)交換協(xié)議：TCP協(xié)議和UDP協(xié)議，本次課程設(shè)計(jì)運(yùn)用TCP協(xié)議。四慧魚接口板處理器操作模式的選擇以及計(jì)算機(jī)與接口板的通訊4.1 慧魚接口板概述為了用計(jì)算機(jī)控制慧魚教學(xué)模型，首先應(yīng)當(dāng)有合適的控制軟件以及連接計(jì)算機(jī)與模型的接口。接口完成軟件命令的轉(zhuǎn)換，列入可以啟動(dòng)電機(jī)、處理來(lái)自傳感器的信號(hào)等。接口板上有連向電機(jī)、燈、或電磁鐵的四個(gè)數(shù)字量的輸入口

8、，還有八個(gè)數(shù)量和兩個(gè)模擬量的輸入口用來(lái)連接開關(guān)，光敏、磁敏、熱敏電阻等傳感器。慧魚智能接口板上自帶微處理器，通過(guò)串行口與計(jì)算機(jī)相連。在計(jì)算機(jī)上編好的程序可以下載到接口板的微處理器上，該微處理器可以獨(dú)立地執(zhí)行程序（在所謂主動(dòng)模式下），這樣就不必用電纜連接計(jì)算機(jī)和行走機(jī)器人。當(dāng)控制像機(jī)械手、繪圖機(jī)這樣的移動(dòng)設(shè)備時(shí)，模型與計(jì)算機(jī)保持連接，計(jì)算機(jī)即是變量的輸入/輸出設(shè)備，也是它們的顯示設(shè)備（稱為所謂被動(dòng)模式）。4.2 微處理器的兩種處理模式被動(dòng)模式（本次課程設(shè)計(jì)所使用的模式）在被動(dòng)模式下，程序的處理由計(jì)算機(jī)完成，因此接口與計(jì)算機(jī)的連接電纜不能斷開。在每個(gè)程序周期中，接口采集來(lái)自數(shù)字量和模擬輸入端的數(shù)值

9、然后傳送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)再把數(shù)字量的輸入值傳送給接口板，接口板上的微處理器按要求操作相連的電機(jī)、燈和電磁鐵。接口板工作于被動(dòng)模式時(shí)，計(jì)算機(jī)屏幕只能作為輸入/輸出設(shè)備，或程序狀態(tài)的顯示設(shè)備。主動(dòng)模式在主動(dòng)模式下，程序由接口板自身的微處理器進(jìn)行處理，而接口板與計(jì)算機(jī)的連線要斷開。如果軟件支持主動(dòng)模式（如LLWIN V2.1或以上），程序可以下載到接口板的RAM里。程序下載后，接口板就終止與計(jì)算機(jī)的連接，此時(shí)可以拔掉接口線。程序駐留在接口板的RAM歷直到電源被切斷（在不設(shè)定程序掉電保護(hù)功能時(shí).）接口板上的微處理器的計(jì)算能力遠(yuǎn)小于計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力。對(duì)于旨在捕獲快速計(jì)數(shù)脈沖的大程序，微處理器便無(wú)法累計(jì)到

10、全部脈沖，這樣的程序只能在被動(dòng)模式下進(jìn)行處理。為了從主動(dòng)模式切換到被動(dòng)模式，要切斷接口板的供電電源。這就重新啟動(dòng)了安裝在接口板EPROM中的操作軟件，于是切換成為被動(dòng)模式。如果在計(jì)算機(jī)上修改了主動(dòng)模式下的處理程序，而且想把它傳回給接口板的微處理器，也必須切斷電源。4.3 計(jì)算機(jī)與接口板通訊串行口接口用廠家提供的9針D型插頭經(jīng)由RS232接口電纜和計(jì)算機(jī)的串行口（COM1或COM）連接。 控制端口參數(shù) 波特率 9600 位數(shù) 8 校驗(yàn) 無(wú) 停止位 1通 訊計(jì)算機(jī)通過(guò)串行口與控制接口板通信的格式是兩個(gè)字節(jié)。第一個(gè)字節(jié)是接口命令，它告訴接口發(fā)送什么作為應(yīng)答，第二個(gè)字節(jié)規(guī)定哪個(gè)電機(jī)以什么方向運(yùn)動(dòng)。接口

11、命令字節(jié)二進(jìn)制 十六進(jìn)制 十進(jìn)制規(guī)定（回送內(nèi)容）11000001 C1193只輸入 E1E8 10000101 C5197輸入E1E8和模擬量EX 11001001C9201輸入E1E8和模擬量EY電機(jī)狀態(tài)字節(jié)+6位規(guī)定1電機(jī)1左轉(zhuǎn)2電機(jī)1右轉(zhuǎn)3電機(jī)2左轉(zhuǎn)4電機(jī)2右轉(zhuǎn)5電機(jī)3左轉(zhuǎn)6電機(jī)3右轉(zhuǎn)7電機(jī)4左轉(zhuǎn)8電機(jī)4右轉(zhuǎn) 可以同時(shí)操作4個(gè)電機(jī)。但是如果對(duì)一個(gè)電機(jī)同時(shí)設(shè)置左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，電機(jī)將拒絕運(yùn)行。從接口板應(yīng)答命令應(yīng)答規(guī)定（回送內(nèi)容及格式）1931字節(jié)每1位代表1位輸入1973字節(jié)1字節(jié)見上，2、3字節(jié)為模擬量EX2013字節(jié)1字節(jié)見上，2、3字節(jié)為模擬量EY注意：從接口板發(fā)出的電機(jī)控制數(shù)據(jù)必須在30

12、0ms內(nèi)進(jìn)行刷新，否則電機(jī)將停轉(zhuǎn)。五服務(wù)端程序中主要功能模塊的設(shè)計(jì)過(guò)程圖6中上方文本框用于記錄手爪閉合時(shí)行程開關(guān)狀態(tài)（十進(jìn)制），Timer主要用于刷新電機(jī)數(shù)據(jù)以及電機(jī)的延時(shí)。啟動(dòng)VB并新建一個(gè)工程，往窗體(Form)中加入1個(gè)Winsock控件、1個(gè)通信控件(MSComml)以訪問(wèn)串口；12個(gè)定時(shí)器控件(Timer)以延時(shí)查詢串口；8個(gè)復(fù)選框控件及2個(gè)按鈕組控制四路電機(jī)及其狀態(tài)。Winsock控件MSComm控件Timmer控件圖6：本地控制界面主要代碼以及事件方法介紹如下：Private Sub Form_Load()Timer1.Enabled = False Timer2.Enabled

13、 = FalseTimer3.Enabled = FalseTimer4.Enabled = FalseTimer5.Enabled = FalseTimer6.Enabled = FalseTimer7.Enabled = FalseTimer8.Enabled = FalseTimer9.Enabled = FalseTimer10.Enabled = FalseTimer11.Enabled = FalseTimer12.Enabled = FalseWinsock1.Listen 進(jìn)入偵聽狀態(tài)，等待客戶端的連接請(qǐng)求 MSComm1.InBufferCount = 0 清除接收緩沖區(qū)MS

14、Comm1.CommPort = 1 選擇通訊端口1MSComm1.RThreshold = 1 接收緩沖區(qū)收到每一個(gè)字符都會(huì)使 MSComm 控件產(chǎn)生 OnComm 事件MSComm1.InputLen = 0 MSComm 控件讀取接收緩沖區(qū)中全部的內(nèi)容MSComm1.Settings = "9600,n,8,1" 設(shè)置通信參數(shù)9600,N,8,1MSComm1.PortOpen = True 打開通訊端口Private Sub MSComm1_OnComm() OnComm事件：通過(guò)接口板的各個(gè)輸入控制電機(jī)Dim in

15、byte() As ByteSelect Case MSComm1.CommEventCase comEvReceive 監(jiān)測(cè)通信過(guò)程中發(fā)生的錯(cuò)誤或事件inbyte = MSComm1.InputEnd SelectDim a As IntegerDim b As IntegerDim c As IntegerDim d As IntegerDim e As Integera = inbyte(0) And 1b = inbyte(0) And 2c = inbyte(0) And 8d = inbyte(0) And 16e = inbyte(0) And 4If a = 1 Then Ti

16、mer1.Enabled = False 壓下限位開關(guān)E1，向前運(yùn)動(dòng)停止If b = 2 Then Timer2.Enabled = False 壓下限位開關(guān)E2，向后運(yùn)動(dòng)停止If c = 8 Then Timer5.Enabled = False 壓下限位開關(guān)E4，上運(yùn)動(dòng)停止If d = 16 Then Timer6.Enabled = False 壓下限位開關(guān)E5，向下運(yùn)動(dòng)停止If e = 4 Then Timer7.Enabled = False 壓下限位開關(guān)E3，機(jī)械手張開停止End SubPrivate Sub Timer1_Timer()Dim outbyte(1) As Byte

17、outbyte(0) = &HC1 outbyte(1) = &H1 電機(jī)1正轉(zhuǎn)，向前運(yùn)動(dòng)MSComm1.OutBufferCount = 0MSComm1.Output = outbyteEnd SubPrivate Sub Timer2_Timer()Dim outbyte(1) As Byteoutbyte(0) = &HC1outbyte(1) = &H2 電機(jī)1反轉(zhuǎn)，向后運(yùn)動(dòng)MSComm1.OutBufferCount = 0MSComm1.Output = outbyteEnd SubPrivate Sub Timer3_Timer()Dim out

18、byte(1) As Byteoutbyte(0) = &HC1outbyte(1) = &H4 電機(jī)2正轉(zhuǎn)，向左轉(zhuǎn)動(dòng)MSComm1.OutBufferCount = 0MSComm1.Output = outbyteEnd SubPrivate Sub Timer4_Timer()Dim outbyte(1) As Byteoutbyte(0) = &HC1outbyte(1) = &H8 電機(jī)2反轉(zhuǎn)，向右轉(zhuǎn)動(dòng)MSComm1.OutBufferCount = 0MSComm1.Output = outbyteEnd SubPrivate Sub Timer5_

19、Timer()Dim outbyte(1) As Byteoutbyte(0) = &HC1outbyte(1) = &H10 電機(jī)3正轉(zhuǎn)，向上運(yùn)動(dòng)MSComm1.OutBufferCount = 0MSComm1.Output = outbyteEnd SubPrivate Sub Timer6_Timer()Dim outbyte(1) As Byteoutbyte(0) = &HC1outbyte(1) = &H20 電機(jī)3反轉(zhuǎn)，向下運(yùn)動(dòng)MSComm1.OutBufferCount = 0MSComm1.Output = outbyteEnd SubPri

20、vate Sub Timer7_Timer()Dim outbyte(1) As Byteoutbyte(0) = &HC1outbyte(1) = &H40 電機(jī)4正轉(zhuǎn)，機(jī)械手張開MSComm1.OutBufferCount = 0MSComm1.Output = outbyteEnd SubPrivate Sub Timer8_Timer()Dim outbyte(1) As Byteoutbyte(0) = &HC1outbyte(1) = &H80 電機(jī)4反轉(zhuǎn)，機(jī)械手閉合MSComm1.OutBufferCount = 0MSComm1.Output = outbyteText1.Text = Str(Val(Text1.Text) + 1)If Text1.Text = 45 Then 當(dāng) Text1的讀數(shù)到45時(shí)，機(jī)械手閉合停止Text1.Text = ""Timer8.Enabled = FalseEnd IfEnd Sub六結(jié)論及心得體會(huì)在這次課程設(shè)