慧鱼四自由度机械手说明书.docx

1、慧鱼四自由度机械手说明书 课程设计说明书设计名称： 综合课程设计 题 目： 机械模型的远程控制 四自由度机械手 学生姓名： 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级： 学 号： 指导教师： 日 期： 2013年 12月 25 日 一课程设计的主要内容和任务分析1二机构模型的的原理图及工作原理12.1 总体工作流程22.2 前后运动部分22.3 左右转动部分32.4 上下运动部分52.5 机械手转动部分52.6 机械手张开闭合部分5三远程控制系统的工作原理5四慧鱼接口板的处理器操作模式的选择以及计算机与接口板的通讯64.1 慧鱼接口板概述64.2 微处理器的两种处理模式64.3 计算机与接口板通讯

2、7五客户端程序中主要功能模块的设计过程8六结论及心得体会 13七参考文献 13一主要内容和任务分析利用德国慧鱼公司的“智能创意教具”模型设计、装配出较有创意的机构或机械设备模型，模型完成之后应用VB开始编程以及对程序的调试最终能完成对模型的远程控制。认真复习机械原理、机械设计、自动生产线、VB的基本知识以及学习新的知识（主要为mscomm、winsock、timer三种控件的使用）等。在实验室熟悉慧鱼模型的元件及其撘建方法，参考现有的模型基础，然后设计出有创意的机械模型。二、机构模型的的原理图及工作原理 2.1 总体工作流程 作品拟实现的主要功能有以下五个运动：前后运动；左右转动；上下运动；手

3、爪顺逆时针转动；手爪的张开闭合。全景图如下： 2.2 前后运动部分 如图1所示，其工作过程为：向前运动时，电动机1正转，通过减速箱2减速，再通过齿轮链条3的传动将动力传到蜗杆4。此时限位开关5常开开关打开，蜗杆4旋转将底盘7向前运动，底盘到达最前端，此时，限位开关6常开关开闭合，向前运动完成，电动机1停止。向后远动时，电动机1反转，回程至限位开关4闭合时，电动机1停止。图1：前后运动部分侧视图1、电动机； 2、减速箱； 3、链条； 4、蜗杆； 5、6、 限位开关； 7、底盘。2.3 左右转动部分如图2所示，电动机1的正反转分别对应左右转动。左右转动时，电动机1转动，通过减速箱2减速，再通过蜗轮

4、3的传动将动力传到齿轮4，通过齿轮带动机械手，可根据不同的角度需要，把机械手转到不同的位置。图2：左右转动部分1、电动机； 2、减速箱； 3、蜗轮； 4、齿轮图3：上下运动部分正视图1、电动机； 2、减速箱； 3、蜗杆； 4、导杆； 5、6、限位开关图4：机械手转动部分正视图1、电动机； 2、减速箱； 3、蜗轮； 4、齿轮2.4 上下运动部分如图3所示，向上运动时，电动机1正转，通过减速箱2减速，把动力传动蜗杆3上，此时限位开关5，常开开关打开，蜗杆3转动使手爪沿着导杆4向上运动，手爪到达最上端，限位开关6闭合，电动机1停止。向下运动时，电动机1反转，手爪向下运动到最下端，限位开关5闭合，电动

5、机1停止。 2.5 机械手转动部分如图4所示，手爪顺时针转动时，电动机1正转，经过减速箱2减速，通过蜗轮3把动力传到齿轮4上，齿轮带动手爪转动。手爪逆时针转动时，电动机1反转。2.6 机械手张开闭合部分如图5所示，手爪张开时，电动机1正转，经过减速箱2减速，把动力传到连杆3上，连杆带动蜗杆4转动，此时限位开关5常开开关打开，蜗杆转动使手爪打开，手爪打开使触板触碰限位开关5，限位开关闭合，电动机1停止。手爪闭合时，电动机1反转，手爪抓住工件时，电动机1停止。 图5：机械手张闭部分俯视图1、电动机； 2、减速箱； 3、连杆； 4、蜗杆；5、限位开关3远程控制系统的工作原理远程控制是在网络上由一台电

6、脑（主控端 Remote/客户端）远距离去控制另一台电脑（被控端 Host/服务器端）的技术。远程控制必须通过网络才能进行。位于本地的计算机是操纵指令的发出端，称为主控端或客户端，非本地的被控计算机叫做被控端或服务器端。“远程”不等同于远距离，主控端和被控端可以是位于同一局域网的同一房间中，也可以是连入Internet的处在任何位置的两台或多台计算机。远程控制软件一般分两个部分：一部分是客户端程序，另一部分是服务器端程序，在使用前需要将客户端程序安装到主控端电脑上，将服务器端程序安装到被控端电脑上。它的控制的过程是先在主控端电脑上执行客户端程序，像一个普通的客户一样向被控端电脑中的服务器端程序

7、发出信号，建立一个特殊的远程服务，然后通过这个远程服务，使用远程控制功能发送远程控制命令，控制被控端电脑中的各种应用程序运行。基于VB的远程控制系统通过VB的winsock控件进行数据交换来实现。winsock是Mcrosoft windows提供的网络编程接口。它有两种数据交换协议：TCP协议和UDP协议，本次课程设计运用TCP协议。四慧鱼接口板处理器操作模式的选择以及计算机与接口板的通讯4.1 慧鱼接口板概述为了用计算机控制慧鱼教学模型，首先应当有合适的控制软件以及连接计算机与模型的接口。接口完成软件命令的转换，列入可以启动电机、处理来自传感器的信号等。接口板上有连向电机、灯、或电磁铁的四

8、个数字量的输入口，还有八个数量和两个模拟量的输入口用来连接开关，光敏、磁敏、热敏电阻等传感器。慧鱼智能接口板上自带微处理器，通过串行口与计算机相连。在计算机上编好的程序可以下载到接口板的微处理器上，该微处理器可以独立地执行程序（在所谓主动模式下），这样就不必用电缆连接计算机和行走机器人。当控制像机械手、绘图机这样的移动设备时，模型与计算机保持连接，计算机即是变量的输入/输出设备，也是它们的显示设备（称为所谓被动模式）。4.2 微处理器的两种处理模式被动模式（本次课程设计所使用的模式）在被动模式下，程序的处理由计算机完成，因此接口与计算机的连接电缆不能断开。在每个程序周期中，接口采集来自数字量和

9、模拟输入端的数值然后传送给计算机，计算机再把数字量的输入值传送给接口板，接口板上的微处理器按要求操作相连的电机、灯和电磁铁。接口板工作于被动模式时，计算机屏幕只能作为输入/输出设备，或程序状态的显示设备。主动模式在主动模式下，程序由接口板自身的微处理器进行处理，而接口板与计算机的连线要断开。如果软件支持主动模式（如LLWIN V2.1或以上），程序可以下载到接口板的RAM里。程序下载后，接口板就终止与计算机的连接，此时可以拔掉接口线。程序驻留在接口板的RAM历直到电源被切断（在不设定程序掉电保护功能时.）接口板上的微处理器的计算能力远小于计算机的计算能力。对于旨在捕获快速计数脉冲的大程序，微处

10、理器便无法累计到全部脉冲，这样的程序只能在被动模式下进行处理。为了从主动模式切换到被动模式，要切断接口板的供电电源。这就重新启动了安装在接口板EPROM中的操作软件，于是切换成为被动模式。如果在计算机上修改了主动模式下的处理程序，而且想把它传回给接口板的微处理器，也必须切断电源。4.3 计算机与接口板通讯串行口接口用厂家提供的9针D型插头经由RS232接口电缆和计算机的串行口（COM1或COM）连接。 控制端口参数 波特率 9600 位数 8 校验 无 停止位 1通 讯计算机通过串行口与控制接口板通信的格式是两个字节。第一个字节是接口命令，它告诉接口发送什么作为应答，第二个字节规定哪个电机以什

11、么方向运动。接口命令字节二进制 十六进制 十进制规定（回送内容）11000001 C1193只输入 E1E8 10000101 C5197输入E1E8和模拟量EX 11001001C9201输入E1E8和模拟量EY电机状态字节+6位规定1电机1左转2电机1右转3电机2左转4电机2右转5电机3左转6电机3右转7电机4左转8电机4右转 可以同时操作4个电机。但是如果对一个电机同时设置左转和右转，电机将拒绝运行。从接口板应答命令应答规定（回送内容及格式）1931字节每1位代表1位输入1973字节1字节见上，2、3字节为模拟量EX2013字节1字节见上，2、3字节为模拟量EY注意：从接口板发出的电机控

12、制数据必须在300ms内进行刷新，否则电机将停转。五服务端程序中主要功能模块的设计过程图6中上方文本框用于记录手爪闭合时行程开关状态（十进制），Timer主要用于刷新电机数据以及电机的延时。启动VB并新建一个工程，往窗体(Form)中加入1个Winsock控件、1个通信控件(MSComml)以访问串口；12个定时器控件(Timer)以延时查询串口；8个复选框控件及2个按钮组控制四路电机及其状态。Timmer控件Winsock控件MSComm控件图6：本地控制界面主要代码以及事件方法介绍如下：Private Sub Form_Load()Timer1.Enabled = False Timer2

13、.Enabled = FalseTimer3.Enabled = FalseTimer4.Enabled = FalseTimer5.Enabled = FalseTimer6.Enabled = FalseTimer7.Enabled = FalseTimer8.Enabled = FalseTimer9.Enabled = FalseTimer10.Enabled = FalseTimer11.Enabled = FalseTimer12.Enabled = FalseWinsock1.Listen 进入侦听状态，等待客户端的连接请求 MSComm1.InBufferCount = 0 清

14、除接收缓冲区MSComm1.CommPort = 1 选择通讯端口1MSComm1.RThreshold = 1 接收缓冲区收到每一个字符都会使MSComm控件产生OnComm事件MSComm1.InputLen = 0 MSComm控件读取接收缓冲区中全部的内容MSComm1.Settings = 9600,n,8,1 设置通信参数9600,N,8,1MSComm1.PortOpen = True 打开通讯端口Private Sub MSComm1_OnComm() OnComm事件：通过接口板的各个输入控制电机Dim inbyte() As ByteSelect Case MSComm1.

15、CommEventCase comEvReceive 监测通信过程中发生的错误或事件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 Timer1.Enabled = False 压下限位开关E1，向前运动

16、停止If b = 2 Then Timer2.Enabled = False 压下限位开关E2，向后运动停止If c = 8 Then Timer5.Enabled = False 压下限位开关E4，上运动停止If d = 16 Then Timer6.Enabled = False 压下限位开关E5，向下运动停止If e = 4 Then Timer7.Enabled = False 压下限位开关E3，机械手张开停止End SubPrivate Sub Timer1_Timer()Dim outbyte(1) As Byteoutbyte(0) = &HC1 outbyte(1) = &H1

17、 电机1正转，向前运动MSComm1.OutBufferCount = 0MSComm1.Output = outbyteEnd SubPrivate Sub Timer2_Timer()Dim outbyte(1) As Byteoutbyte(0) = &HC1outbyte(1) = &H2 电机1反转，向后运动MSComm1.OutBufferCount = 0MSComm1.Output = outbyteEnd SubPrivate Sub Timer3_Timer()Dim outbyte(1) As Byteoutbyte(0) = &HC1outbyte(1) = &H4 电

18、机2正转，向左转动MSComm1.OutBufferCount = 0MSComm1.Output = outbyteEnd SubPrivate Sub Timer4_Timer()Dim outbyte(1) As Byteoutbyte(0) = &HC1outbyte(1) = &H8 电机2反转，向右转动MSComm1.OutBufferCount = 0MSComm1.Output = outbyteEnd SubPrivate Sub Timer5_Timer()Dim outbyte(1) As Byteoutbyte(0) = &HC1outbyte(1) = &H10 电机

19、3正转，向上运动MSComm1.OutBufferCount = 0MSComm1.Output = outbyteEnd SubPrivate Sub Timer6_Timer()Dim outbyte(1) As Byteoutbyte(0) = &HC1outbyte(1) = &H20 电机3反转，向下运动MSComm1.OutBufferCount = 0MSComm1.Output = outbyteEnd SubPrivate Sub Timer7_Timer()Dim outbyte(1) As Byteoutbyte(0) = &HC1outbyte(1) = &H40 电机

20、4正转，机械手张开MSComm1.OutBufferCount = 0MSComm1.Output = outbyteEnd SubPrivate Sub Timer8_Timer()Dim outbyte(1) As Byteoutbyte(0) = &HC1outbyte(1) = &H80 电机4反转，机械手闭合MSComm1.OutBufferCount = 0MSComm1.Output = outbyteText1.Text = Str(Val(Text1.Text) + 1)If Text1.Text = 45 Then 当 Text1的读数到45时，机械手闭合停止Text1.T

21、ext = Timer8.Enabled = FalseEnd IfEnd Sub六结论及心得体会在这次课程设计中，我们先认真复习机械原理、机械设计、VB的基本知识以及学习新的知识（主要为mscomm、winsock、timer三种控件的使用）等，通过慧鱼模型将自己心中所设想的机械搭建成模型，并使用VB通过串口对所搭建而成的机械模型进行控制。 在搭建模型的过程中，遇到很多问题，有些零件不够用甚至找不到相应的零件，这时候只能找其他的零件代替，所以我们的模型用了两根长度不同的导杆，虽然看起来很奇怪，但是可以实现功能。我们前后搭建了两个模型，第一个是摇臂式的机械手，搭建好之后才发现臂的提起和放下有问

22、题，其模型的原理是不可行的，从这个事件中说明了在机械设计中必须要考虑其机械原理的可行性理论，要做到理论与实际相结合。为了发生避免相同的问题，我们把模型改为升降式的机械手。模型搭建完成后，编程是一个很大的挑战，我们以前学到的VB知识几乎用不上，需要重新学习mscomm、winsock两个控件，在对这两个控件完成不懂的情况下，我们通过上网查资料，查阅书本，理解两个控件的各个属性及其用法，然后再联系timer控件编好系统程序。总而言之，这次课程设计是非常有意义的，在这个过程之中，我们有机会把书本上学到的知识用到实际当中，虽然是用到模型上，但也是一次实践经历，而且我们学到了新的知识，真正意义上使用VB编程。七、 参考文献 1. 汪建晓. 机械原理 华中科技大学出版社 2. 汪建晓. 机械设计 华中科技大学出版社 3. 范逸之 陈立元. Visual Basic与RS232串口通信 中国青年出版社 4. 刘炳文. Visual Basic程序设计教程 清华大学出版社