机械创新设计实训指导书10130

1机械创新设计实训指导书刘业武邵丹军华中科技大学武昌分校自动化系中心实验室2010年2月2目录一、实习目的二、实习内容三、实习步骤四、创新技法五、实习资料六、实习设备七、8个基础实习项目实习一马达控制Motorcontrol实习二烘手机Handdryer实习三红绿灯Trafficlight实习四移动门Slidingdoor实习五温度控制器Temperaturecontrol实习六冲压机Stampingpress实习七停车栏杆Carparkbarrier实习八焊接机器人Weldingrobot八、工业机器人IndustryRobots九、移动机器人MobileRobots十、气动机器人PneumaticRobots3《机械创新设计实习》是知识更新的进程，为创造发明打基础。为了加强创新教育,我校于2004年引进德国慧鱼创意组合模型（fischertechnik），它属于机电一体化数控教具，形象生动、寓教于乐、富于创意。一、实习目的学生是未来的工程师，通过机械创新设计实习，自主设计实习系统，独立装配机器，独立编写程序，培养创新精神,提高实践能力。二、实习内容1、掌握慧鱼模型实习系统硬件拼接方法;2、掌握ROBOPro软件的编程方法;3、掌握硬件和软件整体操作调试方法；三、实习步骤现代机电一体化系统，通常由机械零部件、电气元件及计算机组成。机械创新设计实习步骤如下：1、明确设计任务当你准备设计一台机器时，首先必须明确其功能原理是什么？2、拼接模型及连线在慧鱼公司拼接手册中，有一系列示范性设计样本供初学者参考：对照某一个示范样本将机械零部件、电气元件和计算机装配成实习系统。3、调试示范性参考程序在慧鱼公司软件手册中，有一系列示范性程序供初学者参考。当模型装配完成后，应先打开相应的示范程序，然后一边调试，一边观察情况，分析系统工作是否正常？存在什么问题？4、创新根据存在问题，提出创新目标，改进结构，编制新的程序。4四、创新技法怎样才能实现创新目标？，关键是改善思维方法与实验方法，下面提供4个实用的创新技法。1、组合创新法创新发明按照技术来源可分为两类：☆“突破型发明”——采用全新的技术原理进行创新发明，例如1946年计算机的发明；☆“组合型发明”——采用已有的技术原理加以重新组合进行创新发明。例如计算机技术与机床技术相结合，综合成数控机床。突破型发明越来越难，比重正不断下降；而组合型发明比重快速上升，成为当代科技创新的趋势。组合型发明采用“组合创新法”——按照已有的技术原理，将两个或多个功能元素合并，发掘事物的潜力，产生新的价值、新的功能，综合成新的产品。在调试过程中，会发现软硬件存在某些缺陷，需要改进，这就是组合创新。2、智慧碰撞法在课题组内，独立钻研与团队协作应贯穿始终。“智慧碰撞法”要求课题组成员之间应互相切磋、探讨、争辩，用以突破障碍、激扬智慧。【实例】著名物理学家玻尔，他经常来到青年大学生中间，平等地展开讨论、反驳、质疑、答辩，使智慧碰撞、知识相通、相互激励、灵感涌现。3、生疑提问法问原因——每看到一种现象、一种事物，问一问它的产生原因是什么？问结果——思考时想一想这样做会导致什么后果?问规律——对于事物的因果关系、内在联系，要勇于质疑其正确与否？问发展——事物发生变化后，应远望其发展前景及趋势是什么？【实例】爱因斯坦认为：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。5提出新问题、新视角，需要创造性想象力，标志着科学的真正进步。”4、功能设计法在调试阶段，同学们要尽快明确作品的功能与工作原理，发现问题，加以创新。功能是产品的核心，是对产品特定工作能力的描述。工作原理是产品结构设计最重要的依据；而构思工作原理时，关键是满足产品的功能要求。五、实习资料“科学理论指导工程实践”。培养独立阅读能力与培养独立动手能力同样重要。同学们在实习过程中，应经常阅读自学以下3种实习资料：1、机械创新设计实习指导书。2、机械创新设计软件手册。3、电子版拼接手册(安装于硬盘中)重要订正：▲在电子版拼接手册电路图中，符号E1、E2、E3……均应改正为I1、I2、I3……▲接口板插孔位置也有所变化，应按接口板的实际符号进行连接。六、实习设备1、软件ROBOPro系统软件已安装在硬盘中，据此编写用户程序，实现模型自动化控制。该软件特性如下:☆它是一种流程式图形化软件,指令精简，形象生动，易学易用；☆电脑要求：CPU≥600M，内存≥32M，硬盘空间≥20M；☆与Windows95/98/ME/NT/2000/XP操作系统兼用；2、硬件☆1套模型零件（Computingstarter）；☆1台电脑；☆1块ROBO接口板6☆1块稳压电源（-9V）；☆1条COM接口线。重点介绍以下硬件：（1）ROBO接口板简介ROBO接口板自带微处理器，能转换ROBOPro软件的各种命令。用户程序主要有两种工作模式：在线模式——接口板与电脑相连，用专用的接口线，将接口板与电脑串口相连；程序在电脑上运行，电脑显示器作为用户界面。下载模式——程序被下载到接口板上，然后接口板与电脑脱开，电脑显示器失去了用户界面的作用。具有断电保护功能。接口板(图1)上有4对数字量输出插孔M1～M4，可用来连接4个马达(或电磁铁或灯)。连续电流：250mA，电流极限：1A；具有短路保护功能；接口板上有8对数字量输入插孔I1～I8，可用来连接传感器。电压范围：直流9V（6～12V）；接口板上还有2对模拟量输入插孔AX和AY，用来连接电位计、热传感器及光传感器。接口板上COM接口指示灯和COM接口指示灯交替闪烁时表明接口板可以正常工作．11.电源插座2.接地端3.可充电源插座4.按钮(启运和停止已存贮的程序)5.按钮(选择COM或COM等输入端口)6.COM接口指示灯7.COM接口指示灯8.红外测试指示灯9.距离传感器输入10.模拟电压输入端口(21AA)11.模拟阻抗输入端口(YXAA)12.数字输入端口(81II)13.26针槽7图1.接口板14.输出(1M--2M)15.扩展板用插槽16.串口接口17.COM接口18.红外接收二极管19.无线射频通讯模块用插槽20.红色故障显示重点阅读:▲软件手册P112.4“接口板测试”（2）稳压电源介绍主要功能：将220伏交流电转换为9伏直流电。输入：～220V，0.8A;输出:-9V,1.5A（3）模型零件介绍零件分成机械零件和电气元件,大部分机械零件采用尼龙塑料,小部分采用不锈钢、铝合金等。尼龙塑料零件采取槽型连接结构，可实现三维六面体拼接。①马达(图2):它是驱动模型的动力源。9V直流，最大功率为1.1w,转速7000prn。图3触动开关图2马达②触动开关(图3):也称接触传感器,有三个端子,分别标为1、2、3.有二种使用方法:a.常开---使用端子1、3,按下按钮=导通,松开按钮=断开.b.常闭---使用端子1、2,按下按钮=断开,松开图4齿轮减速箱按钮=导通③齿轮减速箱(图4):装在马达上,用以降低马达转速,速比为64.8.8④大功率马达(图5)大功率直流电机(9伏，2，4瓦)，内置齿轮箱，以50：1减速比驱动移动机器人(即马达旋转50转时，其输出轴只旋转一次)。图5大功率马达⑤灯泡（图6）：模型零件中包括两种灯泡：a.球形灯泡---普通发光灯泡，9V直流，0.1A．b.聚焦灯泡---白炽灯泡，9V直流，0.15A；这种灯泡头上有透镜，可以聚集光线并发射出去；一般与光电晶体管配对使用,作为光线识别的传感器。图6灯泡⑥光电晶体管（图7）：也称“感光传感器”，“光敏三极管”，一般与聚焦灯泡配对使用,作为光线识别的传感器．当有光照在上面时,它产生电流,光遮挡时没有电流。注意：光电晶体管连线时，请注意正负极性，标有红色的端口为正极。图7光电晶体管⑦NTC电阻：是热传导器，可测量温度。温度为20°C时,电阻值为1.5K,NTC的意思是负温度系数,温度升高电阻下降。9图8NTC电阻七、8个基础实习项目实习一马达控制Motorcontrol一、实习重点1、熟练掌握软、硬件操作的通用性调试技巧；2、掌握7个基础性编程模块指令；3、建立自主学习的方法：勤于动手，勤于观察；善于阅读；善于思考；独立钻研，精诚协作。二、重要配件介绍下面介绍本实习使用的3种主要的硬件：1、马达重点阅读:上节模型零件介绍它是驱动模型的动力源。9V直流，最大功率为1.1w,转速为7000prn。提问：它的外伸轴实质上属于何种零件?马达怎样实现反转与调速？2、齿轮箱它安装在马达上，用来降低马达的转速，传动比为64.8：1。该齿轮箱制作十分精致。3、触动开关也称为接触传感器，侧面上有1#、2#、3#三个导线插孔，有常开和常闭两种连接模式：表1-1方法导线连接的插孔号压下按钮时线路状态松开按钮时线路状态平常工作状态11#和3#导通断开常开21#和2#断开导通常闭注意：▲“平常工作状态”指按钮松开时的线路状态，“常开”和“常闭”是经常使用的两个电气技术术语。▲请你在触动开关侧面上寻找三个导线插孔的数字编号：1#、2#、3#。在实验中常常将开关连接成“常开”模式．三、实习步骤1、明确设计任务请你设计一个能使直流电动机正转、反转、停止、调速的数控实习系统。2、拼接模型重点阅读:▲拼接手册:P3～5按照拼接手册P3～5提供的硬件设计方案，将有关机械零件和电气元件装配起来，最后将接口板与电气元件连线。注意：▲许多电气故障来自导线与接头连接不正确，导致短路或断路。请你仔细对照拼接手册10P3加以改进。若发现接头与插孔连接松动，应将接头的十字形缝隙扩大些。3、连接电源将稳压电源一端与接口板相连，另一端与～220v电源相连，转换成9v直流电，然后输入接口板。4、连接电脑重点阅读：软件手册P9～12。第一步、选择接口选择COM接口：用“COM连接线”将电脑与接口板相连→点击“设置电脑通讯端口”菜单→选择COM→选择ROBO接口板→确定→按Port按钮（5），要选择COM灯（6）点亮。第二步、接口板测试点击“测试”菜单→如果下方窗口显示绿色，则表示连接正确；如果为红色，则表示连接不正确，应寻找原因排除故障→用鼠标分别点击“输出口”M1的3个位置，观察马达工作是否正常？→分别按3个开关，观察“数字输出口”I1、I2、I3是否有符号√出现？5、调用范例程序1调用软件ROBOPro中的范例程序Motorcontrol1.rpp：双击桌面ROBOPro图标启动→打开Motorcontrol1，路径是：C:\ProgramFiles\ROBOPro\SamplePrograms\ComputingStarter\Motorcontrol1.rpp点击“开始”菜单→按开关1，观察M1是否逆时针转动？→按开关2，观察M1是否停止？→读懂程序中各个指令，并阅读软件手册有关部分内容→试着一边修改指令参数，一边观察程序执行情况→寻找存在的问题，考虑怎样独立编程？重要提示：▲当范例程序被修改后，一旦关闭程序时，系统会问你：“是否需要更改程序？”你一定要选择：“否”！才能保持范例程序为原状。如果你要保留修改后的程序，那么可采用：点击“文件”→“另存为”→存入F：盘内自己的文件夹。6、调试范例程序2C:\ProgramFiles\ROBOPro\SamplePrograms\ComputingStarter\Motorcontrol2.rpp……7、编制新的程序通过多次调试，你想动手改进硬件结构、编制新的程序。编程时请点击“级别”菜单→选择“级别1”。初次尝试结构创新，不要过于复杂，适可而止，因后面还有7个实习，难度逐步升级。重点阅读:▲软件手册P3～20注意：▲查找指令模块的技巧：读程序时，如果有某一个指令模块的含义不清楚，那么你可在左方的指令模块元素窗口中寻找，找到后用鼠标箭头指向该指令模块，就会显示该指令模块的编号，再查找软件手册中的有关段落介绍。▲利用文字模块在编程清单空余处写出创新流程和硬件改进的情况，并作为文件“另存为”并重新命名文件名，存入F:盘自己设定的文件夹之中。11实习二烘手机Handdryer一、实习重点与