目录
一、实验目的 (1)
二、实验任务 (1)
三、实验原理 (1)
四、实验设备 (2)
五、实验内容 (3)
1、牛头刨床机构 (3)
2、内燃机机构 (4)
3、精压机机构 (4)
4、两齿轮-曲柄摇杆机构 (5)
5、两齿轮-曲柄摆块机构 (6)
6、喷气织机开口机构 (6)
7、双滑块机构 (7)
8、冲压机构 (8)
9、插床机构 (8)
10、筛料机构 (9)
11、凸轮-连杆组合机构 (9)
12、凸轮-五连杆机构 (10)
13、行程放大机构 (11)
14、冲压机构 (11)
15、双摆杆摆角放大机构 (12)
六、实验方法与步骤 (12)
一、实验目的
1、机构创新设计与运动分析实验是综合性实验，在掌握机构组成原理、基本机构的类型、结构、设计知识的基础上，以ＺＢＳ－Ｃ机构创意设计实验台作为操作平台，进行机构创新设计实验；
2、培养学生运用创新思维方法，遵循机械设计的基本法则，对机构运动系统方案进行设计与研究。以期通过实验使学生创新意识、综合设计能力得到加强，实验技能得到提高。
二、实验任务
1、选用工程机械中各种平面机构运动简图，在ＺＢＳ－Ｃ机构创新设计实验台搭接、运行，满足机构运动要求。
２、根据设计机构创新方案、画出机构运动简图，在ＺＢＳ－Ｃ机构创新设计实验台搭接、运行，满足机构设计要求。
三、实验原理
1、杆组的概念
由于平面机构具有确定运动的条件是机构的原动件数目与机构的自由度数相等，因此机构由机架、原动件和自由度为零的从动件系统通过运动副联接而成。将从动件系统拆成若干个不可再分的自由度为零的运动链，称为基本杆组，简称杆组。根据杆组的定义，组成平面机构杆组的条件是：F=3n-2pL-pH=0其中构件数n，高副数PH和低副数PL都必需是整数。由此可以获得各种类型的杆组。
当n=1,PL=1,PH=1 时即可获得单构件高副杆组，常见的有如下几种：
图 3-1 单构件高副杆组
因此满足上式的构件数和运动副数的组合为：n=2,4,6……，PL=3，6，9……。最简单的杆组为n=2，PL=3，称为Ⅱ级组，由于杆组中转动副和移动副的配置不同，Ⅱ级组共有如下五种形式。n=4,PL=6 的杆组形式很多，机构创新模型已有图3 所示的几种常见的Ⅲ级杆组。
图 3-22 平面低副Ⅱ级组
图 3-3 平面低副Ⅲ级组
2、机构的组成原理
根据如上所述，可将机构的组成原理概述为：任何平面机构均可以用零自由度的杆组依次连接到原动件和机架上的方法来组成。这是本实验的基本原理。
四、实验设备
ZBS-C机构运动创新设计方案实验台图4-1；
图4-1ZBS-C机构运动创新设计方案实验台
五、实验内容
机构运动创新设计搭接实验，第一部分可选用工程机械中各种平面机构，根据机构运动简图，搭接实验。
第二部分可由学生构思平面机构运动简图进行创新构思并完成方案的搭接，达到开发学生创新思维的目的。
该实验台提供的配件可完成不少于40种机构运动方案的拼接实验。实验时每台架可有3名学生一组，完成不同机构运动方案的搭接设计实验。
工程机械中各种平面机构如下：
1、牛头刨床机构
图5－1牛头刨床机构
图b)为将图a）中的构件3由导杆变为滑块，而将构件4由滑块变为导杆形成。机构组成：牛头刨床机构由摆动导杆机构与双滑块机构组成。只是在图a)中，构件2、3、4组成两个同方位的移动副，且构建3与其它构件组成移动副两次；而图b)则是将图a)中D点滑块移至A点，使A点移动副在箱底处，易于润滑，使移动副摩擦损失减少。机构工作性能得到改善。图a）和图b）所示机构的运动特性完全相同，如图5-1所示.
工作特点：当曲柄Ⅰ回转时，导杆3绕点A摆动并具有急回性质，使杆5完成往复直线运动，并具有工作行程慢,并工作行程快回的特点。
2、内燃机机构
机构组成：曲柄滑块与摇杆滑块组合而成的机构，如图5-2所示。
图5－2内燃机机构
工作特点：当曲柄1座连续转动时，滑块6作往复直线移动，同时摇杆3作往复摆动带动滑块5作往复直线移动。
该机构用于内燃机中，滑块6在压力气体作用下作往复直线运动（故滑块6实际的主动件），带动曲柄1回转并使滑块5往复运动是压力气体通过不同的路径进入滑块6的左、右端并实现排气。
3、精压机机构
机构构成：该机构由曲柄滑块和两个对称的摇杆滑块机构所组成如图5-3所示。
图5－3精压机机构
工作特点：当曲柄1连续转动时，杆3上、下移动，通过杆4→5→6使滑块7作上、下移动，完成物料的压紧。对称部分8→9→10→7作用是使构件7平稳下压，使物料受载均衡。
4、两齿轮-曲柄摇杆机构
图 5-4 齿轮-曲柄摇杆机构
机构组成：该机构由曲柄摇杆机构和齿轮机构组成，其中齿轮5与摇杆2形成刚性联接，如图5-4所示。
工作特点：当曲柄Ⅰ回转时，连杆2驱动摇杆3摆动，从而通过齿轮5与齿轮4的啮合驱动齿轮4回转。由于摆杆3往复摆动，从而实现齿轮4的往复回转。
5、两齿轮-曲柄摆块机构
图 5-5 齿轮-曲柄摆块
机构
机构组成：该机构由齿轮机构和曲柄摆块机构组成。其中齿轮1和杆2可相对转动，齿轮4则装在铰链B点并与导杆3固联，如图5-5所示。
工作特点：杆2作圆周运动，为曲柄通过连杆使摆块摆动从而改变连杆的姿态使齿轮4带动齿轮1座相对曲柄的同向回转与逆向回转。
6、喷气织机开口机构
机构组成：该机构有曲柄摆块机构，齿轮-齿条机构和摇杆滑块机构组合而成，
图 5-6 喷气织机开口机构
其中齿条与导杆BC固联，摇杆DD/与齿轮G固联，如图5-6所示。
工作特点：曲柄AB以等角速度回转，带动导杆BC随摆块摆动的同时与摆块做相对移动，在导杆BC上固装的齿条E与活套在轴上的齿轮G相啮合，从而使齿
轮G作大角度摆动，与齿轮G固连在一起的杆DD/随之运动，通过连杆DF（D/F/）使滑块作上、下往复运动。组合机构中，齿条E的运动是由移动和转动合成的往复运动，而齿轮G的运动就取决于这两种运动的合成。
7、双滑块机构
图 5-7 双滑块机构
机构组成：该机构有双滑块组成，可看成有曲柄滑块机构A-B-C构成，从而将滑块4视做虚约束，如图5-7所示。
工作特点：当曲柄Ⅰ做匀速转动时，滑块3、4均作直线运动，同时，杆件2上任意点的轨迹为一椭圆。
8、冲压机构
图 5-8 冲压机构
机构组成：该机构由齿轮机构与对称配置的两套曲柄滑块机构组合而成，AD 杆与齿轮1固联，BC杆与齿轮2固联，如图5-8所示。
组成要求：Z
1=Z
2
；AD=BC；α=β
工作特点：齿轮1匀速转动，带动齿轮2回转，从而通过连杆3、4驱动杆5上下直线运动完成预定功能。
该机构可拆去杆件5，而E点运动轨迹不便，故该机构可用于因受空间限制无法安置滑槽但又须获得直线进给的自动机械中。而且对称布置的曲柄滑块机构可使滑块运动受力状态好。
9、插床机构
机构组成：该机构由转动导杆机构与正置曲柄滑块机构组成，如图5-9所示。
工作特点：曲柄1匀速转动，通过滑块2带动从动件3绕B点回转，通过连杆4驱动滑块5作直线移动。由于导杆机构驱动滑块5往复运动时对应的曲柄1转角不同，故滑块5具有急回特性。
10、筛料机构
图 5-10 筛料机构
机构组成：该机构由曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构构成，如图5-10所示。
工作特点：曲柄1匀速转动，通过摇杆3和连杆4带动滑块5作往复直线运动，由于曲柄摇杆机构的急回性质，使得滑块5速度，加速度变化较大，从而更好地完成筛料工作。
11、凸轮-连杆组合机构
图 5-11 凸轮-连杆组合机构
机构组成：该机构由凸轮机构和曲柄连杆机构以及齿轮齿条机构组成，且曲柄EF与齿轮为固联构件，如图5-11所示。
工作特点：凸轮为主动件匀速转动，通过摇杆2、连杆3使齿轮4回转，通过齿轮4与齿条5的啮合使齿条5作直线运动，由于凸轮轮廓曲线和形成限制和各杆件的尺寸制约关系，齿轮4只能做往复转动，从而使齿条5作往复直线移动。
12、凸轮-五连杆机构
机构组成：该机构由凸轮机构和连杆机构组成，其中凸轮与主动曲柄Ⅰ固联，又与摆杆4构成高副，如图5-12所示。
工作特点：凸轮1匀速回转，通过杆1和杆3将运动传递给杆2，从而杆2的运动是两种运动的合成运动，因此连杆2上的C点可以实现给定的运动轨迹。
13、行程放大机构
图 5-13 行程放大机构
机构组成：该机构由曲柄滑块机构和齿轮齿条机构组成，其中齿条5固定为机架，齿轮4为移动件，如图5-13所示。
工作特点：曲柄1匀速转动，连杆上C 点作直线运动，通过齿轮3带动齿条4作直线移动，齿条4的移动行程是C 点行程的两倍，故为行程放大机构。
14、冲压机构
图 5-14 冲压机构
机构组成：该机构由齿轮机构、凸轮机构、连杆机构组成，其中凸轮3与齿轮2固联，如图5-14所示。
工作特点：齿轮1匀速转动，齿轮2带动与其固联的凸轮3一起转动，通过
连杆机构使滑块7和滑块10作往复直线移动，其中滑块7完成冲压运动，滑块10完成送料运动。
该机构可用于连续自动冲压机床或剪床（剪床则由滑块7为剪切工具）。15、双摆杆摆角放大机构
机构组成:由摆动导杆机构组成，且有L
1>L
AB
(AC>AB)，如图5-15所示。
工作特点：当主动摆杆1摆动α角时，从动件3的摆角为β,且有β
α，实现了摆角放大。
图 5-15 双摆杆摆角放大机构
六、实验方法与步骤
1、正确拆分杆组
从机构中拆出杆组有三个步骤：
1）先去掉机构中的局部自由度和虚约束；
2）计算机构的自由度，确定原动件；
3）从远离原动件的一端开始分杆组，每次拆分时，要求先试着拆分Ⅱ级组，没有Ⅱ级组时，再拆分Ⅲ级组等高一级组，最后剩下原动件和机架。
拆组是否正确的判定方法是：拆去一个杆组或一系列杆组后，剩余的必需为一个完整的机构或若干个与机架相联的原动件，不能有不成组的零散构件或运动副存在，全部杆组拆完后，只应当剩下与机架相联的原动件。
如图 6-1 所示机构，可先除去k 处的局部自由度；然后，按步骤2）计算机构的自由度：F=1，并确定凸轮为原动件；最后根据步骤3）的要领，先拆分出由构件4 和5 组成的Ⅱ级组，再拆分出由构件6 和7 及构件3 和2 组成的两个Ⅱ级组及由构件8 组成的单构件高副杆组，最后剩下原动件1 和机架9。
图6-1 例图
2、正确拼装杆组
将机构创新模型中的杆组，根据给定的运动学尺寸，在平板上试拼机构。拼接时，首先要分层，一方面是为了使各构件的运动在相互平行的平面内进行，另一方面是为了避免各构件间的运动发生干涉，因此，这一点是至关重要的。试拼之后，从最里层装起，依次将各杆组联接到机架上去。杆组内各构件之间的联接已由机构创新模型提供，而杆组之间的连接可参见下述的方法。
1）移动副的联接
图 6-2表示构件1 与构件2 用移动副相联的方法。
2）转动副的联接
图 6-3 表示构件1 与带有转动副的构件2的联接方法。
图6-2 移动副的联接
图6-3 转动副的联接
3）齿条与构件以转动副的形式相联接方法。
图6-4 表示齿条与构件以转动副的形式相联接方法。
图6-4 齿条与构件以转动副相联
4）齿条与其他部分的固联
图 6-5 表示齿条与其他部分固联的方法。
图6-5 齿条与其他部分固联
5）构件以转动副的形式与机架相连
图 6-6 表示连杆作为原动件与机架以转动副形式相联的方法。用同样的方法可以将凸轮或齿轮作为原动件与机架的主动轴相连。如果连杆或齿轮不是作为原动件与机架以转动副形式相连，则将主动轴换作螺栓即可。注意：为确保机构
中各构件的运动都必须在相互平行的平面内进行，可以选择适当长度的主动轴、螺栓及垫柱，如果不进行调整，机构的运动就可能不顺畅。
图6-6构件与机架以转动副相联
6）构件以移动副的形式与机架相联
图6-7表示移动副作为原动件与机架的联接方法。
图6-7 构件与机架以移动副的相联
3、实现确定运动
试用手动的方式驱动原动件，观察各部分的运动都畅通无阻之后，再与电机相联，检查无误后，方可接通电源。
4、分析机构的运动学及动力学特性
通过观察机构系统的运动，对机构系统的运动学及动力学特性作出定性的分析。一般包括如下几个方面：
1）平面机构中是否存在曲柄；
2）输出件是否具有急回特性；
3）机构的运动是否连续；
4）最小传动角（或最大压力角）是否在非工作行程中；
5）机械运动过程中是否具有刚性冲击和柔性冲击。
实验报告
姓名：学号：班级：
同组者：
实验日期：年月日
实验目的：
实验内容：
1、工程机械平面机构类
机构名称：
画出机构运动简图及拍摄搭接图片，分析机构的运动学及动力学特性。
2、机构创新设计类
机构名称：
机构运动简图及搭接图片：
画出机构运动简图及拍摄搭接图片，分析机构的运动学及动力学特性。
3、实验的收获与体会，发现的问题与解决办法。
实验1 了解运动控制实验系统 1．1 实验目的 1、了解运动控制系统中的步进电机，伺服电机，变频电机，及其他们的驱动，并掌握步进电机与伺服电机的区别。 2、掌握运动控制系统的基本控制原理，与方框图，知道运动控制卡是运动控制系统的核心。 3、了解电机的面板控制，在有些工业控制过程中，能在程序控制无响应的状态下用面板进行紧急停止运动。 1．2 实验设备 1、运动控制系统实验平台一台。 2、微型计算机一台。 1．3 概述 此多轴运动控制实验平台是基于“PC+运动控制卡”模式的综合性实验平台，对各类控制电机实施单轴和多轴混合运动控制。 该实验平台是学生了解和掌握现代机电控制的基本原理，熟悉现代机电一体化产品控制系统的入门工具。通过该平台的实物教学和实际编程操作，学生可以掌握现代各类控制电机基本控制原理、运动控制的基本概念、运动控制系统的集成方法，从而提高学生综合解决问题的能力。 1．4 运动控制系统组成 PC机（上位机）、运动控制器（下位机）、接口板、24V直流电源、交流伺服电机驱动器、交流伺服电机、步进电机驱动器、步进电机、变频调速电机驱动器、变频调速电机、导线及电缆。 运动控制实验台结构图如下： 图1.1系统硬件方框图
*上图中直流电源为24V，直流稳压电源，为接口卡与步进电机驱动器提供电压。 伺服电机（及其驱动器）： 伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。 交流伺服电机的工作原理：伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。 步进电机（及其驱动器）： 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 变频电机（及其变频器）： 变频电机与普通交流电机并无大异。主要靠变频器来调节输入给变频电机交流信号的频率来改变电机转速。如数控机床上的主轴电机。 运动控制器（卡）： 运动控制器就是通过读取PC机把编程语言并把他们转化为控制电机的输入信号，以达到用户的控制要求的一个装置。 本系统所用控制器型号：GE-300-SV-PCI-R 1．5 系统接线： 伺服接线：伺服驱动器端L1，L2与220V交流电连接； 伺服电机端电源引线红线连U，蓝色连V，黄色连W，黄绿色连FG； 伺服电机端编码器引线与伺服驱动器端CN3端口相连； 伺服驱动器端CN2端口与运动控制器端子板CN5(CN6)连接起来。 步进接线：步进驱动器端V+/V-与直流24V电源相连； 步进电机与步进驱动器接线参考电机上的接线简图即可顺利完成； 步进驱动器端pu+端口与运动控制器端子板CN7(23口)相连，pu-端口与CN7(11口) 相连、DR+端口与CN7(9口)相连，DR-端口与CN7(22口)相连。 主轴接线：变频器R/L1，S/L2，T/L3任意两个端口与220V交流电电源连接； 交流电机三条引线与变频器U/T1，V/T2，W/T3相连（没有顺序，随意连接）；
课程设计报告 学生姓名：________________ 学号：_________________ 学院: ______________________________________________ 班级: ______________________________________________ 题目: _______________ 机构运动创新设计______________
2015年1月5日 目录 、概述................................. 1 .....................................................
一、概述： 机构运动方案创新设计是各类复杂机械设计中决定性的一步，机构的设计选型一般先通过作图和计算来进行，一般比较复杂的机构都有多个方案，需要制作模型来试验和验证，多次改进后才能得到最佳的方案和参数。本实验所用搭接试验台能够任意选择平面机构类型，组装调整机构尺寸等功能，能够比较直观、方便的搭接、验证、调试、改进、确定设计方案，较好地改善了在校学生对平面机构的学习和设计一般只停留在理论设计“纸上谈兵”的状况二、课程设计目的： 1、培养学生对连杆机构的理解掌握与创新设计能力，加强学生的工程实践背景的训练，拓宽学生的知识面，培养学生的创新意识、综合设计及工程实践动手能力。 2 、通过机构的拼接，在培养工程实践动手能力的同时，要求学生在拼装一个已有模型之外，自己通过对现实生产和生活中的连杆机构机械产品的观察和理解，通过试验台设备进行拼装和仿真。通过解决实际问题，促进学生理论联系实际，学以致用；锻炼学生独立思考能力和动手能力。 3 、加深学生对连杆机构组成原理的认识，进一步掌握连杆机构的创新设计方法。 4、学习机构运动简图的测绘与自由度的计算。 三、课程设计要求和内容： 实验设备和工具 CQJP-D 机构运动创新设计方案拼装及仿真实验台，包括组成机构的各种运动副、构件、动力源及一套实验工具（扳手、螺丝刀）。其中构件包括机架、连杆、圆柱齿轮、齿条、凸轮及从动件、槽轮及拨盘和皮带轮等；运动副包括转动副、移动副、齿轮副、槽轮副等。 实验原理 平面机构是由各个杆组依次联结到机架和原动件上形成的。机构具有确定运动的条件是机构的自由度大于零，且原动件数和机构的自由度相等。所拼接的机构必须满足以上两个条件。将主要由连杆构成的连杆机构（可加入一个其他类型构件如齿轮、凸轮、槽轮等）进行拼装，计算分析其自由度后，输入动力源进行 机构运行。实验内容与步骤
实验七机构创新组合设计实验 一、实验目的 1、加深学生对平面机构的组成原理认识,进一步了解机构组成及运动特性。 2、训练学生的工程实践动手能力。培养学生创新意识及综合设计的能力。 二、实验设备及工具 1、JKZB-Ⅱ机构创新组合设计实验台。附件：齿轮、齿条、槽轮、凸轮、转动轴、连杆、各种连接组合零部件等。 2、装拆工具：十字起子、活动扳手、内六角扳手、钢板尺、卷尺等。 3、学生自备草稿纸、笔、绘图工具等。 三、实验要求 1、每2～3人一组,每一组实验前拟一份机构运动设计方案,实验后提交新设计方案. 2、完成实验后各组将机械零部件“物还原位”,老师验收后方可离去. 3、每人完成一份实验报告。 四、实验原理和方法 根据平面机构的组成原理：任何平面机构都可以由若干个基本杆组依次联接到原动件和机架上而构成，故可通过选定的机构类型，拼装该机构并进行分析。 １
五、实验内容 1、自行到实验室熟悉本实验中的实验装置，各种零部件、装拆工具的功能；了解机构的拼接方法，拟订自已的机构运动方案的拼接步骤。 2、自拟或课本提供的机构运动方案做为拼接对象。 3.拼接机构,将各基本杆组按运动传递规律顺序拼接到原动件和机架上。 4．绘制运动简图，分析所拼接的平面机构。 5．根据平面机构的组成原理，利用常用的零部件拼接调整，设计一种具有新型的带发明创造性的组合机构。每一组提交一份机构创新设计方案。 6．最后把组合机构安装在实验平台上，进行测试分析、运动分析、实验结果分析、拟定这次实验的步骤，并写出实验报告。 六、实验方法与步骤 1.学生使用“机构创新组合设计实验台”提供的各种零件。按照自己的运动方案简图，先在桌面上进行机构的初步试验组装，这一步的目的是杆件分层。一方面为了使各个杆件在互相平行的平面内运动，一一方面为了避免各个杆件，各个运动副之间发生运动干涉。 2.按照上一步骤试验好的分层方案，从最里层开始，依次将各个杆件组装连接到机架上。选取构件杆，连接转动副或移动副。凸轮。齿轮。齿条与杆件用转动副连接，凸轮。齿轮。齿条与杆件用移动副连接，杆件以转动副的形式与机架相连，杆件以移动副的形式与机架相连，最后组装连接输入转动的原动件或输入移动的原动件。 3.根据输入运动的形式选择原动件。若输入运动为转动（工程实际中以柴油机，电动机等为动力的情况），则选用双轴承式主动定铰链轴或蜗杆为原动件，并使用电机通过软轴联轴器进行驱动。若输入运动为移动（工程实际中以油缸，气缸等为动力的情况），可选用适当行程的气缸驱动，用软管连接好气缸，气控组件和空气压缩机并进行空载形成实验。 4.试用手动的方式摇动或推动原动件，观察整个机构各个杆，副的运动，确定运动没有干涉后，安装电动机，用柔性联轴节将电机与机构相连，或安装气缸，用附件将气缸与机构相连。 5.检查无误后，接通电源试机 6.观察机构系统的运动，对机构系统的工作到位情况，运动学及动力学特性作出定性的分析和评价。一般包括如下几个方面： ①各个杆、副是否发生干涉 ②有无形成运动副的两构件的运动不在一个平面，因而出现摩擦力过大的现象 ③输入转动的原动件是否为曲柄。 ２
数控插补多轴运动控制系统解剖实验 实验学时：8 实验类型：独立授课实验 实验要求：必修 一、实验目的 1、通过本实验使学生掌握数控插补多轴控制装置的基本工作原理； 2、根据常用低压电器原理分析各运动控制电气元件的应用原理，分析数控插补运动实现的控制原理； 3、根据机电一体化产品的设计要求和设计流程进行运动控制系统的功能分析、机械结构分析、控制系统分析以及相关传感器选型等方面的设计内容。 本实验以数控插补多轴运动控制系统为具体对象，使学生掌握机电一体化产品设计和开发的技术流程和主要内容，通过运动控制系统的实现过程掌握常用电气元件识别和原理、数控插补原理、位置伺服控制系统等的设计和实现方式。 二、实验内容 1、通过数控插补多轴控制装置及其相关系统的测试和观察，分析数控插补的工作原理； 2、分析系统的功能、机械结构分析、运动关系以及相关传感器等，分析其相关的机械结构、电机及其驱动模块和传感反馈环节等； 3、根据常用低压电器原理，分析系统各运动控制电气元件的应用原理，分析数控插补运动过程实现的控制原理，并绘制相关的控制原理图和系统连接图。 三、实验设备 1、多轴运动控制系统一套（含电控箱） 2、PC机一台 3、GT-400-SG-PCI 卡一块（插在PC机内部）
四、实验原理 该数控插补多轴运动控制系统是依据开放式数控系统原理构建的，其以通用计算机（PC）的硬件和软件为基础，采用模块化、层次化的体系结构，能通过各种形式向外提供统一应用程序接口的系统。开放式数控系统可分为 3类：（1）CNC 在 PC中；（2）PC作为前端，CNC作为后端；（3）单 PC，双 CPU平台。 本实验采用第一类，把顾高公司的 GT-400-SG-PCI 多轴运动控制卡插入PC 机的插槽中，实现电机的运动控制，完成多轴运动控制系统的控制。其优点如下：（1）成本低，采用标准 PC机；（2）开放性好，用户可自定义软件；（3）界面比传统的 CNC 友好。 图1为该系统的硬件构成图，运动平台机械本体采用模块化拼装，主要由普通PC机、电控箱、运动控制卡、伺服（步进）电机及相关软件组成。其主体由两个直线运动单元（GX系列）组成。每个GX系列直线运动单元主要包括：工作台面、滚珠丝杆、导轨、轴承座、基座等部分，其结构见图2。伺服型电控箱内装有交流伺服驱动器，开关电源，断路器，接触器，运动控制器端子板，按钮开关等。步进型电控箱则装有步进电机驱动器，开关电源，运动控制器端子板，船形开关等。 图1 数控插补多轴控制系统硬件构成
实验四 平面机构运动方案创新设计实验 一、实验目的 1．加深学生对机构组成原理的认识，进一步了解机构组成及其运动特性； 2． 培养学生的工程实践动手能力； 3． 培养学生创新意识及综合设计能力。 二、 设备和工具 1．机构运动方案创新设计实验台； 2．工具箱一套； 3．自备三角板、圆规和草稿纸等文具。 三、 实验前的准备工作 1．预习实验，掌握实验原理，初步了解机构创新模型； 2．选择设计题目，初步拟定机构系统运动方案。 四、 实验原理 任何平面机构均可以用零自由度的杆组依次连接到原动件和机架上的方法来组成，这是机构的组成原理，也是本实验的基本原理。 1．杆组的概念 由于平面机构具有确定运动的条件是机构的原动件数目与机构的自由度相等，因此机构均由机架、原动件和自由度为零的从动件通过运动副联结而成。将从动件系统拆成若干个不可再分的自由度为零的运动链，称为基本杆组（简称杆组）。 根据杆组的定义，组成平面机构杆组的条件是： F = 3n - 2P L - P H =0 （4－1） 式中： n 为杆组中的构件数；P L 为杆组中的低副数；P H 为杆组中的高副数。由于构件 数和运动副数目均应为整数，故当n 、P L 、P H 取不同数值时，可得各类基本杆组。 当P H =0时，杆组中的运动副全部为低副，称为低副杆组。由于有F = 3n - 2P L - P H =0，故32L P n ，则n 应当是2的倍数，而P L 应当是3的倍数，即n ：2、4、6……，P L =3、6、9……。 当n=2，P L =3时，基本杆组称为II 级组。II 级组是应用最多的基本杆组，绝大多数的机构 均由II 级杆组组成，II 级杆组可以有下图所示的五种不同类型： 图4－1 平面低副Ⅱ级杆组
实验四机构创新组合设计实验 一、实验目的 1、加深学生对平面机构的组成原理认识,进一步了解机构组成及运动特性。 2、训练学生的工程实践动手能力。培养学生创新意识及综合设计的能力。 二、实验设备及工具 1、JKZB-Ⅱ机构创新组合设计实验台。附件：齿轮、齿条、槽轮、凸轮、转动轴、连杆、各种连接组合零部件等。 2、装拆工具：十字起子、活动扳手、内六角扳手、钢板尺、卷尺等。 3、学生自备草稿纸、笔、绘图工具等。 三、实验要求 1、每2～3人一组,每一组实验前拟一份机构运动设计方案,实验后提交新设计方案. 2、完成实验后各组将机械零部件“物还原位”,老师验收后方可离去. 3、每人完成一份实验报告。 四、实验原理和方法 根据平面机构的组成原理：任何平面机构都可以由若干个基本杆组依次联接到原动件和机架上而构成，故可通过选定的机构类型，拼装该机构并进行分析。
五、实验内容 1、自行到实验室熟悉本实验中的实验装置，各种零部件、装拆工具的功能；了解机构的拼接方法，拟订自已的机构运动方案的拼接步骤。 2、自拟或课本提供的机构运动方案做为拼接对象。 3.拼接机构,将各基本杆组按运动传递规律顺序拼接到原动件和机架上。 4．绘制运动简图，分析所拼接的平面机构。 5．根据平面机构的组成原理，利用常用的零部件拼接调整，设计一种具有新型的带发明创造性的组合机构。每一组提交一份机构创新设计方案。 6．最后把组合机构安装在实验平台上，进行测试分析、运动分析、实验结果分析、拟定这次实验的步骤，并写出实验报告。 六、实验方法与步骤 1.学生使用“机构创新组合设计实验台”提供的各种零件。按照自己的运动方案简图，先在桌面上进行机构的初步试验组装，这一步的目的是杆件分层。一方面为了使各个杆件在互相平行的平面内运动，一一方面为了避免各个杆件，各个运动副之间发生运动干涉。 2.按照上一步骤试验好的分层方案，从最里层开始，依次将各个杆件组装连接到机架上。选取构件杆，连接转动副或移动副。凸轮。齿轮。齿条与杆件用转动副连接，凸轮。齿轮。齿条与杆件用移动副连接，杆件以转动副的形式与机架相连，杆件以移动副的形式与机架相连，最后组装连接输入转动的原动件或输入移动的原动件。 3.根据输入运动的形式选择原动件。若输入运动为转动（工程实际中以柴油机，电动机等为动力的情况），则选用双轴承式主动定铰链轴或蜗杆为原动件，并使用电机通过软轴联轴器进行驱动。若输入运动为移动（工程实际中以油缸，气缸等为动力的情况），可选用适当行程的气缸驱动，用软管连接好气缸，气控组件和空气压缩机并进行空载形成实验。 4.试用手动的方式摇动或推动原动件，观察整个机构各个杆，副的运动，确定运动没有干涉后，安装电动机，用柔性联轴节将电机与机构相连，或安装气缸，用附件将气缸与机构相连。 5.检查无误后，接通电源试机 6.观察机构系统的运动，对机构系统的工作到位情况，运动学及动力学特性作出定性的分析和评价。一般包括如下几个方面： ①各个杆、副是否发生干涉 ②有无形成运动副的两构件的运动不在一个平面，因而出现摩擦力过大的现象 ③输入转动的原动件是否为曲柄。
电力拖动自动控制系统---- 运动控制系统 实验指导书 昆明理工大学信自学院自动化系 2012年9月 目录 实验须知 实验一双闭环不可逆直流调速系统调试 实验二双闭环不可逆直流调速系统的静特性研究 实验三双闭环不可逆直流调速系统的动特性研究 实验四逻辑无环流可逆直流调速系统实验 实验五矢量坐标变换仿真 实验六转差频率控制的交流异步电动机矢量控制系统仿真 实验七无速度传感器的矢量控制系统仿真 附录1双闭环不可逆直流调速系统原理图及所需挂件 附录2逻辑无环流直流可逆调速系统原理图及所需挂件 实验须知 实验课是教学中的重要环节之一，通过实验，是理论联系实际，加深理解和巩固所学的有关理论知识，培养、锻炼和提高对实际系统的调试和分析、解决问题的能力，同时通过实验也培养严谨的科学态度和良好的作风，以达到工程技术人员应有的本领，因此要求每个学生必须认真对待实验课，要求做到：
一、实验前预习，要求： 1、了解所有实验系统的工作原理 2、明确实验目的，各项实验内容、步骤和做法 3、拟定实验操作步骤，画出实验记录表格等。 二、实验中认真、要求： 1、熟知所有设备，认真按实验要求，有步骤地进行各项内容的实验。 2、测试前，必须熟悉仪器、仪表的使用，注意量程。 3、认真记录测试数据和波形。 4、不许带电操作，每次更换线路时，必须断点进行操作，通电前，必 须经指导老师检查，方可合闸。 5、同组同学，必须相互配合，共同完成实验任务。 三、实验后认真写实验报告 1、整理各项实验数据，列成表格，按要求绘制有关曲线，进行分析比 较。 2、记录和分析实验中的各种现象。 四、实验装置 自动控制系统实验全部在DJDK-Ⅱ型装置上进行。详见“DJDK-Ⅱ实验装置简介”。 实验一双闭环不可逆直流调速系统调试 一、实验目的 1、掌握调速系统各单元电路的调整方法，弄清他们的工作原理及其在系统中 的应用。 2、掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试方法和步骤。 二、系统组成及所需挂件 详见附录一。 三、实验内容 (一)双闭环调速系统调试原则 ①先单元、后系统，即先将单元的参数调好，然后才能组成系统。
实验四：机构运动创新设计实验指导书 一、实验目的 1、培养学生对机械系统运动方案的整体认识，加强学生的工程实践背景的训练，拓宽学生的知识面， 培养学生的创新意识、综合设计及工程实践动手能力。 2、通过机构的拼接，在培养工程实践动手能力的同时，可以发现一些基本机构及机械设计中的典型 问题，通过解决问题，可以对运动方案设计中的一些基本知识点融会贯通，对机构系统的运动特性有一个更全面的理解。 3、加深学生对平面机构的组成原理、结构组成的认识，了解平面机构组成及运动特性，进一步掌握 机构运动方案构型的各种创新设计方法。培养学生用实验方法构思、验证、确定机械运动方案的初步能力。 4、培养学生用电机、传感器、等控制测量元件组装动力源，对机械进行驱动和控制的能力。 二、实验的核心内容： 使用“机构运动创新设计实验台”进行积木式组合调整，从而让学生自己构思创新、试凑选型机械设计方案，亲手按比例组装成实物模型，亲手安装电机及控制电路，模拟真实工况，动态演示观察机构的运动情况和传动性能，通过直观调整布局、连接方式及尺寸以及更改电路来验证和改进设计。设计和组装融为一体，直到该模型机构灵活、可靠地按照设计要求运动到位，最终使学生用实验方法自行确定了切实可行，性能较优的机械设计方案和参数，即通过创意实验模拟实施环节来实现培养学生创新动手能力的教改目标。 三、实验设备、工具 1、机构运动创新设计实验台，两人一套。 2、交流调速、直流电机等动力控制元件。 3、钢板尺、量角器、游标卡尺。 4、扳手、钳子、螺丝刀等常用工具一套。 四、实验选题 1、刮雨器传动装置 要求：（1）原动件整周旋转，输出摇杆大摆角摆动（相同的摆角）。
实验二 步进电机控制实验 [实验目的] 1.掌握使用步进电机驱动器控制步进电机的系统设计方法； 2.熟悉步进电机驱动器的用法； 3.掌握基于步进驱动器的步进电机单轴控制方法。 [实验设备] 1.计算机; 2.台达EH 系列可编程序控制器； 3.步进电机驱动器WD3-007; 4.三相步进电机VRDM 3910/50 LWA 。 [实验原理及线路] 1.德国百格拉步进电机驱动器WD3—007如图1所示，驱动器面板说明如下： 信号接口：PULSE+ 电机输入控制脉冲信号； DIR+ 电机转动方向控制信号； RESET+ 复位信号，用于封锁输入信号； READY+ 报警信号； PULSE-、DIR-、RESET-和READY-短接公共地； 状态指示：RDY 灯亮表示驱动器正常工作； TEMP 灯亮表示驱动器超温； FLT 灯亮表示驱动器故障； 功能选择：MOT.CURR 设置电机相电流； STEP1、STEP2 设置电机每转的步数； CURR.RED 设定半流功能 PULSE.SYS 可设置成“脉冲和方向”控制方式； 也可以设置成“正转和反转”控制方式； 功率接口：DC+和DC-接制动电容； U 、V 、W 接电机动力线，PE 是地； L 、N 、PE 接驱动器电源，电源电压是220VAC 输入时，最大电流是3A 。电源线横截面≥1.5平方毫米，尽量短。驱动器的L 端和N 端接供电电源，同时要串接一个6.3A 保险丝；PE 为接地。 信号说明: （1）PULSE ：脉冲信号输入端，每一个脉冲的上升沿使电机转动一步。 （2）DIR ：方向信号输入端，如“DIR ”为低电平，电机按顺时针方向旋转；“DIR ”为高电平电机按逆时针方向旋转。 （3）CW ：正转信号，每个脉冲使电机正向转动一步。 （4）CCW ：反转信号，每个脉冲使电机反向转动一步。 （5）RESET ：复位信号，如复位信号为低电平时,输入脉冲信号起作用，如果复位信号为高电平时就禁止任何有效的脉冲，输入信号无效，电机无保持扭矩。 （6）READY ：输入报警信号：READY 是继电器开关，当驱动器正常工作时继电器闭合，当驱动器工作异常时继电器断开。继电器允许最高输入电压和电流是：35VDC ，10mA ≤I ≤200mA ，电阻性负载。如用该继电器，要把他串联到CNC 的某输入端。当驱动器正常工作时继 STEP1ON 1 2 3 4PULES.SYS CURR.RED STEP2 PACER W WD3-007PE N L PE U V DC-DC+READY-READY+ RESET-RESET+ DIR-/CCW-DIR+/CCW+ PULSE-/CW-PULSE+/CW+ MOT.CURR FLT TEMP RDY C 40 F E D 2 138A 9B 7 65 图1 步进电机驱动器
本次实验的要求，全班共分为八组。每组设计一至二个方案。 实验地点：实验中心北楼202 陈老师 2013.12.23 机械运动方案创新设计实验 一、实验目的 1．通过实际机构的应用和搭接加深对不同机构运动特性的理解。 2. 通过对典型机构的组装，掌握活动连接，固定连接的结构和特点，了解实际机构与机构简图的不同之处，避免设计时出现运动的干涉。 3. 通过现场操作，培养实际动手能力，现场应变能力，团队合作精神。 4. 通过实验的多方案设计，培养发散性思维和创新设计能力。 二、实验原理 通常机构由三个部分组成，原动件—传动件—从动件。原动件输出运动和动力，经传动件的变化，由从动件对外输出。 平面连杆机构由原动件—连架杆、传动件—连杆和从动件-连架杆组成。 三、实验设备及工具 1．ZBS-C机构运动创新设计实验台 2. 工具：外六角扳手（2把），内六角扳手（2个），钢尺（1个），十字起（1把） 一字起（1把） 四、实验内容（任选一至二项） 1.多功能移动式残病人浴缸翻转机构 ⑴上身部缸体翻转机构 要求上身部缸体从水平位置向上翻转至70度，即翻转角为0-70度. 可采用的机构：摆动导杆机构，导杆与上身部缸体固装在－起，带动缸体翻转。
2. 牛头创床机构 要求刨刀（安装在滑枕上）作直线往复运动。 可采用的机构：摆动导杆机构和滑块机构组合。 方案 (一) 方案（二） 3.飞机起落架 要求起落架上轮子从水平位置向下翻转至垂直位置，利用死点使起落架轮子保持在垂直位置。可采用的机构：双摇杆机构
起落架的要求如下： a. 起落架放下后，只要油缸的锁紧长度不变，整个机架构成自由度为零的刚性结构，且处在稳定的死点位置。 b. 起落架收起时，活塞杆内移，轮子移至水平位置。 c. 机构的最小传动角大于30°。 4.冲压成型机 压头作垂直上下直线运动，以较小功率带动主动件运动时，滑块能产生巨大的冲压力。 可采用的机构：多杆增力机构 5.精压机机构
机械工程学科应用型研究生综合实验Ⅱ 实验指导书 （数控运动控制技术分册） 富宏亚主编 机电工程学院 2014年3月
目录 实验一数控系统硬件连接与电机测试实验 (1) 实验1.1 数控系统硬件连接实验 (1) 实验1.2 数控系统电机测试实验 (5) 实验二数控系统控制软件设计实验 (7) 实验2.1 单轴运动控制软件设计实验 (7) 实验2.2 直线插补运动控制软件设计实验 (13)
实验一数控系统硬件连接与电机测试实验 实验1.1 数控系统硬件连接实验 一、实验目的 1、了解数控综合实验台的组成和电路连接。 2、掌握数控系统的构成原理。 二、实验所用单元 计算机、雷泰DMC5480运动控制卡、实验台控制面板、小型3轴立式铣床。 三、实验原理 1、如图1-1所示，数控综合实验台由计算机、雷泰DMC5480运动控制卡、实验台控制面板、小型3轴立式铣床组成。运动控制卡安装在计算机的PCI插槽中；实验台控制面板上安装了电机驱动器、电源、继电器、空气开关、急停和接线板等元器件，小型3轴立铣床包括3个运动轴X、Y、Z和1个主轴。 图1-1硬件系统总体实物图 2、以X轴运动控制电路为例，X轴伺服电机驱动器1与运动控制卡的电路如图1-2所示，各连线引脚定义如表1-1和表1-2所示。Y轴伺服电机驱动器2、Z 轴伺服电机驱动器3与运动控制卡之间的电路可参考X轴运动控制电路进行接线。
图1-2 X轴电机驱动器与运动控制卡连接电路图 3、DMC5480运动控制卡为每个轴配有两个限位信号、1个原点信号。每路信号都加有滤波器可以过滤高频噪声，保证动作可靠。各传感器与运动控制卡接线电路图如图1-3所示： 图1-3 运动控制卡X1引脚与传感器的连接电路图
机构创新设计实验报告 实验课程名称：机械原理 学院：机电学院 专业班级：10机械设计制造及其自动化 学号：101401010124 学生姓名：舒展 2012年6月28日机构创新设计实验报告
一、实验目的 1.通过实际机构的应用设计和搭接加深对不同机构运动特性的 理解； 2.通过对典型机构的组装，掌握活动连接、固定连接的结构和特 点；了解实际机构与机构简图的不同处，避免设计时出现运动 的干涉。 3.通过现场操作，培养实际动手和现场应变能力。 4.通过实验的多方案设计培养发散思维和创新设计能力。 二、实验设备 ZSB-C机构创新设计方案试验台。 三、实验原理 此机构由电动机输出动能，再由皮带动齿轮转动，然后由一个小齿轮和一个大齿轮组合，降低输出速度。 构造一个曲柄摇杆机构，实现将电机转动转变化摇杆传动的功能。 利用曲柄摇杆机构特性设计一个能实现刚体给定位置的机构。 最终实现机构运用原理设计要求。 四、备选方案分析和最终选型方案。 设计好曲柄摇杆机构，可选择设计起重机构、铸造造型机沙箱翻转机构、读数机构、轨迹生成机构及缝纫机踏板机构等。 最终先择实现起重功能的起重机构。 最终选择此方案有2个原因。 五、最终选型方案的分析及选择该方案的理由
（一）实验室设备条件及设备精度限制，不能设计出比较精准的机构，此机构相比读数机构、轨迹生成机构等设计难度低，精度要求低。（二）此机构功能容易得到实现，构造比较简单，利用实验室现有机构实验设备、实验构件，在实验室中能独立完成。 六、实际拼装的机构的机构运动简图 七、实际拼装机构的杆组拆分简图
八、此机构功能 （一）实现起重 可以将重物提升到一个平台上，如：装卸载货物、掉重、起重小轿车等 （二）拔起铸造模型 （三）运送物资 （四）升降台 九、问题及建议 1.此机构的由于组成比较简单，有一些地方的设计不够完美，还需 改善。 2.实验的设备太少了，有时候大家都在做实验的时候实验零件不够 用，这使得我们设计的机构不能完全的成功。 3.设备都生锈了，我建议多对设备进行维护。 4.我们实践动手能力还需要提高，希望学院多安排此类课题设计。 十、实验心得 通过这段时间的机械设计课程设计进一步巩固、加深和拓宽所学的知识；通过设计实践，树立了正确的设计思想，增强创新意思，熟悉掌握了机械设计的一般规律，也培养了分析和解决问题的能力；对自己进行了一个全面的机械设计基本技能的训练。 从开始的传动方案的拟定的总体设计中，让我清楚的了解了自己接下
机械创新设计指导 一、创新设计实践目的 1、培养学生对机械系统运动方案的整体认识，加强学生的工程实践背景的训练，拓宽学生的知识面， 培养学生的创新意识、综合设计及工程实践动手能力。 2、通过机构的拼接，在培养工程实践动手能力的同时，可以发现一些基本机构及机械设计中的典型 问题，通过解决问题，可以对运动方案设计中的一些基本知识点融会贯通，对机构系统的运动特性有一个更全面的理解。 3、加深学生对平面机构的组成原理、结构组成的认识，了解平面机构组成及运动特性，进一步掌握 机构运动方案构型的各种创新设计方法。培养学生用实验方法构思、验证、确定机械运动方案的初步能力。 4、培养学生用电机、传感器、等控制测量元件组装动力源，对机械进行驱动和控制的能力。 二、核心内容： 使用“机构运动创新设计组件”进行积木式组合调整，从而让学生自己构思创新、试凑选型机械设计方案，亲手按比例组装成实物模型，亲手安装电机及控制电路，模拟真实工况，动态演示观察机构的运动情况和传动性能，通过直观调整布局、连接方式及尺寸以及更改电路来验证和改进设计。设计和组装融为一体，直到该模型机构灵活、可靠地按照设计要求运动到位，最终使学生用实验方法自行确定了切实可行，性能较优的机械设计方案和参数，即通过创意实验模拟实施环节来实现培养学生创新动手能力的教改目标。 三、使用设备、工具 1、机构运动部件数套。 2、交流调速、直流电机等动力控制元件。 3、钢板尺、量角器、游标卡尺。 4、扳手、钳子、螺丝刀等常用工具一套。 四、课题要求 1、刮雨器传动装置 要求：（1）原动件整周旋转，输出摇杆大摆角摆动（相同的摆角）。 （2）九杆机构。 2、车门启闭机构 要求：（1）气缸驱动。
运动控制实验指导书 华南农业大学工程学院 2009.2 实验的基本要求 本实验课的目的在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技能。培养学生学会根据实验目的，实验内容及实验设备拟定实验线路，选择所需仪表，确定实验步骤，测取所
需数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实验报告。在整个实验过程中，必须集中精力，及时认真做好实验。现按实验过程提出下列基本要求。
一、实验前的准备 实验前应复习教科书有关章节，认真研读实验指导书,了解实验目的、项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题(有些内容可到实验室对照实验预习，如熟悉组件的编号，使用及其规定值等)，并按照实验项目准备记录抄表等。 实验前应写好预习报告,经指导教师检查认为确实作好了实验前的准备，方可开始作实验。 认真作好实验前的准备工作，对于培养同学独立工作能力，提高实验质量和保护实验设备都是很重要的。 二、实验的进行 1、建立小组，合理分工 每次实验都以小组为单位进行,每组由3人组成，实验进行中的接线、调节负载、保持电压或电流、记录数据等工作每人应有明确的分工，以保证实验操作协调，记录数据准确可靠。 2、选择组件和仪表 实验前先熟悉该次实验所用的组件，记录电机铭牌和选择仪表量程，然后依次排列组件和仪表便于测取数据。 3、按图接线 根据实验线路图及所选组件、仪表、按图接线，线路力求简单明了，按接线原则是先接串联主回路，再接并联支路。为查找线路方便，每路可用相同颜色的导线或插头。 4、起动电机，观察仪表 在正式实验开始之前，先熟悉仪表刻度，并记下倍率，然后按一定规范起动电机，观察所有仪表是否正常(如指针正、反向是否超满量程等)。如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切正常，即可正式开始实验。 5、测取数据 预习时对实验方法及所测数据的大小作到心中有数。正式实验时,根据实验步骤逐次测取数据。 6、认真负责，实验有始有终 实验完毕，须将数据交指导教师审阅。经指导教师认可后，才允许拆线并把实验所用的组件、导线及仪器等物品整理好。 三、实验报告 实验报告是根据实测数据和在实验中观察和发现的问题，经过自己分析研究或分析讨论后写出的心得体会。 实验报告要简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。
实验四平面机构运动方案创新设计实验 、实验目的 1. 加深学生对机构组成原理的认识，进一步了解机构组成及其运动特性; 2. 培养学生的工程实践动手能力； 3. 培养学生创新意识及综合设计能力。 设备和工具 1. 机构运动方案创新设计实验台； 2?工具箱一套； 3.自备三角板、圆规和草稿纸等文具。 实验前的准备工作 1. 预习实验，掌握实验原理，初步了解机构创新模型; 2. 选择设计题目，初步拟定机构系统运动方案。 四、实验原理 任何平面机构均可以用零自由度的杆组依次连接到原动件和机架上的方 法来组 成，这是机构的组成原理，也是本实验的基本原理。 1.杆组的概念 由于平面机构具有确定运动的条件是机构的原动件数目与机构的自由度 相等，因 此机构均由机架、原动件和自由度为零的从动件通过运动副联结而成。 将从动件系统拆 成若干个不可再分的自由度为零的运动链，称为基本杆组(简 称杆组)。 根据杆组的定 义，组成平面机构杆组的条件是： F = 3n - 2P L - P H =0 (4- 1) 式中：n 为杆组中的构件数；P L 为杆组中的低副数；P H 为杆组中的高副数。 由于 构件数和运动副数目均应为整数，故当 n 、P L 、P H 取不同数值时，可得各 类基本杆 组。 当P H =0时，杆组中的运动副全部为低副，称为低副杆组。由于有F = 3n - 2P L - 2P L n - 3，则n 应当是2的倍数，而P L 应当是3的倍数，即n ：2、4、6……， 9……。当n=2 , P L =3时，基本杆组称为II 级组。II 级组是应用最多的 绝大多数的机构均由II 级杆组组成，II 级杆组可以有下图所示的五 P H =0，故 P L =3、6、 基本杆组,
IRB1400机器人的运动控制实验指导书 一、实验目的 1．了解IRB1400六关节机器人的构造、动作原理和手部运动控制原理； 2．基本掌握机器人运动控制程序的编制方法。 二、IRB1400机器人 1．结构 图1 IRB1400机器人外貌图 IRB1400机器人由六个转动关节构成，是一种6自由度的工业机器人。这种机器人的操作系统是BaseWare OS 操作系统。BaseWare OS 操作系统用于机器人的运动控制、应用程序的执行等各个方面。 运动类型 运动范围 轴1 旋转运动 170~170- 轴2 臂运动 20~100- 轴3 臂运动 70~65- 轴4 腕运动 150~150- 轴5 摆动运动 150~150- 轴6 扭转运动 300~300- IRB1400工业机器人的控制系统由PC 机、运动控制器及配套的连接电缆和接口端子板、交流伺服电机及驱动器等构成，从控制要求来看，需要实现末端执行器上参考点的连续轨迹控制。该机器人末端执行器轨迹控制过程如图2所示。首先进行轨迹规划，在轨迹上选取n 个位置，然后用插补算法获得中间点的坐标，直线插补和圆弧插补是系统中的基本插补算法。对于非直线和非圆弧轨迹，可以采用直线或圆弧逼近以实现这些轨迹。根据末端执行器需实现的位姿（位置和姿态），用逆向运动学算法求出各关节所应产生的位移，也就是 各关节的给定值。 IRB1400工业机器人控制系统的核心是微机控制交流伺服电机的闭环位置伺服控制。其运动执行元件为交流伺服电机。 图2 轨迹控制过程
图3为电机控制原理图。对各关节给定值与由码盘得到的反馈信号经闭环PID伺服运算后，利用该输出值进行PWM调制，调制后的波形分三路输出到驱动器中，以控制驱动器中电流的通断时间，从而达到控制电机的转动的目的。 图3 电机控制原理 三、操作步骤 1．在准备操作机器人之前，仔细阅读并确保理解操作手册中的有关内容，特别是如下所述的关于安全方面的内容： （1）在操作之前确保没有人在机器人的工作所及的范围内，保证操作者自己在安全的位置； （2）出现问题时，立刻按急停按钮； （3）在操作之前检查急停按钮是否正常工作。方法是按下急停按钮看SERVO ON 指示灯是否熄灭； （4）在开始示教时，设置示教锁定以避免由自动工作方式所可能带来的伤害。 2．将控制柜上的主电源开关旋到ON，打开电源，此时系统开始自检，如果出现异常，将显示错误或没有任何显示。正常情况下，在屏幕上将出现各种键的显示。此时还不能进行机器人的操作。 3．按SERVO POWER 键开伺服，此时可以进行机器人操作。 4．用示教盒进行人工示教可以快速、直观地实现机器人复杂轨迹的控制，是控制中最常采用的方法。观察示教盒上的各个软键和开关以及屏幕显示，仔细阅读操作手册，熟悉各个软键的作用。机器人的运动速度有快、中、慢、最慢四档。在开始进行操作时，为了保证安全，通过SLW键应将工作速度设定为慢速。在操作时，应仔细观察各关节的转动方向和各个软件上所标明的方向的关系。 5．工作模式选择 根据示教盒显示屏上的软键进行工作模式选择。IRB1400有两种工作模式，一种是自动工作模式，一种是手动工作模式。手动工作模式是指机器人采用示教盒操作；自动工作模式是指利用编制的程序来操作机器人。 6．在操作机器人时可能会涉及到关节坐标系、笛卡儿坐标系、圆柱坐标系、工具坐标系和用户坐标系，可以通过按MOTION TYPE键进行坐标系的选择。机器人每个轴的运动取决于所选的坐标系。在本实验中，选取笛卡儿坐标系。 7．在熟悉了上述机器人的轴操作和运动速度设定等方法后，可以进行机器人的示教了。在示教时机器人示教的每一步将被记录为一条运动指令。 （1）按TEACH键，然后按SEL JOB 键，输入字符work作为此次实验的工作名，按 ENTER键，工作内容就显示在工作区； （2）按EDIT键将光标移动到开始位置； （3）按ENABLE键使ENABLE键的指示灯亮，反复对机器人进行轴操作使机器人运动到一指定位置； （4）按MOTIONG TYPE键进行运动类型选择，这里我们选择直线运动类型，被选的运动类型将显示在状态显示区； （5）按PLAY SPD键，移动光标到所要选择的运动速度处； （6）按下ENTER键记录一条运动指令； （7）重复（3）到（6）的步骤可以实现复杂的运动轨迹；
CQJP-D机构运动创 新设计方案实验台 实验指导书 编著：苏天一谭益松 东北电力大学机械工程学院实验室 2014年6月
简介 CQJP-D实验台主要用于机械原理、机械设计和机械创新设计等课程开设的机构拼装及仿真、机构组合创新等实验，是构建开放型、创新型实验室的重要设备之一。 主要技术特点： 1、该实验台可以让学生应用零件存放柜中的零件，在机架上装配出自己所构思的机构，用带传动联接电机，使机构运动，并观察机构的运转特征。有效地增强了学生对所学知识的理解；培养了学生的创新能力和动手能力。 2、该实验台主要由四个机架和一个零件存放柜组成，其中三个机架上配交流带减速器电机，一台配直线电机。零件存放柜内配备有各种基本杆组、回转副、凸轮、槽轮、齿轮、齿条以及复合铰链等基本构件和联接件等共计70种700多个。 3、零件存放柜设计精巧，各种类各规格的构件分门别类地存放在柜内，品种数量一目了然，便于学生实验操作和教师的管理。 4、连杆等杆件可进行大范围尺寸调整，方便机构组合拼装；复合铰链接头构思新颖，可避免不同平面之间构件发生干涉；带传动的张紧装置，使传动更平稳。
安全规范 1、必须佩戴防护眼镜； 2、禁止穿着宽松衣服； 3、必须挽起长袖或者穿短袖； 4、禁止佩戴项链、手表、戒指等物品； 5、留有长发的，必须将长发置于帽子或衣服里面； 6、必须穿厚皮革鞋，禁止穿帆布鞋； 7、禁止戴手套在运行的机器附近； 8、安全开关由指导教师控制，其他任何人不得私自上电开机； 9、指导教师打开安全开关上电之前，必须检查每一个螺栓是否紧固； 10、开机前，指导教师应保证学生在机器1米以外； 11、实验结束，由指导教师检查组件完整，关闭电源后方可离开。 东北电力大学 机械工程学院实验室 机械动力传输创意组合实验平台
机械设计制造及其自动化专业实验 ——机电控制实验运动控制器的选型和应用实验 实验指导书 重庆理工大学 重庆汽车学院 实践教学及技能培训中心 2012年1月
运动控制器的选型和应用实验 一．实验目的 1．掌握MPC07运动控制卡对步进电机的控制及其工作原理 2．掌握CNC可编程步进电机控制器对步进电机的控制及其工作原理 3．熟悉一维工作台的工作原理及使用方法， 4．了解上述两种运动控制器+一维工作台的结构组成 5．熟练使用CNC可编程步进电机控制器专用指令进行运动轨迹的编程 6．掌握VB编程方法，熟练使用VB语言对MPC07运动控制卡进行运动轨迹的编程7．通过本实验提高学生对自动化控制的熟悉和了解,锻炼同学的动手和实践能力 二．实验简介 1、M PC07运动控制卡的软硬件简介： MPC07主要适用于点位运动控制系统。 MPC07控制卡是基于PC机PCI总线的步进电机或数字式伺服电机的上位控制单元，它与PC机构成主从式控制结构：PC机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作（例如键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、控制指令的发送、外部信号的监控等等）；MPC07卡完成运动控制的所有细节（包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测等等）。 每块MPC07卡可控制4轴步进电机或数字式伺服电机，并支持多卡共用，以实现多于四个运动轴的控制；每轴均可输出脉冲和方向信号，以控制电机的运转；同时，可外接原点、减速、限位等开关信号，以实现回原点、保护等功能，这些开关信号由MPC07卡自动检测并作出反应。另外，MPC07卡提供了的通用I/O接口，用于开关量控制。 MPC07卡采用先进的控制芯片，具有梯形升降速曲线，最高输出频率可达4.0MHz，有编码器反馈端口，主要适用于步进电机控制系统，也可用于有编码器反馈的数字式交流伺服系统。 MPC07配备了功能强大、内容丰富的Windows驱动程序、DLL函数库及示例程序。 MPC07在插补算法和运动函数的执行效率方面采用了更有效的方法，提高了插补精度、插补速度和实时性。利用MPC07的示例程序既可以很快地熟悉MPC07控制卡的软、硬件功能，又可以方便快捷地测试执行电机及驱动系统在完成各种运动时的性能特性。 MPC07运动函数库用于二次开发，用户只要用VC＋＋或Visual Basic等支持Windows 标准32位动态链接库（DLL）调用的开发工具编制所需的用户界面程序，并把它与MPC07运动库链接起来，就可以开发出自己的控制系统，例如：数控系统、检测设备、自动生产线等。MPC07的运动函数库能够完成与运动控制有关的复杂细节（比如：升降速、直线插补等），这样就可以大大缩短控制系统的开发周期。 2、C NC可编程步进电机控制器简介： CNC可编程步进电机控制器可与步进电机驱动器、步进电机组成一个完善的步进电机控制系统，能控制多台步进电机多段分时运行。 本控制器核心为单片机芯片，采用计算机式的编程语言，拥有输入、输出、计数、循环、条件转移、无条件转移、中断等多种指令。具有编程灵活、适应范围广等特点，可广泛应用于各种控制的自动化领域。 技术指标 1. 可控制3台步进电机（分时工作） 2. 可编100段程序指令（不同的工作状态） 3. 可选择5条升降速曲线