機械制造與自動化專業(yè)《第一課 Dobot機械臂初體驗》

第一課Dobot機械臂初體驗最后更新時間：2021年4月5日版本修改內(nèi)容：把課程設計為以問題為導向的in〕1課程引入〔lOmin〕2機械臂展示與結(jié)構(gòu)介紹〔2min〕3DobotStudio軟件及連接〔2min〕4氣泵、吸盤套件連接〔5min〕5鼠標控制機械臂〔24min〕6課堂活動：雙色小球搬運〔15min〕7課堂小結(jié)〔2min〕教學流程h課程引入〔10min〕1.1個人介紹〔2min〕因為是第一節(jié)課，老師現(xiàn)在上課前進行自我介紹，拉近與學生的距離。].2學生分組〔2min〕在以后的學習過程中，我們會使用小組學習的方法，很多任務和討論都會在小組內(nèi)完成，所以小組內(nèi)的同學會是大家之后課程的學習伙伴，大家現(xiàn)在可以自由組合，選擇自己的組員和分組，在之后的課堂中小組相對固定，當然也可以根據(jù)任務的不同和大家各自的意愿隨時進行調(diào)整。].3互動問題〔3min〕在學習機械臂之前，大家認為機械臂是用來做什么的？你想用機械臂做什么？與學生進行互動，活潑課堂氣氛，為之后學習機械臂搬運物品做好鋪墊。1.4播放視頻〔3min〕播放機械臂介紹視頻：？Dobot越疆魔術(shù)師機械臂一一握手未來生活方式??？偨Y(jié)視頻內(nèi)容：原來Dobot機械臂可以實現(xiàn)比我們想象中更多的功能，現(xiàn)在是不是想用機械臂為我們實現(xiàn)更多的想法了呢？可不要說學完機械臂課程后我要用機械臂幫抄作業(yè)哦！既然機械臂的應用如此有趣，那么我們接下來正式開始我們機械臂的課程學習吧！2.機械臂展示與結(jié)構(gòu)介紹〔2min〕教師為學生展示機械臂，介紹機械臂主體的結(jié)構(gòu)組成。大家可以看到，機械臂的組成并不復雜，機械臂的主體構(gòu)造從下到上為：底座、大臂、小臂以及頭部舵機，這四個主要部位里都對應一個舵機，可以實現(xiàn)一定角度的轉(zhuǎn)動。底座、大臂、小臂以及頭部舵機分別依次對應四個關(guān)節(jié)〔Joint1,Joint2,Joint3,Joint4〕。機械臂的移動可以通過電腦控制，為了讓大家更清楚明白地體會四個關(guān)節(jié)的作用，我們需要將機械臂連接電腦在機械臂專用操控軟件一一obotStudio上進行展示。3.DobotStudio軟件及連接〔2min〕教師指導學生在電腦上翻開DobotStudio軟件，簡單介紹軟件的界面，語言設置方法，八大功能模塊，按鍵的使用以及機械臂連接方法，完成機械臂與電腦的連接。軟件默認為英文界面，軟件頂部為菜單欄，如要將語言改為中文，可在菜單欄中點擊“Settings"“Language^Chinese,關(guān)閉軟件再重新翻開，界面就會變?yōu)橹形娘@示。重啟軟件后可以看到，界面已經(jīng)變?yōu)橹形娘@示了。軟件有八個功能模塊，需要用到哪個功能點擊進去即可，我們這節(jié)課用到的是鼠標控制模塊。菜單欄下方左側(cè)為“連接"按鈕，如下列圖，按鈕旁的下拉菜單顯示端口名稱，將連接好機械臂的USB線插到電腦的USB端口，下拉菜單此時會直接顯示端口名稱，點擊“連接"，按鈕變?yōu)椤皵嚅_連接"表示機械臂已連接成功?！步處熫浖挠疑辖堑膮^(qū)域有三個按鈕，“緊急停止〞按下時機械臂會立即停止所有動作，“歸零〞按鈕按下時機械臂會自動向左旋轉(zhuǎn)到底然后再回到設定的Home點。Home點可以自定義，“設置〃菜單可對各功能的相關(guān)參數(shù)進行設置，以后在介紹相應功能時會涉及到。4.氣泵、吸盤套件連接〔5min〕引入機械臂和電腦連接后，我們就可以通過軟件來控制機械臂來完成我們想要機械臂完成的任務啦！剛剛大家從視頻中也看到了很多機械臂的應用，也說出了自己想要機械臂完成的一些任務，那么大家覺得，作為一個機械臂，最根本的功能是什么呢？〔鼓勵學生發(fā)言、總結(jié)〕我聽到有同學說是搬東西，確實如此，機械臂能夠為我們搬運東西的話就能為我們剩下不少的力氣，也可以重復地實現(xiàn)一些枯燥的體力勞動，那么我們需要怎么控制機械臂來為我們搬運東西呢？大家都知道，我們的機械臂的頭部舵機可以連接一些不同的套件，來為我們完成不同類型的任務，那么大家認為，要用機械臂搬運東西，我們可以給它加上什么套件來完成呢？〔鼓勵學生發(fā)言〕沒錯，我聽到有同學說為機械臂安裝一個爪子，非常正確，這是我們最容易想到的一個套件了，我們的機械臂也是有配備的，那么除了最容易想到的用爪子抓取物品，同學們還能想到可以加上什么其它套件實現(xiàn)搬運東西的功能呢？〔鼓勵學生發(fā)言，可提示學生考慮需要搬運一些不易被夾取又較輕的東西的情景，比方說紙牌，應該用什么實現(xiàn)?！诚氲竭@個答案的同學非常了不起，沒錯，還可以通過給機械臂參加一個吸盤和氣泵，把東西吸起來進行搬運！用吸盤和氣泵搬運東西，聽起來好似很神奇的樣子，我想大家應該都迫不及待地想要連接吸盤和氣泵來讓機械臂實現(xiàn)搬運東西的功能了吧！那么下面我們就來學習一下如何操作吧！教師展示和分發(fā)氣泵和吸盤套件，講解連接方法，各小組根據(jù)老師的指導同步連接。要用到氣泵、吸盤套件搬運物品，我們先來學習如何為機械臂連接這兩個套件。安裝步驟：5.將氣泵盒的電源線SW1接在主控盒接口SW1上，信號線接在接口G衛(wèi)DobotStudio-V14.2劃牛SB工具幫助夾具 ?手爪D口bot豹療置卜限盅潔言 卜葩- 筆in〕5.1引入〔lmin〕現(xiàn)在機械臂在硬件上已經(jīng)裝配完畢，也已經(jīng)完成了與計算機的連接了，萬事俱備，只需要我們發(fā)送控制指令控制它了！機械臂的控制有很多種方法，可以用鼠標、手柄、甚至手勢進行控制，我們這節(jié)課先來學習最根底的鼠標控制。5.2鼠標控制界面介紹〔1min〕教師引導學生點擊進入鼠標控制界面并介紹。首先在主界面點擊“鼠標〞功能模塊進入到相應的鼠標控制界面，如下列圖

可以看到，主界面有一個扇形的區(qū)域，標示了機械臂現(xiàn)在所處的點和移動的范圍，我們在操控機械臂的時候要注意在扇形區(qū)域內(nèi)移動，否那么會出現(xiàn)限位的情況，機械臂的底座也會亮紅燈警示，在這個區(qū)域內(nèi)，我們可以使用鼠標跟隨模式對機械臂進行控制。右方操作面板為機械臂運動控制區(qū)域。上面是坐標系控制模式〔Linearmode〕下面是單軸控制模式〔Jogmode〕三個勾選框控制手爪、吸盤和激光套件的開關(guān)，最下面拉動拉條可以選擇機械臂移動速度的快慢。我們接下來學習鼠標控制機械臂的幾種模式。5.3鼠標跟隨控制介紹與練習〔2min〕什么是鼠標跟隨模式呢？就是我們可以直接讓機械臂跟隨鼠標進行移動。在應用界面點擊“鼠標〞，此時進入鼠標控制模式，將鼠標定位在扇形區(qū)域內(nèi)，按下鍵盤“V〃鍵可以開始控制，機械臂會跟隨鼠標的移動而移動，按下“V〃可停止控制，大家可以操作一下。學生操作時間。5.4單軸控制模式介紹與練習〔5min〕剛剛介紹機械臂結(jié)構(gòu)時說到機械臂有四個關(guān)節(jié)，對機械臂最直接的控制方法就是通過單軸控制模式對各個關(guān)節(jié)進行直接操縱，關(guān)節(jié)1、2、3、4分別對應于底座、大臂、小臂、頭部舵機四個獨立舵機的控制，長按相應按鈕時，機械臂對應的舵機獨立的旋轉(zhuǎn)運動，松開時停止。各軸默認以逆時針方向為正方向，所以可以看到〔邊示范〕，在點擊“Jl〃按鈕時，底座舵機控制機械臂往左轉(zhuǎn)，點擊“J2〃時大臂舵機控制機械臂往前，反之亦然，以此類推。

吸盤的操作方式很簡單，勾選右下角“吸盤〞選框，氣泵即會工作從而讓吸盤實現(xiàn)吸取動作，取消勾選氣泵那么停止吸取。熟悉單軸控制模式的和吸盤的控制方法后，我們就可以結(jié)合吸盤來進行搬東西的任務啦，下面我們一起來進行一個小任務，通過吸盤吸取和搬運積木吧！5.5課堂小任務：通過吸盤移動積木〔5min〕將積木按照以下位置擺放，A區(qū)域為積木擺放初始位置，B區(qū)域為積木擺放目標位置，以小組為單位，自行確定組員順序，用單軸控制模式操作機械臂，每個組員移動一塊積木，將所有積木從A區(qū)域移動到B區(qū)域。

( ADobot機械臂一積木搬運任務紙5.6坐標系控制模式介紹與練習〔5min〕坐標系控制模式〔Linearmode〕是另一種對機械臂進行操縱的模式，機器人

的坐標系如下列圖所示。坐標系原點為大臂、小臂以及底座三個電機三軸的交點，

X軸方向垂直于固定底座向前，Y軸方向垂直于固定底座向左，Z軸符合右手定

那么垂直向上，R為末端舵機中心相對于坐標原點的姿態(tài)，逆時針為正。5.7課堂小任務：通過吸盤移動積木〔5min〕大家可以嘗試一下用坐標系控制模式操縱一下機械臂，熟悉一下各個坐標軸的正負方向，然后用坐標系控制模式再進行一次剛剛的小任務，這次可以把積木從B區(qū)域移動回A區(qū)域。6.課堂活動：積木接力搬運比賽〔15min〕通過剛剛對機械臂的操控練習，相信大家已經(jīng)對氣泵的使用和機械臂的控制掌握到一定程度了，熟練控制機械臂是使用機械臂進行更多任務的前提，我們之后可以多加練習，熟能生巧。剛剛的小任務大家都完成得很不錯，那么我們接下來在這小任務的根底上進行一場積木接力搬運比賽，看看哪一組的同學掌握得最好，能用最快地速度把積木搬運完畢。游戲規(guī)那么：根本規(guī)那么與剛剛小任務一致，將積木從原始位置準確移動到目標區(qū)域，每組按照同樣的位置擺放好積木和機械臂，將機械臂歸零，比賽開始后每個組員依次接力操縱機械臂吸取積木搬運到指定區(qū)域，不能超出框外，也不能壓線，準確放置完所有積木者即為完成比賽，按照完成比賽先后進行排名。游戲設計:根據(jù)學生總?cè)藬?shù)分為假設干組，如每組學生人數(shù)為〔建議n=3?5〕，為了使每個學生都有操作時機，需要搬運的積木的數(shù)量為學生的數(shù)量，每次搬運操作由學生接力進行，每輪規(guī)定使用鼠標坐標系控制、鼠標單軸控制、鼠標跟隨控制中的一種控制方式，按照用時多少給每個組計算分數(shù)，用時最少的組獲n分，其余依次減1分，n輪比賽結(jié)束后計算各小組總分，總分最多者獲勝。介紹完游戲規(guī)那么后，給學生5分鐘時間準備