机械制造与自动化专业《第一课 Dobot机械臂初体验》

第一课Dobot机械臂初体验最后更新时间：2021年4月5日版本修改内容：一．把课程为以问题为导向的in〕1课程引入〔lOmin〕机械臂展示与结构介绍〔2min〕DobotStudio软件及连接〔2min〕气泵、吸盘套件连接〔5min〕鼠标控制机械臂〔24min〕课堂活动：双色小球搬运〔15min〕课堂小结〔2min〕二．教学流程1.课程引入］10min〕1.1个人介绍〔2min）因为是第一节课，老师现在上课前进行自我介绍，拉近与学生的距离。1.2学生分组〔2min〕在以后的学习过程中，我们会使用小组学习的方法，很多任务和讨论都会在小组内完成，所以小组内的同学会是大家之后课程的学习伙伴，大家现在可以自由组合，选择自己的组员和分组，在之后的课堂中小组相对固定，当然也可以根据任务的不同和大家各自的意愿随时进行调整。1.3互动问题（3min）在学习机械臂之前，大家认为机械臂是用来做什么的？你想用机械臂做什么？与学生进行互动，活泼课堂气氛，为之后学习机械臂搬运物品做好铺垫。1.4播放视频〔3min)播放机械臂介绍视频：？Dobot越疆魔术师机械臂一一握手未来生活方式?。总结视频内容：原来Dobot机械臂可以实现比我们想象中更多的功能，现在是不是想用机械臂为我们实现更多的想法了呢？可不要说学完机械臂课程后我要用机械臂帮抄作业哦！既然机械臂的应用如此有趣，那么我们接下来正式开始我们机械臂的课程学习吧！2.机械臂展示与结构介绍〔2min〕教师为学生展示机械臂，介绍机械臂主体的结构组成。大家可以看到，机械臂的组成并不复杂，机械臂的主体构造从下到上为：底座、大臂、小臂以及头部舵机，这四个主要部位里都对应一个舵机，可以实现一定角度的转动。底座、大臂、小臂以及头部舵机分别依次对应四个关节〔Jointl,Joint2,Joint3,Joint4〕。小臂大臂底座Joint*罢部舵机Jointl/Joint3■*Joints机械臂主体结构图机械臂的移动可以通过电脑控制，为了让大家更清楚明白地体会四个关节的作用，我们需要将机械臂连接电脑在机械臂专用操控软件一一DobotStudio上进行展示。3.DobotStudio软件及连接〔2min〕教师指导学生在电脑上翻开DobotStudio软件，简单介绍软件的界面，语言设置方法，八大功能模块，按键的使用以及机械臂连接方法，完成机械臂与电脑的连接。软件默认为英文界面，软件顶部为菜单栏，如要将语言改为中文，可在菜单栏中点击“Settings"“Language"“Chinese,关闭软件再重新翻开，界面就会变为中文显示。3示教&再现写字&画画BlKkly餌本控制手势控制激光醴刻话丽更姜具帕imw摘43OEX*otSiudia-V1.4i~~n~Ww删'、一DobotStudio主界面重启软件后可以看到，界面已经变为中文显示了。软件有八个功能模块，需要用到哪个功能点击进去即可，我们这节课用到的是鼠标控制模块。菜单栏下方左侧为“连接〞按钮，如下列图，按钮旁的下拉菜单显示端口名称，将连接好机械臂的USB线插到电脑的USB端口，下拉菜单此时会直接显示端口名称，点击“连接〞，按钮变为“断开连接〞表示机械臂已连接成功。〔教师边介绍边示范连接机械臂。〕oDotx>tstudio-V1A.2■M连接文禅设員工具蛰助DobotStudio“连接"按钮软件的右上角的区域有三个按钮，“紧急停止〞按下时机械臂会立即停止所有动作，“归零〞按钮按下时机械臂会自动向左旋转到底然后再回到设定的Home点。Home点可以自定义，“设置〃菜单可对各功能的相关参数进行设置，以后在介绍相应功能时会涉及到。DobotStudio软件右上角功能按键4.气泵、吸盘套件连接〔5min〕引入机械臂和电脑连接后，我们就可以通过软件来控制机械臂来完成我们想要机械臂完成的任务啦！刚刚大家从视频中也看到了很多机械臂的应用，也说出了自己想要机械臂完成的一些任务，那么大家觉得，作为一个机械臂，最根本的功能是什么呢？〔鼓励学生发言、总结〕我听到有同学说是搬东西，确实如此，机械臂能够为我们搬运东西的话就能为我们剩下不少的力气，也可以重复地实现一些枯燥的体力劳动，那么我们需要怎么控制机械臂来为我们搬运东西呢？大家都知道，我们的机械臂的头部舵机可以连接一些不同的套件，来为我们完成不同类型的任务，那么大家认为，要用机械臂搬运东西，我们可以给它加上什么套件来完成呢？〔鼓励学生发言〕没错，我听到有同学说为机械臂安装一个爪子，非常正确，这是我们最容易想到的一个套件了，我们的机械臂也是有配备的，那么除了最容易想到的用爪子抓取物品，同学们还能想到可以加上什么其它套件实现搬运东西的功能呢？〔鼓励学生发言，可提示学生考虑需要搬运一些不易被夹取又较轻的东西的情景，比方说纸牌，应该用什么实现。〕想到这个的同学非常了不起，没错，还可以通过给机械臂参加一个吸盘和气泵，把东西吸起来进行搬运！用吸盘和气泵搬运东西，听起来好似很神奇的样子，我想大家应该都迫不及待地想要连接吸盘和气泵来让机械臂实现搬运东西的功能了吧！那么下面我们就来学习一下如何操作吧！教师展示和分发气泵和吸盘套件，讲解连接方法，各小组根据老师的指导同步连接。要用到气泵、吸盘套件搬运物品，我们先来学习如何为机械臂连接这两个套件。气泵和吸盘套件安装步骤：手爪诣言►笔卫DobotStudio-VI4.2文件SB工具刪5.将气泵盒的电源线SW1接在主控盒接口SW1上，信号线接在接口Gin〕5.1引入〔1min)现在机械臂在硬件上已经装配完毕，也已经完成了与计算机的连接了，万事俱备，只需要我们发送控制指令控制它了！机械臂的控制有很多种方法，可以用鼠标、手柄、甚至手势进行控制，我们这节课先来学习最根底的鼠标控制。5.2鼠标控制界面介绍〔1min〕教师引导学生点击进入鼠标控制界面并介绍。首先在主界面点击“鼠标〞功能模块进入到相应的鼠标控制界面，如下列图鼠标控制界面可以看到，主界面有一个扇形的区域，标示了机械臂现在所处的点和移动的范围，我们在操控机械臂的时候要注意在扇形区域内移动，否那么会出现限位的情况，机械臂的底座也会亮红灯警示，在这个区域内，我们可以使用鼠标跟随模式对机械臂进行控制。右方操作面板为机械臂运动控制区域。上面是坐标系控制模式〔Linearmode〕下面是单轴控制模式〔Jogmode〕，三个勾选框控制手爪、吸盘和激光套件的开关，最下面拉动拉条可以选择机械臂移动速度的快慢。我们接下来学习鼠标控制机械臂的几种模式。x+Z-JILO03w-f3JIR轴4半!卩递虞naom-0.B4£l00«M0,OODO67iaa&7oono50.ODDobotStudio操作面板5.3鼠标跟随控制介绍与练习〔2min〕什么是鼠标跟随模式呢？就是我们可以直接让机械臂跟随鼠标进行移动。在应用界面点击“鼠标〞，此时进入鼠标控制模式，将鼠标定位在扇形区域内，按下键盘“V〃键可以开始控制，机械臂会跟随鼠标的移动而移动，按下“V〃可停止控制，大家可以操作一下。学生操作时间。5.4单轴控制模式介绍与练习］5min〕刚刚介绍机械臂结构时说到机械臂有四个关节，对机械臂最直接的控制方法就是通过单轴控制模式对各个关节进行直接操纵，关节1、2、3、4分别对应于底座、大臂、小臂、头部舵机四个独立舵机的控制，长按相应按钮时，机械臂对应的舵机独立的旋转运动，松开时停止。各轴默认以逆时针方向为正方向，所以可以看到〔边示范〕，在点击“Jl〃按钮时，底座舵机控制机械臂往左转，点击“J2〃时大臂舵机控制机械臂往前，反之亦然，以此类推。单轴运动控制给学生时间操作，感受各关节的运动。吸盘的操作方式很简单，勾选右下角“吸盘〞选框，气泵即会工作从而让吸盘实现吸取动作，取消勾选气泵那么停止吸取。熟悉单轴控制模式的和吸盘的控制方法后，我们就可以结合吸盘来进行搬东西的任务啦，下面我们一起来进行一个小任务，通过吸盘吸取和搬运积木吧！5.5课堂小任务：通过吸盘移动积木〔5min〕将积木按照以下位置摆放，A区域为积木摆放初始位置，B区域为积木摆放目标位置，以小组为单位，自行确定组员顺序，用单轴控制模式操作机械臂，每个组员移动一块积木，将所有积木从A区域移动到B区域。AK域-E区域r>Dobot机械臂一积木搬运任务纸5.6坐标系控制模式介绍与练习〔5min〕坐标系控制模式〔Linearmode〕是另一种对机械臂进行操纵的模式，机器人的坐标系如下列图所示。坐标系原点为大臂、小臂以及底座三个电机三轴的交点，X轴方向垂直于固定底座向前，Y轴方向垂直于固定底座向左，Z轴符合右手定那么垂直向上，R为末端舵机中心相对于坐标原点的姿态，逆时针为正。坐标系控制5.7课堂小任务：通过吸盘移动积木〔5min〕大家可以尝试一下用坐标系控制模式操纵一下机械臂，熟悉一下各个坐标轴的正负方向，然后用坐标系控制模式再进行一次刚刚的小任务，这次可以把积木从B区域移动回A区域。6.课堂活动：积木接力搬运比赛〔15min〕通过刚刚对机械臂的操控练习，相信大家已经对气泵的使用和机械臂的控制掌握到一定程度了，熟练控制机械臂是使用机械臂进行更多任务的前提，我们之后可以多加练习，熟能生巧。刚刚的小任务大家都完成得很不错，那么我们接下来在这小任务的根底上进行一场积木接力搬运比赛，看看哪一组的同学掌握得最好，能用最快地速度把积木搬运完毕。游戏规那么：根本规那么与刚刚小任务一致，将积木从原始位置准确移动到目标区域，每组按照同样的位置摆放好积木和机械臂，将机械臂归零，比赛开始后每个组员依次接力操纵机械臂吸取积木搬运到指定区域，不能超出框外，也不能压线，准确放置完所有积木者即为完成比赛，按照完成比赛先后进行排名。游戏设计:根据学生总人数分为假设干组，如每组学生人数为〔建议n=3〜5〕，为了使每个学生都有操作时机，需要搬运的积木的数量为学生的数量，每次搬运操作由学生接力进行，每轮规定使用鼠标坐标系控制、鼠标单轴控制、鼠标跟随控制中的一种控制方式，按照用时多少给每个组计算分数，用时最少的组获n分，其余依次减1分，n轮比赛结束后计算各小组总分，总分最多者获胜。介绍完游戏规那么后，给学生5分钟时间准备和练习，确定每人负责的游戏控制模式和上场顺序，分别进行针对性练习。7.课堂小结〔2min〕总结本节课所学的知识，肯定学生的表现，鼓励学生提出问题并答疑。引导学生讨论或课后思考以下问题：（1）机械臂的三种控制模式各自的优劣？（2）有可能通过什么方式增大机械臂的活动范围吗？（3）发现机械臂有什么可以改良的地方吗？简单介绍下节课将要讲述的内容，激发学生的好奇心和学习兴趣，引导其进行课后预习或了解相关内容。