机电一体化综合训练报告

《机电一体化综合训练》

实习报告汇总

班级：

学号：

姓名：

指导老师：

西北农林科技大学机械与电子工程学院

2010年10月

宝贝机器人实习

时间： 2010.10.30-2010.11.6 地点：工程训练中心203

一. 实习任务与要求

1、熟悉宝贝机器人的组成部分，组装并测试好宝贝机器人。

2、宝贝机器人的前进、后退单方向行走距离不小于10米，可以左转弯、右转弯，并在允许

范围内可调节速度。

3、陈述清楚宝贝机器人如何实现运动。

4、掌握宝贝机器人的控制部分和运动部分的供电方式，并画出这两部分的电路示意图。

5、理清宝贝机器人的人机交互关系，陈述清楚宝贝机器人如何实现人机交互。

6、陈述清楚宝贝机器人有哪些传感器，传感器的信息是如何传到单片机的。

7、完成宝贝机器人的LED电路检测、触觉导航、红外线导航、游校园这四个任务，并陈述清

楚其原理。

8、能在实验中迅速排除各种故障。

9、鼓励创新，在完成以上这八项基本任务的前提下，尽量做出新的开发，如果现有硬件条件

不满足，可以陈述清楚创新原理。

二. 实习内容

1、熟悉宝贝机器人的组成部分，组装并测试好宝贝机器人。

2、时间跟踪和重复执行电路动作指令

3、安装并测试机器人的胡须。

4、搭建并测试IR发射和探测器对。

5、游校园。

三. 实习过程

1、时间跟踪和重复执行电路动作指令

LED测试电路元件：

1．红色发光二极管

2． 470Ω电阻（黄-紫-棕）

LED测试电路

搭建电路如图2-4所示。

确认发光二极管的短针脚（阴极）插入标有“GND”的圆孔插座中。

确认发光二极管的长针脚（阳极）插入白色面包板上图示的位置。

#include

#include

int main(void)

{

uart_Init(); //初始化串口printf("The LED connected to P1_0 is blinking!\n");

while(1)

{

P1_0=1; // P1_0输出高电平

delay_nms(500); //延时500ms P1_0=0; // P1_0输出低电平delay_nms(500); //延时500ms } }

2、安装并测试机器人的胡须

在编程让机器人通过触觉胡须自动导航之前，首先必须安装并测试胡须。

胡须的电路及装配

断开主板和电机的电源。

元件清单：

(1)．须状金属丝

(2)．平头M4-40螺丝钉

(3)．?″圆形套管

(4)．尼龙垫圈

(5)． 3-pin公-公接头

(6)． 220Ω电阻（红-红-棕）

(7)． 10kΩ电阻（棕-黑-橙）

参考接线图5-3，搭建胡须电路。

确定两条胡须比较靠近，但又不接触面包板上的3-pin头。推荐保持3 mm

的距离。

74 图5-5 教学底板上胡须接线图

测试胡须

观察一下图5-3所示的胡须电路示意图，每条胡须都是一个机械式的、接地常开的单刀单掷开关。胡须接地（GND）是因为主板外围的镀金孔都连接到GND。金属支架和螺丝钉提供电气连接给胡须。

通过编程让微控制器探测什么时候胡须被触动。连接到每个开关电路的I/O脚监视着10K 上拉电阻上的电压变化。图5-3说明是如何工作的。当胡须没有被触动，连接胡须的I/O管脚的电压是5V；当胡须被触动时，I/O短接到地，所以I/O管脚的电压是0V。

TestWhiskers.c

#include

#include

int P1_5state(void)//获取P1_5的状态{

return (P1&0x20)?1:0; }

int P2_3state(void)//获取P2_3的状态{

return (P2&0x08)?1:0;

}

int main(void)

{

uart_Init();

printf("WHISKER STARTES\n");

while(1)

{

printf("左边胡须的状态:%d ",P1_5state());

printf("右边胡须的状态:%d\n",P2_3state());

delay_nms(150);

}

}

3、红外线导航

搭建并测试IR发射和探测器对

元件清单:

(1) 两个红外检测器

(2) 两个IR LEDs

(3) 两对IR LED套管

(4) 两个220 Ω电阻 (红-红-棕)

(5) 两个1 kΩ电阻 (棕-黑-红)

搭建红外线前灯

（1）如图2所示，将红外LED插入套管。

图--2

（2）确保LED摁入到大的套管中。

（3）将小的套管套在LED上，并摁进大的圈里面。

（4）电路板的每个角安装一个IR组 (IR LED和检测器) 。图7-4所示是IR前灯原理图，图7-5所示是接线图。

（5）断开主板和伺服系统的电源。

（6）建立如图3

的电路图

图—3

include

#include

int P3_5state(void) {

return (P3&0x20)?1:0; }

int main(void)

{

int irDetectLeft;

int counter;

int i;

uart_Init();

printf("Program Running!");

for( counter=1;counter<=1000;counter++ )//开始/复位信号

{

P1_3=1;

delay_nus(1000);

P1_3=0;

delay_nus(1000);

}

while(1)

{ for( counter=0;counter<38;counter++) { P3_6=0;

delay_nus(13); //for(i=0;i<1;i++) P3_6=1; /* for(i=0;i<1;i++) {;} */

delay_nus(13)

}

irDetectLeft=P3_5state();

printf("irDetectLeft=%d\n",irDetectLef t)

delay_nms(100);

}

4、游校园。搭建触须导航系统外，另加传感器检测电路。

五、实习总结

通过实习，对于51单片机编程及应用加深理解；对于常见传感器的原理和应用认识也深入了许多；对于伺服电机的工作原理也有些认识。宝贝车机器人，它的微控制器（MCU）是由Atmel公司生产与51系列兼容的8位AT89S52单片机，是一种高性能CMOS、低功耗的8位单片机,片内含8k Bytes Flash，运用ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次；只读程序存储器器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及其引脚结构。红外检测传感器一般由红外发射和接收两个器件组成。宝贝机器人的伺服电机的控制信号是具有一定脉宽和一定时间间隔的脉冲信号。当信号是1.3ms脉冲时电机全速顺时针转，1.5ms时停转，1.7ms时全速逆转。

不足之处有：自己的动手能力还不够强，对于机电一体化产品的认识还不够深刻。比如在宝贝机器人调试过程中不能够很好的将软硬件结合分析，忽视软硬件的匹配问题，使得调试中所犯的低级错误较多。对知识的综合应用能力也有待提高。

两自由度机械臂控制系统实习

实习任务：两自由度机械臂控制系统

时间： 2010.11.7—2010.11.14 地点：工程训练中心203

一.实习目的、任务及要求

1.1目的

1.11学习机电控制技术，了解机电一体化设备的基本结构，控制方式和工业

机器人的基本控制原理。

1.12学习研究系统基础硬件构成。了解各部件名称、功能、选型依据和使用

方法。了解网络系统配置及操作特点。

1.13学习研究系统基础软件，了解控制软件平台，了解示教再现控制方式及

其

演示软件。学习对机器人控制中两种坐标空间运动模式的操作设计。

1.14通过机械臂的操作使用，了解部分控制器件的功能、使用方法和基本控

制原理。了解机械臂素描绘图控制的图像处理技术。

1.15通过编程训练，学习工业机器人控制绘图语言的基本编程方法，了解机

械臂绘图的基本算法。

1.2任务及要求

1.21测定机械臂结构，描述机械传动部分的结构形式、运动模式及减速器的

结构原理。绘出机构运动示意图。

1.22了解机械臂控制系统电器控制部分的主要器件,绘制控制系统框图.标

注各部件的主要功能、型号及参数。

1.23学习使用鼠标、手写板和摄像头控制机械臂绘制图案文字和素描肖像。

1.24学习编写控制程序。设计绘图程序，控制机械臂绘出实际图形。

二、实习内容

2.1实习设备

硬件：GRB 2002机械臂系统一套、PC 机一台、GT-400-SG-PCI/ISA 型四轴脉冲型开环运动控制卡、GCB-100两轴驱动电气箱、彩色显示器、鼠

标。

软件：Windows XP操作系统、

运动控制器Windows驱动程序和运动控制动态连接库、

机器人图形示教和语言编程软件。

2.2实习内容

2.21 测定机械臂结构

GRB200机器人关节1长度200mm,运动范围± 100°，关节2 连杆长度150mm,运动范围±50°。

2.22 机械传动部分的结构形式

二自由度机械臂只有两个旋转运动关节，在第二个旋转运动关节的末

端安装了笔和笔架便于验证机械臂末端的运动轨迹，主要使用交流伺

服电机和谐波减速器驱动，交流伺服电机运转平稳，输出力矩恒定，

过载能力强，加速性能好，可以取得很高的控制精度，交流伺服电机

轴后端带有标准2500线增量式光电编码器，控制精度远高于步进电

机。

2.23 机械传动部分的运动模式

机器人的空间坐标直接由各个关节的坐标来确定，所有关节变量构成

一个关节矢量。所有关节矢量构成的空间称为关节坐标空间。因此关

节坐标空间运动就是直接操作各个关节的来完成机器人动作的运动。

2.24 机械传动部分减速器的结构原理

谐波减速传动是一种依靠齿轮的弹性变形运动来达到传动目的的新型

传动方式，它具有重量轻、结构简单、传动比大、承载力强、运转平

稳和运动精度高等特点。

谐波减速传动的工作原理：

谐波传动包括三个基本构件：波发生器、柔轮、刚轮。三个构件可任意固定一个，其余两个一为主动、一为从动，可实现减速或增速（固定传动比），也可变换成两个输入，一个输出，组成差动传动。

当刚轮固定，波发生器为主动，柔轮为从动时：柔轮在椭圆凸轮作用下产生变形，在波发生器长轴两端处的柔轮轮齿与刚轮轮齿完全啮合；在短轴两端处的柔轮轮齿与刚轮轮齿完全脱开；在波发生器长轴与短轴的区间，柔轮轮齿与刚轮轮齿有的处于半啮合状态，称为啮入；

有的则逐渐退出啮合处于半脱开状态，称为啮出。由于波发生器的连续转动，使得啮入、完全啮合、啮出、完全脱开这四种情况依次变化，循环不已。

波发生器在柔轮内转动时，迫使柔轮产生连续的弹性变形，此时波发生器的连续转动，就使柔轮齿的啮入—啮合—啮出—脱开这四种状态循环往复不断地改变各自原来的啮合状态。这种现象称之错齿运动，正是这一错齿运动，作为减速器就可将输入的高速转动变为输出的低速转动。

2.25 机构运动示意图

在PC机的控制下，程序通过一轴编码器、二轴编码器，分别驱动交流

伺服电机、步进电机工作，再通过谐波齿轮减速器驱动大小机械臂转

动，小机械臂带动画笔工作，当画笔间断工作时，电磁铁便工作，提

起画笔，最终完成所做的任务。

两自由度机械臂自由度计算:

根据机构运动示意图可知空间机构共有6个活动构件，n=6，P5=5，P3=3.

则机械臂的空间自由度为：

F=6n-(5*P5+3*P3)=6×6-(5×5+3×3)=2

故该机械臂的自由度为2，即两自由度机械臂。

2.26 机械臂控制系统电器控制部分的主要器件,控制系统框图及各部件的主要功能、型号及参数。

（1）机械臂控制系统电器控制部分的主要器件有PC 机、GT-400-SG 运动控制卡、伺服驱动器、增量式光电编码器、交流伺服电机。

（2）控制系统框图如图所示：

（3）各部件的主要功能、型号及参数

PC机：功能是发出位置和轨迹指令,负责人机界面的管理和其它管理工作。

运动控制卡：运动控制卡接收PC机发出的位置和轨迹指令，进行规划处理，转化成伺服驱动器可以接收的指令格式，发给伺服驱动器。其

型号为GT-400-SG-PCI/ISA。

特点：四轴最小插补周期为200微秒，单轴点位运动最小控制周期为

25微秒，运动方式：单轴点位运动、直线插补、圆弧插补、速度控

制、手脉输入、电子齿轮，可编程梯形曲线规划和S曲线规划，在

线刷新运动控制参数所有计算参数和轨迹规划参数均为32位用户

可定义坐标系，便于编程。

伺服驱动器：将变频信号源（微机或数控装置等）送来的脉冲信号及方向信号按要求的配电方式自动地循环供给电动机各相绕组，以驱动电动

机转子正反向旋转。

型号为Panasonic MADDT1205003 200V

输入输出

电压 200~240V 6 9.4V

电阻 1Φ 3Φ

电流 1.3A 1.2A

频率 50/60Hz 0~333.3HZ

功率 100W

增量式光电编码器：测出被测轴的相对转角和转动方向，并发出脉冲信号。

特点：增量式编码器转轴旋转时，有相应的脉冲输出，其计数起点任

意设定，可实现多圈无限累加和测量。编码器轴转一圈会输出固定

的脉冲，脉冲数由编码器光栅的线数决定。

CONT.TRQUE 0.16NM

RATING S1

INS.CLASS B(TUV)A(UL)

IP65

CONNECTION

SER.NO.05070028N 交流伺服电机：为系统提供驱动动力，其型号为松下交流伺服电动机。

型号为Panasonic MSMD5AZP1U

输入电压 3ΦAC 43V

输入电流 1.1A

输出功率 0.05KW

励磁频率 200Hz

额定转速 3000r/min

光电开关传感器:光电开关是由发射器、接收器和检测电路三部分组成。

发射器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于发光二极管（LED）

和激光二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。受脉冲调制

的光束辐射强度在发射中经过多次选择，朝着目标不间接地运行。接

收器有光电二极管或光电三极管组成。在接收器的前面，装有光学元

件如透镜和光圈等。在其后面的是检测电路，它能滤出有效信号和应

用该信号。

型号：日本欧姆龙 EE-SPY412

输入电压 5 ~ 24 VDC

输出信号 80mA/1V,10mA/0.4V

检测精度 5mm

2.27机器人的运动学分析

机器人控制就是控制机器人各连杆、各关节等彼此之间的相对位置和各连杆、各关节的

运动速度以及输出力的大小，这就涉及到各连杆、关节工作对象、工作台、及参考基准等彼

此之间的相对位置关系。机器人运动学专门研究机器人的运动规律，而在研究中不考虑产生

此运动的力和力矩。机械手的位姿描述有两种——关节坐标空间和直角坐标空间。

当机器人各关节的坐标给定时，求解这些坐标在以机器人的末端执行器的位姿为基础的

基准坐标系中如何表示的问题是正向运动学；反之，当末端执行器的位姿在基准坐标系给定

时求出相对应的各关节的坐标就是机器人逆运动学研究的内容。其中逆运动学求解在机械手

控制中占有重要地位，它直接关系到运动分析、离散编程、轨迹规划等。通常机械手的期望

轨迹都是在笛卡儿坐标系中描述的，因此逆运动学的求解更为关键。

机器人逆运动学解法：逆运动学的解法有封闭解法和数值解法两种。在末端位姿已知的情况

下，封闭解法可以给出每个关节变量的数学函数表达式；数值解法则使用递推算法给出关节

变量的具体数值，速度快、效率高，便于实时控制。下面用几何解法求解运动学逆解。

几何解法：因为机器人测量关节的编码器是增量式而不是绝对式的，因此在每次执行程序时首先必须进行机器人回零。为了在关节坐标空间与直角坐标空间进行转换，机器人回零后，认为其关节1 和关节2 与X 轴重合，关节1 与关节2 的关节坐标均为0°，这样可以方便的在关节坐标空间与直角坐标空间之间转换。

（1）运动学正解：（以GRB200 机械臂为例）数学表达式如下：

其中,

x：关节2 末端在直角坐标空间中的X 轴坐标值；

y：关节2 末端在直角坐标空间中的Y 轴坐标值；

q1 ：关节坐标空间中关节1 的坐标值； q2：关节坐标空间中关节2 的坐标值；

l1 ：关节1的长度，为200mm； l2 ：关节2的长度，为150mm（GRB400 关节2 长度为200mm）；根据关节1、关节2 的关节坐标值1 q ， 2 q ，用运动学方程式（式1）可以计算出机器

人关节2 末端，即绘图笔末端点在XY 平面的位置，这是机器人运动学正解。

（2）运动学反解：

进行机器人末端点的轨迹控制，必须进行运动学反解，即：根据点P(x，y)计算各关节

的变量q1， q2 值。

用余弦公式根据图 2-33 上的关系及式1，可以得到：

得到运动学反解的计算公式：

三、实习过程

VAR

float i; float j; float k; float x; float y; BEGIN x=50;

y=50;

i=0;

while(i<2)

{

x=50;

y=50;

MoveTo(x+i,y+i);

LineTo(x+30+i,y+i);

MoveTo(x+15+i,y-20+i);

LineTo(x+15+i,y+60+i);

MoveTo(x+15+i,y+i);

LineTo(x+i,y+50+i);

MoveTo(x+15+i,y+i);

LineTo(x+30+i,y+30+i); MoveTo(x+40+i,y-15+i); LineTo(x+40+i,y+55+i); MoveTo(x+40+i,y-15+i); LineTo(x+60+i,y-15+i); LineTo(x+60+i,y+55+i); LineTo(x+80+i,y+55+i); LineTo(x+80+i,y+50+i);

MoveTo(x+105+i,y-20+i); LineTo(x+90+i,y+i);

MoveTo(x+97+i,y-10+i); LineTo(x+128+i,y-10+i); MoveTo(x+112+i,y-20+i);

LineTo(x+112+i,y+55+i); MoveTo(x+100+i,y+i); LineTo(x+122+i,y+i); MoveTo(x+97+i,y+15+i); LineTo(x+97+i,y+45+i); MoveTo(x+97+i,y+15+i); LineTo(x+128+i,y+15+i);

LineTo(x+128+i,y+45+i);

LineTo(x+120+i,y+38+i);

MoveTo(x+140+i,y+i);

LineTo(x+140+i,y+35+i);

MoveTo(x+155+i,y-15+i);

LineTo(x+155+i,y+55+i);

LineTo(x+150+i,y+52+i);

x=50;

y=120;

MoveTo(x+i,y+i);

LineTo(x+i,y+80+i);

LineTo(x+50+i,y+80+i);

LineTo(x+50+i,y+i);

LineTo(x+i,y+i);

MoveTo(x+70+i,y+i);

LineTo(x+120+i,y+i);

LineTo(x+90+i,y+80+i);

MoveTo(x+140+i,y+i);

LineTo(x+190+i,y+i);

LineTo(x+190+i,y+40+i);

LineTo(x+140+i,y+40+i);

LineTo(x+140+i,y+80+i);

LineTo(x+190+i,y+80+i);

i=i+2;

}

MoveTo(x+200,y+90);

LineTo(x+220,y+110);

MoveTo(x+220,y+90);

LineTo(x+200,y+110);

MoveTo(x+225,y+90);

LineTo(x+245,y+110);

MoveTo(x+245,y+90);

LineTo(x+225,y+110);

END

四.总结

机械臂提供了机器人系统开发平台，由通用运动控制器提供基本的电机位置和速度控制功能，数字IO功能；由PC提供的各种功能强大应用系统软件和丰富的硬件扩展功能。采用面向对象的方法和语言来进行设计开发。

持续好2周的机电一体化综合训练实习到今天终于圆满的结束了，在这个实习的过程中，学到了很多在平时书本中学不到的东西，同时也发现了自己在学习中也存在许多不足之处，现将其总结如下：

（1）通过这次实习学到了很多以前书上没学到的知识，了解到没有见到过的高科技产物；

（2）巩固了以前学到的知识，也发现了自己对机械的不了解的地方；

（3）加强了实践能力的锻炼，认识到自身的缺陷，实践很难结合课本学到的知识，理论知识总是无法运用到实践。

通过这次机电一体化实习，使我认识到在纯机械技术较为完善的基础上，增强与电子信息技术的融合，使机械与电子技术完美有机结合，才能更好地实现机电一体化系统的高附加价值化目标，即多功能化、高效率化、高可靠化、节省材料和能源。

以下是我对此次实习的一点建议，不对的地方希望老师批评指正。

我认为本次实习的优点:具有一套两自由度机械臂控制系统供我们进行实物分析，并有PC机一台及相应的机器人图形示教和语言编程软件，能够编写自己的绘图程序，充分发挥了同学们这方面的主观能动性。

存在的不足之处是：首先，此次实习的两自由度机械臂服务器没有开启，同学们不能进行实际的机械绘图来验证程序；其次，同学们只能观察机械臂的外部结构形状，但其内部具体结构不能进行观察，因此提出两点建议：

（1）将机械臂服务器打开，实现机械绘图，这样更直观，效果更明显。

（2）在老师的指导下对两自由度机械臂进行简单的拆装，搞清楚每一部件的具体结构，工作原理及它们之间的相对位置关系等。

模块化生产实习

实习任务：安装站

时间： 2010.11.20-28 地点：工程训练中心202

一.任务目的、任务与要求

1、目的。

同学们通过对模块生产系统的实际参观、操作、测绘、制图、编程设计和运行工作，掌握模块生产系统各部分的功能、结构、工作原理和设计方法。模块生产系统的设计训练是综合性的系统工程设计，是机械、气压和电子技术各专业协同合作的结晶，也是培养同学们团队精神的训练。

2、任务与要求：

1、通过实际操作，熟知机电一体化系统的基本结构要素，了解机电一体化的相关技术。

2、剖析模块生产系统中各机械部分的工作原理及功能、机械结构和传动方式,绘制工作原理图、主要部图及其装配图，并在此基础上加以改进。

3、剖析模块生产系统的气压传动过程，熟悉气压传动的基本元件和回路，绘制各工作站气压传动回路工作原理图，在理论分析的基础上能正确的选择各组成元件；了解各种传感器的基本结构、工作原理、特性及应用。

4、测试、分析模块生产系统的电气控制电路，绘制电路控制原理图和电气控制原理框图。

5、运用可编程序控制器编程软件，核对各站控制程序及控制端口，剖析原设计编程原理，论述控制过程。

6、运用可编程序控制器编程软件，设计新的控制方式，编制新的控制程序并能实现机构的合理运动。

7、剖析模块生产系统的结构和控制程序，论述该设计的优缺点，提出新的设计方案。

8、增强团队精神

二.实习过程

1、系统介绍

该模拟生产线是由独立的六个工作站相互连接而成。它们分别是上料检测站、搬运站、加工检测站、安装站、安装搬运站和分类站。这六个站连接成生产线后可完成工件类别的检测、加工、搬运、安装和分类。

具体工件在生产线上从一站到另一站的物流加工的传递过程：

上料检测站将大工件按顺序排好后提升传送，搬运站将大工件从上料检测站搬至加工站，加工站将大工件加工并检测被加工的工件，产生成品或废品信息，通知下站，安装搬运站将成品送至安装工位，安装站再将小工件装入大工件中，最后，由安装搬运站再将安装好的工件送至分类站，分类站将工件按类送入相应的料仓并统计工件的数量和总量，如加工站有废品产生，则安装搬运站将废品直接送入废品收料站。

各工作站工艺流程如下：

上

料

安装

搬

运

加

工

安

装

废

料

分

类

2、本站结构

1． 控制面板结构及功能

本站控制面板有五个按钮开，二个选择开关和一个急停开关。 各开关的控制功能定义为： ?带灯按钮 绿色：开始 ?带灯按钮 黄色：复位 ?按 钮 黄色：特殊功能按钮 ?两位旋钮 黑色：自动／手动 ?两位旋钮 黑色：单站／联网 ?带灯按钮 红色：停止／报警 ?带灯按钮 绿色：上电 ?急停按钮 红色：急停

2．本站装配图

安装站（第四站）

17

104658

11

12

23

9

转动杆吸嘴上端盖8910坚撑杆座序号名称备注序号名称备注

1326

754吸嘴销轴1145

坚撑杆轴承圈12

气缸位置传感器压簧

同步带轮连板钢板3/Q235A 钢板3/Q235A 4545

本站为安装站，在接收前站的信息后，安装站将小工件装入大工件中。

3 I ／O 分配

第四站地址分配

X000：机械臂安装到位 Y000：机械臂复位 X001：机械臂复位到位 Y001：机械臂安装 X002：料筒缩进到位 Y002：料筒缩进 X003：料筒伸出到位 Y003：料筒伸出 X005：推料缩进到位 Y005：抽真空

X006：推料伸出到位 Y006：推料伸

5

6

78

9

1314

序号

备注序号

备注

45

位置传感器

气缸2推件块座工件挡块总线端控制信号端子

立柱名称

457

623 1控制电磁阀检测信号端子

侧板气缸1料架座料管撑杆名称钢板3/Q235A

LY12

钢管32x 5/LY12109811121314

铝合金4545

14

3

2

12

1011

第4站 编程框图（仅供参考）

开始

三站有无工件

送出？

是否为废品？

传送工件颜色信号

装配气缸上升

送料气缸向后或向前

3秒是否到位？

推料气缸工作

装配气缸下降抓工件

装配气缸送工件至5站

装配气缸下降返回送信号至5站报警

Yes

No

No

No

Yes

Yes

停止工作

第四站按装站可编程序控制器（PLC ）I/O 端子

PLC 可编程序控制器是三菱的FX2N －48MR ， 48点 继电器输出；主控设备输入接收各传感器、控制按钮和上站、下站通信信号；输出控制各气动电磁阀、电机和上站、下站通信信号。输入端子 I 为24点， 输出端子O 为 24点，供电电源为交流 220V ，控制电源为直流24V ；

1

1

2

2

3

3

4

4

D

D

C

C

B

B

A A

Title

Number

Revision

Size A4Date:2005-6-19Sheet of File:

E:\工作站\电路图\ST\ST4.Sch

Drawn By :

1Y1 下降

1Y2 上升2Y1 右移2Y2 左移3Y1 释放

3Y2 抽真空4Y1 推料L1 开始指示

L2 复位指示L3 特殊功能指示L4 停止指示

向后站输出数据D0

向后站输出数据D1向后站输出正次品信号向前站输出本站状态向后站输出本站状态从后站读入后站状态

从前站读入前站状态从前站读入数据D0从前站读入数据D1

从前站读入正次品信号1B1 上限位

1B2 下限位2B1 左限位2B2 右限位

4B1 后限位

4B2 前限位 开始按钮

复位按钮特殊功能按钮手动/自动切换

单站/联网切换停止按钮

上电按钮C O M 5

Y 0

Y 1Y 2

Y 3

Y 4

Y 5

Y 6Y 7Y 10

Y 11

Y 12

Y 13

Y 14

Y 15

Y 16

Y 17

Y 20

Y 21

Y 22

Y 23

Y 24

Y 25

Y 26

Y 27

C O M 4

C O M 2

C O M 3

C O M 1

=

=

=

==

=

X0

X1

X 2

X 3

X 4

X 5

X 6X 7

X 10

X 11

X 12

X 13

X 14

X 15

X 16

X 17

X 20

X 21

X 22

X 23

X 24

X 25

X 26

X 27

M I T S U B I S H I F X 2N -48M R

空五站X25空

G

N

L

24V

24V

24V 24V

空空

空空

空

C4-01C4-02C4-03C4-04C4-05

C4-06C4-07TO1-00

TO-01TO-02TO-03

CiO-00

CiO-01CiO-02CiO-03CiO-04空五站Y25

空

空

空

C O M

三菱 PLC I/O定义

第四站 安装站

C4-13

C4-14C4-15C4-16

C4-17C4-18C4-19C4-20TI1-I0TI1-I2TI1-I1TI1-I3TI1-I4TI1-I5

TI1-I6CIO-I0CIO-I1CIO-I2CIO-I3CIO-I4

5 第四站按装站I/O 地址表

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1

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2

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4

D

D

C

C

B

B

A A

Title

Number

Revision

Size A4Date:2005-6-19Sheet of

File:

E:\工作站\..\第4站输出.Sch

Drawn By :

C4

TO4

1Y1

1Y2

2Y1

2Y2

3Y1

3Y2

4Y1

TO4Y0

Y1

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0V

0V 0V 0V 0V 0V 0V 0V 0V 0V

A1A2

A1A2

A1A2

A1A2

A1A2

A1A2

A1A2

第四站 安装站

输出I/O地址表

1

12

23

34

4

D

D

C

C

B

B

A A

Title

Num ber

Revision

Size A4Date:2005-6-19Sheet of

File:

E:\工作站\..\第4站输入.Sch

Drawn By :

TI4

TI4

1B11B22B12B23B14B14B2

I0I1I2I3I4I5I6I7

C41314151617181920

X0X1X2X3X4X5X6X7

24V 24V 24V 24V 24V 24V 24V 24V

0V 0V 0V 0V 0V 0V 0V 0V 0V

24V 24V

0V

输入I/O地址表

第四站 安装站

本站 I ／O 分配

X000：机械臂安装到位 Y000：机械臂复位 X001：机械臂复位到位 Y001：机械臂安装 X002：料筒缩进到位 Y002：料筒缩进 X003：料筒伸出到位 Y003：料筒伸出 X005：推料缩进到位 Y005：抽真空 X006：推料伸出到位 Y006：推料伸

三、总结：

我主要是学习了模块化生产的中的机械部分和气动部分，在研究机械部分时，主要对模块化生产的机械传动、机构的运动简图以及该站的机械部分装配图进行了研究。模块化生产的过程是料检测站将大工件按顺序排好后提升传送，搬运站将大工件从上料检测站搬至加工站，加工站将大工件加工并检测被加工的工件，产生成品或废品信息，通知下站，安装搬运站将成品送至安装工位，安装站再将小工件装入大工件中，最后，由安装搬运站再将安装好

的工件送至分类站，分类站将工件按类送入相应的料仓并统计工件的数量和总量，如加工站有废品产生，则安装搬运站将废品直接送入废品收料站。其中机械传动主要是螺纹传动和以气缸推动的直线传动等,在实习的过程中我和组员合作绘制了机构运动简图和机械装配图。机械部分的学习使我们复习了以前学习的专业知识,更重要的是使我对知识的理解更进一步。

在研究气动部分时，主要对气动回路和电磁阀的工作原理进行了研究。模块化生产的气动回路是由总气泵提供气动动力，然后进入空气滤清器，除去空气中的水分和杂质，经过电磁阀的控制，推动气缸运动使之推动工件工作,其中气缸运动距离的大小是通过PLC控制的。在这个部分了我和组员合作完成气动回路图,在学习电气部分的时候,因为我们是学习机械设计制造及其自动化,所以对电子方面的知识储备不是很充足,所以遇到了很大的困难,但是我们一一的克服,虽然我们可能在方面做得不是很好,但是我们还是学到了很多的东西,我和组员合作研究了电路组成和接线方式。

四、实习总结

为期10天的机电一体化综合训练实习到今天终于圆满的结束了，在这个非常注重动手能力的实习过程中，我小组成员学到了很多在课堂书本中完全见不到的生产实践经验，同时也发现了自己在日常学习中也存在各种不足。

在对于二自由度机械臂的结构和控制分析中，由于对机电一体化知识不甚了解，一个可以算是很常见的光电开关传感器却把小组成员难住了，甚至是一个简单的电磁铁抬笔机构也让人觉得新奇有趣。这显然是平时的课堂教学无法接触到的知识，所以这次机电一体化实习不仅是书本知识的延伸，更是理论教学与实际生产工作的衔接；

在这次实习中，小组成员首先对于机械臂的基本结构控制原理和运动传递结构进行了分析，通过Robotdraw软件进行编程绘图之后发现了其运动轨迹与模拟绘图得到的理论轨迹相去甚远，其中圆轨迹图形的偏差最为明显、有x方向右偏和y方向扁平无法达到预定位置的现象，另外在第一伺服电动机顺时针转动的时候直线也有明显的波动。针对以上误差结果，小组成员进行了误差原理分析和推测，认为控制系统中监测的反馈信号与伺服电动机之间的传输延迟可能是巨大误差的直接原因；

在使用RobotDraw软件编写程序的过程中，小组复习了c语言程序的基本段落结构和公式化几何轨迹测绘的方法，绘制了很多图形，但考虑到公式化绘图的圆误差较大，所以最后尽量以直线、短直线构成图形。也既是在自动化加工中采取近似加工的方法避免较大误差的产生。

十天的实习不仅让我们了解了机电一体化控制的基本方式，也使小组成员对于机电一体化加工的实际应用有了初步的思路，对于日后在实际工作中的机电一体化技术有极大的帮助。

五．实习展望。

机电一体化是将机械、电子与信息技术进行的有机结合，以实现工业产品和生产过程整体最优化的一种新技术。机电一体化是当今世界机械工业技术和产品发展的主要趋势，也是我国机械工业发展的必由之路。

未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，机电一体化的人格化有两层含义。一层是，机电一体化产品的最终使用对象是人，如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化。另一层是模仿生物机理，研制各种机电一体花产品。

总之，机电一体化技术是未来机械技术发展的趋势，学机械不能不了解机电一体化技术，在今后的学习中我们应该更加注重机械与电子相结合的知识的学习。