机电一体化综合训练 实习报告

《机电一体化综合训练》总结

姓名吴雪泥

学号08908060

实验组宝贝车第一组、流水线第一组、

机械臂第一组

实验指导教师史颖刚、朱兆龙、刘利

西北农林科技大学机械与电子工程学院

2011年7月

机电一体化综合训练实习总结

一、宝贝车总结

1、硬件组装

首先将宝贝车的基本构架组装好，根据安装的教程进行伺服电机的连接、调整、测试，观察电机运转情况并确保主板和电机之间的电气连接正确。

2、基本原理的学习

1）伺服电机运转原理：

通过微机编程发送一系列的脉冲给伺服电机，调整脉宽来控制电机的运转速度和方向。其中是利用延时函数delay_nms或delay_nus，改变参数 n的值来改变高低电平的持续时间，实现电机的正转和反转；利用for循环的循环次数来控制电机的运行时间。P1_0高低电平输出到右侧电动机，P1_0高低电平输出到左侧电动机。

由于脉宽为1.5ms时电机静止不动，为1.3ms时电机全速顺时针旋转，为1.7ms时全速逆时针旋转，即是当delay_nus（n）中的1300

2）触须导航的原理

触须电路示意图

首先安装触须并根据电路图进行外部硬件接线。每个触须都是常开开关。当触须没被触动时，电路中没有电流，连接触须的I/O口管脚电压为5V，为高电平；当触须触动时，电路接通，电流流向地端，I/O口管脚电压为0。由此来检测是否有障碍物，利用单片机读入P1_5和P2_3的状态，再通过编程分析、处理实现躲避障碍物的运动控制，控制电机运转，实现转弯。

在此基础上，编程完成墙角处理，计下触须交替触动总次数。其中记住每个

触须的旧状态和当前状态，进行对比，状态相反，计数加一，达到预定次数，可认定到了墙角，执行后退并连转2次，实现反向。这个预定的次数设定为4次就可以了。

3）红外线导航的原理

红外线发射器发射红外线，当遇到物体时红外光反射回来，由红外检测器接收，并将信号发送给单片机进行处理，再实现运动控制。

IR 接线图如下图所示：

工作原理：P1_2和P1_3引脚控制左边的红外传感器，P3_5和P3_6引脚控

P12 P35

P36

制右边的红外传感器，当通过给单片机的P1_3和P3_6设置高电平时候三极管Q1和Q2被导通此时两边的IR LED开始发出红外线。如果前方没有障碍物红外光没有被反射回来此时光敏二极管接受不到光处于截止的状态，输出高电平；如果前面有障碍物的话红外光被反射回来被光敏二极管所接受，二极管处于导通状态此时输出低电平。

3、程序、软件运行和小车测试

通过keil C软件进行程序的编写、运行、调试，生成16进制文件，再由ISP 软件将其下载到单片机中，控制宝贝车的运动。

该程序可实现触须导航和红外导航两种功能，如下：

#include

#include

void shot()

{ int counter;

for(counter=1;counter<38;counter++)//开始/复位信号

{

P3_6=1;

P1_3=1;

delay_nus(13);

P3_6=0;

P1_3=0;

delay_nus(13);

}

}

int P1_5state(void) //确定P1_5状态

{

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

}

int P1_2state(void) //确定P1_2状态

{

return (P1&0x04)?1:0;

}

int P2_3state(void) //确定P2_3状态

{

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

}

int P3_5state(void) //确定P3_5状态

{

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

}

void Forward(void) //向前走子程序

{

P1_1=1;

delay_nus(1700);

P1_1=0;

P1_0=1;

delay_nus(1300);

P1_0=0;

delay_nms(20);

}

void Left_Turn(void) //向左转子程序{

int i;

for(i=1;i<=26;i++)

{

P1_1=1;

delay_nus(1300);

P1_1=0;

P1_0=1;

delay_nus(1300);

P1_0=0;

delay_nms(20);

}

}

void Right_Turn(void) //向右转子程序{

int i;

for(i=1;i<=26;i++)

{

P1_1=1;

delay_nus(1700);

P1_1=0;

P1_0=1;

delay_nus(1700);

P1_0=0;

delay_nms(20);

}

}

void Backward(void) //向后退子程序{

int i;

for(i=1;i<=30;i++)

{

P1_1=1;

delay_nus(1300);

P1_1=0;

P1_0=1;

delay_nus(1700);

P1_0=0;

delay_nms(20);

}

}

int main(void)

{

int counter;

uart_Init();

printf("Program Running!\n");

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

{

P1_4=1;

delay_nus(1000);

P1_4=0;

delay_nus(1000);

}

while(1)

{

shot();

if((P1_2state()==0)&&(P3_5state()==0)) //红外线检测到墙角 {

Backward(); //向后

Left_Turn(); //向左

Left_Turn(); //向左

}

else if(P1_2state()==0) //红外线检测到左边有障碍物

{

Backward(); //向后

Right_Turn(); //向右

}

else if(P3_5state()==0) //红外线检测到右边有障碍物

{

Backward(); //向后

Left_Turn(); //向左

}

else

Forward(); //向前

if((P1_5state()==0)&&(P2_3state()==0)) //胡须检测到墙角

{

Backward(); //向后

Left_Turn(); //向左

Left_Turn(); //向左

}

else if(P1_5state()==0) //胡须检测到右边有障碍物

{

Backward(); //向后

Left_Turn(); //向左

}

else if(P2_3state()==0) //胡须检测到左边有障碍物

{

Backward(); //向后

Right_Turn(); //向右

}

else

Forward(); //向前

}

}

最后通过测试，宝贝车能完成设定的功能。

二、流水线总结

1、任务目的

首先了解模拟生产线的组成，建立生产线的概念；认识生产线的机械结构和传动原理；学习气动元件、传感器的工作原理并熟悉模拟生产线的控制电路原理；掌握PLC控制系统的编程软件，学习各单元之间的通信方法和系统调试。

其次要求熟悉机械部分、气动部分、传感器部分、PLC部分及电气控制部分的基本工作原理，并能分析其工作过程。

我们这组本次负责的是上料监测站。

2、系统工作原理

1）机构组成

上料检测站机构示意图

说明：回转上料台将工件依次送到检测工位提升装置将工件提升并检测工件颜色。通动机间歇运动来带动回转上料台进行物料的传送，提升则利用了一个汽缸来进行。

本站的整个过程可描述为：按下上电按钮，复位灯闪烁。按下复位按钮，并检测到升降台下降到位，则开始等闪烁，复位灯灭。按下开始按钮，开始灯灭，电机带动料斗框旋转，10秒后停止旋转。当光电传感器检测有料一秒后升降台上升。当磁位传感器检测上升到位时，系统将信息发往下一站，升降台保持原位，此时有一秒的延时，在这期间，光电传感器检测物料颜色，并将此信息发往后续各站。当下一站取走物料后，也将信息传回本站，升降台下降，开始取下一个物料。当单/联开关打到联这一边，且手/自开关打到自这一边时，程序是连续自动执行的。当上两种情况相反时，程序是单步执行，每按一次特殊按钮执行一步。

2）气动、传感器部分

本站电磁阀为二位五通单线圈电磁阀，型号为：SY3120-5LZD-M5

本站的执行机构是由单向电磁阀控制的气缸，气缸左右两端的冲排气实现推杆的伸出与缩回。

本站的传感器的应用上主要有2个电磁式传感器和2个光电式传感器，共4个传感器。其中红外光电传感器的型号为E3F-DS20C4，一个检测升降台是否有物体存在，另一个检测物体的颜色；电磁式传感器的型号为D-C73, 主要是用来检测本站上料平台的位置。

3）PLC部分

工作原理：PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC 运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。

编程框图如下：

第1站 编程框图（仅供参考）

I／O分配及电气连接

X001~X007为传感器输入Y001~Y007为PLC动作输出

X010：开始Y010：开始灯

X011：复位 Y011：复位灯

X012：特殊 Y014：停止灯

X013：手/自 Y000：电机旋转

X014：单/联 Y003：上升

X015：停止 Y22：废品

X016：上电 Y21：小工件颜色

X000：有料 Y20：大工件颜色

X001：白色 Y20、21、22、24对应后站的X20~23。

X005：上升到位

X006：下降到位

X20~X25、Y20~Y25：为通讯口

梯形图：

梯形图各个步骤的意义：

第0步：将采集到的信息送入数据寄存器D8176~D8180；

第26步：开始M0得电并自锁；

第30步：复位、上电按钮按下，M1得电并自锁与M0互锁；

第36步：平台下降到位，M2得电并自锁；

第41步：开始按钮按下或平台下降到位M3得电，若特殊按扭没按下T0开始计时，计时时间为10秒；

第53步：传感器检测有料，T1开始计时，计时时间为1秒；

第58步：T1计时时间到M4得电，与M3互锁；

第64步：平台上升到位M5得电T2开始计时，计时时间为1秒;

第72步：通讯口得电，单/联按钮按下，或特殊按钮按下，M6得电，并自锁；

第82步：按下上电按钮，复位灯闪亮；

第86步：M2得电，开始灯闪亮；

第89步：M3得电，电机旋转，T0计时时间到停止旋转；

第92步：M4/M5得电，平台上升；

第95步：M5得电，传感器检测上升到位向后面各占输出信号；

第98步：M5得电，传感器检测工件为白色，给Y020置位，否则复位，若T2计时时间到停止检测。

三、机械臂总结

1、系统的认识

机械臂的机械传动部分的结构：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。

工作原理：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。

控制系统如下图所示：

PC机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；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；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；交流伺服电机为系统提供驱动动力。

2、ROBOTDRAW软件

学习了robotdraw绘图语言，对于基本格式、定义、循环体及函数有了一定了解和应用，会用sin,cos,MoveTo,LineTo这四个函数绘制一些图形，根据自己的一些简单设计和计算坐标进行了仿真绘图。

3、编写程序及绘图效果

1）机电3人组

V AR

float i;

float r;

float x;

float y;

float p;

float a;

float b;

BEGIN

MoveTo(67,55); LineTo(67,105); MoveTo(55,71); LineTo(79,71); MoveTo(67,71); LineTo(55,100); MoveTo(67,71); LineTo(79,100); MoveTo(82,68); LineTo(82,105); MoveTo(82,68); LineTo(93,68); LineTo(93,105); LineTo(100,105); LineTo(100,100);

MoveTo(140,70); LineTo(140,90); LineTo(170,90); LineTo(170,70); LineTo(140,70); MoveTo(140,80); LineTo(170,80); MoveTo(155,55); LineTo(155,103); LineTo(180,103); LineTo(180,95);

MoveTo(215,70); LineTo(215,100); LineTo(230,100); LineTo(230,70); LineTo(215,70); MoveTo(235,70);

LineTo(235,100); LineTo(250,100); LineTo(250,70); LineTo(235,70); MoveTo(235,85); LineTo(250,85); MoveTo(255,70); LineTo(270,70); LineTo(270,85); LineTo(255,85); LineTo(255,100); LineTo(272,100);

MoveTo(166,150); LineTo(175,180); LineTo(184,150); LineTo(193,180); LineTo(202,150);

i=0;

p=3.1415926;

r=15;

x=222.5;

y=165;

MoveTo(x,y-r);

while(i<=180)

{

a=x-r*sin(i*p/180);

b=y-r*cos(i*p/180);

LineTo(a,b);

i=i+4;

}

MoveTo(222.5,150); LineTo(228,150); MoveTo(222.5,179); LineTo(228,179); MoveTo(233,150); LineTo(252,150); LineTo(233,179); LineTo(254,179);

END

2）囧jiong

V AR

float i;

float r;

float x;

float y;

float p;

float a;

float b;

BEGIN

MoveTo(200,160); LineTo(200,80); LineTo(120,80); LineTo(120,160); LineTo(200,160); MoveTo(150,90); LineTo(130,110); MoveTo(170,90); LineTo(190,110); MoveTo(180,150); LineTo(180,120); LineTo(140,120); LineTo(140,150); LineTo(180,150); MoveTo(150,120); LineTo(150,135); LineTo(155,135); LineTo(155,120); MoveTo(165,120); LineTo(165,135); LineTo(170,135); LineTo(170,120); MoveTo(160,80); LineTo(160,30); MoveTo(140,80); LineTo(120,40); MoveTo(180,80); LineTo(200,40);

i=0;

p=3.1415926;

r=30;

x=270;

y=190;

MoveTo(x+r,y);

while(i<=360)

{

a=x+r*cos(i*p/180);

b=y-r*sin(i*p/180);

LineTo(a,b);

i=i+2;

}

i=0;

r=9;

x=257;

y=185;

MoveTo(x+r,y);

while(i<=360)

{

a=x+r*cos(i*p/180);

b=y-r*sin(i*p/180);

LineTo(a,b);

i=i+2;

}

i=0;

r=9;

x=283;

y=185;

MoveTo(x+r,y);

while(i<=360)

{

a=x+r*cos(i*p/180);

b=y-r*sin(i*p/180);

LineTo(a,b);

i=i+2;

}

MoveTo(265,185);

LineTo(274,185);

MoveTo(248,185);

LineTo(238,183);

MoveTo(292,185);

LineTo(302,183);

MoveTo(270,196);

LineTo(265,204);

LineTo(270,212);

LineTo(275,204);

LineTo(270,196);

MoveTo(50,190);

LineTo(65,190);

LineTo(65,205);

LineTo(50,205);

LineTo(50,220);

LineTo(65,220);

MoveTo(74,190);

LineTo(74,220);

LineTo(89,220);

LineTo(89,190);

LineTo(74,190);

MoveTo(98,190);

LineTo(98,220);

MoveTo(110,190);

LineTo(110,220);

MoveTo(119,216);

LineTo(121,220);

MoveTo(147,190);

LineTo(132,190);

LineTo(132,220);

LineTo(147,220);

LineTo(147,205);

LineTo(132,205);

END

四、个人体会与总结

本次为期两周的实习完成了三个部分的，包括流水线生产、二自由度机械臂、宝贝车实习。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，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，同时也发现了自己在学习中也存在许多不足之处，不断完善自己。

首先说说流水线生产部分。我们这组负责的是第一站即上料检测站，由于之前的机电一体化实习对机械部分有了一定的认识和了解，所以这次主要是对PLC 控制部分做了详细的分析，掌握了上料站的工作原理和特点，根据需要的动作需求，绘制工作流程图，分析得到顺序功能图，从而实现梯形图的编写。在实习过程中，扩充了一些课本上忽略的知识，了解了更多的PLC知识，发现自己有很多东西没搞懂，需要通过自己查资料完成了解。而且对于这学期我们所学习的PLC 课程有了更加实践的认识，将课本的知识应用到了模拟的实际生产过程中，并使我对本站上的PLC控制系统以及PLC的选取和控制有了一定的了解。同时也认识到PLC实现控制对于现代化的生产是十分重要的。

接下来进行的是二自由度机械臂的实习。刚开始对机械臂控制系统进行实物分析，观看了安装过程的视频，对其结构及控制过程有了初步的了解，对于以前学过的谐波齿轮减速器进一步加深了认识。再通过查看数控原理课本，对自由臂的运动学分析进行了学习，由各个关节的空间坐标运动来控制机械臂的空间运动。简单了解了其工作的基本原理后，学习了robotdraw软件及编程语言，主要还是在圆和直线的基础上根据自己的爱好进行了一些图形的设计和编程，再进行

了仿真绘图。由于没有进行机械绘图，遗憾的没有看到实际绘图与仿真绘图的区别。

最后实习的是宝贝车，也是动手量最多的一个环节。最基础的是宝贝车的基本的导航任务，在这里我们主要的是实习宝贝车的前进，转弯，后退以及匀加速和匀减速的基本运动，在这里我们也遇到了不少的问题，起初是我们不明白单片机是如何控制的，以前学习单片机的时候主要的是编程，硬件学得较少，翻书查找了单片机的P1和P3口的基本工作原理，让我掌握了更多的单片机方面的知识，为我理解单片机的控制过程打下了基础。这里要实现宝贝车的运动主要靠的是施加的脉冲宽的不同，这正是利用了舵机的工作原理，舵机可以实现正转，反转，静止三种状态，正确利用这三种状态就可以实现宝贝车的前进、转弯等一系列的运动。在掌握了宝贝车的基本运动后，我们接着学习的是触须导航，先是看说明书及教程，明白了它的控制原理，利用触须将外部的信号采集回来，然后调用相应的程序实现宝贝车的控制及相应的动作。顺利完成了触须导航的任务后，进行的是红外线导航，红外传感器是属于非接触式的传感器，红外传感器是利用LED 和光敏二极管进行工作的，当LED发射红外光的时候被反射回来的时候被光敏二极管接受实现低电平的输出，表明前方有障碍物，如果前方没有障碍物的话实现高电平的输出，表明前方有障碍物，通过这次的实习让我们明白了红外传感的工作原理，对于以前学习的传感器知识进行了巩固。提供了理论联系实习的机会，让我们在实践中发现问题解决问题。红外导航过程中我们的宝贝车先是无法接收红外信号，经过检查电路接线和改进程序，解决了这个问题，其次是它无法发射红外信号，经过调试后始终无法解决，求教老师后，通过不断检查各个接口的工作情况，发现是有个P口无法工作，原来是硬件上有了问题，从而解除了我们的疑问。最后测试、修改，实现了宝贝车的红外导航功能。

经过这次实习，我觉得其目的不仅仅在于把每个任务完成，最重要的是在遇到问题的时候能够发现并解决，通过学过的知识和实践的经验，努力排查问题的出错处，不要一味的停留在简单的机械劳动中，而是不断提高自己的实践动手能力，并学会虚心请教别人，对于自己不懂的地方一定要进行查漏补缺，丰富自己的知识面。将学过的理论知识跟实践相结合，实现更多的价值。

对于我们机电专业的学生，我们必须在掌握许多理论知识的基础上努力进行实践，技术是硬的，必须抓牢，对于如今的机电一体化技术，我们应当看到它广阔的发展前景，努力将自己培养成一个适应社会的机电人才，不断实现自己的价值。

姓名：吴雪泥

学号：08908060

报告日期：2011.7.1