基础工业工程课程设计.

摘要

本文介绍的是一款HX-8502行走机器人的组装过程，主要是对其电路板进行焊接。本电路的集成块采用NE555时基电路，内部由比较器、RS触发器、放电管等部分组成，整个操作过程需要将零散的部件组装成一个完整电路板。本文还通过设计布置组装HX-8502行走机器人生产线，运用所学的专业知识对每一个工序进行分析，运用5S对现场进行管理，编制操作过程的SOP，以及生产节拍和平衡率的确定。此次课程设计的目的就是锻炼学生将理论与实际结合能力，培养学生自主思考，解决问题的能力。

目录

基础工业工程课程设计

1.课程设计目的意义及思路

1.1课题设计目的

通过高频电子线路课程设计，帮助学生综合运用所学的理论知识，学会构建简单的应用电路，提高学生正确选用电子器件，进行装配、调试等方面的实践能力。通过课程设计使我们深刻领会基础工业工程中的概念、原理与方法。对于我们深入了解工作过程中的方法，正确选择经济、合理的作业方法和最适宜的工作时间，培养工作分析与研究的能力以及解决实际问题的能力

1.2课程设计意义

第一掌握. HX-8502行走机器人工作原理以及对讲机的各个组成部分的原理、功能用途等。

第二锻炼自己的实际能力，要从实际出发，选择适合自己的元器件，要求从生产和适用价值等方面去考虑。

第三综合运用所学的基础工业工程的原理与方法及相关知识分析解决问题的实际能力。

第四培养利用计算机网络进行资料查询、文献检索的方法及获取相关知识的能力，掌握资料整理、报告撰写等基本技能。

可见，基础工业工程课程设计在培养学生相关知识的运用，计算机的使用和同学之间的配合上有着重要的作用。这是同学在平时上课学不到的，更加培养了学生在其他方面的能力，提高了学生的综合素质，培养协调能力、团队配合能力和创新精神。

1.3课程设计方案思路

2. HX-8502行走机器人套件

2.1HX-8502行走机器人套件简介

本行走机器人是顺应科技进步新开发的教育机器人教学套件，它具有电力精简、实用、可学习性强之外，还具有趣味性强等特点，是一款寓教于乐的教学散件。装配好的机器人可以前进、后退、发声、闪眼睛等动作。

调节电路中的元件参数（电位器）可以控制机器人行走的时间和距离。

2.2HX-8502行走机器人套件零件介绍

因为所给出的零件没有标出规格和符号，所以首先要对零件进行辨别和分类

1、电阻可以根据电阻上的颜色来进行辨别，各个颜色所代表的电阻值如下表所示

色环电阻值计算示意图

其中前两个环分别代表数字，第三条环代表 0 的个数

部分零件如图所示

（a）（b）（c）

（d）（e）（f）

（g）（h）

（i）（j）

2.3电路原理

本电路的集成块采用NE555时基电路，内部有比较器、RS触发器、放电管等部分组成，如图6脚R端的正相输入端和7脚放电端连在一起为RS触发器翻转做了准备。2脚是S端的反相输入端，3脚输出端。初始状态时RS触发器的Q端输出低电平放电管截止不放电3脚输出高电平。此时W2、R13、C5构成正稳态的延时电路，电源通过W2、R13、C5充电(调节W2可以调节C5达到触发电平的时间)当C5端的电压达到2/3VCC时，R端比较器翻转输出高电平。此时S端电平基本不变从而导致使RS触发器触发翻转进入另一个稳态，Q端输出高电平，放电管导通C5的电压瞬间被拉为低电平。因在正稳态时MT2端为高电平对C1充满了电，2脚一直处于高电平，当RS触发器触发翻转进入另一个稳态后MT2变为低电平，此时C1通过W1、R6、R14对地放电，调节W1可以调节放电的时间，当C1端的电压降到1/3VCC时S端比较器翻转致使RS触发器进入正稳态，依次循环，分别调节W2、W1可以控制正、负稳态电路的延时长短。3脚是正、负稳态的输出端正、负稳态分别输出正、负电平。该电平加到电容C2上给C2充电使输出电平稳定，该电平就是后面驱动电路的控制信号。该控制信号经R5加到9013的基极，9013是NPN管，基极正电平时9013的C,E极导通，而9012截止，也即是正稳态时9013导通，9013集电极被拉为低电平，再经过R7加到VT3-VT2的基极VT3导通，从而VT5、VT7导通，电流通过MT2经过电机后流经MT1，电机正转机器人向前行走、发声，闪眼睛，W2控制电机正转的时间。当555处于负稳态时输出低电平，通过R4加到VT2上，VT2、VT4、VT6、VT8导通。电流通过MT1经过电机后流经MT2.电机反转机器人后退，由于发声、闪灯电路经过一只二极管供电。正转时有电压，反转时二极管截止，发声、闪灯电路无电压停止工作

2.4装配过程

装配前电路板装配后电路板

2.4.1清点零件

拿到机器人及电路板套件后，对照“元件清单”逐一将数量清点一遍，并用外用表将各个元件测量一下，特别是瓷片电容，用数字万用表的电容档测量。

2.4.2电路板安装

所有的器件以立式插装，较紧贴电路板，不掉的过高。电解电容器，三极管插装时注意极性。焊接好的器件不要折断了，就立式放置。焊接时先焊小元件，再焊大元件，最后再焊集成块，元件尽量贴着底板“对号入座”

1、安装二极管（型号为1N4148），安装在电路板VD1、VD

2、VD4处，用镊子夹持二极管，用电烙铁和锡丝进行锡焊接（左手持锡丝，右手持电烙铁），用吸锡器吸除多余的锡，用剪刀减去多余部分的“二极管脚”。

2、安装瓷片电容（103）到电路板C3处。

3、安装电阻（2K）至电路板R2、R3、R7、R12处，安装电阻（51）至电路板R9、R10处，安装电阻（10K）至电路板R8、R11、R14处，安装电阻（1K）至电路板R1、R5处，安装电阻（100）至电路板R

4、R6处，安装电阻（20K）至电路板R13处。

4、安装三极管（8050）至电路板VT7、VT8处，安装三极管（8550）至电路板VT

5、VT6处，安装三极管（9012）至电路板VT2、VT3、VT4处，安装三极管（9013）至电路板VT1处。

5、安装可调电阻（200K）至电路板W1、W2处，

6、安装发光二极管（LED3）至电路板VDφ3处

7、安装电解电容（100μF）至电路板C1、C4、C5，安装电解电容（10μF）至电路板C2处

8、安装集成块（NE555）至电路板IC处。由于集成块NE555是采用双排8脚直插式结构，它的脚排列比较密集，焊接时先用尖烙铁头进行快速焊接，如果一次焊不成功，应等冷却后再进行下一次焊接。

2.4.3电路板与电源组装

功能电路板部分装配完成后进行电机和电源部分引线的焊接。打开机器人后盖将里面的电机线焊下把我们配的接线焊在电机上，同时把到头部分的红线焊下串联一只1N4148的二极管，再焊接电源线，一根焊接在电池极片的负极，另一根焊接在开关的一端，电源和电极接线焊好后从后背的孔引出。装上头和摇头杠杆后，盖上后盖。（要保证里面活动部分的空间以免卡住）。在电机线焊在功能电路板的MT1和MT2焊盘上（红线焊MT2，绿线焊MT1，以免后退时发声、闪光）。电源线红的焊在GB+焊盘上，绿线焊在GB-焊盘上。焊好后装上三节5号电池，电路板装在电池外边，用拆电池盖的螺丝固定，装配完成。

2.4.4打开开关，调试机器人功能

2.5装配过程注意事项：

1 清查元器件的质量，并及时更换不合格的元件。

2 确定元器件的安装方式，由孔距决定，并对照电路图核对电路板。

3将元器件弯曲成形，本电路所有电阻均采用立式插装。

4 插装。按电路图对号插装，有极性的元件要注意极性，如集成电路的脚位等。

5 焊接。各焊接点加热时间及用锡量要适当，防止虚焊、错焊、短路。

6 焊后剪去多余引脚，检查所有焊点，并对照电路图仔细检查，并确认无误后方可通电。

7 焊在印刷板反面，对比好高度和孔位再焊接。

2.6装配过程出现问题

1 无法正确检验元器件的质量

2 焊接时由于技术因素或偶然因素，加热时间或用锡量控制不好造成焊接的失误。

3 最后焊导线时难度太大，出现失误的可能性很高。

4 调试机器人时针对出现的问题无法具体追究原因，无法知道是操作过程中的哪一步出了错。

3．组织设计，生产排程

3.1组织设计

3.1.1模特法估算各工序时间

在产品投入生产之前，我们需要对生产线进行设计与分析，但是由于我们没有办法去实际测量每个步骤所需要消耗的时间，所以我们也就无法知道每个步骤所需要的时间，这样我们就需要利用模特法预先估计出装配每一个电子元件所需消耗的时间。以我们用模特法所估计出来的时间作为参考，为之后对生产线的生产设计提供科学的理论数据。用模特法所估算出的各元件装配时间如表

元件时间元件时间

名称（单位：MOD）名称（单位：MOD）

三极管 40 集成块 30

二极管 32 发光二极管 35

电阻 35 可调电阻 45

电解电容 53 瓷片电容 33

导线 20 螺丝 10

塑料后盖 25

通过表 3-1，我们可以估计出装配各个元件的理论时间，但由于利用模特法所估计出来的时间是操作熟练的技术工人在完美并且无失误的情况下的操作时间，换句话说，也就是最理想的操作时间。但在实际中我们的操作是根本不可能达到模特法所估算出的时间，所以我们必须要考虑宽放，设宽放率为 25% 即参考时间=估算时间×1.25

3.1.2最优工序划分

根据现场的生产条件以及根据现场的生产条件以及工人的熟练程度，按照元件个数和安装复杂程度，对每个小工序进行组合，使得整个根据现场的生产条件以及工人的熟练程度，按照元件个数和安装复杂程度，对每个小工序进行组合，设计出每个工序所用的时间以及，使得整个过程的操作所用时间最少，工人效率最高。下表即为产品的工艺流程表

4.生产线现场

4.1流水线地点及参与人员

地点：工程楼001室

4.2机器人主电路板元件安装顺序

说明：①当拿到套件之后，对照“元件清单”将原件及其数量逐一清点一遍，并用万用表将各个元件测量一下，特别是瓷片电容，最好用数字万用表的电容档测量，若没有数字表，就使用万用表粗略的测量一下，做到心中有数。②在焊接时按先焊小元件，再焊大元件，最后在焊接集成块的原则进行操作，元件尽量贴着底板“对号入座”不得将元件插错，焊接集成块时更应该注意以免烫坏集成块，焊完后反复检查有无虚、假、错焊，有无拖锡短路造成故障。③功能电路板部分装配完成后再进行电机和电源部分引线的焊接。在焊接时要保证机器人内部的活动空间以免卡住，电源线红的焊在GB+焊盘上，绿线焊在GB-焊盘上，焊好后装上电池即可。

1.安装二极管（1N4148）,安装在电路板的VD1、VD2、VD4位置。

图1 图2 2. 安装瓷片电容（103），安装在电路板的C3处。

图3 图4

说明：图3为安装前的电路板状态，图4为安装后的背面电路板。

3.安装电阻（2K、51、10K、1K、100、20K）至电路板相应位置。

图5图6 图7 4.安装三极管（8050、8550、9012、9013）至电路板相应位置。

图8图9

5.安装可调电阻（200K）至电路板W1、W2位置上。

图10 图11

说明：图10为可调电阻安装前，图11为安装后电路板所示情况。

6.安装发光二极管（LED3）至电路板VDφ3处。

图12 图13

7.安装电解电容（100μF、10μF）至电路板指定位置。

图14 图15

8.安装集成块（NE555）至电路板IC处。

图16 图17

4.3电路板与机器人电源组装过程

功能电路板部分装配完成后再焊接电机、电源部分的引线，打开机器人后盖将里面的电机线焊下把我们配的接线焊在电机上，最后接电源线，分别焊接在电源极

片的正负极，电源和电机接线焊好后从机器人后背的孔引出，装上头和摇头杠杆后盖上后盖即可。

图18 图19 图20

图21 图22

4.4测试机器人功能

在上述工作步骤都完成的基础上，给机器人安装3节5号电池，打开开关测试机

器人功能。

图23 图24 图25