(赵书尚)机电一体化技术综合课程设计指导书 (1).pdf

1 机电一体化技术机电一体化技术 综合课程设计指导书综合课程设计指导书 河南科技大学河南科技大学 机械电子工程教研室机械电子工程教研室 2010 年年 2 月月2 机电一体化技术综合课程设计指导书机电一体化技术综合课程设计指导书 一、 课程设计的目的： 机电一体化技术综合课程设计是大学生在完成《机电一体化系统设计》等专业课程学习后， 进行综合性实践性的教学环节 目的是在老师的指导下， 使学生通过课程设计，对所学课程理论知识进行一次系统的回顾、综合和提高，并运用所学理论知识，通过分析和调研，设计一个机电控制方面的课题，受到从理论到实践应用的综合训练，培养学生独立运用所学理论解决具体问题的能力，具体有以下几点： 1.通过查阅有关手册、标准及参考资料，培养学生检索查阅资料、使用资料的方法和能力 2.通过回顾查阅课程理论知识、运用所学的基础课、专业技术课和专业课知识，培养学生根据实际需求正确设计总体方案，分析具体问题、进行工程设计的能力 二、 课程设计的内容： 选择内容、份量比较适当的课程设计的题目，要求学生在规定的时间内完成： 1.根据设计设计要求，确定系统总体方案； 学生根据设计任务书的具体要求，通过查阅资料和分析论证，确定较为合理的系统总体方案，其主要内容包括： （1） 对任务书中的指标进行分析计算； （2） 提出几种方案，进行论证、优化，合理规划软硬件资源，使整个系统达到最优化； （3） 确定系统总体方案，画出系统电气原理图。

2.设备和器件选型 （1） 根据确定的总体方案，计算各部件的电气参数，并留有一定余量； （2） 通过查阅手册和网络资源，选取性价比高的器件； （3） 画出系统的硬件电路图和接线图 3.构建硬件系统 （1） 根据硬件接线图，正确连接系统； 3 （2） 认真检查系统接线，尤其是电源部分，防止短路或极性接反而损坏设备； （3） 设备通电，进行硬件调试系统通电无异常时，通过手动方式，并借助于仪器进行硬件的单一功能调试 4.程序设计 （1） 根据系统功能要求，设计系统的软件流程，画出总体流程图，并划分为几个相对独立的功能模块； （2） 画出各功能模块的流程图，编写各功能模块程序； （3） 通过仿真方式模拟调试程序 5.系统联调 （1） 脱离仿真模式，系统软硬件联合调试； （2） 对调试中的遇到的问题进行分析，找出原因并解决； （3） 针对任务书，检查各指标是否满足设计要求若个别指标不满足要求，应进一步完善，直到满足为止 6.编写设计说明书 学生在完成上述全部工作内容后，应将上述全部工作依先后顺序编写成设计说明书一份，说明书要求字迹工整，语言简练、文字通顺说明书应以十六开纸书写，四周留有边框，并装订成册。

三、 课程设计指导： （一） 机电一体化实验设备 4 序序 号号 设备名称设备名称 配置说明配置说明 数数 量量 备注备注 1 上料检测 单元 S7- 313C- 2DP 2 2 操作手单元 S7- 224XP、EM277 2 3 加工单元 （改装） S7- 224XP、EM277、 EM253、伺服驱动 2 1、打孔与检测装置为 伺服驱动的 X- Y 轴的 立体模拟加工装置 2、回转工作台为伺服 电机驱动 共用三套伺 服驱动系统 4 安装搬运单元 S7- 224XP、EM277 2 5 立体存储 单元 S7- 224XP、EM277、步 进驱动 1 两套步进电机 6 分类工作 单元 （改装） S7- 224XP、EM277、 变频交流驱动 1 1、一套交流变频驱动 系统 2、码盘 7 组态监控 系统 KingView6.52、 加密狗 1 8 MPS 附件 模拟工件、静音气泵、 通讯电缆、编程电缆等 1 9 研究版机器人 本体 MT- R 教学及科研平台 1 10 2 自由度 云台摄像机 高精度日本原产 1 11 MT- R 专用 外接电源 保障机器人 24 小时运 行 1 12 MT- R 附件 显示器、键盘、 充电器 1 MPS 囊括了机电一体化专业学习中所涉及的诸如电机驱动、气动、PLC（可编程控制器） 、传感器等多种技术， 给学生提供了一个典型的综合科技环境，使学生曾学过的诸多单科专业知识在这里得到全面认识、综合训练和相互提升。

5 上料检测单元上料检测单元 功能：功能： 上料检测单元是为系统的加工过程逐一提供加工工件并检测出工件的颜色 在盘状回转料斗中一次可存放数十个工件供料过程中，回转料盘将大工件输出，接着由提升装置将工件提升到检测工位，由光电传感器判断出其颜色，并将其信息发给后一站 可以组合的形式：可以组合的形式： 上料检测单元、搬运单元 上料检测单元、操作手单元 6 上料检测单元、安装搬运单元 结构与组成结构与组成 机械部分：机械部分： 1.检测工件和颜色的光电开关 2.自动出料装置 3.工件提升装置 4.自动拦截机构 控制部件控制部件: 1.可编程序控制器 (一套) 2.开关电源: 220V/ 24V/ 5A (带短路保护) 3.控制面板: 八个按钮 4.两套 I/O 接口板 5.一套 I/O 通讯接口板 6.24V 齿轮减速电机 7.一组电控气阀及其执行器件 电气指标电气指标: 1.供电: 220V/ 1A 2.执行驱动电压：24V/5A 3.环境温度：0- 55℃（工作） - 20- 70℃（保存） 4.相对湿度：35- 85%（无冷凝） 5.接地：第三种接地 6．工作环境：禁止有腐蚀性，可燃性气体接触，防止导电尘埃 操作手单元操作手单元 功能：功能： 操作手单元是将前一工作站上的工件抓起并输送到下一工作站。

操作手单元由不同的气动执行部件组成，通过摆动、伸缩、气动夹爪抓取等动作，将前一工作站上的工件抓起并输送到下一工作站 加装滑道后，也可根据不同的情况而剔除不符合条件的工件 可以组合的形式：可以组合的形式： 7 上料检测站、操作手单元 操作手单元、加工检测站 操作手单元、分类工作单元 操作手单元、传送带模块 结构与组成结构与组成 机械部分：机械部分： 1.机械手 2.横臂 3.回转台 4.电感式传感器 控制部件控制部件: 1.可编程序控制器 (一套) 2.开关电源: 220V/ 24V/ 5A (带短路保护) 3.控制面板: 八个按钮 4.两套 I/O 接口板 5.一套 I/O 通讯接口板 6.三组电控气阀及其执行器件 电气指标电气指标: 1.供电: 220V/ 1A 2.执行驱动电压：24V/5A 3.环境温度：0- 55℃（工作） - 20- 70℃（保存） 4.相对湿度：35- 85%（无冷凝） 5.接地：第三种接地 6．工作环境：禁止有腐蚀性，可燃性气体接触，防止导电尘埃 加工单元加工单元 功能：功能： 工件将在旋转平台上被加工 通过具有四个工位的加工旋转平台， 进行加工模拟， 进行加工质量的模拟检测。

旋转平台由直流电机驱动，光电传感器确认输入工位有无工件，电感式传感器8 检测旋转平台的位置，平台的启停由继电器回路完成 可以组合的形式：可以组合的形式： 加工单元、搬运单元 操作手单元、加工单元 加工单元、安装搬运单元 结构与组成结构与组成 机械部分：机械部分： 1.回转工作台 2.打孔电机组件 3.缸组件 4.检测工件和转台到位传感器 控制部件控制部件: 1.可编程序控制器 (一套) 2.开关电源: 220V/ 24V/ 5A (带短路保护) 3.控制面板: 八个按钮 4.两套 I/O 接口板 5.一套 I/O 通讯接口板 6.24V 减速电机 7.一组电控气阀及其执行器件 电气指标电气指标: 1.供电: 220V/ 1A 2.执行驱动电压：24V/5A 3.环境温度：0- 55℃（工作） - 20- 70℃（保存） 4.相对湿度：35- 85%（无冷凝） 5.接地：第三种接地 6．工作环境：禁止有腐蚀性可燃性气体接触，防止导电尘埃 注： 打孔与检测装置为伺服驱动的 X- Y 轴的立体模拟加工装置； 回转工作台为伺服电机驱动共用三套伺服驱动系统 9 安装搬运单元安装搬运单元 功能：功能： 将工件从前一站搬运至下一站，并可在本站上完成大、小工件的组装。

安装搬运站从前站抓取工件，利用直线加圆周运动平台，可将工件搬运到小工件的输入工位，等待小工件的输入然后再将大小工件的组合体输送到下一站的输入位置 加装滑道后，也可根据不同的情况而剔除不符合条件的工件 可以组合的形式：可以组合的形式： 加工单元、安装搬运单元 安装搬运单元、分类工作单元 结构与组成结构与组成 机械部分：机械部分： 1.平移工作台 2.回转工作塔 3.吊臂 4.机械手 控制部件控制部件: 1.可编程序控制器 (一套) 2.开关电源: 220V/ 24V/ 5A (带短路保护) 3.控制面板: 八个按钮 4.两套 I/O 接口板 5.一套 I/O 通讯接口板 6.四组电控气阀及其执行器件 电气指标电气指标: 1.供电: 220V/ 1A 2.执行驱动电压：24V/5A 3.环境温度：0- 55℃（工作） - 20- 70℃（保存） 4.相对湿度：35- 85%（无冷凝） 5.接地：第三种接地 6．工作环境：禁止有腐蚀性，可燃性气体接触，防止导电尘埃 10立体存储单元立体存储单元 功能：功能： 立体存储单元是一个立体仓库存储的模拟 它将系统前站送来的工件或工件组合，放到不同的位置。

当工件或工件组合送来时，立体存储单元会读取工件或工件组合的信息，按照工件不同类别，进行分类立体存放 可以组合的形式：可以组合的形式： 操作手单元、立体存储单元 安装搬运单元、立体存储单元 搬运单元、立体存储单元 结构与组成结构与组成 机械部分：机械部分： 1.X 轴丝杆滑台 2.Y 轴丝杆滑台 3.推出部件 4.分类料仓 控制部件控制部件: 1.可编程序控制器 (一套) 2.开关电源: 220V/ 24V/ 5A (带短路保护) 3.控制面板: 八个按钮 4.两套 I/O 接口板 5.一套 I/O 通讯接口板 6.一组电控气阀及其执行器件 7．两套步进驱动系统 技术指标技术指标: 1.供电: 220V/ 1A 2.执行驱动电压：24V/5A 3.环境温度：0- 55℃（工作） - 20- 70℃（保存） 11 4.相对湿度：35- 85%（无冷凝） 5.接地：第三种接地 6．工作环境：禁止有腐蚀性，可燃性气体接触，防止导电尘埃 分类工作单元分类工作单元 功能：功能： 分类工作单元可以实现对工件按照材质或颜色分拣的过程可将工件按材质或颜色分拣到三个滑槽中 传送带模块由一交流变频电机通过齿轮减速器后驱动。

分拣装置由导向气缸、导向装置等组成 可以组合的形式：可以组合的形式： 操作手单元、分类工作单元 安装搬运单元、分类工作单元 搬运单元、分类工作单元 结构与组成结构与组成 机械部分：机械部分： 1.传送带模块 2.分拣装置 3.交流电机加齿轮减速器 4.分类滑槽 控制部件控制部件: 1.可编程序控制器 (一套) 2.开关电源: 220V/ 24V/ 5A (带短路保护) 3.控制面板: 八个按钮 4.两套 I/O 接口板 5.一套 I/O 通讯接口板 6.二组电控气阀及其执行器件 7．一套交流变频驱动系统 128．码盘 电气指标电气指标: 1.供电: 220V/ 1A 2.执行驱动电压：24V/5A 3.环境温度：0- 55℃（工作） - 20- 70℃（保存） 4.相对湿度：35- 85%（无冷凝） 5.接地：第三种接地 6．工作环境：禁止有腐蚀性，可燃性气体接触，防止导电尘埃 （二）51 单片机多功能实验板 1. 系统简介系统简介 51 多功能实验板集成有丰富的硬件资源，采用模块化设计与布局，并且为学生提供了多种接口，使学生可以灵活的构建根据设计题目设计的系统方案原理图如图 1所示。

13 图 1 51 多功能实验板电路原理图 EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T。