专利名称：815l机电一体化综合实训考核设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种教学用的模拟装置，特别涉及的是一种模仿生产流水线 (含上料单元、环形皮带分拣单元、四轴四自由度机器人搬运单元、直流调速钻床模拟加工单元、气动装配单元、喷漆加温烘烤单元、交流伺服仓储单元、故障设置单元以及控制单元等)的机电一体化综合实训考核设备
背景技术：
对于现在的中高职学校，及高等院校工科都已经开设了电子、电气、机械等产品生产线及控制系统的课程，学生在理论学习的过程中，经常感到没有实际动手操作和调试的机会，因此急需一些相应的设备装置，以求完整合理地再现一个生产线的模拟环境，同时可供学生亲自动手，对生产线上的各个工序(含上料单元、环形皮带分拣单元、四轴四自由度机器人搬运单元、直流调速钻床模拟加工单元、气动装配单元、喷漆加温烘烤单元、交流伺服仓储单元、触摸屏监控单元等)进行调试和操作，包括控制单元、驱动单元和执行单元的调试和操作。为了实现上述目的，本实用新型发明人经过长时间的研究和试验终于获得本创作。本实用新型主要以模块化开放式结构为主要特点，涵盖了 PLC控制技术、PLC定位功能模块应用技术、交流变频驱动技术、步进驱动技术、交流伺服驱动技术、气动控制技术、 传感器检测技术、电子应用技术、双闭环直流调速技术、触摸屏监控技术、通信网络技术、以及机械装调技术等机电一体化高新技术，能够全面锻炼学生的动手实际操作能力、团队协作精神以及自主创新能力。
发明内容本实用新型的目的在于，提供机电一体化综合实训考核设备，整套系统由机电一体化综合实训平台、一体化维修平台以及双工位实训电脑桌等部分组成，通过上料单元、环形皮带分拣单元、四轴四自由度机器人搬运单元、直流调速钻床模拟加工单元、气动装配单元、加温单元、交流伺服仓储单元、触摸屏监控单元等工序的组合，从而达到模拟实际产品生产线的工作状况，融合了 PLC控制技术、PLC定位功能模块应用技术、交流变频驱动技术、 步进驱动技术、交流伺服驱动技术、气动控制技术、传感器检测技术、电子应用技术、双闭环直流调速技术、触摸屏监控技术、通信网络技术以及机械装调技术等机电一体化高新技术的应用，并为学生提供包括控制单元、驱动单元和执行单元在内的实际调试和操作的机会， 以训练学生实际动手能力的目的。装置采用多工位平台式设计，学生可根据实训教学要求模拟生产现场流程选择不同的单元模块搭建自动化生产线加工系统，同时系统中还人为地设置有模拟生产现场的常见故障，可对学生进行机电装调技能、编程技能、故障分析与检修技能以及团队合作精神等综合技能的培养。[0007]为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案在于，提供一种机电一体化综合实训考核设备，包括上料单元、环形输送分拣站单元、四轴四自由度机器人搬运单元、直流调速钻床模拟加工单元、气动装配单元、喷漆加温烘烤单元、交流伺服仓储单元、故障设置单元以及控制单元，所述的上料单元取出物料并进行传送；所述的环形皮带分拣站单元位于所述上料单元的一侧，进行分类；所述的四轴四自由度机器人搬运单元位于所述环形皮带分拣单元一侧，进行传送；所述的直流调速钻床模拟加工单元位于所述四轴四自由度机器人搬运单元一侧， 对物料按照要求进行模拟加工处理；所述的气动装配单元位于所述直流调速钻床模拟加工单元一侧，对物料按照要求进行装配处理；所述的喷漆加温烘烤单元位于所述气动装配单元一侧，对物料按照要求进行模拟喷漆加温烘烤处理；所述的交流伺服仓储单元位于喷漆加温烘烤单元一侧，进行分类入仓管理，将仓库现有的物料取出送回原处；所述的故障设置单元分别与上述单元相连，进行故障设置工作；所述的控制单元分别与上述单元相连，实现对各单元出料传送处理的时序逻辑控制。较佳的，所述的四轴四自由度机器人搬运单元包括执行机构由直行导轨、同步轮、同步带、四轴四自由度机器人组成，其中机器人第一轴旋转轴由步进电机执行，第二轴前后摆动轴由旋转气缸组成，第三轴摆动由第二轴气缸通过同步带带动旋转，第四轴旋转轴由直流电机执行旋转，控制单元由FX2N-48MT PLC、FX2N-1PG模块、FX2N-485BD模块、金属传感器、电磁阀、磁性开关等元件组成；较佳的，所述的直流调速钻床模拟加工单元包括物料被搬运到加工台后，虎钳装置夹紧物料，升降电机通过丝杆带动主轴下降。物料中心有一比钻头大的通孔，钻头穿过通孔后进入模拟负载。这样直流调速电机就进入带负载运行状态。模拟负载内部是一个中间分叉、高温耐摩材料的圆柱体，随着钻头进入圆柱体深度的增加，电机负载也会不断的增加。而圆柱体外部套一个铁管，用来保证中间分叉圆柱体在使用过程中不会变大；较佳的，所述的气动装配单元包括执行机构由配件料筒、装配台、装配手臂、移动平台、推料气缸、移动气缸、伸缩气缸、旋转气缸、吸盘等机构构成，控制单元由FX2n PLC、 FX2n-485模块、反射型光电传感器、电磁阀、磁性开关等元件组成；较佳的，所述的喷漆加温烘烤单元包括执行单元由加温箱、加温台、温度表头、加热器、物料推入气缸、物料顶起气缸组成，控制单元由控制单元由FX2n PLC、FX2n_3A模块、 光电传感器、电磁阀、磁性开关等组成；较佳的，所述的交流伺服仓储单元包括执行机构由一个3行4列的立体仓库、堆垛机、入仓台、X轴和Z轴直行导轨、X轴和Z轴丝杆、两套伺服电机组成；控制单元由FX2n PLC、FX2n-485模块、电磁阀、接近开关、磁性开关等组成。本实用新型的优点在于，本装置结构简洁，便于调整和组合结构，运输物料反应快
6效率高。
图1为本实用新型机电一体化综合实训考核设备基本结构简图；图2为本实用新型机电一体化综合实训考核设备中环形皮带分拣单元结构简图；图3为本实用新型机电一体化综合实训考核设备中四轴四自由度机器人搬运单元结构简图；图4为本实用新型机电一体化综合实训考核设备中气动装配单元结构简图；图5为本实用新型机电一体化综合实训考核设备中直流调速钻床模拟加工单元结构简图；图6为本实用新型机电一体化综合实训考核设备中喷漆加温烘烤单元结构简图；图7为本实用新型机电一体化综合实训考核设备中交流伺服仓储单元结构简图。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。本实用新型是一种综合实训考核装置，属于模拟的工况状态，请参阅图1所示，其分别为本实用新型机电一体化综合实训考核设备基本结构简图和主视结构简图，其包括 一设备框架1、一操作界面2、一环形皮带分拣单元3、一四轴四自由度机器人搬运单元4、一气动装配单元5、一直流调速钻床模拟加工单元6、一喷漆加温烘烤单元7、一交流伺服仓储单元8，所述的设备框架是指，设备框架采用优质冷轧钢板焊接或铝型材制造而成，脚下装万向轮，固定、活动两相宜。设备采用计算机分列式结构，符合人机工程学方便管理，保护计算机安全。采用铝合金桌面，方便任意位置安装。操作面板用丝刻铝板(禁用木板及其它材料)。无论操作者是坐(编程、插线以及调试)，还是站(装配、接线、操作)都能方便使用。控制部分及驱动部分为可更换式，适合于各类学校的要求。实验工具及实训部件置于抽屉中并用专用模具归类放置，方便实验室管理并使学生养成良好习惯。所述的操作界面，其包括一固定面板区，用于控制电源及公共输入端子；一控制模块放置区，用于安置PLC、单片机等控制模块；一驱动模块放置区，用于安置变频器、伺服、步进等驱动模块。所述的单元变换是指，所有单元的行程开关都采用非接触式，包括光电开关、霍尔开关等，所有单元(含上料单元、环形皮带分拣单元、四轴四自由度机器人搬运单元、直流调速钻床模拟加工单元、气动装配单元、加温单元、交流伺服仓储单元等)的物料操作都处于同一操作轴线或面，较佳的，所述的单元可任意排列位置组合，适用于各种控制要求，包括上料单元+ 四轴四自由度机器人搬运单元+环形皮带分拣单元；上料单元+四轴四自由度机器人搬运单元+交流伺服仓储单元；交流伺服仓储单元+四轴四自由度机器人搬运单元+环形皮带分拣单元等，上述单元中的电类器件均具有接线端子，接线端子采用压线或螺丝压紧式，设备兼容人机界面，人机界面固定机构可以任意角度旋转和一定程度的伸缩。请参阅图2所示，其为本实用新型机电一体化综合实训考核设备中环形皮带分拣单元3的结构简图，所述的环形皮带分拣单元3，其包括一分类装置，所述的分类装置根据物料的材质和颜色按要求进行分类的；—环形链板式输送装置31，所述的运输装置31为链板式平面运输结构，所述的链板式平面运输结构由一可变换电机动力装置32带动其运行，所述的可变换电机动力装置包括变频电机、步进电机、伺服电机、直流电机；一气动推杆装置33，所述的气动推杆装置33固定在底座上；一传感器系统34，所述的传感器系统34可测试的内容包括颜色和材质；请参阅图3所示，其为本实用新型机电一体化综合实训考核设备中四轴四自由度机器人搬运单元4的结构简图，所述的四轴四自由度机器人搬运单元4，其包括一四轴机器人装置41，所述的四轴机器人装置41是将按照需要将放置在料仓中的待加工物料自动取出，并将料件传送到下一工作单元；一直线导轨装置42，所述的直线导轨装置42，在步进电机43的带动下，变换四轴四自由度机器人的空间位置和工作角度。请参阅图4所示，其为本实用新型机电一体化综合实训考核设备中气动装配单元 5的结构简图，所述的气动装配单元5包括，一装配手臂装置511，所述的装配手臂装置511 是，通过吸盘512的吸力，将按照需要将放置在移动平台上的待加工物料自动取出，并将料件传送到下一工作单元；一移动平台装置521，所述的移动平台装置521，在气缸522的带动下，变换移动平台的空间位置和工作角度。请参阅图5所示，其为本实用新型机电一体化综合实训考核设备中直流调速钻床模拟加工单元6的结构简图，所述的直流调速钻床模拟加工单元6，其包括一加工平台，所述的加工平台包括一虎钳装置611，所述的虎钳装置611是，固定待加工物料612，保证加工位置的精度；一升降装置，所述的升降装置，在主轴升降电机621的带动下，通过主轴丝杆622 的传动，在主轴导轨623规定的Y方向上下移动；—钻床工作装置，所述的钻床工作装置，在主轴电机63的带动下工作。请参阅图6所示，其为本实用新型机电一体化综合实训考核设备中喷漆加温烘烤单元7的结构简图，所述的喷漆加温烘烤单元7，其包括一加温箱71，所述的加温箱71提供保温作用；一加热器72，所述的加热器72提供加热作用；一加温台73，所述的加温台73为待加工物料提供工作平台；一气动推杆装置74，所述的气动推杆装置74配备在底座上；一传感器系统75，所述的传感器系统75可测试的内容是温度。请参阅图7为本实用新型机电一体化综合实训考核设备中交流伺服仓储单元8 的结构简图，所述的交流伺服仓储单元8包括，一入仓管理系统811，所述的入仓管理系统 811，其包括一堆垛机装置812，所述的垛机装置812的送取料部分采用双缸汽缸控制，并进行入库与出库操作；一 X轴移动装置813，所述的X轴移动装置813是，在X轴伺服电机816的带动下，沿X轴直线导轨运动；一 Z轴移动装置814，所述的Z轴移动装置814是，在Z轴伺服电机815的带动下， 沿Z轴直线导轨运动；一返回管理系统，并可将仓库现有的物料取出送回原处；以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离以下所附权利要求所规定的精神和范围的情况下，可做出许多修改，变化， 或等效，但都将落入本实用新型的保护范围内。
权利要求1.815L机电一体化综合实训考核设备，其特征在于，其包括一上料单元、一环形皮带分拣单元、一四轴四自由度机器人搬运单元、一直流调速钻床模拟加工单元、一气动装配单元、一喷漆加温烘烤单元、一交流伺服仓储单元、故障设置单元以及控制单元， 所述的上料单元取出物料并进行传送；所述的环形皮带分拣站单元位于所述上料单元的一侧，进行分类； 所述的四轴四自由度机器人搬运单元位于所述环形皮带分拣单元一侧，进行传送； 所述的直流调速钻床模拟加工单元位于所述四轴四自由度机器人搬运单元一侧，对物料按照要求进行模拟加工处理；所述的气动装配单元位于位于所述直流调速钻床模拟加工单元一侧，对物料按照要求进行装配处理；所述的喷漆加温烘烤单元位于位于所述气动装配单元一侧，对物料按照要求进行模拟喷漆加温烘烤处理；所述的交流伺服仓储单元位于喷漆加温烘烤单元一侧，进行分类入仓管理，将仓库现有的物料取出送回原处；所述的故障设置单元分别与上述单元相连，进行故障设置工作； 所述的控制单元分别与上述单元相连，实现对各单元出料传送处理的时序逻辑控制。
2.根据权利要求1所述的815L机电一体化综合实训考核设备，其特征在于，所述的环形皮带分拣单元包括一分类装置，所述的分类装置根据物料的材质和颜色按要求进行分类的；一环形链板式输送装置，所述的运输装置为链板式平面运输结构，所述的链板式平面运输结构由一可变换电机动力装置带动其运行，所述的可变换电机动力装置包括变频电机、步进电机、伺服电机、直流电机；一气动推杆装置，所述的气动推杆装置固定在底座上； 一传感器系统，所述的传感器系统可测试的内容包括颜色和材质。
3.根据权利要求1所述的815L机电一体化综合实训考核设备，其特征在于，所述的四轴四自由度机器人搬运单元包括一执行机构，所述的执行机构包括一直行导轨、一同步轮、一同步带、一四轴四自由度机器人，所述的四轴四自由度机器人，其第一轴旋转轴由步进电机执行，第二轴前后摆动轴由旋转气缸组成，第三轴摆动由第二轴气缸通过同步带带动旋转，第四轴旋转轴由直流电机执行旋转，控制单元由FX2N-48MT PLC、FX2N-1PG模块、 FX2N-485BD模块、金属传感器、电磁阀、磁性开关等元件组成，一四轴机器人装置，所述的四轴机器人装置是将按照需要将放置在料仓中的待加工物料自动取出，并将料件传送到下一工作单元；一直线导轨装置，所述的直线导轨装置，在步进电机的带动下，变换四轴四自由度机器人的空间位置和工作角度。
4.根据权利要求1所述的815L机电一体化综合实训考核设备，其特征在于，所述的气动装配单元的组成是，执行机构由配件料筒、装配台、装配手臂、移动平台、推料气缸、移动气缸、伸缩气缸、旋转气缸、吸盘等机构构成，控制单元由FX2n PLC、FX2n_485模块、反射型光电传感器、电磁阀、磁性开关等元件组成，所述的气动装配单元包括一装配手臂装置，所述的装配手臂装置是，通过吸盘的吸力，将按照需要将放置在移动平台上的待加工物料自动取出，并将料件传送到下一工作单元，一移动平台装置，所述的移动平台装置，在气缸的带动下，变换移动平台的空间位置和工作角度。
5.根据权利要求1所述的815L机电一体化综合实训考核设备，其特征在于，所述的直流调速钻床模拟加工单元，物料被搬运到加工台后，虎钳装置夹紧物料，升降电机通过丝杆带动主轴下降，物料中心有一比钻头大的通孔，钻头穿过通孔后进入模拟负载，这样直流调速电机就进入带负载运行状态，模拟负载内部是一个中间分叉、高温耐摩材料的圆柱体，随着钻头进入圆柱体深度的增加，电机负载也会不断的增加，而圆柱体外部套一个铁管，用来保证中间分叉圆柱体在使用过程中不会变大，所述的直流调速钻床模拟加工单元包括一加工平台，所述的加工平台包括一虎钳装置，所述的虎钳装置是，同定待加工物料，保证加工位置的精度，一升降装置，所述的升降装置，在主轴升降电机的带动下，通过主轴丝杆的传动，在主轴导轨规定的Y方向上下移动，一钻床工作装置，所述的钻床工作装置，在主轴电机的带动下工作。
6.根据权利要求1所述的815L机电一体化综合实训考核设备，其特征在于，所述的喷漆加温烘烤单元由加温箱、加温台、温度表头、加热器、物料推入气缸、物料顶起气缸组成， 控制单元由控制单元由FX2nPLC、FX2n_3A模块、光电传感器、电磁阀、磁性开关等组成，其包括一加温箱，所述的加温箱提供保温作用；一加热器，所述的加热器提供加热作用；一加温台，所述的加温台为待加工物料提供工作平台；一气动推杆装置，所述的气动推杆装置配备在底座上；一传感器系统，所述的传感器系统可测试的内容是温度。
7.根据权利要求1所述的815L机电一体化综合实训考核设备，其特征在于，所述的交流伺服仓储单元的执行机构由一个3行4列的立体仓库、堆垛机、入仓台、X轴和Z轴直行导轨、X轴和Z轴丝杆、两套伺服电机组成，控制单元由FX2n PLC、FX2n-485模块、电磁阀、 接近开关、磁性开关等组成，所述的交流伺服仓储单元，其包括，一入仓管理系统，所述的入仓管理系统包括一堆垛机装置，所述的垛机装置的送取料部分采用双缸汽缸控制，并进行入库与出库操作；一 X轴移动装置，所述的X轴移动装置是，在X轴伺服电机的带动下，沿X轴直线导轨运动；一 Z轴移动装置，所述的Z轴移动装置是，在Z轴伺服电机的带动下，沿Z轴直线导轨运动；一返回管理系统，并可将仓库现有的物料取出送回原处。
8.根据权利要求1所述的815L机电一体化综合实训考核设备，其特征在于，所述的在控制方式上，在控制模块上实现了 PLC模块和单片机模块的互换，同时所述的在驱动方式上，在驱动模块上实现了，变频器模块、伺服控制模块、伺服控制模块、步进电机控制模块、 直流控制模块的互换。
9.根据权利要求1所述的815L机电一体化综合实训考核设备，其特征在于，所述的各单元可任意排列位置组合，适用于各种控制要求，包括送料单元+搬运单元+分拣单元；送料单元+搬运单元+仓库单元；仓库单元+搬运单元+分拣单元等，上述的各单元中的电类器件均具有接线端子，接线端子采用压线或螺丝压紧式，设备兼容人机界面，人机界面固定机构可以任意角度旋转和一定程度的伸缩。
专利摘要本实用新型为815L机电一体化综合实训考核设备，其包括一上料单元、一环形皮带分拣单元、一四轴四自由度机器人搬运单元、一直流调速钻床模拟加工单元、一气动装配单元、一喷漆加温烘烤单元、一交流伺服仓储单元、一故障设置单元以及控制单元，所述的上料单元取出物料并进行传送；所述的环形皮带分拣站单元位于所述上料单元的一侧，进行分类；所述的四轴四自由度机器人搬运单元位于所述环形皮带分拣单元一侧，进行传送；所述的控制单元分别与上述单元相连，实现对各单元出料传送处理的时序逻辑控制，其是具有互换性的；通过计量装运和传输物料的时间和质量，从而达到模仿真实传输流水线的工作状况，实现实训考核的目的。
文档编号G09B25/02GK202217430SQ20112014102
公开日2012年5月9日 申请日期2011年5月6日 优先权日2011年5月6日
发明者何国新, 胡天龙, 高炬, 龚朴 申请人:成都市技师学院