機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)

1、機(jī)電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)題目：材質(zhì)自動(dòng)分料機(jī)系別機(jī)械與電子工程系專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化班級(jí)學(xué)號(hào) 51001090004姓名劉青2011年12月第一章緒論1.1材質(zhì)自動(dòng)分料機(jī)材質(zhì)自動(dòng)分料機(jī)是一種用于運(yùn)輸不同的材料，并且在運(yùn)輸途中分揀出不同材質(zhì)的輸 送和檢測(cè)機(jī)械。它主要是由步進(jìn)電機(jī)，輸送帶，光敏傳感器，位移傳感器，金屬傳感 器和氣動(dòng)機(jī)械手吸盤組成。工作原理：當(dāng)不同材料工件經(jīng)由輸送帶通過(guò)不同傳感器時(shí)，由傳感器判別材料的不同，然后經(jīng) 過(guò)氣動(dòng)機(jī)械手的搬運(yùn)動(dòng)作完成材料的分揀1.2研究意義”機(jī)電一體化”是機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，它包擴(kuò)機(jī)械，電子，自動(dòng)控制， 傳感器，計(jì)算機(jī)技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)經(jīng)傳統(tǒng)的機(jī)械

2、產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了革命性的變革和驚人 的效益，它是科學(xué)技術(shù)進(jìn)步發(fā)展的必然趨勢(shì).機(jī)電一體化是在微型計(jì)算機(jī)為代表的微 電子技術(shù)信息技術(shù)迅速發(fā)展，向機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域迅猛滲透，機(jī)械電子技術(shù)深度結(jié)合的現(xiàn) 代工業(yè)的基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用機(jī)械技術(shù)微電子技術(shù)，信息技術(shù)自動(dòng)控制技術(shù)，傳感測(cè) 試技術(shù)，電力電子技術(shù)，接口技術(shù)，幾軟件編程技術(shù)等群體技術(shù),從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)， 根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標(biāo)，以智能動(dòng)力，結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)和感知組成要素為基 礎(chǔ)，對(duì)各族成要素及其間的信息處理，接口耦合，運(yùn)動(dòng)傳遞，物質(zhì)流動(dòng)，能量變換機(jī)理進(jìn) 行研究使整個(gè)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合與綜合組成，并在系統(tǒng)程序和微電子電路的有序信息控制 下，形成物質(zhì)和能量的有規(guī)則運(yùn)動(dòng)，在

3、高功能，高物質(zhì),高精度，高可靠性，低能耗意 義上實(shí)現(xiàn)多種集注功能復(fù)合的最佳功能價(jià)值系統(tǒng)工程技術(shù)第二章系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理系統(tǒng)分為檢測(cè)部分和控制部分，檢測(cè)部分由傳感器實(shí)現(xiàn)，控制部分由PLC完成，其中還有觸摸屏部分的控制。第三章元器件選擇3. 1電機(jī)的選擇電機(jī)的選擇主要視具體應(yīng)用情況而定，簡(jiǎn)單地說(shuō)要確定：負(fù)載的性質(zhì)（如水平還是垂直負(fù)載 等），轉(zhuǎn)矩、慣量、轉(zhuǎn)速、精度、加減速等要求，上位控制要求（如對(duì)端口界面和通訊方面 的要求），主要控制方式是位置、轉(zhuǎn)矩還是速度方式。供電電源是直流還是交流電源，或電 池供電，電壓范圍。據(jù)此以確定電機(jī)和配用驅(qū)動(dòng)器或控制器的型號(hào)。這次的自動(dòng)線設(shè)計(jì)運(yùn) 載的工件為小型工件，重量輕，

4、所以試選用Y801-4型號(hào)的三相異步電機(jī)，額定功率為0.55KW， 最高轉(zhuǎn)速為1390，這樣可以通過(guò)減速裝置和聯(lián)軸器可以同時(shí)運(yùn)行多臺(tái)輸送帶，節(jié)省地方， 又能節(jié)能。3.2機(jī)械手的選擇現(xiàn)在市場(chǎng)上各色機(jī)械手臂產(chǎn)品一應(yīng)俱全。不象其它設(shè)備，機(jī)械手不易于被歸類和作評(píng)估： 不同的軸、行程、不一致的規(guī)范、以及有限的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，都使得比較變得很困難。機(jī)械手行 走的距離就是為人熟知的行程，它的大小與部件尺寸、下降位置和機(jī)器形狀有關(guān)系。為了簡(jiǎn) 便，這個(gè)距離通常按三軸定義：在本文我們將利用X、Y和Z三。請(qǐng)注意并不是所有的機(jī)械 手制造商都是以這種方式來(lái)定義行程。一些定義軸的方法不同，而另一些采用了不同的命名 習(xí)慣。X軸。

5、這個(gè)距離一般叫做反沖行程，其大小和部件厚度有關(guān)。例如為了操縱一只水桶，要 伸出機(jī)械手，并把桶子從模具中拉出，就需要足夠的行程。Y軸。這個(gè)距離定義為垂直行程，是由機(jī)器高度和所需下降高度所決定的，也就是說(shuō)，機(jī)械 手必須足夠的高，以使部件能跳過(guò)機(jī)器，又要足夠的低，從而能在離地面合理的高度上放下 部件。Z軸。來(lái)回移動(dòng)行程的大小有賴于機(jī)械手是在機(jī)器側(cè)邊還是在后邊將部件放下。利用這種 行程的部件只是為了跳過(guò)機(jī)器。確定所需行程的最簡(jiǎn)易方法是畫出布局圖。布局不僅確定 出每一個(gè)行程，并且在平面規(guī)劃圖上確定出重要的事項(xiàng)，例如輔助設(shè)備、支撐柱和空隙區(qū)。有 效載荷是機(jī)械手能處理的重量，并被定義如下：有效載荷=部件重量

6、+臂端工具重量。部件 重量常因某一特定用途而為人所知；但是，臂端工具就不是這樣。臂端工具的重量可估計(jì)出 來(lái)，并能從供應(yīng)商處獲得。轉(zhuǎn)矩比有效載荷更為重要。轉(zhuǎn)矩的定義是一個(gè)力繞一個(gè)軸形成 扭轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，是有效載荷與對(duì)機(jī)械手樞軸點(diǎn)的距離的函數(shù)。為確保機(jī)械手能操縱部件， 要比較實(shí)際轉(zhuǎn)矩和機(jī)械手能支持的可用轉(zhuǎn)矩。通過(guò)利用上面所述的原理，我試選了 sv8203 的氣動(dòng)機(jī)械手，通過(guò)與位置傳感器的配合使用，可以很好的滿足我這次自動(dòng)線設(shè)計(jì)的動(dòng)作要 求。3.3傳感器的選擇測(cè)量目的，測(cè)量范圍，頻帶寬度等，除了這些還要知道傳感器的選擇除了要知道測(cè)量對(duì)象 傳感器的動(dòng)靜態(tài)特性指標(biāo)，輸出量的類型，校正周期，過(guò)載信號(hào)保護(hù)

7、等。我這次自動(dòng)線設(shè) 計(jì)除了要檢測(cè)工件的正反面，測(cè)試機(jī)械手的移動(dòng)位置，檢測(cè)伸縮桿的上下限位，工件的停止 位置，工件的材質(zhì)以及工件的顏色等。試選位二維PSD位置傳感器。當(dāng)工件正面朝上時(shí)， 通過(guò)位置傳感器的接通時(shí)間來(lái)判斷工件的正反面。同樣的原理，也可以知道伸縮桿的上下限 位和機(jī)械手的移動(dòng)位置。用光敏傳感器檢測(cè)工件的顏色。通過(guò)利用顏色的反射率可以輕易 的分辨出顏色的不同。而工件的材質(zhì)可以通過(guò)利用射線傳感器檢測(cè)工件的材質(zhì)。因?yàn)槊恳环N 材質(zhì)對(duì)于射線的反射率和折射率都各不相同。3.4各部分詳細(xì)功能說(shuō)明。3.4.1 PLC：三菱 FX2N-48MR主機(jī)點(diǎn)數(shù)16/32/48/64/80/128，分為晶體管輸出/

8、繼電器輸出，交流電源/直流電源，最 大可擴(kuò)展到256點(diǎn)。超高速的運(yùn)算速度（0.08s/步），豐富的軟件元件數(shù)量。自帶兩路輸入電位器，程序容量:內(nèi)置8000步，最大可擴(kuò)充至16000步。搭配各種特殊功能模塊，可達(dá)到高性能的數(shù)模轉(zhuǎn)換，高速計(jì)數(shù)，定位控制，溫度控制等 功能。網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信功能：支持232, 485，422通訊。 通過(guò)FX2N-16CCL及FX2N-32CCL，可充當(dāng)CC-LINK主站或從站顏材姿 后色質(zhì)勢(shì) 辨辨辨 別別iff 2# 渤工工工位位位FX2N-48MR2n3：oM4n4nsn6n7coMsno3.4.2分揀物機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)隨著工業(yè)的高速發(fā)展，機(jī)械手作為前沿的產(chǎn)品應(yīng)自動(dòng)化設(shè)

9、備更新時(shí)的需要，已經(jīng)在工 業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。它可以搬運(yùn)貨物、分揀物品、用以代替人的繁重及單調(diào)勞動(dòng)， 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化；并能在高溫、腐蝕及有毒氣體等有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安 全，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工業(yè)和原子能等部門。3.4.3傳感器傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測(cè)、感受外界的信號(hào)、物理?xiàng)l件（如光、 熱、濕度）或化學(xué)組成（如煙霧），并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。3.4.3.1光敏傳感器是最常見的傳感器之一，它的種類繁多，主要有：光電管、光電倍 增管、光敏電阻、光敏三極管、太陽(yáng)能電池、紅外線傳感器、紫外線傳感器、光纖式光電傳 感器、色彩傳感器、CCD

10、和CMOS圖像傳感器等。它的敏感波長(zhǎng)在可見光波長(zhǎng)附近，包括紅 外線波長(zhǎng)和紫外線波長(zhǎng)。光傳感器不只局限于對(duì)光的探測(cè)，它還可以作為探測(cè)元件組成其他 傳感器，對(duì)許多非電量進(jìn)行檢測(cè)，只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的變化即可。圖3 3級(jí)放大電路|射線傳感器放大|3.4.3.2位移傳感器又稱為線性傳感器，把位移轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。位移傳感器是一 種屬于金屬感應(yīng)的線性器件，傳感器的作用是把各種被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電量它分為電感式位一個(gè)系統(tǒng)的正常穩(wěn)定的運(yùn)行需要各部分密切協(xié)調(diào)的運(yùn)行，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要考慮到功能的 要求、運(yùn)行的穩(wěn)定性、反映的靈敏度，還有準(zhǔn)確性，在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選擇三菱PLC的FX2N-48MR 作為核心控制，然后根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)、系統(tǒng)的功能要求設(shè)計(jì)了主要的外圍電路，其中主要包括 電機(jī)的設(shè)計(jì)，光敏傳感器和位置傳感器的選擇，還有氣動(dòng)機(jī)械手的選擇。當(dāng)工件從