一種機電一體化綜合實訓考核裝置的製作方法

2023-05-05 18:41:21 1

專利名稱：一種機電一體化綜合實訓考核裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及教學領域，特別涉及一種能夠模仿工件上料、加工、裝配、運輸、倉儲過 程的用於機電一體化綜合生產線實訓考核的模擬實訓裝置。
背景技術：
上世紀80年代開始，可編程控制器的崛起就以不可阻擋的態勢推動著現代工業 的飛速發展，現代工業的自動化程度越來越高。現時「以職業活動為導向，職業能力為核心」的新型實訓考核越來越注重學生是否 能適應現代工業的技能要求，故各大中專、中高職院校功課紛紛開設了工業自動化類課程。 然而現時工業自動化類課程的專業課教學的開展存在很大的困難，最大的困難即是無可靠 的實訓裝置能夠使教師清楚講解這一課程且輔助學生的實踐操作及理解。這種情況下，提供一種能夠輔助老師把工業生產自動化生產線解釋清楚的實訓考 核裝置是非常必要的。

發明內容
本發明解決的技術問題是，由於現有技術的局限性，而導致的在工業自動化類課 程的開展過程中出現教師無法全面解釋課程內容，而學生只能聽教師教導而缺乏以理解為 基礎的綜合實訓，實驗受限過大，不利於課堂教學，不利於學生思維能力、開發能力的進步 的問題，進而提供了一種機電一體化綜合實訓考核裝置。本發明所採用的技術方案是，一種機電一體化綜合實訓考核裝置，所述綜合實訓 考核裝置包括執行單元、控制單元和操作臺，所述執行單元包括環形輸送分揀單元、用於從 環形輸送分揀單元分揀工件及轉移工件的可移動式四自由度機械臂單元、用於加工物料的 恆速加工單元、用於裝配工件的裝配單元及用於存取工件的倉庫存取單元；所述控制單元 包括通過電路和氣路對執行單元進行時序邏輯控制的處理器，所述執行單元和控制單元安 裝在操作臺上。優選地，所述環形輸送分揀單元包括上料檢測機構、齒形鏈傳輸機構、分揀機構及 物料提升機構，所述上料檢測機構包括圓柱形透明料筒、物料座、推料氣缸、頂料氣缸和光 電傳感器，所述透明料筒安裝在物料座上，所述頂料氣缸安裝在推料氣缸上方，所述光電傳 感器安裝在物料座側邊；所述齒形鏈傳輸機構包括三相交流電機、齒形鏈鏈輪、齒形鏈，三 相交流電機輸出軸帶動齒形鏈鏈輪轉動，所述齒形鏈鏈輪與齒形鏈傳動連接，且通過聯軸 器連接編碼器；所述分揀機構包括廢料筒、推料氣缸、電容傳感器和光纖傳感器；所述物料 提升機構由一薄形氣缸、光纖傳感器和物料臺組成，所述物料臺安裝在薄形氣缸上，所述光 纖傳感器安裝在物料臺正下方；所述物料提升機構整體安裝在環形輸送分揀單元底板之 上；所述控制單元包括用於控制三相交流電機的驅動器。優選地，所述恆速加工單元包括旋轉送料機構及模擬加工機構，所述旋轉送料機 構為一託盤形式旋轉裝置，所述託盤設置四個工位，呈等角度均布，其下部同軸安裝一減速機，所述減速機與一直流他勵電機相連；所述直流他勵電機尾端安裝一旋轉編碼器；所述 旋轉送料機構下方裝有一個用以檢測工件到位情況的光電傳感器，一個用以檢測旋轉託盤 定位情況的電感傳感器；所述模擬加工機構由一薄形氣缸、直流電機及其固定支架組成； 所述控制單元包括用於控制直流他勵電機的雙閉環控制電路。優選地，所述裝配單元包括料筒供料機構、推料機構、料筒移動機構、物料吸取旋 轉機構及物料中轉臺機構，所述料筒供料機構為一雙料筒供料機構，所述料筒為中空圓柱 透明結構，所述料筒下部安裝一料筒移動機構；推料機構安裝在料筒移動機構的後方中間 位置，所述推料機構由一氣缸、導料塊與其支架構成，所述導料塊安裝在氣缸上，導料塊安 裝方向正對著料筒移動機構的下料口 ；物料吸取旋轉機構安裝在料筒移動機構的前方中間 位置，由一旋轉夾持氣缸、真空吸盤及其支架組成；物料中轉臺機構由物料座，傳感器及其 支架組成。優選地，所述可移動式四自由度機械臂單元包括氣夾、Y形氣夾、肘部旋轉機構、肩 部旋轉機構、腰部旋轉機構、傳動機構、導軌及驅動電機，所述氣夾安裝於Y形氣夾上，Y形 氣夾安裝於肘部旋轉機構上，肘部旋轉機構連接肩部旋轉機構，所述肩部旋轉機構安裝於 腰部旋轉機構上，腰部旋轉機構安裝於傳動機構上，傳動機構安裝於導軌上；所述驅動電機 包括腰部驅動電機、肩部驅動電機和底座驅動電機，所述的腰部驅動電機與腰部旋轉機構 傳動連接，肩部驅動電機與肩部旋轉機構傳動連接，底座驅動電機與傳動機構傳動連接；所 述控制單元包括用於控制驅動電機的驅動器。優選地，所述倉庫存取單元包括三層立體貨架、中轉料臺、橫向移動機構、縱向移 動機構和氣動機械手爪機構，所述中轉料臺設於三層立體貨架側邊，所述中轉料臺由一光 電傳感器、一反光板及其固定支架組成；所述橫向移動機構由一組直線導軌、一滾珠絲杆 與一伺服電機同軸安裝，所述縱向移動機構垂直安裝在橫向移動機構上，所述縱向移動機 構由一組光軸導軌、滾珠絲杆、伺服電機和移動支架組成，所述滾珠絲杆與伺服電機同軸安 裝，所述移動支架上安裝一氣動機械手爪機構，氣動機械手爪機構由一雙導杆氣缸、Y形氣 夾和光電開關組成；所述控制單元包括用於控制伺服電機的伺服放大器。優選地，所述環形輸送分揀單元、恆速加工單元、裝配單元及倉庫存取單元中分別 設有中轉臺，各中轉臺處於一條直線上。優選地，所述操作臺上設有橫向凹槽，各單元可調地安裝在凹槽中。本發明提供了一種機電一體化綜合實訓考核裝置，將整個工件上料、加工、裝配、 倉儲、運輸的自動化生產線的工作過程進行模擬，通過電機帶動或氣缸推動對工件進行加 工、裝配，並通過感應將工件依顏色及材質進行分揀、運輸和倉儲，實現整套機電自動化生 產線的工序的模擬，便於教師授課，使學生有更為深刻且感性的了解工業生產自動化生產 線的工作流程，讓學生在實訓室就可以完成必須要到真正工作現場才能完成的學習。


圖1為本發明綜合實訓考核裝置的結構示意圖； 圖2為圖1所示綜合實訓考核裝置的俯視圖3為本發明的可移動式四自由度機械臂單元的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進一步的詳細描述，但本發明的保護範圍並不限於 此。如圖廣3所示，本發明涉及一種機電一體化綜合實訓考核裝置，所述綜合實訓考 核裝置包括執行單元、控制單元和操作臺1，所述執行單元包括環形輸送分揀單元2、用於 從環形輸送分揀單元2分揀工件及轉移工件的可移動式四自由度機械臂單元3、用於加工 物料的恆速加工單元4、用於裝配工件的裝配單元5及用於存取工件的倉庫存取單元6 ；所 述控制單元包括通過電路和氣路對執行單元進行時序邏輯控制的處理器，所述執行單元和 控制單元安裝在操作臺1上。所述環形輸送分揀單元2包括上料檢測機構、齒形鏈傳輸機構、分揀機構及物料 提升機構，所述上料檢測機構包括圓柱形透明料筒2-1、物料座2-2、推料氣缸2-3、頂料氣 缸2-4和光電傳感器2-5，所述透明料筒2-1安裝在物料座2-2上，透明料筒2_1上方放入 物料，下方由所述推料氣缸2-3將物料推出，所述頂料氣缸2-4安裝在推料氣缸2-3上方， 所述上料機構工作時頂料氣缸2-4將倒數第二個物料頂住，防止物料下落；所述光電傳感 器2-5安裝在物料座2-2側邊用以檢測物料有無情況；所述齒形鏈傳輸機構包括三相交流 電機2-6、齒形鏈鏈輪2-7、齒形鏈2-8，三相交流電機2-6輸出軸帶動齒形鏈鏈輪2_7轉動， 所述齒形鏈鏈輪2-7與齒形鏈2-8傳動連接，且通過聯軸器2-9連接編碼器2-10 ；所述分 揀機構包括廢料筒2-13、推料氣缸、電容傳感器2-11和光纖傳感器2-12，所述電容傳感器 2-11和光纖傳感器2-12用於檢測物料的顏色、材質，所述推料氣缸用於將檢測出的廢料推 入廢料筒2-13中；所述物料提升機構由一薄形氣缸2-14、光纖傳感器2-16和物料臺2-15 組成，所述物料臺2-15安裝在薄形氣缸2-14上，所述光纖傳感器2-16安裝在物料臺2-15 正下方，所述光纖傳感器2-16用以檢測物料的有無；所述物料提升機構整體安裝在環形輸 送分揀單元2底板2-17之上；所述控制單元包括用於控制三相交流電機2-6的驅動器。所述恆速加工單元4包括旋轉送料機構及模擬加工機構，所述旋轉送料機構為一 託盤形式旋轉裝置，所述託盤4-18設置四個工位，呈等角度均布，其下部同軸安裝一用於 帶動所述託盤4-18恆速切換工位的減速機4-19，所述減速機4-19與一直流他勵電機4-20 相連；所述直流他勵電機4-20尾端安裝一用於給雙閉環控制電路反饋信號的旋轉編碼器
4-21；所述旋轉送料機構下方裝有一個用以檢測工件到位情況的光電傳感器4-22，一個用 以檢測旋轉託盤定位情況的電感傳感器4-23 ；所述模擬加工機構由一薄形氣缸4-24、直流 電機4-25及其固定支架4-26組成；所述旋轉送料機構旋轉至模擬加工機構下方時，所述模 擬加工機構對工件進行模擬加工，模擬加工完成後所述旋轉託盤4-18旋轉將工件旋轉至 來料時的初始位置；所述控制單元包括用於控制直流他勵電機4-20的雙閉環控制電路。所述裝配單元5包括料筒供料機構、用於推出物料至物料臺上的推料機構、用於 帶動料筒切換工位的料筒移動機構5-28、用於將所述物料臺上的工件吸起的物料吸取旋 轉機構及用於作為物料裝配平臺的物料中轉臺機構，所述料筒供料機構為一雙料筒供料機 構，所述料筒5-27為中空圓柱透明結構，所述料筒5-27下部安裝一料筒移動機構5-28 ； 推料機構安裝在料筒移動機構5-28的後方中間位置，所述推料機構由一氣缸5-29、導料塊
5-30與其支架5-31構成，所述導料塊5-30安裝在氣缸5_29上，導料塊5_30安裝方向正對 著料筒移動機構5-28的下料口 ；物料吸取旋轉機構安裝在料筒移動機構5-28的前方中間
6位置，由一旋轉夾持氣缸5-32、真空吸盤5-33及其支架5-34組成；物料中轉臺機構由物料 座5-35，傳感器5-36及其支架5-37組成。 所述可移動式四自由度機械臂單元3包括氣夾3_38、Y形氣夾3_39、肘部旋轉機構 3-40、肩部旋轉機構3-41、腰部旋轉機構3-42、傳動機構3_43、導軌3_44及驅動電機3_45， 所述氣夾3-38安裝於Y形氣夾3-39上，Y形氣夾3_39安裝於肘部旋轉機構3_40上，肘部 旋轉機構3-40連接肩部旋轉機構3-41，所述肩部旋轉機構3-41安裝於腰部旋轉機構3-42 上，腰部旋轉機構3-42安裝於傳動機構3-43上，傳動機構3-43安裝於導軌3_44上；所述 驅動電機3-45包括腰部驅動電機、肩部驅動電機和底座驅動電機，所述的腰部驅動電機與 腰部旋轉機構3-42傳動連接，肩部驅動電機與肩部旋轉機構3-41傳動連接，底座驅動電機 與傳動機構3-43傳動連接；所述的腰部驅動電機帶動腰部旋轉機構3-42做旋轉動作、肩部 驅動電機帶動肘部和肩部做伸縮擺動、底座驅動電機帶動傳動機構3-43在導軌3-44上做 往返運動，所述控制單元包括用於控制驅動電機3-45的驅動器。所述倉庫存取單元6包括三層立體貨架6-46、用於進行物料中轉作業的中轉料臺 6-47、橫向移動機構、縱向移動機構和用於將所述中轉料臺6-47上的工件搬運至三層立體 貨架6-46指定位置的氣動機械手爪機構，所述中轉料臺6-47設於三層立體貨架6-46側 邊，所述中轉料臺6-47由一光電傳感器6-48、一反光板6-49及其固定支架6_50組成；所 述橫向移動機構由一組直線導軌6-51、一滾珠絲杆6-52與一伺服電機6-53同軸安裝，所述 縱向移動機構垂直安裝在橫向移動機構上，所述縱向移動機構由一組光軸導軌6-54、滾珠 絲杆6-55、伺服電機6-56和移動支架6-57組成，所述滾珠絲杆6_55與伺服電機6_56同軸 安裝，所述移動支架6-57上安裝一氣動機械手爪機構，氣動機械手爪機構由一雙導杆氣缸 6-58、Y形氣夾6-59和光電開關6_60組成；所述控制單元包括用於控制伺服電機6_53的 伺服放大器。所述環形輸送分揀單元2、恆速加工單元4、裝配單元5及倉庫存取單元6中分別 設有中轉臺，各中轉臺處於一條直線上。所述操作臺1上設有橫向凹槽，各單元可調地安裝在凹槽中。所述操作臺1採取 雙面四抽屜形式，可根據需要選擇安放箱式控制單元。所述實訓桌體上設置了四個電源插 口，提供三相四線電源。本發明中的控制單元全部為箱式結構。本發明的整個工作過程為
物料被放置在所述的環形輸送分揀單元2的上料檢測機構中，由推料氣缸2-3將其推 至齒形鏈2-8上，所述齒形鏈鏈輪2-7由三相交流電機2-6帶動轉動，所述廢料筒2-13將 光纖傳感器2-12及電容傳感器2-11檢測出來的廢料回收裝置，所述的正常物料由薄形氣 缸2-14帶動物料臺2-15將其抬高一定高度。對於可移動式四自由度機械臂單元3是所述的腰部驅動電機帶動腰部旋轉機構 3-42做旋轉動作，肩部驅動電機帶動肘部旋轉機構3-40和肩部旋轉機構3-41做伸縮擺動， 驅動電機3-45帶動傳動機構3-43在導軌3-44上做往返運動，所述可移動式四自由度機械 臂單元3是將環形輸送分揀單元2、恆速加工單元4、裝配單元5和倉庫存取單元6中的託 料臺、裝配臺、中轉臺上的工件抓取並移動。對於恆速加工單元4是所述可移動式四自由度機械臂將物料放入四工位託盤4-18中，所述旋轉用直流他勵電機4-20進行驅動，待物料被送至模擬加工機構後薄形氣缸
4-24下降，直流電機4-25進行模擬加工。對於裝配單元5是所述可移動式四自由度機械臂將物料放入物料座5-35中，導 料塊5-30將料筒5-27裡的物料推至物料臺上，由真空吸盤5-33吸起，經由旋轉夾持氣缸
5-32工作後將工件進行裝配。對於倉庫存取單元6是所述可移動式四自由度機械臂將物料放入中轉料臺6-47 中，由氣動機械手爪機構將裝配好的物料夾取放入貨架中。以上所述工作過程為一個工作循環過程，通過上料檢測、模擬加工、裝配、入庫的 運行，達到模擬仿真機電一體化生產線的工作狀況，實現實訓考核的目的。以上介紹對本發明而言只屬於解釋性闡述，絕無任何限制。本領域普通技術人員 理解，在不脫離所附權利要求所限定的精神和範圍的情況下，可做出諸多調整，變化，或者 等效，但都將落入本發明的保護範圍以內。
權利要求
一種機電一體化綜合實訓考核裝置，其特徵在於所述綜合實訓考核裝置包括執行單元、控制單元和操作臺，所述執行單元包括環形輸送分揀單元、用於從環形輸送分揀單元分揀工件及轉移工件的可移動式四自由度機械臂單元、用於加工物料的恆速加工單元、用於裝配工件的裝配單元及用於存取工件的倉庫存取單元；所述控制單元包括通過電路和氣路對執行單元進行時序邏輯控制的處理器，所述執行單元和控制單元安裝在操作臺上。
2.根據權利要求1所述的一種機電一體化綜合實訓考核裝置，其特徵在於所述環形 輸送分揀單元包括上料檢測機構、齒形鏈傳輸機構、分揀機構及物料提升機構，所述上料檢 測機構包括圓柱形透明料筒、物料座、推料氣缸、頂料氣缸和光電傳感器，所述透明料筒安 裝在物料座上，所述頂料氣缸安裝在推料氣缸上方，所述光電傳感器安裝在物料座側邊；所 述齒形鏈傳輸機構包括三相交流電機、齒形鏈鏈輪、齒形鏈，三相交流電機輸出軸帶動齒形 鏈鏈輪轉動，所述齒形鏈鏈輪與齒形鏈傳動連接，且通過聯軸器連接編碼器；所述分揀機構 包括廢料筒、推料氣缸、電容傳感器和光纖傳感器；所述物料提升機構由一薄形氣缸、光纖 傳感器和物料臺組成，所述物料臺安裝在薄形氣缸上，所述光纖傳感器安裝在物料臺正下 方；所述物料提升機構整體安裝在環形輸送分揀單元底板之上；所述控制單元包括用於控 制三相交流電機的驅動器。
3.根據權利要求1所述的一種機電一體化綜合實訓考核裝置，其特徵在於所述恆速 加工單元包括旋轉送料機構及模擬加工機構，所述旋轉送料機構為一託盤形式旋轉裝置， 所述託盤設置四個工位，呈等角度均布，其下部同軸安裝一減速機，所述減速機與一直流他 勵電機相連；所述直流他勵電機尾端安裝一旋轉編碼器；所述旋轉送料機構下方裝有一個 用以檢測工件到位情況的光電傳感器，一個用以檢測旋轉託盤定位情況的電感傳感器；所 述模擬加工機構由一薄形氣缸、直流電機及其固定支架組成；所述控制單元包括用於控制 直流他勵電機的雙閉環控制電路。
4.根據權利要求1所述的一種機電一體化綜合實訓考核裝置，其特徵在於所述裝配 單元包括料筒供料機構、推料機構、料筒移動機構、物料吸取旋轉機構及物料中轉臺機構， 所述料筒供料機構為一雙料筒供料機構，所述料筒為中空圓柱透明結構，所述料筒下部安 裝一料筒移動機構；推料機構安裝在料筒移動機構的後方中間位置，所述推料機構由一氣 缸、導料塊與其支架構成，所述導料塊安裝在氣缸上，導料塊安裝方向正對著料筒移動機構 的下料口 ；物料吸取旋轉機構安裝在料筒移動機構的前方中間位置，由一旋轉夾持氣缸、真 空吸盤及其支架組成；物料中轉臺機構由物料座，傳感器及其支架組成。
5.根據權利要求1所述的一種機電一體化綜合實訓考核裝置，其特徵在於所述可移 動式四自由度機械臂單元包括氣夾、Y形氣夾、肘部旋轉機構、肩部旋轉機構、腰部旋轉機 構、傳動機構、導軌及驅動電機，所述氣夾安裝於Y形氣夾上，Y形氣夾安裝於肘部旋轉機 構上，肘部旋轉機構連接肩部旋轉機構，所述肩部旋轉機構安裝於腰部旋轉機構上，腰部旋 轉機構安裝於傳動機構上，傳動機構安裝於導軌上；所述驅動電機包括腰部驅動電機、肩部 驅動電機和底座驅動電機，所述的腰部驅動電機與腰部旋轉機構傳動連接，肩部驅動電機 與肩部旋轉機構傳動連接，底座驅動電機與傳動機構傳動連接；所述控制單元包括用於控 制驅動電機的驅動器。
6.根據權利要求1所述的一種機電一體化綜合實訓考核裝置，其特徵在於所述倉庫 存取單元包括三層立體貨架、中轉料臺、橫向移動機構、縱向移動機構和氣動機械手爪機構，所述中轉料臺設於三層立體貨架側邊，所述中轉料臺由一光電傳感器、一反光板及其固 定支架組成；所述橫向移動機構由一組直線導軌、一滾珠絲杆與一伺服電機同軸安裝，所述 縱向移動機構垂直安裝在橫向移動機構上，所述縱向移動機構由一組光軸導軌、滾珠絲杆、 伺服電機和移動支架組成，所述滾珠絲杆與伺服電機同軸安裝，所述移動支架上安裝一氣 動機械手爪機構，氣動機械手爪機構由一雙導杆氣缸、Y形氣夾和光電開關組成；所述控制 單元包括用於控制伺服電機的伺服放大器。
7.根據權利要求1所述的一種機電一體化綜合實訓考核裝置，其特徵在於所述環形 輸送分揀單元、恆速加工單元、裝配單元及倉庫存取單元中分別設有中轉臺，各中轉臺處於 一條直線上。
8.根據權利要求1所述的一種機電一體化綜合實訓考核裝置，其特徵在於所述操作 臺上設有橫向凹槽，各單元可調地安裝在凹槽中。
全文摘要
本發明涉及一種機電一體化綜合實訓考核裝置，所述綜合實訓考核裝置包括執行單元、控制單元和操作臺，所述執行單元包括環形輸送分揀單元、用於從環形輸送分揀單元分揀工件及轉移工件的可移動式四自由度機械臂單元、用於加工物料的恆速加工單元、用於裝配工件的裝配單元及用於存取工件的倉庫存取單元；所述控制單元包括通過電路和氣路對執行單元進行時序邏輯控制的處理器，所述執行單元和控制單元安裝在操作臺上。本發明使學生有更為深刻且感性的了解工業生產自動化生產線的工作流程，讓學生在實訓室就可以完成必須要到真正工作現場才能完成的學習。
文檔編號G09B25/02GK101976530SQ20101054900
公開日2011年2月16日 申請日期2010年11月18日 優先權日2010年11月18日
發明者關文濱, 艾光波, 黃華聖 申請人:浙江天煌科技實業有限公司