CN101976530A - 一种机电一体化综合实训考核装置 - Google Patents

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本发明涉及一种机电一体化综合实训考核装置，所述综合实训考核装置包括执行单元、控制单元和操作台，所述执行单元包括环形输送分拣单元、用于从环形输送分拣单元分拣工件及转移工件的可移动式四自由度机械臂单元、用于加工物料的恒速加工单元、用于装配工件的装配单元及用于存取工件的仓库存取单元；所述控制单元包括通过电路和气路对执行单元进行时序逻辑控制的处理器，所述执行单元和控制单元安装在操作台上。本发明使学生有更为深刻且感性的了解工业生产自动化生产线的工作流程，让学生在实训室就可以完成必须要到真正工作现场才能完成的学习。

Description

一种机电一体化综合实训考核装置
技术领域
本发明涉及教学领域，特别涉及一种能够模仿工件上料、加工、装配、运输、仓储过程的用于机电一体化综合生产线实训考核的模拟实训装置。
背景技术
上世纪80年代开始，可编程控制器的崛起就以不可阻挡的态势推动着现代工业的飞速发展，现代工业的自动化程度越来越高。
现时“以职业活动为导向，职业能力为核心”的新型实训考核越来越注重学生是否能适应现代工业的技能要求，故各大中专、中高职院校功课纷纷开设了工业自动化类课程。然而现时工业自动化类课程的专业课教学的开展存在很大的困难，最大的困难即是无可靠的实训装置能够使教师清楚讲解这一课程且辅助学生的实践操作及理解。
这种情况下，提供一种能够辅助老师把工业生产自动化生产线解释清楚的实训考核装置是非常必要的。
发明内容
本发明解决的技术问题是，由于现有技术的局限性，而导致的在工业自动化类课程的开展过程中出现教师无法全面解释课程内容，而学生只能听教师教导而缺乏以理解为基础的综合实训，实验受限过大，不利于课堂教学，不利于学生思维能力、开发能力的进步的问题，进而提供了一种机电一体化综合实训考核装置。
本发明所采用的技术方案是，一种机电一体化综合实训考核装置，所述综合实训考核装置包括执行单元、控制单元和操作台，所述执行单元包括环形输送分拣单元、用于从环形输送分拣单元分拣工件及转移工件的可移动式四自由度机械臂单元、用于加工物料的恒速加工单元、用于装配工件的装配单元及用于存取工件的仓库存取单元；所述控制单元包括通过电路和气路对执行单元进行时序逻辑控制的处理器，所述执行单元和控制单元安装在操作台上。
优选地，所述环形输送分拣单元包括上料检测机构、齿形链传输机构、分拣机构及物料提升机构，所述上料检测机构包括圆柱形透明料筒、物料座、推料气缸、顶料气缸和光电传感器，所述透明料筒安装在物料座上，所述顶料气缸安装在推料气缸上方，所述光电传感器安装在物料座侧边；所述齿形链传输机构包括三相交流电机、齿形链链轮、齿形链，三相交流电机输出轴带动齿形链链轮转动，所述齿形链链轮与齿形链传动连接，且通过联轴器连接编码器；所述分拣机构包括废料筒、推料气缸、电容传感器和光纤传感器；所述物料提升机构由一薄形气缸、光纤传感器和物料台组成，所述物料台安装在薄形气缸上，所述光纤传感器安装在物料台正下方；所述物料提升机构整体安装在环形输送分拣单元底板之上；所述控制单元包括用于控制三相交流电机的驱动器。
优选地，所述恒速加工单元包括旋转送料机构及模拟加工机构，所述旋转送料机构为一托盘形式旋转装置，所述托盘设置四个工位，呈等角度均布，其下部同轴安装一减速机，所述减速机与一直流他励电机相连；所述直流他励电机尾端安装一旋转编码器；所述旋转送料机构下方装有一个用以检测工件到位情况的光电传感器，一个用以检测旋转托盘定位情况的电感传感器；所述模拟加工机构由一薄形气缸、直流电机及其固定支架组成；所述控制单元包括用于控制直流他励电机的双闭环控制电路。
优选地，所述装配单元包括料筒供料机构、推料机构、料筒移动机构、物料吸取旋转机构及物料中转台机构，所述料筒供料机构为一双料筒供料机构，所述料筒为中空圆柱透明结构，所述料筒下部安装一料筒移动机构；推料机构安装在料筒移动机构的后方中间位置，所述推料机构由一气缸、导料块与其支架构成，所述导料块安装在气缸上，导料块安装方向正对着料筒移动机构的下料口；物料吸取旋转机构安装在料筒移动机构的前方中间位置，由一旋转夹持气缸、真空吸盘及其支架组成；物料中转台机构由物料座，传感器及其支架组成。
优选地，所述可移动式四自由度机械臂单元包括气夹、Y形气夹、肘部旋转机构、肩部旋转机构、腰部旋转机构、传动机构、导轨及驱动电机，所述气夹安装于Y形气夹上， Y形气夹安装于肘部旋转机构上，肘部旋转机构连接肩部旋转机构，所述肩部旋转机构安装于腰部旋转机构上，腰部旋转机构安装于传动机构上，传动机构安装于导轨上；所述驱动电机包括腰部驱动电机、肩部驱动电机和底座驱动电机，所述的腰部驱动电机与腰部旋转机构传动连接，肩部驱动电机与肩部旋转机构传动连接，底座驱动电机与传动机构传动连接；所述控制单元包括用于控制驱动电机的驱动器。
优选地，所述仓库存取单元包括三层立体货架、中转料台、横向移动机构、纵向移动机构和气动机械手爪机构，所述中转料台设于三层立体货架侧边，所述中转料台由一光电传感器、一反光板及其固定支架组成；所述横向移动机构由一组直线导轨、一滚珠丝杆与一伺服电机同轴安装，所述纵向移动机构垂直安装在横向移动机构上，所述纵向移动机构由一组光轴导轨、滚珠丝杆、伺服电机和移动支架组成，所述滚珠丝杆与伺服电机同轴安装，所述移动支架上安装一气动机械手爪机构，气动机械手爪机构由一双导杆气缸、Y形气夹和光电开关组成；所述控制单元包括用于控制伺服电机的伺服放大器。
优选地，所述环形输送分拣单元、恒速加工单元、装配单元及仓库存取单元中分别设有中转台，各中转台处于一条直线上。
优选地，所述操作台上设有横向凹槽，各单元可调地安装在凹槽中。
本发明提供了一种机电一体化综合实训考核装置，将整个工件上料、加工、装配、仓储、运输的自动化生产线的工作过程进行模拟，通过电机带动或气缸推动对工件进行加工、装配，并通过感应将工件依颜色及材质进行分拣、运输和仓储，实现整套机电自动化生产线的工序的模拟，便于教师授课，使学生有更为深刻且感性的了解工业生产自动化生产线的工作流程，让学生在实训室就可以完成必须要到真正工作现场才能完成的学习。
附图说明
图1为本发明综合实训考核装置的结构示意图；
图2为图1所示综合实训考核装置的俯视图；
图3为本发明的可移动式四自由度机械臂单元的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细描述，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1~3所示，本发明涉及一种机电一体化综合实训考核装置，所述综合实训考核装置包括执行单元、控制单元和操作台1，所述执行单元包括环形输送分拣单元2、用于从环形输送分拣单元2分拣工件及转移工件的可移动式四自由度机械臂单元3、用于加工物料的恒速加工单元4、用于装配工件的装配单元5及用于存取工件的仓库存取单元6；所述控制单元包括通过电路和气路对执行单元进行时序逻辑控制的处理器，所述执行单元和控制单元安装在操作台1上。
所述环形输送分拣单元2包括上料检测机构、齿形链传输机构、分拣机构及物料提升机构，所述上料检测机构包括圆柱形透明料筒2-1、物料座2-2、推料气缸2-3、顶料气缸2-4和光电传感器2-5，所述透明料筒2-1安装在物料座2-2上，透明料筒2-1上方放入物料，下方由所述推料气缸2-3将物料推出，所述顶料气缸2-4安装在推料气缸2-3上方，所述上料机构工作时顶料气缸2-4将倒数第二个物料顶住，防止物料下落；所述光电传感器2-5安装在物料座2-2侧边用以检测物料有无情况；所述齿形链传输机构包括三相交流电机2-6、齿形链链轮2-7、齿形链2-8，三相交流电机2-6输出轴带动齿形链链轮2-7转动，所述齿形链链轮2-7与齿形链2-8传动连接，且通过联轴器2-9连接编码器2-10；所述分拣机构包括废料筒2-13、推料气缸、电容传感器2-11和光纤传感器2-12，所述电容传感器2-11和光纤传感器2-12用于检测物料的颜色、材质，所述推料气缸用于将检测出的废料推入废料筒2-13中；所述物料提升机构由一薄形气缸2-14、光纤传感器2-16和物料台2-15组成，所述物料台2-15安装在薄形气缸2-14上，所述光纤传感器2-16安装在物料台2-15正下方，所述光纤传感器2-16用以检测物料的有无；所述物料提升机构整体安装在环形输送分拣单元2底板2-17之上；所述控制单元包括用于控制三相交流电机2-6的驱动器。
所述恒速加工单元4包括旋转送料机构及模拟加工机构，所述旋转送料机构为一托盘形式旋转装置，所述托盘4-18设置四个工位，呈等角度均布，其下部同轴安装一用于带动所述托盘4-18恒速切换工位的减速机4-19，所述减速机4-19与一直流他励电机4-20相连；所述直流他励电机4-20尾端安装一用于给双闭环控制电路反馈信号的旋转编码器4-21；所述旋转送料机构下方装有一个用以检测工件到位情况的光电传感器4-22，一个用以检测旋转托盘定位情况的电感传感器4-23；所述模拟加工机构由一薄形气缸4-24、直流电机4-25及其固定支架4-26组成；所述旋转送料机构旋转至模拟加工机构下方时，所述模拟加工机构对工件进行模拟加工，模拟加工完成后所述旋转托盘4-18旋转将工件旋转至来料时的初始位置；所述控制单元包括用于控制直流他励电机4-20的双闭环控制电路。
所述装配单元5包括料筒供料机构、用于推出物料至物料台上的推料机构、用于带动料筒切换工位的料筒移动机构5-28、用于将所述物料台上的工件吸起的物料吸取旋转机构及用于作为物料装配平台的物料中转台机构，所述料筒供料机构为一双料筒供料机构，所述料筒5-27为中空圆柱透明结构，所述料筒5-27下部安装一料筒移动机构5-28；推料机构安装在料筒移动机构5-28的后方中间位置，所述推料机构由一气缸5-29、导料块5-30与其支架5-31构成，所述导料块5-30安装在气缸5-29上，导料块5-30安装方向正对着料筒移动机构5-28的下料口；物料吸取旋转机构安装在料筒移动机构5-28的前方中间位置，由一旋转夹持气缸5-32、真空吸盘5-33及其支架5-34组成；物料中转台机构由物料座5-35，传感器5-36及其支架5-37组成。
所述可移动式四自由度机械臂单元3包括气夹3-38、Y形气夹3-39、肘部旋转机构3-40、肩部旋转机构3-41、腰部旋转机构3-42、传动机构3-43、导轨3-44及驱动电机3-45，所述气夹3-38安装于Y形气夹3-39上， Y形气夹3-39安装于肘部旋转机构3-40上，肘部旋转机构3-40连接肩部旋转机构3-41，所述肩部旋转机构3-41安装于腰部旋转机构3-42上，腰部旋转机构3-42安装于传动机构3-43上，传动机构3-43安装于导轨3-44上；所述驱动电机3-45包括腰部驱动电机、肩部驱动电机和底座驱动电机，所述的腰部驱动电机与腰部旋转机构3-42传动连接，肩部驱动电机与肩部旋转机构3-41传动连接，底座驱动电机与传动机构3-43传动连接；所述的腰部驱动电机带动腰部旋转机构3-42做旋转动作、肩部驱动电机带动肘部和肩部做伸缩摆动、底座驱动电机带动传动机构3-43在导轨3-44上做往返运动，所述控制单元包括用于控制驱动电机3-45的驱动器。
所述仓库存取单元6包括三层立体货架6-46、用于进行物料中转作业的中转料台6-47、横向移动机构、纵向移动机构和用于将所述中转料台6-47上的工件搬运至三层立体货架6-46指定位置的气动机械手爪机构，所述中转料台6-47设于三层立体货架6-46侧边，所述中转料台6-47由一光电传感器6-48、一反光板6-49及其固定支架6-50组成；所述横向移动机构由一组直线导轨6-51、一滚珠丝杆6-52与一伺服电机6-53同轴安装，所述纵向移动机构垂直安装在横向移动机构上，所述纵向移动机构由一组光轴导轨6-54、滚珠丝杆6-55、伺服电机6-56和移动支架6-57组成，所述滚珠丝杆6-55与伺服电机6-56同轴安装，所述移动支架6-57上安装一气动机械手爪机构，气动机械手爪机构由一双导杆气缸6-58、Y形气夹6-59和光电开关6-60组成；所述控制单元包括用于控制伺服电机6-53的伺服放大器。
所述环形输送分拣单元2、恒速加工单元4、装配单元5及仓库存取单元6中分别设有中转台，各中转台处于一条直线上。
所述操作台1上设有横向凹槽，各单元可调地安装在凹槽中。所述操作台1采取双面四抽屉形式，可根据需要选择安放箱式控制单元。所述实训桌体上设置了四个电源插口，提供三相四线电源。
本发明中的控制单元全部为箱式结构。
本发明的整个工作过程为：
物料被放置在所述的环形输送分拣单元2的上料检测机构中，由推料气缸2-3将其推至齿形链2-8上，所述齿形链链轮2-7由三相交流电机2-6带动转动，所述废料筒2-13将光纤传感器2-12及电容传感器2-11检测出来的废料回收装置，所述的正常物料由薄形气缸2-14带动物料台2-15将其抬高一定高度。
对于可移动式四自由度机械臂单元3是所述的腰部驱动电机带动腰部旋转机构3-42做旋转动作，肩部驱动电机带动肘部旋转机构3-40和肩部旋转机构3-41做伸缩摆动，驱动电机3-45带动传动机构3-43在导轨3-44上做往返运动，所述可移动式四自由度机械臂单元3是将环形输送分拣单元2、恒速加工单元4、装配单元5和仓库存取单元6中的托料台、装配台、中转台上的工件抓取并移动。
对于恒速加工单元4是所述可移动式四自由度机械臂将物料放入四工位托盘4-18中，所述旋转用直流他励电机4-20进行驱动，待物料被送至模拟加工机构后薄形气缸4-24下降，直流电机4-25进行模拟加工。
对于装配单元5是所述可移动式四自由度机械臂将物料放入物料座5-35中，导料块5-30将料筒5-27里的物料推至物料台上，由真空吸盘5-33吸起，经由旋转夹持气缸5-32工作后将工件进行装配。
对于仓库存取单元6是所述可移动式四自由度机械臂将物料放入中转料台6-47中，由气动机械手爪机构将装配好的物料夹取放入货架中。
以上所述工作过程为一个工作循环过程，通过上料检测、模拟加工、装配、入库的运行，达到模拟仿真机电一体化生产线的工作状况，实现实训考核的目的。
以上介绍对本发明而言只属于解释性阐述，绝无任何限制。本领域普通技术人员理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出诸多调整，变化，或者等效，但都将落入本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种机电一体化综合实训考核装置，其特征在于：所述综合实训考核装置包括执行单元、控制单元和操作台，所述执行单元包括环形输送分拣单元、用于从环形输送分拣单元分拣工件及转移工件的可移动式四自由度机械臂单元、用于加工物料的恒速加工单元、用于装配工件的装配单元及用于存取工件的仓库存取单元；所述控制单元包括通过电路和气路对执行单元进行时序逻辑控制的处理器，所述执行单元和控制单元安装在操作台上。
2.根据权利要求1所述的一种机电一体化综合实训考核装置，其特征在于：所述环形输送分拣单元包括上料检测机构、齿形链传输机构、分拣机构及物料提升机构，所述上料检测机构包括圆柱形透明料筒、物料座、推料气缸、顶料气缸和光电传感器，所述透明料筒安装在物料座上，所述顶料气缸安装在推料气缸上方，所述光电传感器安装在物料座侧边；所述齿形链传输机构包括三相交流电机、齿形链链轮、齿形链，三相交流电机输出轴带动齿形链链轮转动，所述齿形链链轮与齿形链传动连接，且通过联轴器连接编码器；所述分拣机构包括废料筒、推料气缸、电容传感器和光纤传感器；所述物料提升机构由一薄形气缸、光纤传感器和物料台组成，所述物料台安装在薄形气缸上，所述光纤传感器安装在物料台正下方；所述物料提升机构整体安装在环形输送分拣单元底板之上；所述控制单元包括用于控制三相交流电机的驱动器。
3.根据权利要求1所述的一种机电一体化综合实训考核装置，其特征在于：所述恒速加工单元包括旋转送料机构及模拟加工机构，所述旋转送料机构为一托盘形式旋转装置，所述托盘设置四个工位，呈等角度均布，其下部同轴安装一减速机，所述减速机与一直流他励电机相连；所述直流他励电机尾端安装一旋转编码器；所述旋转送料机构下方装有一个用以检测工件到位情况的光电传感器，一个用以检测旋转托盘定位情况的电感传感器；所述模拟加工机构由一薄形气缸、直流电机及其固定支架组成；所述控制单元包括用于控制直流他励电机的双闭环控制电路。
4.根据权利要求1所述的一种机电一体化综合实训考核装置，其特征在于：所述装配单元包括料筒供料机构、推料机构、料筒移动机构、物料吸取旋转机构及物料中转台机构，所述料筒供料机构为一双料筒供料机构，所述料筒为中空圆柱透明结构，所述料筒下部安装一料筒移动机构；推料机构安装在料筒移动机构的后方中间位置，所述推料机构由一气缸、导料块与其支架构成，所述导料块安装在气缸上，导料块安装方向正对着料筒移动机构的下料口；物料吸取旋转机构安装在料筒移动机构的前方中间位置，由一旋转夹持气缸、真空吸盘及其支架组成；物料中转台机构由物料座，传感器及其支架组成。
5.根据权利要求1所述的一种机电一体化综合实训考核装置，其特征在于：所述可移动式四自由度机械臂单元包括气夹、Y形气夹、肘部旋转机构、肩部旋转机构、腰部旋转机构、传动机构、导轨及驱动电机，所述气夹安装于Y形气夹上， Y形气夹安装于肘部旋转机构上，肘部旋转机构连接肩部旋转机构，所述肩部旋转机构安装于腰部旋转机构上，腰部旋转机构安装于传动机构上，传动机构安装于导轨上；所述驱动电机包括腰部驱动电机、肩部驱动电机和底座驱动电机，所述的腰部驱动电机与腰部旋转机构传动连接，肩部驱动电机与肩部旋转机构传动连接，底座驱动电机与传动机构传动连接；所述控制单元包括用于控制驱动电机的驱动器。
6.根据权利要求1所述的一种机电一体化综合实训考核装置，其特征在于：所述仓库存取单元包括三层立体货架、中转料台、横向移动机构、纵向移动机构和气动机械手爪机构，所述中转料台设于三层立体货架侧边，所述中转料台由一光电传感器、一反光板及其固定支架组成；所述横向移动机构由一组直线导轨、一滚珠丝杆与一伺服电机同轴安装，所述纵向移动机构垂直安装在横向移动机构上，所述纵向移动机构由一组光轴导轨、滚珠丝杆、伺服电机和移动支架组成，所述滚珠丝杆与伺服电机同轴安装，所述移动支架上安装一气动机械手爪机构，气动机械手爪机构由一双导杆气缸、Y形气夹和光电开关组成；所述控制单元包括用于控制伺服电机的伺服放大器。
7.根据权利要求1所述的一种机电一体化综合实训考核装置，其特征在于：所述环形输送分拣单元、恒速加工单元、装配单元及仓库存取单元中分别设有中转台，各中转台处于一条直线上。
8.根据权利要求1所述的一种机电一体化综合实训考核装置，其特征在于：所述操作台上设有横向凹槽，各单元可调地安装在凹槽中。
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