機(jī)電一體化人才快速培養(yǎng)教學(xué)設(shè)備設(shè)計(jì)

楊文杰

（廣東省技師學(xué)院，廣東博羅 516100）

1 技術(shù)背景

機(jī)電一體化教學(xué)培訓(xùn)設(shè)備是一種能夠開(kāi)發(fā)培訓(xùn)學(xué)員動(dòng)手及動(dòng)腦能力的教學(xué)設(shè)備，其通過(guò)模擬機(jī)械相關(guān)動(dòng)作而使培訓(xùn)學(xué)員更加容易地掌握各種知識(shí)。然而，目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的類(lèi)似教學(xué)培訓(xùn)設(shè)備沒(méi)有氣缸、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流電機(jī)及機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)控制動(dòng)作，其僅僅靠指示燈的亮滅來(lái)模擬機(jī)械相關(guān)的動(dòng)作，不夠直觀、培訓(xùn)學(xué)員不容易理解。而能達(dá)到類(lèi)似功能的教學(xué)培訓(xùn)設(shè)備則把電器控制部分和機(jī)械執(zhí)行結(jié)構(gòu)完全分開(kāi)，使得教學(xué)培訓(xùn)設(shè)備體積龐大、重量重，不便于移動(dòng)，從而使得使用起來(lái)較為不方便。

2 設(shè)備研制

有鑒于此，該設(shè)備針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在之缺失，其主要目的是提供一種機(jī)電一體化及自動(dòng)化教學(xué)培訓(xùn)設(shè)備，從而有效解決現(xiàn)有教學(xué)培訓(xùn)設(shè)備工作過(guò)程不直觀、不容易被理解、并且體積大、重量重導(dǎo)致使用不方便的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，該設(shè)備采用如下技術(shù)方案。

（1）機(jī)電一體化及自動(dòng)化教學(xué)培訓(xùn)設(shè)備，包括有安裝底板以及設(shè)置于安裝底板上的控制電路板、PLC、開(kāi)關(guān)電源、傳送帶和收料槽，設(shè)備的實(shí)物圖如圖1。其中為了提高教學(xué)培訓(xùn)的實(shí)用性，將PLC和開(kāi)關(guān)電源的端子連接到控制電路板上。

圖2為該設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 機(jī)電一體化培訓(xùn)設(shè)備

（2）傳送帶由直流齒輪電機(jī)帶動(dòng)，該傳送帶的側(cè)旁沿傳送帶延伸的方向依次設(shè)置有檢測(cè)傳感器、第一推桿氣缸、分揀傳感器、第二推桿氣缸和送料氣缸，該傳送帶的輸出端處設(shè)置有到位檢查傳感器。

（3）該傳送帶與收料槽之間設(shè)置有轉(zhuǎn)盤(pán)，轉(zhuǎn)盤(pán)由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤(pán)的側(cè)旁設(shè)置有用于把物件頂?shù)绞樟喜鄣捻斄蠚飧缀陀糜趯⑽锪侠龅氖樟蠚飧住?/p>

安裝底板上設(shè)置有多個(gè)電磁閥，這些電磁閥分別通過(guò)氣管與前述第一推桿氣缸、第二推桿氣缸、送料氣缸、頂料氣缸和收料氣缸連接。

安裝底板上設(shè)置有步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，該步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器位于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的側(cè)旁，連接控制電路板和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。

轉(zhuǎn)盤(pán)的側(cè)旁設(shè)置有用于控制轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)角度的旋轉(zhuǎn)編碼器，該旋轉(zhuǎn)編碼器與控制電路板連接。

安裝底板上設(shè)置有人機(jī)界面，該人機(jī)界面與控制電路板連接。

控制電路板上設(shè)置有編碼器插孔、傳感器插孔、PLC輸入插孔、按鈕及插孔、PLC輸出插孔、繼電器、繼電器插孔、保險(xiǎn)絲、扭子開(kāi)關(guān)、電源插孔、指示燈及插孔、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器信號(hào)插孔、人機(jī)界面輸入插孔以及人機(jī)界面輸出插孔。

傳送帶與收料槽彼此平行間隔設(shè)置。

該設(shè)備與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，具體而言，由上述技術(shù)方案可知：通過(guò)在安裝底板上設(shè)置有各個(gè)氣缸、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流電機(jī)及各種機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)控制動(dòng)作，取代了傳統(tǒng)靠指示燈的亮滅來(lái)模擬機(jī)械相關(guān)的動(dòng)作，模擬機(jī)械相關(guān)動(dòng)作更加直觀、更容易理解；該設(shè)備具有體積小、重量輕、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，并且功能齊全，便于學(xué)員在各個(gè)場(chǎng)合自學(xué)；各個(gè)功能部件可以單獨(dú)教學(xué)，也可以組合起來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)雜的功能，便于教學(xué)的開(kāi)展，還可配合全新的教學(xué)思維模式，可以達(dá)到很好的效果；同時(shí)，由于該設(shè)備高度集成，大量采用剪折配件，大大降低了成本，便于廣泛推廣使用。

圖2 結(jié)構(gòu)示意圖

3 具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D2所示，其顯示出了該設(shè)備之較佳實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)，包括有安裝底板7以及設(shè)置于安裝底板7上控制電路板8、PLC（即可編程序控制器）6、開(kāi)關(guān)電源22、傳送帶32和收料槽30。

PLC6和開(kāi)關(guān)電源22均與控制電路板8連接。

傳送帶32由直流齒輪電機(jī)33帶動(dòng)，傳送帶32的側(cè)旁沿傳送帶32延伸的方向依次設(shè)置有檢測(cè)傳感器20、第一推桿氣缸19、分揀傳感器18、第二推桿氣缸17和送料氣缸16，傳送帶32的輸出端處設(shè)置有到位檢查傳感器14。

傳送帶32與收料槽30彼此平行間隔設(shè)置，傳送帶32與收料槽30之間設(shè)置有轉(zhuǎn)盤(pán)13，由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)10帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤(pán)13的側(cè)旁設(shè)置有用于把工件頂?shù)绞樟喜?0的頂料氣缸11和用于將物料拉出的收料氣缸31。

安裝底板7上設(shè)置有多個(gè)電磁閥15，該多個(gè)電磁閥15分別通過(guò)氣管與第一推桿氣缸19、第二推桿氣缸17、送料氣缸16、頂料氣缸11和收料氣缸31連接，由該多個(gè)電磁閥15分別控制第一推桿氣缸19、第二推桿氣缸17、送料氣缸16、頂料氣缸11和收料氣缸31的工作。

安裝底板7上設(shè)置有步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器9，位于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)10的側(cè)旁，連接控制電路板8和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)7；轉(zhuǎn)盤(pán)13的側(cè)旁設(shè)置有用于控制其旋轉(zhuǎn)角度的旋轉(zhuǎn)編碼器12，旋轉(zhuǎn)編碼器12與控制電路板8連接；安裝底板7上還設(shè)置有人機(jī)界面21，與控制電路板8連接；此外，控制電路板8上設(shè)置有編碼器插孔1、傳感器插孔2、PLC輸入插孔3、按鈕及插孔4、PLC輸出插孔5、繼電器23、繼電器插孔24、保險(xiǎn)絲25、扭子開(kāi)關(guān)26、電源插孔27、指示燈及插孔28、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器信號(hào)插孔29、人機(jī)界面輸入插孔35以及人機(jī)界面輸出插孔34。

使用時(shí)，當(dāng)塑料物件放在傳送帶32上時(shí)，通過(guò)直流齒輪電機(jī)33帶動(dòng)傳送帶32，使得塑料物件隨傳送帶32移動(dòng)，在經(jīng)過(guò)分揀傳感器18和檢測(cè)傳感器20分辨后傳送信號(hào)給PLC6，PLC6通過(guò)程序處理后發(fā)信號(hào)給第一推桿氣缸19或第二推桿氣缸17，把塑料物件推出傳送帶32。

當(dāng)鐵料物件放在傳送帶32上時(shí)，通過(guò)直流齒輪電機(jī)33帶動(dòng)傳送帶32，使得鐵料物件隨傳送帶32移動(dòng)，在經(jīng)過(guò)分揀傳感器18和檢測(cè)傳感器20分辨后傳送信號(hào)給PLC6，當(dāng)鐵料物件到達(dá)到位檢查傳感器14，送信號(hào)給PLC6，該P(yáng)LC6通過(guò)程序處理后發(fā)信號(hào)給送料氣缸16，將鐵料物件推到轉(zhuǎn)盤(pán)13的卡槽上面，轉(zhuǎn)盤(pán)13通過(guò)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)10帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)到位后，通過(guò)頂料氣缸11把鐵料物件頂?shù)绞樟喜?0，最后鐵料物件由收料氣缸31拉出。該轉(zhuǎn)盤(pán)13由PLC6通過(guò)控制步進(jìn)驅(qū)動(dòng)9實(shí)現(xiàn)，其旋轉(zhuǎn)角度是否到位由旋轉(zhuǎn)編碼器12發(fā)信號(hào)給PLC6實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。

4 總結(jié)

在教學(xué)培訓(xùn)過(guò)程中，完成相關(guān)控制的所有接線以及程序編寫(xiě)都要求培訓(xùn)學(xué)員在學(xué)習(xí)后自己完成，從而達(dá)到機(jī)電一體化（自動(dòng)化）教學(xué)培訓(xùn)的目的。各個(gè)培訓(xùn)任務(wù)可單獨(dú)，也可以組合。

該設(shè)備的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是：通過(guò)在安裝底板上設(shè)置有各個(gè)氣缸、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流電機(jī)及各種機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)控制動(dòng)作，取代了傳統(tǒng)靠指示燈的亮滅來(lái)模擬機(jī)械相關(guān)的動(dòng)作，更加直觀、更容易理解；該設(shè)備具有體積小、重量輕、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，并且功能齊全，便于學(xué)員在各個(gè)場(chǎng)合自學(xué)；各個(gè)功能部件可以單獨(dú)教學(xué)，也可以組合起來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)雜的功能，便于教學(xué)的開(kāi)展，還可配合全新的教學(xué)思維模式，可以達(dá)到很好的效果；同時(shí)，由于該設(shè)備高度集成，大量采用剪折配件，大大降低了成本，便于廣泛推廣使用。