双轴机械手实训装置
一、概述
双轴机械手实训装置主要由滚珠丝杠副机构、双轴控制的机械手、步进电机及驱动、伺服电机及驱动、升降气缸、光电传感器、磁感应开光、可编程控制器、电气控制电路、铝型材平台、支架等组成，如图1所示。该装置由可编程控制器控制，仿真工业自动化生产的工作过程，为学生提供了综合训练的实验环境。
双轴机械手实训装置综合应用了现代机械技术、自动控制、计算机控制、数控技术、气动技术应用、传感器等多种技术，是典型的机电一体化控制装置。该装置有助于学生对机械设计、电气自动化、自动控制、计算机技术、传感器技术、数控技术等知识的学习，对可编程控制器的程序设计、电机驱动及控制等技术的应用能够得到实际的训练，提高学生的机电控制系统的设计、装配、调试的综合能力。
图1 双轴机械手实训装置
二、实训装置组成
1．双轴控制机械手平面运动
双轴控制机械手主要由x、y轴滚珠丝杠副机构、升降气缸、吸盘、光电传感器、磁感应开光及限位开关等构成。
滚珠丝杠副机构与电机输出轴通过弹性联轴器连接，电机转动时，与滚珠丝杠副螺母块连接的滑块沿着导柱做直线运动。当与x、y轴滚珠丝杠副机构分别连接的x、y轴电机转动时，双轴控制的机械手作平面轨迹运动。滚珠丝杠副机构的极限位置设置了限位开关，可以有效防止双轴控制的机械手超程。
2．双轴控制机械手提升、下降运动
双轴控制的机械手除了作平面运动外，还要作提升、下降运动。该过程由气动回路控制。气动回路主要由过滤减压阀、电磁阀、升降气缸等组成。可编程控制器控制电磁阀线圈通断，由电磁阀控制进入升降气缸的气源并使其换向，使升降气缸伸缩，实现双轴控制机械手提升、下降运动。
3．电气控制
双轴控制机械手实训装置的电气控制回路主要由电源模块、可编程控制器、继电器、步进电机及驱动、伺服电机及驱动等组成。实训装置设有自动/手动控制两种控制模式，手动控制模式是通过操作设备控制面板上的控制按钮和十字开关手柄，由可编程控制器的手动程序控制x、y轴电机驱动器和气动电磁阀，使x、y轴电机旋转和升降气缸伸缩，带动双轴控制机械手作平面运动和提升、下降运动。自动控制控制模式是在可编程控制器的自动程序驱动下，控制x、y轴电机驱动器和气动电磁阀，使得x、y轴电机旋转和升降气缸伸缩，带动双轴控制机械手作平面运动和提升、下降运动。
三、实训装置的特点
双轴机械手实训装置综合应用了多学科技术，适用于机械原理、自动控制原理、数控技术、数控机床、电气控制与可编程控制器、传感器与检测技术、计算机控制技术等课程的实践教学。除此之外，双轴机械手实训装置具有如下特点：
系统采用机电一体化结构。装置的控制模式分为手动控制和自动控制，手动状态可以直接分步控制各轴的正反转、气缸运行，并自由控制抓取机构，让学生了解各部件运行的基本机构和基本电路构成。自动模式可以实现各工件在定位器中的准确定位放置和抓取以及循环工作。可编程控制器可由学生自由选择，给学生自由设计实验项目提供了更充足的空间。 可以替换采用步进或是伺服电机实现更高精密要求的运动控制。目前国内同行厂家的单轴位置控制系统在机械上都采用滚珠丝杠和精密导轨，但我公司装置在此基础上还加入了气动结构实现工具的抓举和摆放，使实验结果更加直观易懂的同时，更吻合工业标准设计制造。开放性更强，装置的机械部分可以自由安装和位置自由调整，系统提供典型实验线路，学生也可以解除拆分我公司装置上的已有线路，自我设计电路，以完成不同深度和广度的实验项目和内容。所有元器件都通过导线引到接线端子上，学生接线时只需在端子上进行接线，通过走线槽进行工艺部线。实验台中所用到的元器件均采用国内名优、*企业、外资企业、合资企业的产品，产品性能可靠。投标提供产品实景图及实验指导书电子版。投标产品需提供生理驱动系统软件截图。（要求全室配置一套考评系统基于移动终端的血压监测，模型可与移动端平板无线连接，连接成功后可通过平板电脑进行训练和考核，可以进行智能血压测量软件交互式训练和血压模型的实训。交互式软件采用虚拟现实、互动程序开发等技术，将操作流程、技术知识要点融入其中，形成了一套交互式考评系统。软件可进行完整的流程训练，可进行三维模拟血压操作流程训练。系统自动检测操作正误。可自行设定显示收缩压、舒张压及心率参数，可实时记录加压，降压的曲线图，实时测算放气速度。软件可以查看操作正误，并可进行无线打印考核成绩。）四、技术参数
1．系统基本技术参数输入电源:ac220v±10%(单相三线)；整体功率：<1kva；外形尺寸：850×750×1035mm；气源压力：0.4mpa。工作环境：温度-5ºc～+40ºc；湿度85%（25ºc）；海拔＜4000m；重量：30kg五、设备配置
系统配置清单序号
名 称
规 格
数量
单位
品牌
单价（元）
总价（元）
1
搬运机构
由x轴、y轴、z轴组成
1
套
上海标普
2
工作台架
由工业铝型材和万向轮组成 850mm×750mm×750mm
1
套
上海标普
3
机械手
由摆臂转动驱动机构、升降气缸、气爪和铝型材支架等组成。
1
套
上海标普
4
工件座
有机玻璃板（黑色）
1
块
上海标普
5
控制盒
包含手/自动、启动、停止、复位、左转/停/右转、推料、传送、升降、气爪、急停等按钮和1个报警指示灯
1
只
上海标普
6
控制回路
6.1
主控制器
s7-1200
1
个
西门子
6.2
开关电源
dc24v 5a
1
个
明纬
6.3
步进电机及驱动器
2nm，步距角1.8°
2
个
6.3
继电器
dc24v
1
个
omron
6.4
微型光电传感器
额定电压:12-24v
2
个
神视
6.5
摇柄开关
la42c4a-40/b
1
个
上海天逸
6.6
磁感应传感器
额定电压:12-24v
2
个
festo或smc
6.7
带灯按钮
5
个
上海天逸
6.8
选择按钮
1
个
上海天逸
6.9
紧停按钮
1
个
上海天逸
6.10
指示灯
dc24v
2
个
上海天逸
7
气动回路（气缸在已安装到组件上）
7.1
过滤减压阀
1
个
festo或smc
7.2
单电控二位五通电磁阀
2
个
festo或smc
7.3
气路板（2阀）
1
个
festo或smc
7.4
真空过滤器
1
个
festo或smc
7.5
真空发生器
1
个
festo或smc
7.6
真空吸盘
1
个
festo或smc
7.7
数字式真空压力开关
1
个
festo或smc
7.8
节流阀等
2
个
festo或smc
7.9
手动阀
1
个
festo或smc
8
其他
1
套
上海标普
9
附件
实验指导书、资料光盘、编程电缆等
1
套
上海标普
六、实训内容
plc的设计与应用数据传输功能实验定时、计数、移位功能实验比较功能实验跳转功能的应用实验子程序调用功能的应用实验中断控制功能的应用实验传感器技术及应用光电传感器的特性研究及应用电磁传感器的特性研究及应用压力传感器的特性研究及应用气动控制技术电控气动阀的工作原理及应用真空发生器的工作原理及应用气源组件的工作原理及应用气缸的工作原理及应用运动控制系统直流电机的控制技术机械结构训练技术滚珠丝杆的特性研究及应用圆柱导杆的设计及特性研究步进电机特性步进电机的矩频特性分析步进电机失步曲线的分析步进电机启动、停止的升降曲线设计步进电机步距角、丝杆导程、减速箱之间的关系计算驱动器的硬环配原理步进电机软环配的设计驱动器恒流斩波的工作原理步距角细分原理故障检测技术技能培训程序故障设置的排除训练参数故障设置的排除训练电气接线故障设置的排除训练机械故障设置的排除训练可扩展的实验内容伺服功能的应用实验伺服电机速度位置控制功能的应用实验伺服电机定位的控制技术步进电机的控制技术
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双轴机械手实训装置综合应用了现代机械技术、自动控制、计算机控制、数控技术、气动技术应用、传感器等多种技术，是典型的机电一体化控制装置。该装置有助于学生对机械设计、电气自动化、自动控制、计算机技术、传感器技术、数控技术等知识的学习，对可编程控制器的程序设计、电机驱动及控制等技术的应用能够得到实际的训练，提高学生的机电控制系统的设计、装配、调试的综合能力。
图1 双轴机械手实训装置
二、实训装置组成
1．双轴控制机械手平面运动
双轴控制机械手主要由x、y轴滚珠丝杠副机构、升降气缸、吸盘、光电传感器、磁感应开光及限位开关等构成。
滚珠丝杠副机构与电机输出轴通过弹性联轴器连接，电机转动时，与滚珠丝杠副螺母块连接的滑块沿着导柱做直线运动。当与x、y轴滚珠丝杠副机构分别连接的x、y轴电机转动时，双轴控制的机械手作平面轨迹运动。滚珠丝杠副机构的极限位置设置了限位开关，可以有效防止双轴控制的机械手超程。
2．双轴控制机械手提升、下降运动
双轴控制的机械手除了作平面运动外，还要作提升、下降运动。该过程由气动回路控制。气动回路主要由过滤减压阀、电磁阀、升降气缸等组成。可编程控制器控制电磁阀线圈通断，由电磁阀控制进入升降气缸的气源并使其换向，使升降气缸伸缩，实现双轴控制机械手提升、下降运动。
3．电气控制
双轴控制机械手实训装置的电气控制回路主要由电源模块、可编程控制器、继电器、步进电机及驱动、伺服电机及驱动等组成。实训装置设有自动/手动控制两种控制模式，手动控制模式是通过操作设备控制面板上的控制按钮和十字开关手柄，由可编程控制器的手动程序控制x、y轴电机驱动器和气动电磁阀，使x、y轴电机旋转和升降气缸伸缩，带动双轴控制机械手作平面运动和提升、下降运动。自动控制控制模式是在可编程控制器的自动程序驱动下，控制x、y轴电机驱动器和气动电磁阀，使得x、y轴电机旋转和升降气缸伸缩，带动双轴控制机械手作平面运动和提升、下降运动。
三、实训装置的特点
双轴机械手实训装置综合应用了多学科技术，适用于机械原理、自动控制原理、数控技术、数控机床、电气控制与可编程控制器、传感器与检测技术、计算机控制技术等课程的实践教学。除此之外，双轴机械手实训装置具有如下特点：
系统采用机电一体化结构。装置的控制模式分为手动控制和自动控制，手动状态可以直接分步控制各轴的正反转、气缸运行，并自由控制抓取机构，让学生了解各部件运行的基本机构和基本电路构成。自动模式可以实现各工件在定位器中的准确定位放置和抓取以及循环工作。可编程控制器可由学生自由选择，给学生自由设计实验项目提供了更充足的空间。 可以替换采用步进或是伺服电机实现更高精密要求的运动控制。目前国内同行厂家的单轴位置控制系统在机械上都采用滚珠丝杠和精密导轨，但我公司装置在此基础上还加入了气动结构实现工具的抓举和摆放，使实验结果更加直观易懂的同时，更吻合工业标准设计制造。开放性更强，装置的机械部分可以自由安装和位置自由调整，系统提供典型实验线路，学生也可以解除拆分我公司装置上的已有线路，自我设计电路，以完成不同深度和广度的实验项目和内容。所有元器件都通过导线引到接线端子上，学生接线时只需在端子上进行接线，通过走线槽进行工艺部线。实验台中所用到的元器件均采用国内名优、*企业、外资企业、合资企业的产品，产品性能可靠。投标提供产品实景图及实验指导书电子版。投标产品需提供生理驱动系统软件截图。（要求全室配置一套考评系统基于移动终端的血压监测，模型可与移动端平板无线连接，连接成功后可通过平板电脑进行训练和考核，可以进行智能血压测量软件交互式训练和血压模型的实训。交互式软件采用虚拟现实、互动程序开发等技术，将操作流程、技术知识要点融入其中，形成了一套交互式考评系统。软件可进行完整的流程训练，可进行三维模拟血压操作流程训练。系统自动检测操作正误。可自行设定显示收缩压、舒张压及心率参数，可实时记录加压，降压的曲线图，实时测算放气速度。软件可以查看操作正误，并可进行无线打印考核成绩。）四、技术参数
1．系统基本技术参数输入电源:ac220v±10%(单相三线)；整体功率：<1kva；外形尺寸：850×750×1035mm；气源压力：0.4mpa。工作环境：温度-5ºc～+40ºc；湿度85%（25ºc）；海拔＜4000m；重量：30kg五、设备配置
系统配置清单序号
名 称
规 格
数量
单位
品牌
单价（元）
总价（元）
1
搬运机构
由x轴、y轴、z轴组成
1
套
上海标普
2
工作台架
由工业铝型材和万向轮组成 850mm×750mm×750mm
1
套
上海标普
3
机械手
由摆臂转动驱动机构、升降气缸、气爪和铝型材支架等组成。
1
套
上海标普
4
工件座
有机玻璃板（黑色）
1
块
上海标普
5
控制盒
包含手/自动、启动、停止、复位、左转/停/右转、推料、传送、升降、气爪、急停等按钮和1个报警指示灯
1
只
上海标普
6
控制回路
6.1
主控制器
s7-1200
1
个
西门子
6.2
开关电源
dc24v 5a
1
个
明纬
6.3
步进电机及驱动器
2nm，步距角1.8°
2
个
6.3
继电器
dc24v
1
个
omron
6.4
微型光电传感器
额定电压:12-24v
2
个
神视
6.5
摇柄开关
la42c4a-40/b
1
个
上海天逸
6.6
磁感应传感器
额定电压:12-24v
2
个
festo或smc
6.7
带灯按钮
5
个
上海天逸
6.8
选择按钮
1
个
上海天逸
6.9
紧停按钮
1
个
上海天逸
6.10
指示灯
dc24v
2
个
上海天逸
7
气动回路（气缸在已安装到组件上）
7.1
过滤减压阀
1
个
festo或smc
7.2
单电控二位五通电磁阀
2
个
festo或smc
7.3
气路板（2阀）
1
个
festo或smc
7.4
真空过滤器
1
个
festo或smc
7.5
真空发生器
1
个
festo或smc
7.6
真空吸盘
1
个
festo或smc
7.7
数字式真空压力开关
1
个
festo或smc
7.8
节流阀等
2
个
festo或smc
7.9
手动阀
1
个
festo或smc
8
其他
1
套
上海标普
9
附件
实验指导书、资料光盘、编程电缆等
1
套
上海标普
六、实训内容
plc的设计与应用数据传输功能实验定时、计数、移位功能实验比较功能实验跳转功能的应用实验子程序调用功能的应用实验中断控制功能的应用实验传感器技术及应用光电传感器的特性研究及应用电磁传感器的特性研究及应用压力传感器的特性研究及应用气动控制技术电控气动阀的工作原理及应用真空发生器的工作原理及应用气源组件的工作原理及应用气缸的工作原理及应用运动控制系统直流电机的控制技术机械结构训练技术滚珠丝杆的特性研究及应用圆柱导杆的设计及特性研究步进电机特性步进电机的矩频特性分析步进电机失步曲线的分析步进电机启动、停止的升降曲线设计步进电机步距角、丝杆导程、减速箱之间的关系计算驱动器的硬环配原理步进电机软环配的设计驱动器恒流斩波的工作原理步距角细分原理故障检测技术技能培训程序故障设置的排除训练参数故障设置的排除训练电气接线故障设置的排除训练机械故障设置的排除训练可扩展的实验内容伺服功能的应用实验伺服电机速度位置控制功能的应用实验伺服电机定位的控制技术步进电机的控制技术
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磁浮球液位计接线图
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沥青四组分试验仪材料
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