西农 机电一体化实习报告.docx
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西农机电一体化实习报告
《机电一体化综合训练》
实习报告
姓名：
学号：
专业班级：
实验指导教师：
李星恕、李卫、郭红利、侯俊才
西北农林科技大学机械与电子工程学院
2015年7月
一、蔬菜移栽机
1、蔬菜移栽机研究意义和现状
我国是世界蔬菜生产大国，随着农村产业结构的调整和蔬菜产业的发展，国家对高效设施农业的发展越来越重视，对蔬菜生产机械的需求日益迫切。
而蔬菜移栽机械化作业对于提高秧苗移栽质量、提高劳动生产率以及减轻农民劳动强度具有重要意义。
近年来，设施蔬菜生产已经遍布全国各地，蔬菜育苗工作取得重大突破，灌溉和植保技术突飞猛进，但是，蔬菜移栽机械化进展缓慢。
而手工移栽是仅次于收获作业的一项劳动强度非常大的劳动。
实现蔬菜移栽机械化已成为农业生产的迫切需要。
我国旱地栽植机械的研究始于20世纪50年代末60年代初。
20世纪70年代开始研制裸根苗移栽机械，80年代研制成半机械化蔬菜栽植机。
但是，这些机具由于与育苗方式不配套或不能满足蔬菜栽植的农艺要求等原因而没有得到推广应用。
近几年来，随着育苗技术的发展以及劳动力成本的上升，推动了移栽机械的研制开发工作。
目前，国内已经研制开发出钳夹式、链夹式、挠性圆盘式、吊杯式、导苗管式等各型移栽机。
接下来以久保田蔬菜移栽机为例进行介绍。
2、久保田蔬菜移栽机的结构
日本株式会社久保田（KUBOTA）是个百年企业，迄今已有120年的历史。
现在，通过水道用铁管、农业机械和环境设施等各种产品，在完善现代供排水系统、提高粮食产量和减轻劳动强度以及人类和环境的和谐共处等方面，为人们的生活和社会的发展做出了广泛的贡献。
久保田将本着“通过提供人类生活的基础产品、技术和服务，为社会的发展和保护地球环境做贡献”的经营理念，进行全球性的事业拓展，以解决“粮食”“水”“环境”这一世界性的课题。
本次实习研究的是久保田蔬菜移栽机，该机器主要由投苗杯、接苗杯、开沟器和镇压轮等机构组成。
该机器设备的机械结构如下图：
3、蔬菜移栽机的工作原理
该机具主要适合移栽钵体苗，为自走式。
由汽油发动机提供动力源，通过行走齿轮箱变速机构提供行走所需要的动力，输出动力至移栽齿轮箱和投苗机构，分别完成秧苗输送和移栽两组动作。
秧苗输送由人工完成。
秧苗由坐在座椅上的人手工放入投苗杯中。
投苗杯由传动轴带动旋转，配合上下运动的接苗杯完成移栽的工作。
移栽动作主要是采用平行四杆连杆机构带动鸭嘴式开沟器，完成打洞、投苗、移栽、覆土、镇压等移栽项目，该机器左右对称，可以同时交替移栽两行蔬菜，具有回转半径小、结构简单、操作灵活等特点，适合小地块大棚内蔬菜的移栽作业。
调整吊杯运动时问，控制其运动轨迹，精确的控制吊杯开合点，才能保证秧苗准确地投入吊杯所打的洞中，更不会将苗体带出穴外，从而保证了秧苗的移栽质量。
该蔬菜移栽机属于一种半自动化移栽机，不但适用于蔬菜的移栽，还可适用于烟草、油菜、棉花等多种作物的移栽作业，采用平行四杆连杆式移栽器，具有打洞、植苗、覆土、镇压等功能，结构新颖、适用范围广。
机具整体结构紧凑、使用维修方便、秧苗直立度好，栽植株距准确，喂苗送苗稳定可靠。
4、总结
通过对蔬菜移栽机的了解研究，比较透彻的明白了它的工作原理，了解了它结构的精巧性，和控制的多样性。
同时也被它高昂的价格震惊。
目前国内的机器还没有达到日本机器的精度和耐用性，这就需要我们更加深入的研究蔬菜移栽机的原理和机构，对各个部件的结构尺寸做到细致透彻的掌握，只有这样才能制造出自己的蔬菜移栽机，制造出中国的高水平的农业机械。
这是我们的责任，对我们来说任重道远。
二、两自由度机械臂控制系统实习
1、实习设备
硬件：
GRB2002机械臂系统一套、PC机一台、GT-400-SG-PCI/ISA型四轴脉冲型开环运动控制卡、GCB-100两轴驱动电气箱、彩色显示器、鼠标。
软件：
WindowsXP操作系统、运动控制器Windows驱动程序和运动控制动态连接库、机器人图形示教和语言编程软件。
2、测定机械臂结构
GRB200机器人关节1长度200mm,运动范围±100°，关节2连杆长度150mm,运动范围±50°。
3、机械传动部分的结构形式
二自由度机械臂只有两个旋转运动关节，在第二个旋转运动关节的末端安装了笔和笔架便于验证机械臂末端的运动轨迹，主要使用交流伺服电机和谐波减速器驱动，交流伺服电机运转平稳，输出力矩恒定，过载能力强，加速性能好，可以取得很高的控制精度，交流伺服电机轴后端带有标准2500线增量式光电编码器，控制精度远高于步进电机。
4、机械传动部分的运动模式
机器人的空间坐标直接由各个关节的坐标来确定，所有关节变量构成一个关节矢量。
所有关节矢量构成的空间称为关节坐标空间。
因此关节坐标空间运动就是直接操作各个关节的来完成机器人动作的运动。
.
5、机械传动部分减速器的结构原理
谐波减速传动是一种依靠齿轮的弹性变形运动来达到传动目的的新型传动方式，它具有重量轻、结构简单、传动比大、承载力强、运转平稳和运动精度高等特点，谐波减速传动的工作原理：
谐波传动包括三个基本构件：
波发生器、柔轮、刚轮。
三个构件可任意固定一个，其余两个一为主动、一为从动，可实现减速或增速（固定传动比），也可变换成两个输入，一个输出，组成差动传动。
刚轮固定，波发生器为主动，柔轮为从动时：
柔轮在椭圆凸轮作用下产生变形，在波发生器长轴两端处的柔轮轮齿与刚轮轮齿完全啮合；在短轴两端处的柔轮轮齿与刚轮轮齿完全脱开；在波发生器长轴与短轴的区间，柔轮轮齿与刚轮轮齿有的处于半啮合状态，称为啮入；有的则逐渐退出啮合处于半脱开状态，称为啮出。
由于波发生器的连续转动，使得啮入、完全啮合、啮出、完全脱开这四种情况依次变化，循环不已。
谐波发生器在柔轮内转动时，迫使柔轮产生连续的弹性变形，此时波发生器的连续转动，就使柔轮齿的啮入—啮合—啮出—脱开这四种状态循环往复不断地改变各自原来的啮合状态。
这种现象称之错齿运动，正是这一错齿运动，作为减速器就可将输入的高速转动变为输出的低速转动。
6、机构运动示意图
在PC机的控制下，程序通过一轴编码器、二轴编码器，分别驱动交流伺服电机、步进电机工作，再通过谐波齿轮减速器驱动大小机械臂转动，小机械臂带动画笔工作，当画笔间断工作时，电磁铁便工作，提起画笔，最终完成所做的任务。
7、机械臂控制系统电器控制部分的主要器件,控制系统框图及各部件的主要功能、型号及参数。
机械臂控制系统电器控制部分的主要器件有PC机、GT-400-SG运动控制卡、伺服驱动器、增量式光电编码器、交流伺服电机。
（1）PC机。
功能是发出位置和轨迹指令,负责人机界面的管理和其它管理工作。
（2）运动控制卡。
运动控制卡接收PC机发出的位置和轨迹指令，进行规划处理，转化成伺服驱动器可以接收的指令格式，发给伺服驱动器。
其型号为GT-400-SG-PCI/ISA。
特点：
四轴最小插补周期为200微秒，单轴点位运动最小控制周期为25微秒，运动方式：
单轴点位运动、直线插补、圆弧插补、速度控制、手脉输入、电子齿轮，可编程梯形曲线规划和S曲线规划，在线刷新运动控制参数所有计算参数和轨迹规划参数均为32位用户可定义坐标系，便于编程。
（3）伺服驱动器。
将变频信号源（微机或数控装置等）送来的脉冲信号及方向信号按要求的配电方式自动地循环供给电动机各相绕组，以驱动电动机转子正反向旋转。
（4）增量式光电编码器。
测出被测轴的相对转角和转动方向，并发出脉冲信号。
特点：
增量式编码器转轴旋转时，有相应的脉冲输出，其计数起点任意设定，可实现多圈无限累加和测量。
编码器轴转一圈会输出固定的脉冲，脉冲数由编码器光栅的线数决定。
参数如下：
（5）交流伺服电机。
为系统提供驱动动力，其型号为松下交流伺服电动机。
（6）光电开关传感器。
光电开关是由发射器、接收器和检测电路三部分组成。
发射器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于发光二极管（LED）和激光二极管。
光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。
受脉冲调制的光束辐射强度在发射中经过多次选择，朝着目标不间接地运行。
接收器有光电二极管或光电三极管组成。
在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。
在其后面的是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。
8、控制系统框图如图所示：
9、绘图程序设计
（1）同心圆
VAR
floati;
floatr;
floatx;
floaty;
floata,b;
floatc,d;
floatp;
BEGIN
i=0;
p=3.1415926535384626;
a=sin（30*p/180）;
b=sin（60*p/180）;
r=10;
x=160;
y=40+30/b;
MoveTo（x+r,y）;
while（i<=360）
{
c=x+r*cos（i*p/180）;
d=y-r*sin（i*p/180）;
LineTo（c,d）;
i=i+1;
}
i=0;
r=20;
x=160;
y=40+30/b;
MoveTo（x+r,y）;
while（i<=360）
{
c=x+r*cos（i*p/180）;
d=y-r*sin（i*p/180）;
LineTo（c,d）;
i=i+1;
}
END
（2）六瓣花
VAR
floati;
floatr;
floatx;
floaty;
floata,b;
floatc,d;
floatp;
BEGIN
i=0;
p=3.1415926535384626;
a=sin（30*p/180）;
b=sin（60*p/180）;
r=30/b;
x=160;
y=40+30/b;
MoveTo（x+r,y）;
while（i<=360）
{
c=x+r*cos（i*p/180）;
d=y-r*sin（i*p/180）;
LineTo（c,d）;
i=i+1;
}
MoveTo（160,40）;
LineTo（120+60*a,40+60/b-60*b）;
LineTo（100+60*a,40+60/b-60*b）;
LineTo（110+60*a,40+60/b-40*b）;
LineTo（100+60*a,40+60*b）;
LineTo（120+60*a,40+60*b）;
LineTo（160,40+60/b）;
LineTo（140+60*a,40+60*b）;
LineTo（160+60*a,40+60*b）;
LineTo（150+60*a,40+60/b-40*b）;
LineTo（160+60*a,40+60/b-60*b）;
LineTo（140+60*a,40+60/b-60*b）;
LineTo（160,40）;
MoveTo（120+60*a,40+60/b-60*b）;
LineTo（120+60*a,40+60*b）;
LineTo（150+60*a,40+60/b-40*b）;
LineTo（120+60*a,40+60/b-60*b）;
MoveTo（140+60*a,40+60/b-60*b）;
LineTo（110+60*a,40+60/b-40*b）;
LineTo（140+60*a,40+60*b）;
LineTo（140+60*a,40+60/b-60*b）;
i=0;
p=3.1415926535384626;
a=sin（30*p/180）;
b=sin（60*p/180）;
r=6;
x=160;
y=40+30/b;
while（i<=360）
{
MoveTo（x,y）;
c=x+r*cos（i*p/180）;
d=y-r*sin（i*p/180）;
LineTo（c,d）;
i=i+1;
}
END
（3）衣服
VAR
floati;
floatr;
floatx;
floaty;
floata,b;
floatc,d;
floatp;
BEGIN
i=240;
p=3.1415926535384626;
a=sin（30*p/180）;
b=sin（60*p/180）;
r=120;
x=120;
y=10-120*b;
MoveTo（60,10）;
LineTo（9,61）;
LineTo（42,118）;
LineTo（57,109）;
LineTo（57,235）;
LineTo（183,235）;
LineTo（183,109）;
LineTo（198,118）;
LineTo（231,61）;
LineTo（180,10）;
LineTo（60,10）;
MoveTo（60,10）;
while（i<=300）
{
c=x+r*cos（i*p/180）;
d=y-r*sin（i*p/180）;
LineTo（c,d）;
i=i+1;
}
MoveTo（57,53）;
LineTo（57,85）;
LineTo（77,85）;
r=6;
x=85;
y=59;
i=0;
MoveTo（91,59）;
while（i<=180）
{
c=x+r*cos（i*p/180）;
d=y-r*sin（i*p/180）;
LineTo（c,d）;
i=i+1;
}
MoveTo（79,59）;
LineTo（79,79）;
MoveTo（79,79）;
i=180;
x=85;
y=79;
while（i<=360）
{
c=x+r*cos（i*p/180）;
d=y-r*sin（i*p/180）;
LineTo（c,d）;
i=i+1;
}
MoveTo（91,79）;
LineTo（91,59）;
MoveTo（93,53）;
LineTo（105,85）;
LineTo（117,53）;
MoveTo（139,53）;
LineTo（119,53）;
LineTo（119,85）;
LineTo（139,85）;
MoveTo（119,69）;
LineTo（139,69）;
MoveTo（141,85）;
LineTo（169,85）;
MoveTo（171,53）;
LineTo（171,79）;
MoveTo（171,79）;
i=180;
x=177;
y=79;
while（i<=360）
{
c=x+r*cos（i*p/180）;
d=y-r*sin（i*p/180）;
LineTo（c,d）;
i=i+1;
}
MoveTo（183,79）;
LineTo（183,53）;
MoveTo（160,209）;
LineTo（160,225）;
LineTo（152,225）;
MoveTo（162,209）;
LineTo（170,209）;
LineTo（162,225）;
LineTo（170,225）;
MoveTo（172,209）;
LineTo（172,225）;
MoveTo（180,209）;
LineTo（180,225）;
MoveTo（172,217）;
LineTo（180,217）;
END
9、二自由度机械臂总结
在对于二自由度机械臂的结构和控制分析中，所学到的都是课堂教学无法接触到的知识，所以这次机电一体化实习不仅是书本知识的延伸，更是理论教学与实际生产工作的衔接；
在这次实习中，小组成员首先对于机械臂的基本结构控制原理和运动传递结构进行了分析，通过Robotdraw软件进行编程绘图之后发现了其运动轨迹与模拟绘图得到的理论轨迹相去甚远，其中圆轨迹图形的偏差最为明显、有x方向右偏和y方向扁平无法达到预定位置的现象，另外在第一伺服电动机顺时针转动的时候直线也有明显的波动。
针对以上误差结果，小组成员进行了误差原理分析和推测，认为控制系统中监测的反馈信号与伺服电动机之间的传输延迟可能是巨大误差的直接原因；
在使用RobotDraw软件编写程序的过程中，小组复习了c语言程序的基本段落结构和公式化几何轨迹测绘的方法，绘制了衣服、同心圆、六瓣花等图形，但考虑到公式化绘图的圆误差较大，所以最后尽量以直线、短直线构成图形。
也既是在自动化加工中采取近似加工的方法避免较大误差的产生。
三、模块化生产线——加工站
1、硬件环境
模块生产系统计算机等。
模拟生产线是由独立的六个工作站相互连接而成。
它们分别是上料检测站、搬运站、加工检测站、安装站、安装搬运站和分类站。
这六个站连接成生产线后可完成工件类别的检测、加工、搬运、安装和分类。
（1）上料检测站
回转上料台将工件依次送到检测工位提升装置将工件提升并检测工件颜色
（2）搬运站
将工件从上站搬运至下一站
（3）加工站
用回转台将工件在四个工位间转换钻孔单元打孔检测单元检测正、次品
（4）安装站
根据设计要求及第一站传送数据，选择要安装工件的料仓将工件从料仓中推出将工件安装到位
（5）安装搬运站
正品：
将上站正品工件拿起放入安装工位将安装好工件拿起放下站
次品：
将上站次品工件拿起放人堆放次品处
（6）分类站
按工件类型分类将工件推入库房
具体工件在生产线上从一站到另一站的物流加工的传递过程：
上料检测站将大工件按顺序排好后提升传送，搬运站将大工件从上料检测站搬至加工站，加工站将大工件加工并检测被加工的工件，产生成品或废品信息，通知下站，安装搬运站将成品送至安装工位，安装站再将小工件装入大工件中，最后，由安装搬运站再将安装好的工件送至分类站，分类站将工件按类送入相应的料仓并统计工件的数量和总量，如加工站有废品产生，则安装搬运站将废品直接送入废品收料站。
我们小组是第三组，加工站。
2、站间通讯
各站连成一模拟生产线后，相互之间要进行通讯，把加工过程中所产生的数据如工件颜色、装配信息、废品信息等，送至下站，使系统安全、可靠运行。
系统中各站开始工作的运行信号，是由前站给出的。
只有第一站（上料检测站）是通过“开始”按钮，启动工作的。
下图为各站通讯地址。
通讯信息流向如下：
各站通过四根I/O线与前后各站进行通信互相交换信息，向前两根通讯线，一输出一输入，向后两根通讯线，一输出一输入。
第三站有一个正次品信号线，将信号向后传送。
3、加工站三视图和机构示意图
图2加工站三视图
该机构简图将加工站的主要功能表示了出来。
工作盘的四个工位在电机的作用下旋转，起到运送工件的作用，左边刀具在气缸的作用下起到切屑工件的作用，上方刀具在气缸作用下起钻孔的作用，传感器起检测是否为正、次品的作用。
四者协调工作，完成加工站的功能。
4、气动部分
（1）气动原理图
二位五通双电控电磁阀的工作原理：
在气路（或液路）上来说，两位五通电磁阀具有1个进气孔（接进气气源）、1个正动作出气孔和1个反动作出气孔（分别提供给目标设备的一正一反动作的气源）、1个正动作排气孔和1个反动作排气孔（安装消声器）。
对于小型自动控制设备，气管一般选用8~12mm的工业胶气管。
电磁阀一般选用日本SMC、台湾亚德客或其它国产品牌等等。
在电气上来说，两位五通电磁阀一般为双电控（即双线圈）。
线圈电压等级一般采用DC24V、AC220V等。
两位五通双电控电磁阀动作原理：
给正动作线圈通电，则正动作气路接通（正动作出气孔有气），即使给正动作线圈断电后正动作气路仍然是接通的，将会一直维持到给反动作线圈通电为止。
给反动作线圈通电，则反动作气路接通（反动作出气孔有气），即使给反动作线圈断电后反动作气路仍然是接通的，将会一直维持到给正动作线圈通电为止。
这相当于“自锁”。
基于两位五通双电控电磁阀的这种特性，在设计机电控制回路或编制PLC程序的时候，可以让电磁阀线圈动作1~2秒就可以了，这样可以保护电磁阀线圈不容易损坏。
在本站中就是利用三个二位五通双电控电磁阀来控制气缸的伸缩。
（2）气缸
该加工站中有三个气缸，分别控制切屑、钻孔和正次品检测。
气缸型号如下：
MGPM1216-75Z
CDJ2B10-45-B
（3）电机
该加工站中有两个电机，一个用来钻孔，另一个用来带动转盘运输工件，其型号如下
5、传感器资料
（1）接近开关
接近开关是一种无需与运动部件进行机械直接接触而可以操作的位置开关，当物体接近开关的感应面到动作距离时，不需要机械接触及施加任何压力即可使开关动作，从而驱动直流电器或给计算机（plc）装置提供控制指令。
接近开关是种开关型传感器（即无触点开关），它既有行程开关、微动开关的特性，同时具有传感性能，且动作可靠，性能稳定，频率响应快，应用寿命长，抗干扰能力强等、并具有防水、防震、耐腐蚀等特点。
产品有电感式、电容式、霍尔式、交、直流型。
接近开关又称无触点接近开关，是理想的电子开关量传感器。
当金属检测体接近开关的感应区域，开关就能无接触，无压力、无火花、迅速发出电气指令，准确反应出运动机构的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作频率、使用寿命、安装调整的方便性和对恶劣环境的适用能力，是一般机械式行程开关所不能相比的。
它广泛地应用于机床、冶金、化工、轻纺和印刷等行业。
在自动控制系统中可作为限位、计数、定位控制和自动保护环节等。
圆柱形LJG1A-4/ZOAN2接近开关直流二线常开检测20-25mm特价传感器
2007-04-10|黄山接近开关型号说明
黄山产品型号及其含义
2：
“G”为高频振荡型；
4：
“A”为圆柱螺纹式；“B”为圆柱无螺纹式；“C”为小方型；“D”为大方型；“E”为L型；“G”为槽型；“F”为分离型；
6：
“Z”表示直流；“J”表示交流；
7：
“0”－50mA“1”－100mA“2”－200mA“3”－400mA“4”－600mA“5”－1000mA“6”－2×50mA“7”－2×100mA
8：
“A”二线常开；“B”二线常闭；“C”三线常开；“D”三线常闭；“E”四线常开常闭；
9：
“N”是NPN型；“P”是PNP型；
10：
“1”为埋入式“2”为非埋入式
（2）位移传感器（电感式位移传感器）
该位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，接通电源后，在开关的感应面将产生一个交变磁场，当金属物体接近此感应面时，金属中则产生涡流而吸取了振荡器的能量，使振荡器输出幅度线性衰减，然后根据衰减量的变化来完成无接触检测物体的目的。
（3）DZ73磁感应传感器
D-Z73是微波迪电子生产的一款气缸专用磁簧开关.是一款常开型的磁控开关管.在没有磁场的情况下是断开的.有磁力靠近时,开关接通。
有两线输出不带指示灯的、两线输出带指示灯的（录色指示灯）、三线NPN输出、三线PNP输出。
应用于气缸活塞行程位置的检测。
D-Z73均采作高品质磁控管生产一致性相当好。
价格也不贵，完全代替进口的产品。
产品保用100万次（行业标准）D-Z73是目前气缸沟槽应用最多的一款磁开关产品。
嵌入沟槽中，调节D-Z73本身自带的螺丝便可完全固定，安装非常的方便。
关于线长可以定做。
D-Z73也可以应用于其它场所，如空调、打印机、门磁开关、
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