机电综合实训 机械手1.docx
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机电综合实训机械手1
《机电综合实训（Ⅱ）》
南京工业职业技术学院
机械工程系
目录
一、项目名称………………………………………………………2
二、能力目标………………………………………………………2
三、指导教师职责…………………………………………………2
四、实训组织管理要求……………………………………………3
五、学生成绩评定标准……………………………………………3
六、实训计划安排…………………………………………………3
七、实训作业流程…………………………………………………4
八、项目成果………………………………………………………7
九、验收标准………………………………………………………8
十、学生作业文件…………………………………………………8
十一、典型项目指导范例1………………………………………25
十二、典型项目指导范例2………………………………………49
《机电综合实训（Ⅱ）》教师指导手册
一、项目名称
项目1：
搬运物品工业机械手控制系统的设计、安装和调试
项目2：
智能机器人控制系统的设计、安装和调试
二、能力目标
通过本项目课程的学习与训练，使学生在前期课程学习中已掌握了机电设备常用机构的测绘与设计、常规电气及气动控制系统原理图的设计及元器件的选用与安装调试能力的基础上，着重培养学生完成一个典型机电产品项目完整工作过程的综合职业能力：
（1）机电产品控制系统硬件的设计能力；
（2）控制系统软件的设计能力；（3）元器件的选型计算能力；（4）系统的安装与调试能力；（5）项目完成后技术报告的撰写能力。
三、指导教师职责
指导学生经历本项目完整工作过程的训练，使学生掌握完成典型机电产品项目的技术能力和方法能力。
在项目训练过程中，培养学生在资讯、决策、计划、实施、检查、评估等工作流程各阶段的综合能力。
具体要求如下：
1．讲解项目要求，明确项目任务。
指导学生讨论熟悉项目任务要求，了解机电产品的结构特点和工作原理。
2．引导学生合理分组，明确组长和组员在项目中的分工与职责，指导各小组如同企业一样开展团队运作，培养学生团队分工协作的精神，通过小组的组织形式让每个学生都发挥应有的作用。
3．指导学生认真负责，“抓大放小”：
既要在关键技术问题与实施环节上把好关，保证项目顺利实施；又要引导并放手让学生锻炼，充分发挥他们的主动性和创造性，防止包办代替。
4．指导学生从信息收集、方案设计、计划制订、实施掌控、检查评估等各阶段按规范要求完成相关作业文件与工作记录并认真检查，督促学生养成规范严谨的工作作风和自我管理的方法能力。
5．及时辅导、解答学生所遇到的技术、工艺和质量管理等方面的问题，引导学生自主完成整个工作过程。
6．及时组织学生研讨项目的重大问题，评选优秀团队和最佳项目成果，营造积极向上的氛围，激励学生积极参与项目工作。
7．及时了解学生的思想动态、工作表现和职场工作氛围等方面的情况。
8．引导学生组织做好项目交流、总结和答辩准备工作。
9．完成各阶段考核和最终答辩、评分工作。
四、实训组织管理要求
1．实训组织安排
本实训项目在大二第二学期进行，为期3周。
实训以小组（项目组）为单位进行，每组由4-8名学生组成，推选1名组长，组长分配每个组员每天的任务，并负责协调组员的配合。
教师掌控每个小组的进展，注意工作过程，引导学生按工作环节和任务要求进行，督促学生完成作业文件，组织组内、组与组之间的技术研讨。
项目工作过程完成后，进行考核评比，选出最佳成果展示。
2．现场5S管理
（1）每个学生小组安排轮值担任安全员，负责每天实训室的维修工具检查和关闭电源，以及工作场所中的安全问题。
（2）每天学生离开工作场所必须打扫环境卫生，地面、桌面、抽屉里都要打扫干净并保持整洁。
工作时间不得吃东西，喝水必须到指定区域。
（3）设考勤员每天负责考勤，并报告考勤情况，在告知清楚的前提下无故迟到3次实训成绩最高只能给及格，旷课1次，实训无成绩。
（4）按照企业工作现场要求规范学生的言行行为，注重安全、节能、环保和环境整洁，工具、附件、仪器设备摆放规范。
（5）明确告知学生在实训场所的纪律，包括工作态度、交流方式、工作程序、作业要求与作业记录要求等。
五、学生成绩评定标准
1、过程考核：
项目教学的各阶段，教师根据每位学生的工作表现（独立思考、勇于发言、与人沟通等）、作业文件质量、综合能力（分析问题和解决问题的能力、安全意识、卫生状态、出勤率）等给予每一阶段任务成绩，即由工作表现、作业文件和综合能力三部分组成，各阶段任务成绩再按各自占总任务的权重比例综合得出过程考核总成绩。
2、结果考核：
项目结束时，教师审查学生提交的项目技术报告、项目总结报告、任务单及其他作业文件并组织学生按小组进行答辩。
根据这些作业文件的质量，考察学生对实训应具备的知识和实际动手能力的掌握程度，结合学生的答辩思路是否清晰、语言表达是否准确以及应变能力是否灵活等给出答辩成绩作为结果考核成绩。
3、最终成绩：
过程考核总成绩占60%，结果考核成绩占40%。
4、否定项：
旷课一天以上、违反教学纪律三次以上且无改正、发生重大责任事故、严重违反校纪校规。
关于学生本综合实训项目课程成绩考核方法详见《机电综合实训
（2）教学标准》。
六、实训计划安排
实施内容
完成需要时间
验收和作业文件
备注
一、项目开题（共1天）
1、教师讲解
2、分小组
1天
1、样机控制要求和动作顺序
二、设计总体方案（共2天）
1、个人设计总体控制方案
1天
1、个人的总体控制方案
2、方案讨论及互评记录
3、小组正式的总体控制方案
2、小组讨论及互评
3、确定小组正式的总体控制方案
1天
三、制订计划和分工（共1天）
1、小组讨论制订工作计划
2、小组成员分工
1天
1、小组工作计划和分工表
2、自述个人分工的内容与作用
四、系统技术设计（共9天）
1、系统硬件原理草图设计、研讨及修改完善，经过小组讨论绘制系统硬件原理图
4天
1、个人的系统硬件原理草图
2、草图讨论及互评
3、小组正式的系统硬件原理图
2、确定控制器及其他元器件的类型、规格、型号、数量，元器件参数计算和选型，编制元器件明细表
2天
1、元器件选型计算
2、元器件明细表
3、系统控制程序设计
3天
1、输入输出地址分配表
2、流程图或顺序功能图
3、个人的控制程序
4、程序讨论及互评
5、小组正式的控制程序
五、系统安装调试（共3天）
1、元器件安装、线路连接
1天
1、安装工具表
2、系统安装记录
3、系统安装调试故障分析表
2、控制程序安装
1天
3、系统调试
1天
六、系统检查验收（共2天）
1、分小组检查验收
1天
1、系统安装调试检查验收表
2、优秀小组示范并点评
1天
七、答辩和成绩评定（共2天）
2天
1、项目技术报告
2、项目总结报告
3、提交以上各作业文件
4、分小组成绩评定
七、实训作业流程
项目技术实施要领及规范
教学组织实施要领及规范
作业文件、考核办法与时间安排
一、项目开题
教师针对企业或本专业职业技术领域中典型的机电产品开发工作，提炼出综合实训项目及技术参数与拟达到的功能形成教学任务书。
项目必须具有典型工作任务设计，能使学生获得工作过程的完整训练。
1、教师讲解项目要求
2、学生分组，熟悉任务
3、样机工作原理讨论分析
4、收集技术资料
→
教师提供每位学生一份学生学习手册和一套任务单。
通过讲解典型案例，明确项目的具体工作任务,告知各阶段应达到的作业文件要求和应达到的学习效果等。
教师引导学生合理分组，指导各小组如同企业一样开展团队运作，培养学生团队分工协作的精神。
学生以项目为单位，每4～8人组成一个项目组，设组长一名，负责项目组织与技术协调工作。
项目组在教师指导下进行讨论，熟悉任务、理解样机工作原理，并自主通过各种方式收集、整理与应用技术信息。
→
作业文件
1、样机控制要求和样机动作顺序
考核办法
教师参与项目组活动，根据每位学生的工作表现、作业文件质量和综合能力，给出每位学生的本阶段任务成绩
时间安排
实训第一周周一
二、设计总体方案
1、个人设计总体控制方案
2、小组讨论及互评
3、确定小组正式的总体控制方案
→
教师指导总体控制方案的设计方法，组织各小组讨论，点评各种方案的优缺点。
学生个人独立完成总体控制方案设计。
小组讨论每人的总体控制方案并修改完善，制订小组正式的总体控制方案。
→
作业文件
1、个人的总体控制方案
2、方案讨论及互评记录
3、小组正式的总体控制方案
考核办法
同上
时间安排
第一周周二、周三
三、制订计划和分工
1、小组讨论制订工作计划
2、小组成员分工
→
教师讲解制定工作计划的方法，指导学生讨论、制定项目以后各阶段的进度计划。
学生在教师引导下自主讨论并形成完成项目各阶段任务的进度计划，落实小组内部分工合作。
各阶段任务的进度计划，要明确拟达到的质量要求与时间节点；小组内每人的具体分工，要求保证每位学生有一项具体工作内容，并务必使每个学生清晰了解自己分工的内容与作用。
→
作业文件
1、小组工作计划和分工表
2、自述个人分工的内容与作用
考核办法
同上
时间安排
第一周周四
四、系统技术设计
以总体控制方案为基础进行：
1、系统硬件原理草图设计、研讨及修改完善
2、绘制系统硬件原理图
3、确定控制器及其他元器件的类型、规格、型号、数量
4、元器件参数计算和选型
5、编制元器件明细表
6、列出输入输出地址分配表
7、绘制程序流程图或顺序功能图
8、控制程序设计、讨论及分析
9、列出控制程序清单
→
教师指导硬件原理图的设计和修改完善；介绍各种控制器和电器产品的性能特点和选用原则，提供元器件产品目录，指导控制器和元器件的选型。
指导控制程序设计的设计和修改完善。
每个学生独立完成系统原理草图。
小组讨论每人的硬件系统原理草图，每人讲解自己的设计思路，确定最佳方案，然后合作完成小组正式的系统硬件原理图。
每人独立计算电路负荷并选择相应元器件的规格、型号，并完成各种元件选型计算、元器件明细表。
每人独立完成输入输出地址分配表、流程图或顺序功能图。
每人独立完成控制程序的初步设计。
小组讨论、修改控制程序，合作完成控制程序并列出清单。
→
作业文件
1、个人的系统硬件原理草图
2、草图讨论及互评
3、小组正式的系统硬件原理图
4、元器件选型计算
5、元器件明细表
6、输入输出地址分配表
7、流程图或顺序功能图
8、个人的控制程序
9、程序讨论及互评
10、小组正式的控制程序
考核办法
同上
时间安排
第一周周五～第三周周三
五、系统安装调试
1、元器件安装、线路连接
2、控制程序安装
3、系统调试
→
教师提供安装工具、提供元器件和附件，介绍安装联接规范，指导安装联接过程。
介绍调试方法，指导调试过程并协助解决调试中出现的问题。
学生在教师指导下，以小组为单位合作完成硬件、软件的安装。
学生在项目组长组织下合作完成调试并修改完善。
→
作业文件
1、安装工具表
2、系统安装记录
3、系统安装调试故障分析表
考核办法
同上
时间安排
第三周周四～第四周周一
六、系统检查验收
1、分小组验收项目
2、优秀小组示范、各组互动
→
教师进行安装技能考核并选出调试成果优秀的小组向大家做示范，相互交流，共同提高。
各小组完成调试后，教师按验收规范验收项目。
→
作业文件
1、系统安装调试检查验收表
考核办法
同上
时间安排
第四周周二、周三
七、答辩和成绩评定
本阶段围绕已完成的项目进行工作总结，分析实训项目完成的得失与进一步改进的设想，项目技术资料建档形成标准归档文件：
1、编写项目技术报告
2、编写项目总结报告
3、整理其他作业文件
4、分组答辩
5、教师评定成绩
→
教师通过对典型案例的讲解，介绍整理资料的方法、引导学生讨论、指导编写项目技术报告、项目总结报告及其他作业文件等。
项目组长组织学生讨论并分别完成以上文件的编写，做好答辩准备。
教师审查项目技术报告、项目总结报告及其他作业文件后按小组进行答辩，考察每位学生掌握实训应培养的能力和知识的掌握程度，给出每位学生的结果考核成绩，再结合过程考核总成绩合成每位学生的最终成绩。
→
作业文件
1、项目技术报告（包括总体控制方案、小组工作计划和分工表、系统硬件原理图、元器件明细表、输入输出地址分配表、流程图或顺序功能图、控制程序、系统安装调试故障分析表、安装调试检查验收表等）
2、项目总结报告（包括项目简介、遇到的问题和解决情况、项目完成情况、团队合作情况、个人收获和体会、项目改进设想等）
考核办法
教师根据项目技术报告、项目总结报告及其他作业文件的质量及答辩情况给出每位学生的结果考核成绩，再结合过程考核总成绩合成每位学生的最终成绩
时间安排
第四周周四、周五
八、项目成果
1、满足设计功能与性能要求的搬运物品工业机械手或智能机器人控制系统一套。
2、项目技术报告（包括任务单一～六中的总体控制方案、小组工作计划和分工表、系统硬件原理图、元器件明细表、输入输出地址分配表、流程图或顺序功能图、控制程序、系统安装调试故障分析表、安装调试检查验收表等）。
3、项目总结报告（包括项目简介、遇到的问题和解决情况、项目完成情况、团队合作情况、个人收获和体会、项目改进设想等）。
4、其他作业文件（上述成果的电子文档，记录实训过程的照片、录象、动画等阶段成果或资料，其他资料、记录文件等）。
说明：
项目技术报告的格式按照《南工院教函（2009）11号》文的要求。
纸质文件装订成册，电子文档提供拷贝。
九、验收标准
1、项目教学任务书。
2、项目教学标准。
3、《南工院教函（2009）11号》文。
十、学生作业文件
机电综合实训（Ⅱ）任务单一、项目开题
班级：
小组：
组长（签字）：
成员:
日期：
能力目标
熟悉任务，理解样机工作原理，学会思考与表达方法
思考题
1、本项目任务的主要内容是什么？
2、样机的工作原理是什么？
3、样机正确的动作顺序是怎样的？
1、用自己的语言表述样机控制要求（第1天）
（1）（全）自动模式——操作员先将控制面板上的模式选择开关切换到（全）自动模式，按下启动按钮，机械手开始自动完成动作循环，在第一个动作循环完成后自动接着进行第二个动作循环，并且一直这样进行下去，直至操作员按下停止按钮或急停按钮。
（2）半自动模式——操作员先将控制面板上的模式选择开关切换到半自动模式，按下启动按钮，机械手开始自动完成动作循环，一个动作循环完成后机械手自动停止在原位待命。
（3）单动模式——操作员先将控制面板上的模式选择开关切换到单动模式，按下启动按钮，机械手开始完成动作循环中的第一步动作，该动作完成后机械手自动停止，既不自动进行第二步动作，也不回到在原位待命。
操作员再按一下启动按钮，机械手就接着再做一步动作。
要完成一个动作循环，需由操作员按12次启动按钮。
（4）复位模式——操作员先将控制面板上的模式选择开关切换到复位模式，按下复位按钮，机械手无论位于何处，都能自动回到原位待命。
2、用自己的语言描述样机动作顺序（第1天）
大臂横向伸出→小臂下降→机械手加紧→小臂上升→大臂横向缩回→大臂水平右旋→大臂横向伸出→小臂下降→机械手放松→小臂上升→大臂横向缩回→大臂左旋（回到原位）
组长小结
教师评语
教师打分
签字
机电综合实训（Ⅱ）任务单二、设计总体方案
班级：
小组：
组长（签字）：
成员:
、
日期
能力目标
通过小组讨论，发现个人总体控制方案的不足，学会正确制订总体控制方案
思考题
1、怎样实现样机的动作顺序？
2、自己的总体控制方案存在哪些问题？
3、怎样正确制订总体控制方案？
1、写出个人独立完成的总体控制方案（第2天）
（1）大臂横向伸出——从原点开始，按下启动按钮时，伸出电磁阀通电，缩回电磁阀断电，机械手大臂伸出。
（2）小臂下降——大臂伸出碰到伸出限位开关后，下降电磁阀通电，机械手小臂下降。
（3）机械手夹紧——小臂下降碰到下降限位开关后，夹紧电磁阀通电，放松电磁阀断电，机械手夹紧物品。
（4）小臂上升——等待2s后，下降电磁阀断电，机械手小臂上升将物品提离左工作台。
（5）大臂横向缩回——小臂上升碰到上升限位开关后，缩回电磁阀通电，伸出电磁阀断电，机械手大臂缩回。
（6）大臂水平右旋——大臂缩回碰到缩回限位开关后，机械手右旋电磁阀通电，机械手右旋。
（7）大臂横向伸出——机械手右旋碰到右旋限位开关后，伸出电磁阀通电，缩回电磁阀断电，机械手大臂伸出。
（8）小臂下降——大臂伸出碰到伸出限位开关时，下降电磁阀通电，机械手小臂下降。
（9）机械手放松——小臂下降碰到下降限位开关时，放松电磁阀通电，夹紧电磁阀断电，机械手放松将物品放于右工作台。
（10）小臂上升——气爪位置检测传感器检测机械手已放松，等待2s后，下降电磁阀断电，机械手小臂上升。
（11）大臂横向缩回——小臂上升碰到上升限位开关后，缩回电磁阀通电，伸出电磁阀断电，机械手大臂缩回。
（12）大臂水平左旋（回到原位）——大臂缩回碰到缩回限位开关后，机械手左旋电磁阀通电，机械手左旋回到原位待命。
2、记录讨论中其他同学的评价（第2天）
对样机动作控制描述比较详细，只是对各系统之间的相互关系描述的还不够到位。
3、写出经过小组讨论制订的正式的总体控制方案（第3天）
电气系统PLC程序决定电磁阀的得失电，从而控制气缸的动作。
限位开关的动作控制气缸动作的行程。
机械手的一个动作循环共有12步。
（1）大臂横向伸出——从原点开始，按下启动按钮时，伸出电磁阀通电，缩回电磁阀断电，机械手大臂伸出。
（2）小臂下降——大臂伸出碰到伸出限位开关后，下降电磁阀通电，机械手小臂下降。
（3）机械手夹紧——小臂下降碰到下降限位开关后，夹紧电磁阀通电，放松电磁阀断电，机械手夹紧物品。
（4）小臂上升——等待2s后，下降电磁阀断电，机械手小臂上升将物品提离左工作台。
（5）大臂横向缩回——小臂上升碰到上升限位开关后，缩回电磁阀通电，伸出电磁阀断电，机械手大臂缩回。
（6）大臂水平右旋——大臂缩回碰到缩回限位开关后，机械手右旋电磁阀通电，机械手右旋。
（7）大臂横向伸出——机械手右旋碰到右旋限位开关后，伸出电磁阀通电，缩回电磁阀断电，机械手大臂伸出。
（8）小臂下降——大臂伸出碰到伸出限位开关时，下降电磁阀通电，机械手小臂下降。
（9）机械手放松——小臂下降碰到下降限位开关时，放松电磁阀通电，夹紧电磁阀断电，机械手放松将物品放于右工作台。
（10）小臂上升——气爪位置检测传感器检测机械手已放松，等待2s后，下降电磁阀断电，机械手小臂上升。
（11）大臂横向缩回——小臂上升碰到上升限位开关后，缩回电磁阀通电，伸出电磁阀断电，机械手大臂缩回。
（12）大臂水平左旋（回到原位）——大臂缩回碰到缩回限位开关后，机械手左旋电磁阀通电，机械手左旋回到原位待命。
至此，机械手经过以上动作完成了一个动作循环，根据操作模式再开始下一个动作循环。
组长小结
教师评语
教师打分
签字
机电综合实训（Ⅱ）任务单三、制定计划和分工
班级：
小组:
组长（签字）：
成员:
日期
能力目标
积极参与小组讨论，明确自己的任务，学会与小组其他成员分工合作
思考题
1、自己任务的主要内容是什么？
2、怎样与小组的其他成员合作？
3、组长怎样给组员合理分工、怎样领导和协调小组成员的工作？
小组工作计划和分工表（第4天）
成员姓名
分工和进度计划
组长周雷
组员1
2.机械结构设计,绘制机械结构简图3.气动原理图设计13.电气系统装配
组员2
组员3
组员4
组员5
组员6
组员7
2、自述个人分工的作用与重要性
组长小结
教师评语
教师打分
签字
机电综合实训（Ⅱ）任务单四、系统技术设计
班级：
小组：
组长（签字）
成员:
日期
能力目标
学会系统硬件与软件的设计
思考题
1、怎样正确绘制系统硬件原理图？
2、元器件如何选型计算？
3、怎样分配输入/输出地址？
4、怎样绘制流程图或顺序功能图？
5、怎样设计控制程序？
1、绘制个人独立完成的系统硬件原理草图（第5天）
2、记录讨论中其他同学的评价（第6天）
1）元件符号不标准
2）限位开关没有画出
3）回转缸符号不正确
3、绘制经过小组讨论制订的系统硬件原理图（再另用A4纸绘小组正式的系统硬件原理图（第7、8天）
4、记录元器件选型计算过程（第9天）
1）选用西门子公司的ST-200系列小型PLC功能强，性能价格比高，主机采用德国西门子ST-200型。
主要参数：
输入点数24输入信号类型：
开关量
输出点数16输出继电器允许电流（纯电阻负载）
主机电源220ACST-200CPU技术范围
外型尺寸1mm190×180×62用户程序\B4096
数据存储区\B10240用户数据\B2560
数字量I\O128入128出
扩展模块数量7个32入32出
Pc24V电源（CPU）输入电流最大负载：
150mA\1050mA
AC24V电源（CPU）输入电流最大负载：
40mA\160mA
2）假设机械手大臂伸出距离150mm-200mm，气缸的行程需在大臂的行程上家加10-20mm的余量，尤其是在小臂夹紧气缸中。
另外，假设小臂的下降上升距离约为100-200mm,并且选型用气缸时应选用夹紧型。
计算各参数：
根据查阅资料数据，大臂气缸选用国产QG×（Ф8-Ф32）行程≤250mm,缓冲型为最佳，小臂选用QGT\Ф40-Ф63,行程≤150mm,夹紧型为最佳。
摆动气缸选用CRB系列（Ф10mm）,角度公差，有无润滑均无工作型。
第一阶段：
大臂①活塞输出力，
②活塞杆计算
（SP-材料抗拉强度）
③缸筒臂厚计算
④缓冲计算
缓冲，柱塞缓冲，柱塞孔。
缓冲气缸内最后达到的气压力，即吸引缓冲能最后的气体压力最高值等于气缸安全强度。
所以
缓冲装置满足工作需求。
条件是
满足条件。
⑤耗气量的计算
第二阶段：
小臂计算过程和大臂一样。
第三阶段：
确定电磁阀的型号。
根据以上参数，得知采用三位五通电磁阀，型号为VFS1420-P型
5、填写元器件明细表（第10天）
序号
名称
型号、规格
数量
备注
1
加紧缸
HDP-10
1
2
回转缸
QGABS50Ⅹ180
1
3
长臂伸缩缸
1
4
力主伸缩缸
MSA-U16×60-FA
1
5
传感器
CSI-UCSI-JCS-15T
5
升级会员 