机电一体化人才快速培养教学设备设计

杨文杰

（广东省技师学院，广东博罗 516100）

1 技术背景

机电一体化教学培训设备是一种能够开发培训学员动手及动脑能力的教学设备，其通过模拟机械相关动作而使培训学员更加容易地掌握各种知识。然而，目前市场上销售的类似教学培训设备没有气缸、步进电动机、直流电机及机械结构实现控制动作，其仅仅靠指示灯的亮灭来模拟机械相关的动作，不够直观、培训学员不容易理解。而能达到类似功能的教学培训设备则把电器控制部分和机械执行结构完全分开，使得教学培训设备体积庞大、重量重，不便于移动，从而使得使用起来较为不方便。

2 设备研制

有鉴于此，该设备针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种机电一体化及自动化教学培训设备，从而有效解决现有教学培训设备工作过程不直观、不容易被理解、并且体积大、重量重导致使用不方便的问题。

为实现上述目的，该设备采用如下技术方案。

（1）机电一体化及自动化教学培训设备，包括有安装底板以及设置于安装底板上的控制电路板、PLC、开关电源、传送带和收料槽，设备的实物图如图1。其中为了提高教学培训的实用性，将PLC和开关电源的端子连接到控制电路板上。

图2为该设备的结构示意图。

图1 机电一体化培训设备

（2）传送带由直流齿轮电机带动，该传送带的侧旁沿传送带延伸的方向依次设置有检测传感器、第一推杆气缸、分拣传感器、第二推杆气缸和送料气缸，该传送带的输出端处设置有到位检查传感器。

（3）该传送带与收料槽之间设置有转盘，转盘由步进电动机带动旋转，转盘的侧旁设置有用于把物件顶到收料槽的顶料气缸和用于将物料拉出的收料气缸。

安装底板上设置有多个电磁阀，这些电磁阀分别通过气管与前述第一推杆气缸、第二推杆气缸、送料气缸、顶料气缸和收料气缸连接。

安装底板上设置有步进驱动器，该步进驱动器位于步进电动机的侧旁，连接控制电路板和步进电动机。

转盘的侧旁设置有用于控制转盘旋转角度的旋转编码器，该旋转编码器与控制电路板连接。

安装底板上设置有人机界面，该人机界面与控制电路板连接。

控制电路板上设置有编码器插孔、传感器插孔、PLC输入插孔、按钮及插孔、PLC输出插孔、继电器、继电器插孔、保险丝、扭子开关、电源插孔、指示灯及插孔、步进驱动器信号插孔、人机界面输入插孔以及人机界面输出插孔。

传送带与收料槽彼此平行间隔设置。

该设备与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：通过在安装底板上设置有各个气缸、步进电动机、直流电机及各种机械结构实现控制动作，取代了传统靠指示灯的亮灭来模拟机械相关的动作，模拟机械相关动作更加直观、更容易理解；该设备具有体积小、重量轻、携带方便等优点，并且功能齐全，便于学员在各个场合自学；各个功能部件可以单独教学，也可以组合起来实现负杂的功能，便于教学的开展，还可配合全新的教学思维模式，可以达到很好的效果；同时，由于该设备高度集成，大量采用剪折配件，大大降低了成本，便于广泛推广使用。

图2 结构示意图

3 具体实施方式

参照图2所示，其显示出了该设备之较佳实施例的具体结构，包括有安装底板7以及设置于安装底板7上控制电路板8、PLC（即可编程序控制器）6、开关电源22、传送带32和收料槽30。

PLC6和开关电源22均与控制电路板8连接。

传送带32由直流齿轮电机33带动，传送带32的侧旁沿传送带32延伸的方向依次设置有检测传感器20、第一推杆气缸19、分拣传感器18、第二推杆气缸17和送料气缸16，传送带32的输出端处设置有到位检查传感器14。

传送带32与收料槽30彼此平行间隔设置，传送带32与收料槽30之间设置有转盘13，由步进电动机10带动旋转，转盘13的侧旁设置有用于把工件顶到收料槽30的顶料气缸11和用于将物料拉出的收料气缸31。

安装底板7上设置有多个电磁阀15，该多个电磁阀15分别通过气管与第一推杆气缸19、第二推杆气缸17、送料气缸16、顶料气缸11和收料气缸31连接，由该多个电磁阀15分别控制第一推杆气缸19、第二推杆气缸17、送料气缸16、顶料气缸11和收料气缸31的工作。

安装底板7上设置有步进驱动器9，位于步进电动机10的侧旁，连接控制电路板8和步进电动机7；转盘13的侧旁设置有用于控制其旋转角度的旋转编码器12，旋转编码器12与控制电路板8连接；安装底板7上还设置有人机界面21，与控制电路板8连接；此外，控制电路板8上设置有编码器插孔1、传感器插孔2、PLC输入插孔3、按钮及插孔4、PLC输出插孔5、继电器23、继电器插孔24、保险丝25、扭子开关26、电源插孔27、指示灯及插孔28、步进驱动器信号插孔29、人机界面输入插孔35以及人机界面输出插孔34。

使用时，当塑料物件放在传送带32上时，通过直流齿轮电机33带动传送带32，使得塑料物件随传送带32移动，在经过分拣传感器18和检测传感器20分辨后传送信号给PLC6，PLC6通过程序处理后发信号给第一推杆气缸19或第二推杆气缸17，把塑料物件推出传送带32。

当铁料物件放在传送带32上时，通过直流齿轮电机33带动传送带32，使得铁料物件随传送带32移动，在经过分拣传感器18和检测传感器20分辨后传送信号给PLC6，当铁料物件到达到位检查传感器14，送信号给PLC6，该PLC6通过程序处理后发信号给送料气缸16，将铁料物件推到转盘13的卡槽上面，转盘13通过步进电动机10带动旋转，旋转到位后，通过顶料气缸11把铁料物件顶到收料槽30，最后铁料物件由收料气缸31拉出。该转盘13由PLC6通过控制步进驱动9实现，其旋转角度是否到位由旋转编码器12发信号给PLC6实现检测。

4 总结

在教学培训过程中，完成相关控制的所有接线以及程序编写都要求培训学员在学习后自己完成，从而达到机电一体化（自动化）教学培训的目的。各个培训任务可单独，也可以组合。

该设备的设计重点是：通过在安装底板上设置有各个气缸、步进电动机、直流电机及各种机械结构实现控制动作，取代了传统靠指示灯的亮灭来模拟机械相关的动作，更加直观、更容易理解；该设备具有体积小、重量轻、携带方便等优点，并且功能齐全，便于学员在各个场合自学；各个功能部件可以单独教学，也可以组合起来实现负杂的功能，便于教学的开展，还可配合全新的教学思维模式，可以达到很好的效果；同时，由于该设备高度集成，大量采用剪折配件，大大降低了成本，便于广泛推广使用。