序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇機械手畢業設計總結范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

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關鍵詞：機械手；PLC；液壓伺服定位；電液系統

目 錄

第1章 前言............................................................. 1

1.1　選題背景. 1

1.2　設計目的. 1

1.3　發展現狀和趨勢. 1

第2章 機械手各部件的設計. 3

2.1機械手的總體設計. 3

2.1.1　機械手總體結構的類型. 3

2.1.2　具體設計方案. 4

2.2機械手手爪結構的設計. 4

2.2.1　設計要求. 4

2.2.2　驅動方式. 5

2.2.3　典型結構. 5

2.2.4　具體設計方案. 6

2.3機械手手腕結構的設計. 7

2.3.1　手腕結構的設計要求. 7

2.3.2　具體設計方案. 7

2.4機械手手臂構的設計. 8

2.4.1　手臂結構的設計要求. 8

2.4.2　具體設計方案. 8

2.5機械手腰座結構的設計. 9

2.5.1　腰座結構的設計要求. 9

2.5.2　具體設計方案. 9

2.6機械手的機械傳動機構的設計. 10

2.6.1　傳動機構設計應注意的問題. 10

2.6.2　常用的傳動機構形式. 10

2.6.3　具體設計方案. 11

2.7機械手驅動系統的設計. 12

2.7.1　常用驅動系統及其特點. 12

2.7.2　具體設計方案. 12

2.8機械手手臂的平衡機構設計. 12

2.8.1　平衡機構的形式. 12

2.8.2　具體設計方案. 13

第3章 理論分析和設計計算. 14

3.1電機選型有關參數計算. 14

3.1.1　有關參數的計算. 14

3.1.2　電機型號的選擇. 16

3.2液壓傳動系統設計計算. 18

3.2.1 確定液壓系統基本方案. 18

3.2.2 擬定液壓執行元件運動控制回路. 19

3.2.3　液壓源系統的設計. 19

3.2.4　繪制液壓系統圖. 20

3.2.5　確定液壓系統的主要參數. 21

3.2.6　計算和選擇液壓元件. 26

第4章 機械手控制系統的設計. 28

4.1系統硬件設計. 28

4.1.1 操作面板布置. 28

4.1.2 工藝過程與控制要求. 28

4.1.3 作業流程. 29

4.1.4 控制器的選型. 30

4.1.5 控制系統原理分析. 31

4.1.6 PLC外部接線設計. 31

4.1.7 I/O地址分配. 32

4.2系統軟件設計. 33

4.2.1　控制主程序流程圖. 33

4.2.2　控制程序設計. 34

結論. 51

致謝................................................................52

參考文獻.......................................................... 53

第一章 前言

1.1選題背景

由于工業自動化的全面發展和科學技術的不斷提高，對工作效率的提高迫在眉睫。單純的手工勞作以滿足不了工業自動化的要求，因此，必須利用先進設備生產自動化機械以取代人的勞動，滿足工業自動化的需求。其中機械手是其發展過程中的重要產物之一，它不僅提高了勞動生產的效率，還能代替人類完成高強度、危險、重復枯燥的工作，減輕人類勞動強度，可以說是一舉兩得。在機械行業中，機械手越來越廣泛的得到應用，它可用于零部件的組裝，加工工件的搬運、裝卸，特別是在自動化數控機床、組合機床上使用更為普遍。目前，機械手已發展成為柔性制造系統FMS和柔性制造單元FMC中一個重要組成部分。把機床設備和機械手共同構成一個柔性加工系統或柔性制造單元，可以節省龐大的工件輸送裝置，結構緊湊，而且適應性很強。但目前我國的工業機械手技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，應用規模和產業化水平低，機械手的研究和開發直接影響到我國機械行業自動化生產水平的提高，從經濟上、技術上考慮都是十分必要的。因此，進行機械手的研究設計具有重要意義。

1.2設計目的

目前，我國大多數工廠的生產線上數控機床裝卸工件仍由人工完成，其勞動強度大、生產效率低，而且具有一定的危險性，已經滿足不了生產自動化的發展趨勢。為了提高工作效率，降低成本，并使生產線發展成為柔性制造系統，適應現代機械行業自動化生產的要求，針對具體生產工藝，結合機床的實際結構，利用機械手技術，設計用一臺上下料機械手代替人工工作，以提高勞動生產率。本機械手主要與數控機床組合最終形成生產線，實現加工過程的自動化和無人化。

1.3發展現狀和趨勢

目前，國內外各種機械手和機械手的研究成為科研的熱點，其研究的現狀和大體趨勢如下：

一．機械結構向模塊化、可重構化發展。

二．工業機械手控制系統向基于PC機的開放型控制器方向發展，便于標準化、網絡化；器件集成度提高，結構小巧，且采用模塊化結構；大大提高了系統的可靠性、易操作性，而且維修方便。

三．機械手中的傳感器作用日益重要，除采用傳統的位置、速度、加速度等傳感器外，還引進了視覺、聽覺、接觸覺傳感器，使其向智能化方向發展。

四．關節式、側噴式、頂噴式、龍門式噴涂機械手產品標準化、通用化、模塊化、系列化設計；柔性仿形噴涂機械手開發，柔性仿形復合機構開發，仿形伺服軸軌跡規劃研究，控制系統開發；

五．焊接、搬運、裝配、切割等作業的工業機械手產品的標準化、通用化、模塊化、系列化研究；以及離線示教編程和系統動態仿真。

總的來說，大體是兩個方向：其一是機械手的智能化，多傳感器、多控制器，先進的控制算法，復雜的機電控制系統；其二是與生產加工相聯系，性價比高，在滿足工作要求的基礎上，追求系統的經濟、簡潔、可靠，大量采用工業控制器，市場化、模塊化的元件。

第二章機械手各部件的設計

2.1機械手的總體設計

2.1.1機械手總體結構的類型

工業機械手的結構形式主要有四種：直角坐標結構，圓柱坐標結構，球坐標結構和關節型結構。各結構形式及其相應的特點，分別介紹如下：

1.直角坐標機械手結構特點

直角坐標機械手的空間運動是用三個相互垂直的直線運動來實現的，如圖2-1.a。由于直線運動易于實現全閉環的位置控制，因此，其運動位置精度高，但此種類型機械手的運動空間相對較小，如要達到較大運動空間，則要求機械手的尺寸足夠大。直角坐標機械手的工作空間為一空間長方體，主要用于裝配作業及搬運作業。直角坐標機械手有懸臂式，龍門式，天車式三種結構。

2.圓柱坐標機械手結構特點

圓柱坐標機械手的空間運動是用一個回轉運動及兩個直線運動來實現的，如圖2-1.b。其工作空間是一個圓柱狀的空間。這種機械手構造比較簡單，精度相對較高，常用于搬運作業。

3.球坐標機械手結構特點

球坐標機械手的空間運動是由兩個回轉運動和一個直線運動來實現的，如圖2-1.c。其工作空間是一個類球形的空間。這種機械手結構簡單、成本較低，但精度不很高，主要應用于搬運作業。

4.關節型機械手結構特點

關節型機械手的空間運動是由三個回轉運動實現的，如圖2-1.d。相對機械手本體尺寸，其工作空間比較大，動作靈活，結構緊湊，占地面積小。此種機械手在工業中應用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運、裝配等作業。關節型機械手又分為水平關節型和垂直關節型兩種。

2.1.2具體采用方案

如圖2-2所示機械手模擬工作布局圖，根據實際操作的需要，該機械手在工作中需要3種運動，其中手臂的伸縮和立柱升降為直線運動，另一個為手臂的回轉運動，因此其自由度數目為3，綜合考慮，應選擇圓柱坐標機械手結構，其結構簡單，工作范圍相對較大，且有較高的精度，滿足設計要求。

2.2機械手手爪結構設計

2.2.1設計要求

手爪是用來進行操作及作業的裝置，其種類很多，根據操作及作業方式的不同，分為搬運用、加工用、測量用等。搬運用手爪是指各種夾持裝置，用來抓取或吸附被搬運的物體；加工用手爪是帶有噴槍、焊槍、砂輪、銑刀等加工工具的機械手附加裝置，用來進行相應的加工作業；測量用手爪是裝有測量頭或傳感器的附加裝置，用來進行測量及檢驗作業。

機械手手爪設計有如下要求：

1、機械手手爪是根據機械手作業要求來設計的。既根據其應用場合設計手爪，在滿足作業要求的前提下，機械手手爪還要求體積小、重量輕、結構緊湊。

2、機械手手爪的萬能性與專用性是矛盾的。萬能手爪在結構上很復雜，甚至很難實現，從工業實際應用出發，應著重開發各種專用的、高效率的機械手手爪，加之以快速更換裝置，以實現機械手的多種作業功能，而不主張用一個萬能的手爪去完成多種作業，以考慮設計的經濟效益。

3、機械手手爪的通用性。通用性是指有限的手爪，可適用于不同的機械手，這就要求末端執行器要有標準的機械接口（如法蘭），使末端執行器實現標準化。

4、機械手手爪要便于安裝和維修，易于實現計算機控制。

2.2.2驅動方式

一般工業機械手手爪，多為雙指手爪。按手指的運動方式，可分為回轉型和移動型；按夾持方式來分，有外夾式和內撐式兩種。

機械手夾持器（手爪）的驅動方式主要有三種：

1.氣動驅動方式

這種驅動系統是用電磁閥來控制手爪的運動方向，用氣流調節閥來調節其運動速度。由于氣動驅動系統價格較低，所以氣動夾持器在工業中應用較為普遍。另外，由于氣體的可壓縮性，使氣動手爪的抓取運動具有一定的柔順性，這一點是抓取動作十分需要的。

2.電動驅動方式

電動驅動手爪應用也較為廣泛。這種手爪，一般采用直流伺服電機或步進電機，并需要減速器以獲得足夠大的驅動力和力矩。電動驅動方式可實現手爪的力與位置控制。但是，這種驅動方式不能用于有防爆要求的條件下，因為電機有可能產生火花和發熱。

3.液壓驅動方式

液壓驅動方式是利用液壓系統進行控制，傳動剛度大，可實現連續位置控制。

2.2.3典型結構

機械手手爪的典型結構有以下五種：

1.楔塊杠桿式手爪

利用楔塊與杠桿來實現手爪的松、開，來實現抓取工件。

2.滑槽式手爪

當活塞向前運動時，滑槽通過銷子推動手爪合并，產生夾緊動作和夾緊力，當活塞向后運動時，手爪松開。這種手爪開合行程較大，適應抓取大小不同的物體。

3.連桿杠桿式手爪

在活塞的推力下，連桿和杠桿使手爪產生夾緊（放松）運動，由于杠桿的力放大作用，這種手爪有可能產生較大的夾緊力。通常與彈簧聯合使用。

4.齒輪齒條式手爪

通過活塞推動齒條，齒條帶動齒輪旋轉，產生手爪的夾緊與松開動作。

5.平行杠桿式手爪

采用平行四邊形機構，因此不需要導軌就可以保證手爪的兩手指保持平行運動，且比帶有導軌的平行移動手爪的摩擦力要小得多。

2.2.4具體設計方案

結合具體的工作情況，本設計采用連桿杠桿式的手爪。驅動活塞往復移動，通過活塞桿端部齒條，中間齒條及扇形齒條使手指張開或閉合。手指的最小開度由加工工件的直徑來調定。本設計按照工件的直徑為50mm來設計。手爪的具體結構形式如圖2-3所示：

2.3機械手手腕結構的設計

機械手手腕是機械手操作機的最末端，與手爪相連接，它與機械手手臂配合，使手爪在空間運動，完成所需要的作業動作。

2.3.1 手腕結構的設計要求

1、由于手腕安裝在機械手末端，因此要求手腕設計應盡量小巧輕盈，結構緊湊。

2、根據作業需要，設計機械手手腕的自由度。一般情況下，自由度數目愈多，腕部的靈活性愈高，對對作業的適應能力也愈強。但自由度的增加，必然使腕部結構更復雜，控制更困難，成本也會相應增加。因此，手腕的自由度數，應根據實際作業要求來確定。

3、為實現腕部的通用性，要求有標準的連接法蘭，以便于和不同的機械手手爪進行連接。

4、為保證工作時力的傳遞和運動的連貫，腕部結構要有足夠的強度和剛度。

5、要設有可靠的傳動間隙調整機構，以減小空回間隙，提高傳動精度。

6、手腕各關節軸轉動要有限位開關，并設置硬限位，以防止超限造成機械損壞。

2.3.2具體設計方案

通過對數控機床上下料作業的具體分析，考慮數控機床加工的具體形式及對機械手上下料作業時的具體要求，在滿足系統工藝要求的前提下提高安全和可靠性，為使機械手的結構盡量簡單，降低控制的難度，本設計手腕不增加自由度，實踐證明這是完全能滿足作業要求的，3個自由度來實現機床的上下料完全足夠。具體的手腕（手臂手爪聯結梁）結構見圖2-4。

2.4機械手手臂結構的設計

2.4.1手臂結構的設計要求

機械手的手臂在工作時，要承受一定的載荷，且其運動本身具有一定的速度，因此，機械手手臂的設計需要遵循以下設計要求：

1、工作空間的形狀和大小與機械手手臂的長度，手臂關節的轉動范圍有密切的關系，因此手臂尺寸設計應合理，一般滿足其工作空間即可。

2、為了提高機械手的運動速度與控制精度，應在保證機械手手臂有足夠強度和剛度的條件下，盡可能在結構上、材料上設法減輕手臂的重量。

3、應盡可能使機械手手臂各關節軸相互平行；相互垂直的軸應盡可能相交于一點，這樣可以使機械手運動學正逆運算簡化，有利于機械手的控制。

4、機械手各關節的軸承間隙要盡可能小，以減小機械間隙所造成的運動誤差。

5、為提高機械手手臂運動的響應速度、減小電機負載，機械手的手臂相對其關節回轉軸應盡可能在重量上平衡。

2.4.2具體設計方案

由于機械手手臂運動為直線運動，且考慮到搬運工件的重量較大（質量達30KG），以及機械手的動態性能及運動的穩定性，安全性和較高的剛度要求，因此選擇液壓驅動方式。通過液壓缸的直接驅動，液壓缸既是驅動元件，又是執行運動件，因此不用再額外設計執行件；而且液壓缸實現直線運動，控制簡單，易于實現計算機的控制。

由于液壓系統能提供很大的驅動力，因此驅動力和結構的強度都較容易實現，其關鍵在于機械手運動的穩定性和剛度的設計。因此手臂液壓缸的設計原則是液壓缸的直徑取得大一點（在整體結構允許的情況下），再進行強度的較核。

同時，因為控制和具體工作的要求，機械手的手臂的結構不能太大，若僅僅通過增大液壓缸的直徑來增大剛度，是不能滿足系統剛度要求的。因此，在設計時另外增設了導桿機構，小臂增設了兩個導桿，與活塞桿一起構成等邊三角形的截面形式，盡量增加其剛度；大臂增設了四個導桿，成正四邊形布置，為減小質量，各個導桿均采用空心結構。通過增設導桿，能顯著提高機械手的運動剛度和穩定性，比較好的解決了結構、穩定性的問題。

2.5機械手腰座結構的設計

2.5.1腰座結構的設計要求

機械手的腰座，就是機械手的回轉基座。它是機械手的第一個回轉關節，承受了機械手的全部重量。因此在設計機械手腰座結構時，有以下設計要求：

1、由于腰座要承受機械手全部的重量和載荷，因此，機械手腰座的結構要有足夠大的強度和剛度，以保證其承載能力，且腰座是機械手的第一個回轉關節，它對機械手末端的運動精度影響最大，因此，在設計時要特別注意腰部軸系及傳動鏈的精度與剛度。

2、腰部結構要便于安裝、調整。要有可靠的定位基準面和調整機構。且腰座要安裝在足夠大的基面，以保證機械手在工作時整體安裝的穩定性。

3、腰部的回轉運動要有相應的驅動裝置，它包括驅動器及減速器。驅動裝置一般都帶有速度與位置傳感器，以及制動器。

4、為了減輕機械手運動部分的慣量，提高控制精度，要求回轉運動部分由比重較小的鋁合金材料制成，而不運動的基座是用鑄鐵或鑄鋼材料制成。

2.5.2具體設計方案

腰座回轉的驅動形式主要有兩種，一是電機通過減速機構來實現，二是通過擺動液壓缸或液壓馬達來實現?？紤]到腰座是機械手的第一個回轉關節，對機械手的最終精度影響大，故采用電機驅動來實現腰部的回轉運動。因為電動方式控制的精度高，結構緊湊，不用額外設計液壓系統及其輔助元件。由于電機都不能直接驅動，并考慮到轉速以及扭矩的具體要求，故采用大傳動比的齒輪傳動系統進行減速和扭矩的放大。由于齒輪傳動存在著齒側間隙，影響傳動精度，故僅采用一級齒輪傳動，采用大的傳動比（大于100），同時為了減小傳動誤差，齒輪采用高強度、高硬度的材料，高精度加工制造。腰座具體結構如圖2-5所示：

2.6機械手的機械傳動機構設計

2.6.1傳動機構設計應注意的問題

由于傳動部件直接影響著機械手的精度、穩定性和快速響應能力，因此，在設計機械手的傳動機構時要注意以下問題：

1、機械手的傳動機構要力求結構緊湊，重量輕，體積小，以提高機械手的運動速度及控制精度。并在傳動鏈及運動副中采用間隙調整機構，以減小反向空回所造成的運動誤差。

2、盡量減少系統運動部件的靜摩擦力，而正摩擦力為盡可能小的正斜率，以消除爬行現象，增加系統壽命。

3、盡量縮短傳動鏈，提高傳動與支承剛度。

4、選用最佳傳動比，以達到提高系統分辨率、減少等效到執行元件輸出軸上的等效轉動慣量，盡可能提高加速能力。

5、適當的阻尼比。阻尼比越大，零件產生振動時最大振幅越小，衰減越快。但大的阻尼會使系統誤差增大，精度降低。故應采取合適的阻尼比。

2.6.2常用的傳動機構形式

常用的機械傳動機構主要有螺旋傳動、齒輪傳動、鏈傳動、同步帶傳動等。

1.螺旋傳動

它主要是用來將旋轉運動變換為直線運動或將直線運動變換為旋轉運動。有傳遞能量為主的，如螺旋壓力機、千斤頂等；有以傳遞運動為主的，如機床工作臺的進給絲杠。

2.齒輪傳動

在機械手中常用的齒輪傳動機構有圓柱齒輪，圓錐齒輪，諧波齒輪，擺線針輪及蝸輪蝸桿傳動等。

齒輪傳動部件是轉矩、轉速和轉向的變換器，用于伺服系統的齒輪減速器是一個力矩變換器。齒輪傳動時，齒輪傳動形式及其傳動比必須是最佳匹配，應滿足驅動部件與負載之間的位移及轉矩、轉速的匹配要求，其輸入電動機為高轉速，低轉矩，而輸出則為低轉速，高轉矩，且系統要有足夠的剛度。同時，為保證在同一驅動功率時，其加速度響應最大，還要求其轉動慣量盡量小。為使系統穩定，不產生傳動死區，要盡量采用齒側間隙小，精度高的齒輪，并采用調整齒側間隙的方法來消除或減小嚙合間隙，從而提高傳動精度和系統的穩定性，降低成本。

3.鏈傳動

在機械手中鏈傳動多用于腕傳動上，為了減輕機械手末端的重量，一般都將腕關節驅動電機安裝在小臂后端或大臂關節處。由于電機距離被傳動的腕關節較遠，故采用精密套筒滾子鏈來傳動。

4.同步帶傳動

同步帶傳動是綜合了普通帶傳動和鏈傳動優點的一種新型傳動。為保證帶和帶輪作無滑動的同步傳動，在帶的工作面及帶輪外周上均制有采用承載后無彈性變形的高強力材料制成嚙合齒，通過齒間嚙合進行傳動。其特點是傳動比準確、傳動效率高（可達98%）、節能效果好；能吸振、噪聲低、不需要；傳動平穩，能高速傳動（可達40m/s）、傳動比可達10，結構緊湊、維護方便等優點，故在機械手中使用很多。

2.6.3具體設計方案

因為選用了液壓缸作為機械手的手臂，它既是關節結構，又是動力單元，因此不需要中間傳動機構，既簡化了結構，又提高了精度。而其腰座的回轉采用步進電動機驅動，而電動機不能作為直接驅動元件，因此為取得較大的轉矩，經分析比較，選擇圓柱齒輪傳動。為了保證比較高的精度，盡量減小因齒輪傳動造成的誤差；同時大大增大扭矩，以較大的降低電機轉速，使機械手的運動平穩，動態性能好。這里只采用一級齒輪傳動，采用大的傳動比（大于100），齒輪采用高強度、高硬度的材料，高精度加工制造。

2.7機械手驅動系統設計

2.7.1常用驅動系統及其特點

工業常用驅動系統，按動力源分為液壓、氣動和電動三大類。根據需要也可將這三種基本類型組合成復合式的驅動系統。這三類基本驅動系統的主要特點如下。

1.液壓驅動系統

具有動力大、力（或力矩）與慣量比大、快速響應高、易于實現直接驅動、精度高等特點。適合于在承載能力大，慣量大以及在防火防爆的環境中工作的機械手。

2.氣動驅動系統

具有速度快，系統結構簡單，維修方便、價格低等特點。適用于中、小負荷的機械手中采用。但是因難于實現伺服控制，多用于程序控制的機械手中。

3.電動驅動系統

具有使用方便，噪聲較低，控制靈活等特點。這類驅動系統不需要能量轉換，但大多數電機后面需安裝精密的傳動機構。

2.7.2具體設計方案

在分析了具體工作要求后，綜合考慮各個因素，機械手腰部的旋轉運動需要一定的定位控制精度，因此采用步進電動機來實現。由于手臂采用液壓缸，故用液壓驅動。隨著機床加工的工件的不同，手臂伸出長度不同，要求手臂具有伺服定位能力，故采用電液伺服液壓缸進行驅動。而手爪的張開和夾緊通過液壓柱塞缸活塞與中間齒輪和扇形齒輪配合來實現，即手爪在柱塞缸推力作用下通過活塞桿端部齒條、中間齒輪及扇形齒輪使手指張開和閉合。

2.8 機械手手臂的平衡機構設計

直角坐標型、圓柱坐標型和球坐標型機械手可以通過合理布局，優化設計結構，使得手臂本身可能達到平衡。關節機械手手臂一般都需要平衡裝置，以減小驅動器的負荷，同時縮短啟動時間。

2.8.1平衡機構的形式

1.配重平衡機構

這種平衡裝置結構簡單，平衡效果好，易于調整，工作可靠，但增加了機械手手臂的慣量與關節軸的載荷。一般在機械手手臂的不平衡力矩比較小的情況下采用這種平衡機構。

2.彈簧平衡機構

彈簧平衡機構，機構簡單、造價低、工作可靠、平衡效果好、易維修，因此應用廣泛。

3.活塞推桿平衡機構

活塞式平衡系統分為兩種，一是液壓平衡系統，二是氣動平衡系統。其中液壓平衡系統平衡力大，體積小，有一定的阻尼作用；而氣動平衡系統，具有很好的阻尼作用，但體積比較大?；钊狡胶庑枰鋫溆袑ｉT的液壓或氣動裝置，系統復雜，因此造價高，設計、安裝和調試都增加了難度，但是平衡效果好。用于配重平衡、彈簧平衡滿足不了工作要求的場合。

2.8.2具體設計方案

因為本機械手采用圓柱坐標型的結構，而且在手臂的結構設計以及整個機械手的設計和布局中都重點考慮了機械手手臂的平衡問題，通過合理布局，優化設計結構，使得手臂本身盡可能達到平衡。若實際工作中平衡結果不滿足，則設置彈簧平衡機構進行平衡。

第3章 理論分析和設計計算

3.1電機選型有關參數計算

3.1.1有關參數的計算

1.若傳動負載作直線運動（通過滾珠絲杠）則有

具體到本設計，因為步進電機是驅動腰部的回轉，傳遞運動形式屬于第二種。下面進行具體的計算。

因為腰部回轉運動只存在摩擦力矩，在回轉圓周方向上不存在其他的轉矩，則在回轉軸上有；

3.1.2電機型號的選擇

根據以上計算結果，并綜合考慮各方面因素，決定選擇北京和利時電機技術有限公司（原北京四通電機公司）的步進電機，具體型號為：

110BYG550B-SAKRMA-0301 或 110BYG550B-SAKRMT-0301 或 110BYG550B-BAKRMT-0301，該步進電機高轉矩，低振動，綜合性能很好，各項參數如表3-2。

其中 110BYG550B-SAKRMA-0301型步進電機矩頻特性曲線和相關技術參數。如圖3-3所示

驅動方式為升頻升壓 ，步距角為0.36°。同時因為腰部齒輪傳動比為1：120，步進電機經過減速后傳遞到回轉軸，回轉軸實際的步距角將為電機實際步距角的1/120（理論上），雖然實際上存在著間隙和齒輪傳動非線性誤差，實際回轉軸的最小步距角也仍然是很小的，故其精度相當高，完全滿足機械手的定位精度要求。

3.2液壓傳動系統設計計算

3.2.1確定液壓系統基本方案

液壓執行元件大體分為液壓缸和液壓馬達，液壓缸實現直線運動，液壓馬達實現回轉運動。二者的特點及適用場合見表3-1：

因為機械手設計為圓柱坐標形式，且具有3個自由度，一個為腰座的轉動，兩個為手臂的移動自由度。同時考慮機械手的工作環境和載荷對其布局和定位精度的要求，以及計算機的控制的因素，腰部的回轉用電機驅動實現，機械手的水平手臂和垂直手臂都采用單活塞桿液壓缸，來實現直線往復運動。

3.2.2擬定液壓執行元件運動控制回路

液壓執行元件確定后，其運動速度和運動方向的控制是液壓回路的核心問題。

速度控制通過改變液壓執行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來實現。相應的調速方式有節流調速、容積調速以及二者結合的容積節流調速；方向控制是用換向閥或是邏輯控制單元來實現。對于一般中小流量的液壓系統，通過換向閥的有機組合來實現所要求的動作。對高壓大流量的系統，多采用插裝閥與先導控制閥的邏輯組合來實現。

本設計的速度的控制主要采用節流調速，利用用比較簡單的節流閥來實現，而方向控制采用電磁換向閥來實現。

3.2.3液壓源系統的設計

液壓系統的工作介質完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節流調速系統一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統的需油量，多余的油經溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制并穩定油源壓力的作用。容積調速系統多用變量泵供油，用安全閥來限定系統的最高壓力。

油液的凈化裝置是液壓源中不可缺的元件。一般泵的入口要裝粗濾油器，進入系統的油液根據要求，通過精濾油器再次過濾。為防止系統中雜質流回油箱，可在回油路上設置磁過濾器。根據液壓設備所處的環境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。

本設計的液壓系統采用定量泵供油，由溢流閥V1來調定系統壓力。為了保證液壓油的潔凈，避免液壓油帶入污染物，故在油泵的入口安裝粗過濾器，而在油泵的出口安裝精過濾器對循環的液壓油進行凈化。

3.2.4繪制液壓系統圖

本機械手的液壓系統圖如圖3-2所示（詳見圖紙第四頁），

它擁有垂直手臂的上升、下降，水平手臂的前伸、后縮，以及執行手爪的夾緊、張開三個執行機構。

其中，泵由三相交流異步電動機M拖動；系統壓力由溢流閥V1調定；1DT的得失電決定了動力源的投入與摘除。

考慮到手爪的工作要求輕緩抓取、迅速松開，系統采用了節流效果不等的兩個單向節流閥。當5DT得電時，工作液體經由節流閥V5進入柱塞缸，實現手爪的輕緩抓緊；當6DT失電時，工作液體進入柱塞缸中，實現手爪迅速松開。

另外，由于機械手垂直升降缸在工作時其下降方向與負荷重力作用方向一致，下降時有使運動速度加快的趨勢，為使運動過程的平穩，同時盡量減小沖擊、振動，保證系統的安全性，采用V2構成的平衡回路相升降油缸下腔提供一定的排油背壓，以平衡重力負載。

3.2.5確定液壓系統的主要參數

液壓系統的主要參數是壓力和流量，他們是設計液壓系統，選擇液壓元件的主要依據。壓力決定于外載荷，流量取決于液壓執行元件的運動速度和結構尺寸。

1.計算液壓缸的總機械載荷

3.液壓缸主要參數的確定

考慮到機械手的特點，系統的剛度及其穩定性是很重要的。因此，先從剛度角度進行液壓缸缸徑的選擇，以盡量優先保證機械手的結構和運動的穩定性和安全性。至于液壓缸的工作壓力和缸的工作速度，放在液壓系統設計階段，通過外部的液壓回路、采用合適的調速回路和元件來實現。經過仔細分析，綜合考慮各方面的因素，初步確定各液壓缸的基本參數如下；

因為伸縮缸的作用主要是實現直線運動，在其軸向上并不承受顯性的工作載荷（因為手爪夾持工件，受力方向為垂直方向），軸向主要是克服摩擦力矩，其所受的載荷主要是徑向載荷，載荷性質為彎矩，使其產生彎曲變形。而且因為機械手要求具有一定的柔性，水平液壓缸活塞桿要求具有比較大的工作行程。同時具有比較大的彎矩和比較長的行程，這對液壓缸的穩定性和剛度有較高的要求。

因此，在水平伸縮缸的設計上，一是增大其抗彎能力，二是通過合理的結構布局設計，使其具有盡量大的剛度。為了達到這個目的，設計中采用了兩個導向桿，以滿足長行程活塞桿的穩定性和導向問題。另一方面，為增大結構的剛度和穩定性，將兩個導向桿與活塞桿布局成等邊三角形的截面形式，以增大抗彎截面模量，也大大增加了液壓缸的工作剛度。

因為垂直液壓缸所承受的載荷方式既有一定的軸向載荷，又存在著比較大的傾覆力矩（由加工工件的重力引起的）。作為液壓執行元件，滿足此處的驅動力要求是輕而易舉的，要解決的關鍵問題仍然是它的結構設計能否有足夠的剛度來抗傾覆。這里同樣采用了導向桿機構，圍繞垂直升降缸設置四根導桿，較好的解決了這一問題。

4.液壓缸強度的較核

（1）活塞桿直徑的較核

3.2.6計算和選擇液壓元件

1. 控制元件的選擇

根據系統最高工作壓力和通過該閥的最大流量，在標準元件的產品樣本中選取各控制元件。

2. 液壓泵的計算

第4章 機械手控制系統的設計

4.1硬件設計

4.1.1操作面板布置

操作面板布置如圖4-2所示：

機械手的操作方式分為手動操作和自動操作兩種。

1.手動操作：就是用按鈕作機械手的每一步運動進行單獨的控制。當選擇升／降按鈕時，按下啟動按鈕，機械手上升；按下停止按鈕時，機械手上升。當選擇正轉/逆轉按鈕時，按下啟動按鈕，機械手順時針轉動，而按下停止按鈕時，機械手逆時針轉動。同理，當選擇夾緊/放松按鈕時，按下啟動按鈕，機械手爪夾緊，而按下停止按鈕時，手爪松開。

2.自動操作：機械手從原點開始，按下啟動按鈕，機械手的動作將自動的、連續的周期性循環。在工作中若按下停止按鈕，機械手將繼續完成一個周期動作后，回到原點位置。

4.1.2工藝過程與控制要求

機械手的動作有腰座的旋轉，垂直手臂的升降，水平手臂的伸縮及手爪的夾緊與松開。手臂垂直升降和水平伸縮由液壓實現驅動；手爪的夾緊與放松，通過柱塞缸與齒輪來實現；腰座旋轉通過步進電動機與齒輪來實現。

其中，液壓缸由相應的電磁閥控制，升降分別由雙線圈的兩位電磁閥控制，當下降電磁閥通電時，機械手下降；斷電時，機械手下降停止；當上升電磁閥通電時，機械手上升；斷電時，機械手上升停止。而水平方向的伸縮主要由電液伺服閥、伺服驅動器、感應式位移傳感器構成的回路進行調節控制。

實現執行手爪夾緊與放松的柱塞缸，由單線圈的電磁閥（夾緊電磁閥）來控制，當線圈不通電時，柱塞缸不工作，當線圈通電時，柱塞缸工作沖程，手爪張開，柱塞缸工作回程，手爪閉合。

當機械手旋轉到機床上方，并準備下降進行上下料工作時，為了確保安全，必須在機床停止工作并發出上下料命令時，才允許機械手下降進行作業。同時，從工件料架上抓取工件時，也要先判斷料架上有無工件可取。

4.1.3作業流程

機械手工作流程如圖4-1所示：

從原點開始，按下啟動鍵，且有上下料命令，則水平液壓缸開始前伸并進行伺服定位，前伸到位后，停止前伸； 下降電磁閥通電，同時手爪柱塞缸電磁閥也通電，機械手下降，同時張開手爪，下降到位后碰到下限行程開關，下降電磁閥斷電，下降停止，同時手爪夾緊，抓住工件； 上升電磁閥通電，機械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止； PLC開始輸出高速脈沖，驅動機械手逆時針轉動，當轉過90度到位后，PLC停止輸出脈沖，機械手停止轉動； 接著下降電磁閥通電，機械手下降，下降到位后，碰到下限行程開關，下降電磁閥斷電，下降停止，機械手到達卡盤中心高度； 機械手開始水平定位后縮，將工件裝入機床卡盤； 當工件裝入到位后，卡盤收緊； 機械手松開手爪，準備離開； 接著上升電磁閥通電，機械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止； PLC啟動高速脈沖驅動機械手作順時針轉動，當轉過90度到位后，PLC停止輸出脈沖，機械手停止轉動，機械手回到原點待命； 機床進行加工。

當數控機床加工完一個工件時，發送下料命令給機械手，機械手接到命令后，PLC馬上輸出脈沖驅動機械手逆時針轉動，當轉過90度到位后，PLC停止輸出脈沖，機械手停止轉動； 下降電磁閥通電，同時手爪柱塞缸電磁閥也通電，機械手下降且張開手爪，下降到位后碰到下限行程開關，下降電磁閥斷電，下降停止且手爪夾緊，夾緊已加工好的工件；機床卡盤松開； 機械手開始前伸，將工件從機床上取出，準備運走； 上升電磁閥通電，機械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止； PLC輸出高速脈沖，驅動機械手順時針轉動，當轉過90度到位后，PLC停止輸出脈沖，機械手停止轉動； 下降電磁閥通電，機械手下降，下降到位后碰到下限行程開關，下降電磁閥斷電，下降停止； 接著手爪柱塞缸電磁閥通電，手爪張開，放下工件準備離開； 接著上升電磁閥通電，機械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止同時手爪也閉合復原； 接著機械手水平手臂開始后縮，準備回原點，當后縮到位時，后縮停止，機械手回到原點，一個上下料過程結束； 機械手在原點等待命令，準備下一個工作循環。

機械手的每次循環都從原點位置開始動作。

4.1.4控制器的選型

機械手控制系統的硬件設計上考慮到機械手工作的穩定性、可靠性以及各種控制元件連接的靈活性和方便性，控制器應選擇有極高可靠性、專門面向惡劣的工業環境設計開發的工業控制器---PLC，故選擇在國內應用較多的西門子S7-200型PLC。具體型號為SIMATIC S7-200 CPU224。如圖4－3所示：

該PLC集成14，輸入/10，輸出共24個數字量I/O點，可連接7個擴展模塊，最大擴展至168路數字量I/O點或35路模擬量I/O點，具有16K字節程序和數據存儲空間。6個獨立的30kHz 高速計數器，2路獨立的20KHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。1個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強控制能力的控制器。

4.1.5控制系統原理分析

由于機械手作業時，取、放工件和裝、卸工件都有較高的定位精度要求，所以在機械手控制中，除了要對垂直手臂、執行手爪液壓缸和腰部步進驅動進行開環控制外，還要對水平手臂進行閉環伺服控制。

為了減少PLC的I/O點數，以伺服放大器作為閉環的比較點。伺服放大器具有傳感器反饋輸入端，給定的輸入信號和反饋信號進行比較后形成的控制信號經過PID調節和功率放大后，驅動電液伺服閥對液壓缸進行伺服定位。PLC將上位機輸入的給定信號轉換為電壓信號，輸出至伺服放大器，由伺服放大器作為閉環比較點，組成模擬控制系統，如圖4-4所示：

這種方案使得PLC控制量少（尤其是模擬量），節省了系統資源，而且編程簡單，不必過多考慮控制算法等優點，也是完全能滿足工作要求的。

4.1.6 PLC外部接線設計

為實現水平手臂液壓缸伺服定位的控制要求，利用西門子SIMATIC S7-200 （CPU224）PLC，考慮到位移傳感器和伺服放大器工作采用的都為模擬量，因此增加一個模擬量輸出模塊EM232。鑒于伺服放大器和位移傳感器對輸入的要求，PLC的模擬量采用-10V~ +10V輸入輸出，各輸入輸出點及其接線如圖4-5所示。

PLC的具體硬件接線圖如下圖所示（詳細的硬件設計見圖紙）

4.1.7 I/O地址分配

詳細參見表4-1、4-2：

4.2軟件設計

4.2.1控制主程序流程圖

機械手控制主程序流程圖如圖4-6所示：

結 論

本設計通過對機械設計制造及其自動化專業大學本科四年所學知識進行整合，完成一個特定功能、滿足特殊要求的數控機床上下料機械手的設計，比較好地體現機械設計制造及其自動化專業畢業生的理論研究水平、實踐動手能力以及專業精神和態度，具有較強的針對性和明確的實施目標，實現了理論和實踐的有機結合。

機械手采用可編程序控制器控制，可以實行手動調整、手動及自動控制。系統結構緊湊、工作可靠，設計周期短且造價較低。PLC有較高的靈活性，當機械手工藝流程改變時，只要對I/O點的接線稍作修改，或對I/O重新分配，在控制程序中作簡單修改，補充擴展即可。經過重新編制相應的控制程序，就能夠比較容易的推廣到其他類似的加工情況。

綜上，經過資料的收集、方案的選擇比較和論證，到分析計算，再到工程圖紙的繪制以及畢業設計論文的撰寫等各個環節，我對大學四本科階段的知識有了一個整體的深層次的理解，同時對工程的理解更加深刻和準確。因此，通過畢業設計實現了預期目標。

致 謝

經過一段時間的努力，本次畢業設計終于完成。在這段時間里，我運用大學所學知識，通過對本設計的論證、計算以及圖紙的繪制，對大學所學知識進行了一次系統的整合，使自己的理論和實際動手能力有了很大提高。

此次畢業設計能夠順利完成，我得到了很多老師和同學的幫助和支持，在此向他們表示感謝。在此畢業設計過程中，尤其要感謝我的指導老師，他給我很多專業方面的幫助，讓我少走很多彎路。還有在大學里所有的任課老師和圖書館的管理老師，也謝謝你們，是你們給我知識，謝謝！

此外，由于個人知識能力水平有限，論文中難免有紕漏錯誤指出，懇請各位老師批評指正，謝謝！

參考文獻

1．付永領， 王巖， 裴忠才. 基于CAN總線液壓噴漆機器人控制系統設計與實現. 機床與液壓. 2003， (6): 90~92

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4．胡學林. 可編程控制器(基礎篇). 北京: 電子工業出版社， 2003.

5．胡學林. 可編程控制器(實訓篇). 北京: 電子工業出版社， 2004.

6．孫兵， 趙斌， 施永康. 基于PLC的機械手混合驅動控制. 液壓與氣動. 2005， (3): 37~39

7．孫兵， 趙斌， 施永康. 物料搬運機械手的研制. 機電一體化. 2005， (2): 43~45

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9．陳鐵鳴， 王連明， 王黎欽. 機械設計(修訂版). 哈爾濱: 哈爾濱工業大學出版社， 2003.

10．李建勇. 機電一體化技術. 北京: 科學出版社， 2004.

11．王孫安， 杜海峰， 任華. 機械電子工程. 北京: 科學出版社，2003.

12．張啟玲， 何玉安. PLC在氣動控制稱量包裝裝置中的應用. 液壓與氣動. 2005， (1): 31~33

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關鍵詞: 亞龍YL-335B型自動生產線教學設備 教學實訓系統 項目訓練

1.前言

自動化生產技術是一門綜合性的先進制造技術學科,也是一門應用型技術學科,技術上涵蓋了自動化控制技術、傳感器技術、變頻與伺服控制技術、氣動與液壓傳動技術、制造工藝技術、機器人技術、計算機技術等多種學科與技術領域。近幾年來,國內先后從國外引進了大量的自動化裝備與生產線,但國內在這一先進制造技術領域的人才培養與實際市場需求方面一直存在很大的差距。國內高校普遍缺乏該領域的先進教學手段與培訓教材,學生在學校學習階段缺乏足夠的感性認識,知識技能與動手能力與實際要求存在較大的距離。我們在吸收國外同類平臺長處的基礎上,結合實際自動化工程項目開發過程,設計開發了YL-335B型機電一體化教學實訓平臺,盡可能將實際的自動化工程結構、設計方法、裝配與調試技術等內容帶進課堂,結合理論教學,通過在上述設備上開展實踐教學,大大強化了學生的感性認識,培養和提高了學生的實際動手能力,從而達到了技能教學的目的。

2.YL-335B型實訓裝置的組成及原理

本實訓裝置主要包括兩大部分,即機械結構部分和電氣控制部分。整體結構如圖1所示。系統通過PLC聯網組成一個整體。同時,每個單元又是一個獨立的系統,可以單獨進行編程和調試。

在器件選用上,選用日本SMC公司的普通單作用氣缸、雙作用氣缸、短行程氣缸、旋轉氣缸等,并配套對應的磁感應開關,使用了日本Panasonic公司的Minas A4系列AC伺服驅動器,還使用了日本MITSUBISHI公司的FR-E700通用型變頻器,上位機組態界面采用北京昆侖通態自動化軟件科技有限公司的TPC7062K系列觸摸屏,機架及其連接件全部采用自動化行業通用的鋁型材及輔助連接。

2.1系統的基本功能。

2.1.1供料單元。該單元是系統的起始單元,采用了一個垂直的料倉,按照工藝流程,放在料倉中的工件將被自動地推到物料臺上,以便輸送單元的機械手抓取。

2.1.2加工單元。該單元主要把物料臺上的工件送到沖壓機構下,完成一次沖壓工作,然后送回物料臺。

2.1.3裝配單元。該單元主要把料倉內的小圓柱工件通過落料機構自動落入旋轉工作臺,然后機械手把小圓柱物料裝配進入已加工的工件中。

2.1.4分揀單元。該單元主要負責對裝配好的工件進行分揀,通過傳感器來判別不同的工件,從而把不同的工件通過料槽進行分流。

2.1.5輸送單元。單元通過一套帶傳動直線運動機構及機械手裝置,將工件精準輸送到工作單元的物料臺上,實現工件的傳送功能。

2.2系統機械結構設計。

機械結構系統主要由5個單元組成,分別為供料單元、加工單元、裝配單元、分揀單元和輸送單元。每個單元的機械結構選用了不同尺寸、相同材質與結構的工件,進行加工與安裝。

2.3系統電氣結構設計。

系統的供電為三相五線制交流電。每個單元都采用一臺三菱FX系列PLC作為控制核心,并且采用RS485串行通信的N:N通信方式。主站的上位機為MCGS公司的TPC7062KS觸摸屏。系統如圖2所示。

3.該教學實訓系統的目的與意義

3.1光機電結合,覆蓋全面。

本系統屬于一套綜合性的光、機、電一體化系統,也是一條微型的自動化生產加工線,在該系統上可以進行氣動技術、傳感器技術、電機傳動、物料輸送、自動化裝配、PLC控制、人機界面等多種課程的教學與實訓,也可以在此基礎上進行相關的畢業設計。通過對整個系統進行教學并讓學生動手裝配、調試并模仿設計,學生可以在傳感器的設計選型、氣動元件的選型、氣動回路的設計、結構系統設計、控制系統設計、PLC編程、系統裝配、電氣連接、系統調試等多方面進行全方位的學習和實踐,達到理論教學難以達到的效果,培養學生的感性認識和實際動手能力。在全面掌握該系統的基礎上,學生將具有設計裝配一般實際工程系統的能力,達到技能教學的目的與效果。

3.2由淺入深,循序漸進。

該實訓系統采用PLC為控制核心,通過真實再現企業現場控制一線的工作任務,以任務為出發點,通過5個單元的項目訓練,達到從“開關量控制”,到“模擬量控制”,再到“網絡通訊”進行一步步的深化和提高。同時,在第四站加入了“編碼測速、變頻控制”,在第五站加入了“伺服定位控制”、“MCGS組態軟件控制”,等等。新的知識點也在一步步增加,形成了很好的、循序漸進的過程。

3.3以賽促練,進行強化。

亞龍YL-335B型實訓平臺是全國職業院校技能大賽指定產品,項目的測試和考核可以參照大賽的要求進行。通過大賽式的練習、測試與評比,學生會對自己的知識點進行梳理,能夠發現自己針對于大賽要求的缺點與不足,可以進一步對知識和技能點進行查漏補缺。同時,學生通過大賽可以磨練品質,鍛煉毅力,明白自己在相關領域進一步發展的方向和動力。

3.4以練促教,教改結合。

學生通過實訓平臺的訓練,會對各方面的問題提出自己的想法和疑問。這些提問也反作用于我們的教學過程。項目難度的提高對教師的知識和技能的要求也進一步提高,要上好這門課,必須做好詳細的準備工作,認真備課和總結。

通過該實訓平臺的訓練,學生找到了一條容易適應從學校到工廠環境轉換、從理論到實際轉換、從課堂教學到工程現場真刀真槍技能轉換的新途徑,縮短了從學校課堂到工業生產現場的距離,從而提高了學生動手的能力。

4.結語

亞龍YL-335B型自動生產線教學設備現已投入實訓教學,取得了良好的教學效果。此設備不但能完成PLC開關量控制、氣動控制、光電檢測等簡單的基本實驗,而且能進行PLC與伺服驅動、MCGS組態軟件調試、通訊控制等多種復雜綜合實驗。在項目訓練過程中,教師可根據需要由學生自己進行安裝、調試和編程,也可引導學生通過改變程序來改變生產過程,實現不同的模擬生產,實現基礎實驗及單門課程實驗、實訓所無法達到的綜合性運用能力,從而更好地培養學生的創新意識和實踐能力,同時提高教師的自主探究和深度研發能力。

參考文獻:

[1]呂景泉主編.自動化生產線安裝與調試(第二版)[M].北京:中國鐵道出版社,2009.12.

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關鍵詞:電氣控制PLC 課程改革

我們在實踐課程教學過程中,探索總結出一套以職業能力需求為導向的實踐教學課程體系。實踐教學證明:學生通過該課程的學習,能熟悉電氣控制系統的基本控制線路,具備一定的PLC程序設計和PLC應用能力。掌握PLC的工程應用、維護和使用等基本專業技能,使學生將來在工作崗位上能綜合應用所學知識和技能,解決生產實際中的有關技術問題。

1 課程的性質和任務

可編程序控制器,簡稱PLC,是以微處理器為基礎,綜合了計算機技術、電器控制技術、自動控制技術和通訊技術而發展起來的一種新型、通用的自動控制裝置。它具有結構簡單、編程方便、性能優越、靈活通用、使用方便、可靠性高、抗干擾能力強等一系列優點,在工業生產過程自動控制領域得到廣泛的應用。

通過本課程的教學使學生系統掌握可編程序控制器的基本原理、功能、程序設計方法和編程技巧,為今后從事工業生產過程自動控制等領域的工作打下基礎。

2 課程改革的內容

2.1 更新課程結構

根據專業人才培養目標的要求,教師盡量采用目前PLC應用的新知識、新技術更新優化教學內容,課程內容由簡單到復雜、由單一到綜合來組織教學內容,為學生可持續發展奠定了良好的基礎。具體課程教學內容可分為以下幾個層次:(1)常用的低壓電器結構、工作原理及使用方法。主要包括:主令控制器;接觸器;繼電器;熔斷器及自動開關等。(2)基本的繼電器接觸器電氣控制系統。主要包括:異步電動機點動、長動、正反轉控制線路;籠型異步電動機星/三角起動;繞線型異步電動機電動機轉子串電阻控制線路、異步電動機制動控制線路;異步電動機的調速控制線路;直流電動機調速控制線路。(3)三菱FX2N系列PLC的指令系統。主要包括:PLC的編程語言、編程元件、FX系列可編程控制器的基本邏輯指令、步進指令;掌握 PLC梯形圖編程語言的應用,能夠進行基本工業系統控制的編程。(4)根據繼電-接觸器控制線路移植法設計梯形圖、步進指令、順序功能圖、自鎖電路的順序程序設計、置位復位指令的順序程序設計、步進指令的順序程序設計。(5)PLC控制綜合運用課程設計。

根據課程設計大綱的要求,學生在老師的指導下,選擇具有實際應用PLC控制系統為課題,包含PLC控制的程序設計、電氣理圖的繪制;控制系統的調試等。學生通過課程設計受到一次系統的訓練,掌握PLC安裝接線、調試、運行等技能, 實現一般工業現場的PLC控制。

2.2 調整課程內容

課程內容盡量選擇實用性,增加工業現場實際控制需求的內容,注重學生動手能力的培養。

本課程理論教學的主要內容有:(1)常用的低壓電器結構、工作原理及使用方法。(2)基本的繼電器接觸器電氣控制系統。(3)可編程控制器的產生,可編程控制器的功能及應用;可編程控制器的發展趨勢。(4)可編程控制器的結構及工作原理。(5)功能圖及步進梯形指令。(6)可編程控制器的維護和故障診斷。

本課程實踐教學的主要內容有:(1)基本指令實驗。(2)交通燈控制系實驗。(3)天塔之光控制實驗。(4)液體混合裝置裝自動控制實驗。(5)步進電機控制實驗。(6)機械手自動控制實驗。(7)水塔水位控制實驗。

3 教學方法與教學手段

近年來,我們在教學理念、教學方法等方面不斷摸索,形成了以改革教學內容為基礎,優化課程設置,突出能力培養,強化實踐性教學的一整套方法和體系。

3.1 采用“情景化”的教學模式

開發了本課程的多媒體課件,行成了一個由教材、編程平臺軟件、仿真軟件、設計案例的教學體系。讓動手能力強的學生參與教師的科研項目,培養鍛煉學生工程實踐能力,取得了明顯的實際效果。

3.2 構建科學的實踐課程體系

我們在構建實踐課程體系的過程中,牢固樹立實驗教學和工程實踐相結合的整體觀念,在基礎實驗課、課程設計、生產實習、畢業實習和畢業設計等實踐教學環節,形成了以下三個層次:

(1)基礎性、驗證性實驗:通過該實驗要求學生掌握可編程控制器的基本原理、掌握可編程序控制器基本指令,能編制、調試、運行程序,掌握編程軟件的使用、工作過程、了解可編程序控制器特點,能完整地設計簡單的PLC控制系統。(2)綜合性實驗:通過該實驗,要求學生掌握學生可以完成上下位機結合的控制系統設計,工業組態軟件的使用和設計方法。利用工業組態軟件MCGS提供豐富、靈活、方便的監控與調試等功能,將新型的工業技術結合在實驗中,讓學生學習具有完整控制層、監控管理層、遠程監控層三層結構的PLC控制系統;(3)創新性實驗:為學生提供接近當今技術的先進平臺?？蔀閷W生展示和體驗當今工業控制領域里最先進的PLC控制技術,例如基于RS232、RS485的PLC網絡控制系統開發、基于工業以太網、10網、CCLINK現場總線等多級網絡的PLC控制系統開發等內容。使學生在校期間就能最先進的PLC控制系統開發平臺,開展一些創新性實驗項目。

4 考核內容與方法

4.1 考核內容

主要考核學生是否掌握PLC的編程語言、編程元件、可編程控制器的基本邏輯指令、步進指令;PLC梯形圖編程語言的應用等內容,是否具有基本工業系統控制的程序設計、電氣原理圖的繪制;控制系統的調試的能力?？己藢W生分析問題、解決問題的實際能力。

4.2 考核方法

每個實驗成績采用滿分100分評分,加權法計算總成績:

總成績=基礎性、驗證性實驗成績×60%+綜合性、創新性實驗成績×40%

5 結語

我們在該課程實踐課程體系改革與實踐的過程中,堅持“針對性、實用性、先進性”原則,采取工學結合,“教、學、做”一體化教學模式形成了一套比較科學的課程體系。課程定位準確,多年來的教學實踐證明,效果良好。

參考文獻

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[2] 何強,單啟兵.可編程序控制器應用.中國水利水電出版社,2010.3.

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關鍵詞：校企合作；人才培養；行業發展；創新

作者簡介：俞林（1979－），男，江蘇姜堰人，無錫職業技術學院講師，江南大學碩士研究生，研究方向：跨國公司與國際投資、教育管理。許敏（1980－），女，江蘇無錫人，無錫職業技術學院講師，高教碩士，研究方向：計算機軟件技術、教育管理。

中圖分類號：G712文獻標識碼：B文章編號：1001－7518（2008）04－0015－04

高職教育必須緊緊依托行業和企業辦學，“產學研結合是高職教育發展的必由之路”。但是在目前國家財政投入和宏觀激勵政策都很有限的情況下，如何贏得企業和社會的支持，形成校企合作的長效機制，是制約高職教育進一步發展的重點和難點。通過總結我院（無錫職業技術學院）多年來校企合作的經驗，結合企業發展新趨勢，學院本著“服務、互動、雙贏”的校企合作理念，細分合作市場、建立合作平臺，在為企業服務的過程中實現了校企互動、雙贏，有力推進了我院的人才培養工作，提升了辦學水平。

一、結合自身特點，探索校企合作新模式

為了培養適應社會需要的高技術應用型人才，我院早在上世紀90年代就借鑒國（境）外職教成功經驗，創建了集教學、實訓、培訓與技術服務于一體，體現產學合作理念的工業中心，并在此基礎上逐步向外拓展，先后與眾多大中型企業簽訂合作協議，共建實訓基地，通過互利互惠、共同發展的方式，推進校企合作工作跨上新臺階。學院以“建立利益共同體”為基礎，與合作企業一起探索能夠實現共生發展、校企雙贏的管理體制與運行機制，確立了“五個共建”的校企合作新模式，使校企合作向縱深推進，促進學院人才培養工作。

（一）共建“隊伍”

通過校企共建，著力打造一支新型的“雙師型”師資隊伍。一方面，積極引進在企業工作的技術專家和技術能手充實教師隊伍，同時聘請企業及社會上經驗豐富的名師專家、高級技術人員、技師和能工巧匠作為兼職教師，擴大“雙師型”隊伍數量。另一方面，加強在職教師實踐技能的培養，重點培養具備專業帶頭人、專業骨干教師潛質的中青年教師，幫助他們盡快成長。

（二）共建“基地”

按照專業建設和提高人才培養質量的要求，著眼于培養學生的實踐能力，學校與企業互動，建設一批融實踐教學、職業技能訓練與鑒定考核、職業資格認證與職業素質培養等諸多功能于一體的校內外實踐教學基地。加大投入，建設高水平的校內實踐實訓基地，滿足基本的校內實踐教學。有效地利用企業捐贈的設備，使實訓室車間化、工廠化。充分發揮校外實踐實訓基地的作用，聘請各類素質高、能力強的技術人員作為學生實習的指導教師，提高學生的實踐能力。

（三）共建“計劃”

與企業共同制訂人才培養計劃。通過專業建設指導委員會，聘請行業、企業領導和專家參與各專業人才培養方案的制訂或修訂工作，認真聽取行業、企業專家的意見和建議。在人才培養目標上，由校企合作委員會商定；在人才培養方案、課程設置上，有專業指導委員會參與；在專業理論課教學中，聘請企業技術骨干擔任兼職教師參與指導；在技能訓練和實踐環節中，以企業車間、實驗室、研發中心、教學工廠為基地；在頂崗實習、就業安置過程中，以合作企業為主體。這種校企密切合作、企業全過程參與的人才培養計劃，為職業院校培養優秀人才提供了有力保障。

（四）共建“課程”

校企雙方按照人才需求設置課程。學院緊緊圍繞企業的生產實際和企業對人才的需求規格標準，大膽進行課程改革，以各專業校企合作委員會為平臺，聘請企業領導、技術骨干參與課程改革。同時對專業進行職業崗位工作分析，按照企業的工作流程、崗位技能和綜合素質的要求，確定課程結構、選擇課程內容、開發專業教材，將企業最需要的知識、最關鍵的技能、最重要的素質提煉出來，融入課程之中，確保了課程建設的質量。

（五）共建“課堂”

職業教育是以能力為本位的教育，而大多數的職業能力只有在真實的環境和實踐中才能形成。一方面，從行業、企業聘請一大批具有豐富實踐經驗的兼職教師，定期或不定期給學生授課、開設講座、作學術報告，把來自經營管理第一線的最新知識、最新技術、最新經驗傳授給學生。另一方面，企業為學校提供一大批校外實習基地，并由企業的業務骨干、技術能手、管理精英擔任實習指導教師，指導學生寫畢業論文和進行畢業設計。從而形成校企合作共建課堂、共同培養高素質技能型人才的機制。

二、兼顧四方利益，構建校企合作長效機制

產學研結合,是高職院校培養適應生產、建設、管理、服務第一線所需要的高技能專門人才的重要途徑。目前,校企合作培養高技能人才尚無法律保障和政策支持,多數高職院校的校外實習實訓基地流于形式,學生實踐教學難以按計劃付諸實施,嚴重影響了高職院校人才培養目標的實現。在目前社會環境背景下,高職院校與企業有效合作,真正實現產學研緊密結合,必須從以下四個方面構建長效機制。

（一）利益機制：驅動校企進行通力合作

企業與高職院校都是利益主體。企業最根本的目標是盈利。凡是能夠有助于企業合法盈利的行為與合作都會受到企業歡迎,否則,遲早會被企業拒絕。我院正是基于這樣的認識,以適應企業需求、爭取給企業帶來利益作為出發點與企業進行合作。一是根據企業用人需要適時調整實踐教學計劃?！拔?一”、“十?一”、春節長假期間是商品銷售旺季,商店迫切需要增加銷售及與之相關的人員,我院組織工商企業管理、市場營銷、財務管理、國際貿易等專業學生去企業頂崗實習,一方面解決企業人力資源緊張的燃眉之急；另一方面,業務越繁忙,越能培養學生的職業情感、職業道德、職業素質和職業能力。二是適應企業生產流程需要,實行彈性學制?，F代化流水線生產是連續不間斷的,學生頂崗操作客觀存在一個由不熟練到熟練的過程,如果學生頂崗操作時間過短,學生熟練了就走,只能給企業帶來麻煩而不能帶來利益；如果頂崗操作時間長,既可以保證產品質量,又可以為企業節約人力成本(企業付給學生報酬遠遠低于職工報酬)。為滿足企業需要,我院將物流管理、電工電子等專業實踐教學時間進行綜合,每次連續安排時間不少于3個月,受到了企業的歡迎和好評。三是為企業提供智力支持。如幫助企業培訓員工和中層干部,對員工進行職業技能輪訓與鑒定,接受企業委托的項目研究與開發,和企業一起進行產品開發和營銷策劃等。四是提供優秀畢業生。學院畢業生優先讓合作企業選擇,進入畢業實習階段的學生根據企業需要和畢業生意愿,直接簽訂就業協議。企業在校企合作中嘗到了甜頭,獲得了利益,必然強化長期合作的動機與動力。而校企長期友好合作的最大收益者還是學校,因為它幫助學校履行了培養高技能專門人才的職責。

（二）激勵機制：促進校企合作全面開展

建立激勵機制的目的在于調動校企雙方合作培養高技能人才的積極性,鞏固和發展校企合作的成果。一是成立由高職院校和企業負責人及有關專家參加的專家委員會,由專家委員會制訂專業人才培養目標,共謀人才培養模式和專業教學計劃,充分發揮校企兩個優勢,共同實施人才培養方案。二是校企雙方相互兼職。企業負責人及有關領導兼任學校副校長或系部副主任,學校領導兼任企業副職或有關車間(部門)副職。三是聘請企業有關專家和富有豐富實踐經驗的師傅為學校特聘教授或實習指導老師并發給相應的聘任證書。四是在國家政策允許的范圍內向企業有關兼職人員、特聘教授、實習指導老師支付一定的報酬,使得他們勞有所得。五是制訂合作企業、兼職人員獎勵制度,對于合作好的企業、兼職教授(教師)給予獎勵,并通過有關媒體宣傳報道。六是符合教師任職條件,且企業與本人愿意的,調入學校從事高職教育工作,以促進“雙師”型教師隊伍建設,改善教師的知識、技能結構。七是將具有教學能力、曾擔任學校兼職教師的企業退休的老職工返聘至學校擔任校內實習指導老師,充分發揮他們的余熱。

（三）約束機制：規范校企合作健康發展

有激勵就有約束,有約束才有規范,才有校企合作的健康發展。具有長效機制的校企合作不是一方對另一方的施舍、幫助和支持,而是雙方共同履行責任和義務。為此,雙方必須受到法律、制度和道德約束。法律約束是通過雙方簽訂具有法律規范的協議,在協議中明確規定雙方的權利義務以及違約責任。比如,學校在協議中承諾某某時間要派多少人去企業頂崗實習多長時間,企業已將此內容納入生產計劃,如果到時學校不能履約,導致企業生產損失,必須按協議賠償。再如協議規定學生到企業頂崗實習期間,安全保障由企業負責,一旦發生安全事故,企業必須按照協議賠償解決。沒有符合法律要求的協議約束,就沒有校企合作的長效機制。在法律約束框架下,企業與學校都要完善相應的管理制度,強化制度約束的力度。如實習實訓基地管理制度、特聘教授和兼職教師管理制度、學生實習實訓管理制度、學生實習期間勞動管理制度、學生實習期間違規違紀管理制度等,通過完善制度規范校企合作行為和學生實習實訓行為。不僅如此,還要強化道德約束。校企合作雙方都要按照合作共贏原則加強道德教育,使得校企雙方在合作過程中符合雙方的利益要求、制度要求和道德要求。特別是學校要把企業作為友好合作伙伴和自身利益共同體,竭力維護企業利益和形象,使其成為學校不可缺少的組成部分。要明確規定派到企業實習實訓的學生,自然成為企業一員,融入企業文化之中,按企業規定和職業道德要求履行自身職責。任何把自己置身于企業之外,或把自己當成實習生而游離于企業,都會給企業帶來損失,都是一種不道德的行為。我們經?？吹?有學校學生到企業實習,工作馬虎、行為隨便、不遵守職業道德,結果既損害了學校形象,也損害了學生形象,導致校企合作意愿喪失。

（四）情感機制：奠基校企合作長效機制

校企合作過程始終是人際交往、感情溝通的過程。特別是企業在人才培養缺乏法律規定和政策優惠條件下,推動校企間合作的動力首先來自于人的情感。某企業領導者與學校領導是同鄉、同學、戰友、朋友,可以帶來兩者親密無間和友好合作。情感永遠是校企合作的動力源和劑。情感機制是校企合作長效機制體系的重要組成部分。構建情感機制,一要加強校企信息交流和溝通。涉及學校改革發展的重大事件、重要政策調整和人動等信息及時向企業,使企業感到學校對他的重視；同時,關注企業發展變化,并及時給予信息回應,如企業開發了新產品、任命某一負責人,學校及時予以祝賀；企業遇到困難,積極幫助解決。二要重視相關人員的相互交往。交往產生感情,升華彼此關系。如學校經常走訪校企合作的相關人員,定期不定期召開校企合作相關人員參加的座談會,討論解決合作辦學中存在的問題；節日上門慰問，特別是教師節,讓專家委員會成員、特聘教授和兼職教師享受與本校老師一樣的待遇。三是經求校企合作相關人員意見,誠懇接受并積極改進校企合作工作。四是按照以人為本的原則充分尊重與校企合作相關人員的勞動,關心其疾苦,幫助解決他們所遇到的困難和問題,使他們切身感受到自己是學校一員。一旦企業相關人員對學校及校企合作工作產生了感情,校企合作就有了穩固的基礎和較高的質量,高技能人才培養也就落到了實處。

三、強化校企合作，推進學校和行業(企業)共同進步

通過校企合作，雙方優勢互補，在為企業創造良好效益的同時，也拓展了學校產學研結合的渠道，提升了學校的辦學實力。

（一）依據需求提供服務，為企業創造了良好的效益

近幾年，學校共完成企業技術開發、技術服務和技術咨詢等60多項。如數控技術中心為中小企業解決了產品制造工藝編制、設備采購的技術參數和市場價格咨詢等問題；模具工作室為中小企業解決技術難題，開發了高難度模具，參與新產品的試驗工作；汽車電控技術工作室幫助企業完成了新電子控制技術產品開發的試驗分析等前期工作；信息工程系為多家單位建設網絡、開發管理程序等等。這些項目不僅促進了企業技術進步，還為企業創造直接經濟效益3000多萬元。

學校每年都有大量的優秀畢業生為合作企業錄用，并成為業務骨干或管理骨干。學校還依托產學合作基地和職業技能鑒定所，主動幫助企業培訓員工，承擔了11個工種初、中、高級技術等級鑒定和5個工種的技師培訓。近年來，學校共為企業培訓員工達6500多人次，為社會培訓高級工、技師、高級技師等達1530多人次，深受企業的歡迎。

（二）促進了教學改革，提升了學校競爭實力

一是推進課堂教學改革，提高人才培養水平。如信息工程系利用華為3COM和港灣網絡公司提供的網絡設備，精心組織校本教材開發，并推廣項目教學法；制冷專業利用海爾服務中心實現課堂、車間一體化，開展現場教學等。2002年學校被評為“江蘇省職業教育工作先進單位”，畢業生就業率一直保持在98%以上，連續3年被省政府授予“江蘇省畢業生就業先進單位”。最近又被教育部等七部委授予“全國職業教育先進單位”稱號。

二是拓寬師資來源渠道，強化實踐教學環節。我們聘請合作企業200多名工程技術人員作為兼職教師,與學校教師相互融合，共同指導學生，既提高了實踐教學質量，又提高了教師實踐能力，加強了“雙師”隊伍建設。在2003年江蘇省高校創新制作大賽中我校作為省內唯一參加的高職高專院校代表隊獲一等獎；近兩屆畢業生獲得高級工證書的人數達800余人，并有9人獲省大學生優秀畢業設計一、二、三等獎；學生科技興趣小組在產學基地開展科技創新制作活動，大大提高了創新能力與實踐能力；學生機器人科技小組制作的機器人參加2002～2006年科技部、教育部和中央電視臺舉辦的“全國大學生CCTV機器人大賽”中，學院作為唯一連續五屆參賽的高職高專院校代表隊，兩次進入十六強，兩次獲最佳風格獎等；學生科技制作興趣小組發明的正弦信號發生器、懸掛控制系統兩個項目獲全國大學生電子設計競賽江蘇賽區二等獎；大學生數學建模項目獲全國大學生數學建模競賽江蘇賽區二等獎；下肢減重康復機械手項目獲第一屆江蘇省大學生機械創新設計大賽三等獎。

三是促進了專業、課程、教材建設，提高了教科研水平。我們通過與企業合作，已建成2個國家級教學改革試點專業、3個江蘇省特色專業、6門國家精品課程、10門江蘇省優秀課程、2本江蘇省高校精品教材和2本省級精品重點立項教材。2003年以來，學院教師編寫各類教材108本，其中專著2本、主編38本、主審9本、自編校本教材35本。“十五”期間完成省部級及以上課題研究10多項、院級科研項目近100項，其中2項分別獲得江蘇省教學成果一、二等獎；師生自己動手開發了25套高級教具，其中“產學結合型柔性制造系統”經江蘇省專利委鑒定，確認為填補了國內空白。

參考文獻

［1］陳解放.“產學研結合”與“工學結合”解讀[J].中國高教研究，2006，（12）.

［2］李忠華，姚和芳.構建校企合作人才培養模式的時間與探索[J].中國職業技術教育，2006，（12）.