時間：2022-06-24 06:45:29
序論：在您撰寫機(jī)械手畢業(yè)設(shè)計總結(jié)時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
指導(dǎo)老師：戴勝坤
設(shè)計要求：1、安裝資料及要求。包括：平面圖；用電負(fù)荷情況；供電電源情況；氣象及水文資料等。
2、選子：位置、型號的選擇
3、土建施工
4、設(shè)備安裝
課題二、小電流接地系統(tǒng)的故障選線的研究
指導(dǎo)老師：戴勝坤 地故障時，故障特點(diǎn)不是非常明顯，故障選線就顯得很有必要，所以，要求學(xué)生
比較詳細(xì)的了解國內(nèi)外小電流接地系統(tǒng)故障選線的研究現(xiàn)狀和研究方法，對現(xiàn)有
的選線方法進(jìn)行總結(jié)并加以改進(jìn)，找到適合的故障選線的方法；3、 利用ATP的仿真軟件對小電流接地系統(tǒng)進(jìn)行仿真；4、撰寫畢業(yè)論文。
課題三、64點(diǎn)溫度監(jiān)測與控制系統(tǒng)的設(shè)計
指導(dǎo)老師：游佳
設(shè)計內(nèi)容：64點(diǎn)溫度監(jiān)測與控制系統(tǒng)針對室溫環(huán)境下的溫度監(jiān)控，如大型機(jī)組的軸溫，大型變壓器油溫，化學(xué)反應(yīng)過程，環(huán)境測試等?？刂坪诵牟捎梦⑻幚砥骰騿纹瑱C(jī)，監(jiān)測64點(diǎn)溫度，溫度范圍0～100℃，采用半導(dǎo)體溫度傳感器AD590，按矩陣方式切換輸入信號。輸出8路開關(guān)控制信號和2路PWM模擬信號（具備PID控制能力）。同時要求利用微處理器或單片機(jī)的已有通訊接口或其它工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳和控制。
設(shè)計要求：1.總體方案設(shè)計，需要提出至少兩種切實(shí)可行的方案，并加以比較，選擇一種最優(yōu)方案；
2.根據(jù)總體方案設(shè)計硬件電路，需要有理論依據(jù)，有分析計算過程，選擇的主要元件要有原理和說明，所有元件必須有型號和參數(shù)；
3.軟件設(shè)計，使用匯編語言或C語言編成。主要軟件必須能在設(shè)計制作的硬件電路上正確運(yùn)行 ，且能夠顯示被測試對象的溫度；
4.制作硬件電路，調(diào)試硬件和軟件，完成溫度檢測與測試點(diǎn)切換，實(shí)現(xiàn)溫度上傳并在屏幕上顯示或存盤；
5.撰寫畢業(yè)論文，嚴(yán)格按照畢業(yè)論文標(biāo)準(zhǔn)，論文引用其它文章和相關(guān)技術(shù)資料不得多于40%。
課題四、 用8051單片機(jī)設(shè)計一交通信號燈模擬控制系統(tǒng)的設(shè)計
指導(dǎo)老師：潘紋
一、設(shè)計任務(wù)與要求：
用單片機(jī)8051設(shè)計一個十字路口的紅、綠、黃交通信號燈控制系統(tǒng)，要求如下：
1）用紅、綠、黃三色發(fā)光二極管作信號燈?？紤]到學(xué)生設(shè)計時的難度，只考慮一條道路相對的兩個方向，每個方向有紅、綠、黃三個燈。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行，每隔30秒紅綠燈交替變化。在每次由綠燈亮變成紅燈亮或者由紅燈亮變成綠燈亮的交替變化轉(zhuǎn)換時要求黃燈閃爍5秒，給行駛中的車輛有時間?？康浇芯€之外。
2）能實(shí)現(xiàn)正常的計時顯示功能。用倒計時方法顯示紅燈、綠燈、黃燈還需亮的時間。
3）能實(shí)現(xiàn)控制器總清零功能。 按下某個鍵后，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)總清零，計數(shù)器由初始狀態(tài)開始計數(shù)，對應(yīng)狀態(tài)的指示燈亮。 二、根據(jù)設(shè)計任務(wù)與要求：畫出設(shè)計總電路圖，寫出設(shè)計程序。
課題五、單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制器的設(shè)計
指導(dǎo)教師：游佳
設(shè)計要求:1.用MCS-51單片機(jī),通過軟件編程,設(shè)計一個步進(jìn)電機(jī)控制器。要求能對步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)及速度控制，同時能對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行位置控制，即能控制步進(jìn)電機(jī)從一個位置精確地運(yùn)行到另一個位置。
課題六、傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用及發(fā)展的研究
指導(dǎo)老師：周小薇
論文要求：1.了解傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的作用及地位
2.機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用傳感器的類型、特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)及用途等
3.如何為機(jī)電一體化系統(tǒng)選擇傳感器（舉例說明）
4.機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用傳感器的發(fā)展
相關(guān)知識：本課題要求學(xué)生綜合《傳感器技術(shù)》《機(jī)電一體化技術(shù)》《控制電機(jī)》等相關(guān)知識進(jìn)行編寫。
課題七、水輪機(jī)制動系統(tǒng)的設(shè)計
指導(dǎo)老師：周小薇
設(shè)計要求：
掌握一定的電氣控制技術(shù)的基礎(chǔ)知識，可以利用PLC進(jìn)行編程，并且對氣壓傳動和液壓傳動有一定的了解。還要求能夠運(yùn)用基本的繪圖軟件進(jìn)行繪圖。
設(shè)計內(nèi)容：
本設(shè)計共有三個部分：電氣控制部分、流體控制部分、PLC編程部分。
（一）電氣控制部分設(shè)計任務(wù)： 2.24點(diǎn)制動閘動作后向PLC發(fā)出制動成功或復(fù)位信號
3.壓力站氣路壓力數(shù)顯示向PLC發(fā)出4～20mA的模擬信號
4.根據(jù)PLC傳送來的4～20mA的模擬信號，顯示相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。
（二）流體控制部分設(shè)計任務(wù)：
采用節(jié)流閥控制流量，水份分離器凈化空氣，兩個三通換向閥分別控制汽缸的上、下腔；氣液混用三通球閥進(jìn)行氣、油的轉(zhuǎn)換控制，多塊壓力表可直接讀數(shù)等。
（三）PLC編程部分設(shè)計任務(wù)：
根據(jù)給出的梯形圖進(jìn)行編程。
課題八、畢業(yè)設(shè)計題目：恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計
指導(dǎo)教師：黃衛(wèi)庭
構(gòu)成：PLC系統(tǒng)、變頻器、檢測保護(hù)電路、轉(zhuǎn)速測量等環(huán)節(jié)
要求：1、采用PWM變頻調(diào)速
2、有具體結(jié)構(gòu)圖及外形圖
3、選用元器件合適
4、有控制電路圖、主電路原理圖、PLC程序框圖和清單
[注意：選題要結(jié)合實(shí)際供水工作。要求寫明本設(shè)計所涉及的分析方法或技術(shù)手段（如定性、定量分析的方法）；要求有學(xué)生獨(dú)立的見解，設(shè)計內(nèi)容要詳細(xì)寫明具體步驟]。
課題九、兩種液體混合的設(shè)計
指導(dǎo)老師：葉俊 一、控制要求
1．初始狀
此時各閥門關(guān)閉，容器是空的。 SL1=SL2=SL3=OFF
M＝OFF
二、起動操作
按下起動按鈕，開始下列操作： (2)液體B流入，液面達(dá)到SL1時，YV2=OFF，M＝ON，開始攪拌；
(3)混合液體攪拌均勻后（設(shè)時間為l0s），M＝OFF，YV3＝ON，放出混合液體；
(4)當(dāng)液體下降到名 SL2時，SL2從ON變?yōu)镺FF，再過20s后容器放空，關(guān)閉YV3，YV3=OFF，完成一個操作周期；
(5)只要沒按停止按鈕，則自動進(jìn)入下一操作周期?！?/p>
三、停止操作
按一下停止按鈕，則在當(dāng)前混合操作周期結(jié)束后，才停止操作，使系統(tǒng)停止于初始狀態(tài)。
四、要求：用歐姆龍型PLC技術(shù)設(shè)計
課題十、機(jī)械手控制的設(shè)計
指導(dǎo)老師：葉俊
一、機(jī)械手工作過程，且每次循環(huán)動作均從原位開始。
二、控制要求
1．在傳輸帶A端部，安裝了光電開關(guān)PS，用以檢測物品的到來。當(dāng)光電開關(guān)檢測到物品時為ON狀態(tài)。
2.機(jī)械手在原位時，按下起動按鈕，系統(tǒng)起動，傳送帶A運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)光電開關(guān)檢測到物品后，傳送帶A停。
3．傳輸帶A停止后，機(jī)械手進(jìn)行一次循環(huán)動作，把物品從傳送帶A上搬到傳送帶B(連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)）上。
4.機(jī)械手返回原位后，自動再起動傳送帶A運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)行下一個循環(huán)。
5．按下停止按鈕后，應(yīng)等到整個循環(huán)完成后，才能使機(jī)械手返回原位，停止工作。
6.機(jī)械手的上升／下降和左移／右移的執(zhí)行結(jié)構(gòu)均采用雙線圈的二位電磁閥驅(qū)動液壓裝置實(shí)現(xiàn)，每個線圈完成一個動作。
7.抓緊／放松由單線圈二位電磁閥驅(qū)動液壓裝置完成，線圈通電時執(zhí)行抓緊動作，線圈斷電時執(zhí)行放松動作。
8.機(jī)械手的上升、下降、左移、右移動作均由極限開關(guān)控制。
9.抓緊動作由壓力繼電器控制，當(dāng)抓緊時，壓力繼電器動合觸點(diǎn)閉合。放松動作為時間控制（設(shè)為2s）。
要求：用歐姆龍型PLC技術(shù)設(shè)計
課題十一、建立機(jī)械全自動洗衣機(jī)的工作電路模型
指導(dǎo)老師：方瑋
結(jié)構(gòu)：由電動程控器、水位開關(guān)、安全開關(guān)（蓋開關(guān)）、排水選擇開關(guān)、 不排水停機(jī)開關(guān)、貯水開關(guān)、漂洗選擇開關(guān)、洗滌選擇開關(guān)等組成。工作原理：通過各種開關(guān)組成控制電路，來控制電動機(jī)、進(jìn)水閥、排水電磁鐵及蜂鳴器的電壓輸出，使洗衣機(jī)實(shí)現(xiàn)程序運(yùn)轉(zhuǎn)。
主要內(nèi)容：進(jìn)水控制電路，電動機(jī)控制電路，排水系統(tǒng)電路等。
要求：結(jié)合洗衣機(jī)的工作過程，給出以上電路模型號并說明原理，論文不少于5000字
課題十二、工廠變配電所的設(shè)計
指導(dǎo)老師：居劍文
一、設(shè)計的要求
根據(jù)設(shè)計課題的技術(shù)指標(biāo)和給定條件，能夠獨(dú)立而正確地進(jìn)行方案認(rèn)證和設(shè)計計算，要求概念清楚，方案合理，方法正確，步驟完整。
要求會查閱有關(guān)參考資料和手冊等
要求學(xué)會選擇有關(guān)元件和參數(shù)
要求學(xué)會編制有關(guān)電氣系統(tǒng)圖和編制元件明細(xì)表
要求學(xué)會編寫設(shè)計說明書
二、設(shè)計說明書的內(nèi)容
負(fù)荷計算及無功功率補(bǔ)償計算。
變配電所所址和型式的選擇。
變電所主變壓器臺數(shù)、容量及類型的選擇（配電所設(shè)計不含此內(nèi)容）。
變電所主結(jié)線方案的設(shè)計
短路電流的計算
變配電所一次設(shè)備的選擇
變配電所二次回路方案的選擇及繼電保護(hù)裝置的選擇與整定
變電所防雷保護(hù)與接地裝置的設(shè)計
編寫設(shè)計說明書及主要設(shè)備材料清單
10、繪制變電所主結(jié)線圖、平面圖和必要的剖線圖、二次回路圖及其它的施工圖樣。
課題十三、電纜－架空混合線路的繼電保護(hù)問題的研究
指導(dǎo)老師：方瑋 研究現(xiàn)狀，了解目前電纜－架空混合線路的保護(hù)的配置的方法，優(yōu)缺點(diǎn)，并根據(jù)
電纜的特點(diǎn)，架空線路的特點(diǎn)，提出適合于混合線路的保護(hù)的方案；
3、 提出適合于電纜－架空混合線路的繼電保護(hù)的方案； 4、撰寫畢業(yè)論文。
課題十四、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性分析
指導(dǎo)老師：潘紋
設(shè)計任務(wù)與要求
1）對鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)三種基
本類型的運(yùn)動特性進(jìn)行分析。
2）每種類型各舉一個日常生活中常見的實(shí)例，畫出其基本圖表。對每種
類型要求用falsh或者authorware等做一個能動的形象逼真的例子。如吊起重物的起重機(jī)、運(yùn)動的火車的機(jī)輪、橢圓儀、翻箱機(jī)、機(jī)械手爪等。
課題十五、數(shù)控銑床及加工中心產(chǎn)品加工工藝設(shè)計
指導(dǎo)老師：倪祥明 課題十六、機(jī)械手直線運(yùn)動液壓系統(tǒng)的制作
指導(dǎo)教師：黃國祥
目的：實(shí)現(xiàn)機(jī)械手水平、垂直兩個方向的機(jī)械運(yùn)動
任務(wù)：1、系統(tǒng)方案的設(shè)計與計算；液壓泵、液壓閥等技術(shù)參數(shù)的選擇；液壓輔助部件的選擇與購買。
2、液壓缸的加工制作。
3、液壓系統(tǒng)的安裝與調(diào)試。
4、電路系統(tǒng)的安裝。
5、技術(shù)資料整理與電子文檔的制作。
要求： 1、分組布置任務(wù)，每組可以是1人以上。
2、電子文檔要求打印，字?jǐn)?shù)不少于5000字。
3、現(xiàn)場展覽制作產(chǎn)品，參加答辯。
課題十七、“中國結(jié)”造型設(shè)計
指導(dǎo)教師：張蓉
1.畢業(yè)設(shè)計的基本任務(wù)
著重提高在CAD/CAM軟件應(yīng)用方面的實(shí)踐技能，樹立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，培養(yǎng)綜合運(yùn)用理論知識解決實(shí)際問題的能力。通過創(chuàng)建中國結(jié)造型設(shè)計、市場推廣、資料整理等環(huán)節(jié)，初步掌握應(yīng)用CAD/CAM進(jìn)行工業(yè)造型設(shè)計的方法和基本技能。
2.畢業(yè)設(shè)計的基本要求
通過畢業(yè)設(shè)計各環(huán)節(jié)的實(shí)踐，應(yīng)達(dá)到如下要求：
靈活運(yùn)用所學(xué)Pro/e軟件創(chuàng)建“中國結(jié)”,打印出造型設(shè)計步驟和造型圖；
對造型出來的“中國結(jié)”進(jìn)行包裝設(shè)計。如用Photoshop或3dmax等軟件進(jìn)行包裝，打印出用于市場推廣的效果圖；
寫出500字左右的論文小結(jié)
培養(yǎng)一定自學(xué)能力和獨(dú)立分析問題、解決問題能力；
通過畢業(yè)設(shè)計實(shí)踐，樹立嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍、實(shí)事求是的工作作風(fēng)，并培養(yǎng)自己具有一定的生產(chǎn)觀點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)、全面觀點(diǎn)及團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。
3.“中國結(jié)”造型參考圖：
（造形和尺寸自定義）
課題十八、“福娃”造型設(shè)計
指導(dǎo)教師：羅進(jìn)生
1.畢業(yè)設(shè)計的基本任務(wù)
著重提高在CAD/CAM軟件應(yīng)用方面的實(shí)踐技能，樹立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，培養(yǎng)綜合運(yùn)用理論知識解決實(shí)際問題的能力。通過創(chuàng)建“福娃”造型設(shè)計、市場推廣、資料整理等環(huán)節(jié)，初步掌握應(yīng)用CAD/CAM進(jìn)行工業(yè)造型設(shè)計的方法和基本技能。
2.畢業(yè)設(shè)計的基本要求
通過畢業(yè)設(shè)計各環(huán)節(jié)的實(shí)踐，應(yīng)達(dá)到如下要求：
靈活運(yùn)用所學(xué)Pro/e軟件創(chuàng)建“福娃”,打印出造型設(shè)計步驟和造型圖；
對造型出來的“福娃”進(jìn)行包裝設(shè)計。如用Photoshop或3dmax等軟件進(jìn)行包裝，打印出用于市場推廣的效果圖；
寫出500字左右的論文小結(jié)；
培養(yǎng)一定自學(xué)能力和獨(dú)立分析問題、解決問題能力；
通過畢業(yè)設(shè)計實(shí)踐，樹立嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍、實(shí)事求是的工作作風(fēng)，并培養(yǎng)自己具有一定的生產(chǎn)觀點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)、全面觀點(diǎn)及團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。
3.“福娃”造型參考圖：
課題十九、大功率高頻直流開關(guān)電源的設(shè)計
指導(dǎo)老師： 倪濤
通過該題目的設(shè)計,加強(qiáng)電力電子的學(xué)習(xí)和理解，系統(tǒng)學(xué)習(xí)開關(guān)電源的設(shè)計方法，綜合運(yùn)所學(xué)過的知識,培養(yǎng)獨(dú)立工作，解決實(shí)際問題的能力，為走向工作崗位打一定的基礎(chǔ)
內(nèi)容：
按技術(shù)參數(shù)設(shè)計一臺直流開關(guān)電源
主要技術(shù)參數(shù)：
輸入電壓：三相交流380V 輸入頻率：50HZ
輸 出：恒流50安 輸出電流變動范圍：0---50安連續(xù)可調(diào)
輸出電壓：0—60伏
要求：
1.按要求分階段寫文字材料；
2. 3.論文要按要求格式打印；
4.獨(dú)立完成
設(shè)計步驟：
1.閱讀國內(nèi)外有關(guān) 2.選定開關(guān)電源集成控制器，學(xué)習(xí)其工作原理、應(yīng)用方法；
3.主電路方案選擇，要有技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較；
4.主電路設(shè)計；
5.元器件的設(shè)計、計算、選擇；
6.控制電路、保護(hù)電路的設(shè)計；
7.打印論文
課題二十、三層樓電梯PLC控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試
指導(dǎo)老師：倪濤
設(shè)計內(nèi)容： 1、不允許同時有兩層樓要求停電梯；
2、當(dāng)二層不需要停時，能越過二層直接到達(dá)所需樓層。
要求：
分階段寫文字材料；
2、 3、論文要按要求格式打??；
4、獨(dú)立完成
步驟：
1、設(shè)計I/O配線表。
2、設(shè)計出電梯控制的梯形圖。
3、寫出指令表。
4、用編程器輸入指令。
調(diào)試運(yùn)行。
課題二十一、車輛出入庫管理PLC系統(tǒng)設(shè)計
指導(dǎo)老師：楊芳
內(nèi)容：編制一個用PLC控制的車輛出入庫管理梯形圖控制程序,控制要求如下:
1、入庫車輛前進(jìn)時,計數(shù)器加1,后退則減1.
2、出庫車輛前進(jìn)時計數(shù)器減1,后退則加1.
3、要求有顯示屏指示車庫內(nèi)車輛的實(shí)際數(shù)目.
要求：
1.根據(jù)題意設(shè)計顯示電路，并按圖連接。
2.畫PLCI/O接口連線圖，并按圖連接。
3.編制梯形圖及指令語句表。
4.完成系統(tǒng)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)控制要求。
課題二十二、水塔水位控制PLC系統(tǒng)設(shè)計
指導(dǎo)老師：楊芳
內(nèi)容：1、保持水池的水位在S3——S4之間，當(dāng)水位低于S3，則打開閥門進(jìn)水，水位到達(dá)S4時，則關(guān)閉閥門。 水塔水位控制面板
要求：1.根據(jù)題意設(shè)計顯示電路，并按圖連接。
2.畫PLCI/O接口連線圖，并按圖連接。
3.編制梯形圖及指令語句表。
4.完成系統(tǒng)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)控制要求。
課題二十三、用PRO/E軟件進(jìn)行玩具造型設(shè)計
指導(dǎo)教師：羅進(jìn)生
要求：利用軟件進(jìn)行實(shí)體造型，寫出具體造型步驟。步驟清晰合理，造型思路明確。可以自己設(shè)計玩具形狀，分析所設(shè)計玩具市場前景。
參考圖樣：
課題二十四、基于PROE軟件的機(jī)械制圖三維模型庫開發(fā)及應(yīng)用
指導(dǎo)老師：李廣坤
目前存在的主要問題我院機(jī)械類專業(yè)含機(jī)電、機(jī)械、數(shù)控、模具、汽車等相關(guān)專業(yè)。目前，畢業(yè)設(shè)計中存在的主要問題有以下幾種：
1.關(guān)注點(diǎn)不一樣，學(xué)校和學(xué)生意見分歧由于教育行政部門每年都要對畢業(yè)論文（設(shè)計）進(jìn)行抽檢評優(yōu)，所以學(xué)校很緊張，萬一結(jié)果不好，影響學(xué)校的聲譽(yù)。但現(xiàn)狀是，機(jī)械類專業(yè)絕大多數(shù)學(xué)生從第5學(xué)期中后期開始進(jìn)行頂崗實(shí)習(xí)，而且大部分從事的是機(jī)床操作和產(chǎn)品檢驗(yàn)、包裝等工種，沒有太多的技術(shù)含量，與“設(shè)計”無緣。少部分學(xué)生在產(chǎn)品銷售崗位實(shí)習(xí)，還有部分在售后服務(wù)崗位實(shí)習(xí)，與“設(shè)計”關(guān)系都不大，學(xué)生看不到畢業(yè)設(shè)計對他們將來的工作有多大作用，他們更關(guān)注的是就業(yè)。因此，沒有太大的動力去認(rèn)真地搞畢業(yè)設(shè)計。由于學(xué)校對老師有要求，老師本意當(dāng)然想認(rèn)真地指導(dǎo)學(xué)生，可是學(xué)生在頂崗實(shí)習(xí)階段，不能與老師經(jīng)常見面，有的根本見不了面，只能通過電話、網(wǎng)絡(luò)溝通，學(xué)生上網(wǎng)不便，郵件也說不清楚，老師只能過一段時間督促一下，指導(dǎo)效果大打折扣。
2.畢業(yè)設(shè)計所需信息和資料難以搜集，影響進(jìn)度畢業(yè)設(shè)計階段，學(xué)生都在企業(yè)頂崗實(shí)習(xí)，企業(yè)沒有專門的提供給學(xué)生的圖書館、機(jī)房、網(wǎng)絡(luò)、實(shí)驗(yàn)室等畢業(yè)設(shè)計所必須的基本條件。學(xué)生對相關(guān)專業(yè)資料的搜集、分析、利用等能力相對較弱，這些資源的缺乏令學(xué)生在選題、開題和具體實(shí)施階段顯得無從下手，只能胡亂參照往年或網(wǎng)上資料相關(guān)題目。例如，機(jī)械類專業(yè)學(xué)生中期檢查交上來的題目大多是軸類、箱體類、圓盤類零件的加工工藝及數(shù)控編程、各種零件的模具設(shè)計、各種普通機(jī)床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造、電梯和機(jī)械手、水位、各種生產(chǎn)線等的PLC控制、機(jī)床夾具設(shè)計、機(jī)械設(shè)備的故障診斷與維修等等，題目有的大而空，有的是課程設(shè)計內(nèi)容，有的是教材上的實(shí)例。學(xué)生撰寫論文時參考教材或網(wǎng)絡(luò)公開資料過多，沒有什么數(shù)據(jù)支撐，也沒有什么自己的觀點(diǎn)和實(shí)際作品，談不上論文的質(zhì)量及學(xué)生水平的提高。
3.學(xué)生方面的原因江蘇省這幾年的高職招生，有提前單招，有注冊入學(xué)，還有中職對口單招，最后，通過真正參加高考錄取的考生，所占比例已經(jīng)較少了。即使是這些學(xué)生，錄取的分?jǐn)?shù)也很低。而且，江蘇省錄取的總?cè)藬?shù)已經(jīng)超過了報考學(xué)生總數(shù)，基本上只要想上學(xué)，都能上。所以招進(jìn)來的學(xué)生的知識基礎(chǔ)較差，學(xué)習(xí)興趣不高，水平和能力又參差不齊。畢業(yè)設(shè)計和頂崗實(shí)習(xí)時間重疊，絕大部分學(xué)生是自己通過人才市場選擇的實(shí)習(xí)企業(yè)，崗位要求學(xué)生和正式用工一樣的工作時間和強(qiáng)度，學(xué)生每天上8小時甚至12小時的班，有的企業(yè)兩班倒，有的三班倒，沒有精力再去搞畢業(yè)設(shè)計。另一方面，在學(xué)校的前兩年，也沒有好好學(xué)習(xí)專業(yè)知識，造成很多學(xué)生不知道畢業(yè)設(shè)計要做什么，怎么做。老師給學(xué)生的課題，學(xué)生做不了，學(xué)生自己定的題目，又很不恰當(dāng)。勉強(qiáng)寫出的論文不規(guī)范，文字欠通順，表述設(shè)計意圖和設(shè)計方案邏輯性不強(qiáng)，質(zhì)量很低，有的直接抄襲論文或干脆購買，沒有起到培養(yǎng)綜合能力和科研水平的目的。
4.指導(dǎo)老師方面的原因由于學(xué)生多而專業(yè)教師少，教師的指導(dǎo)工作量過大，一般平均每位專業(yè)教師要承擔(dān)十多個學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)，學(xué)生遠(yuǎn)在四處各地，老師無法對學(xué)生進(jìn)行細(xì)致、系統(tǒng)和及時的指導(dǎo)和檢查。而且本身又有繁重的教學(xué)工作，老師的精力跟不上。另外，各個學(xué)校重點(diǎn)關(guān)注的是招生就業(yè)，使得老師可能不太重視畢業(yè)設(shè)計工作，不愿多花時間與精力。從教師本身來看，高職院校的年輕教師很多是剛從學(xué)校畢業(yè)的，沒有實(shí)踐環(huán)節(jié)，只能照本宣科；年長教師，沒有知識更新的再教育環(huán)節(jié)，對新技術(shù)不太了解。老師自己實(shí)踐水平不高，給學(xué)生的選題，為回避實(shí)踐環(huán)節(jié)，很多選擇了與工程實(shí)際相脫離的綜述類題目或計算機(jī)仿真題目。這些都使畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)工作難度增大，難以保證質(zhì)量。
二、對策分析
1.提前啟動畢業(yè)設(shè)計工作在人才培養(yǎng)方案中，將各主要專業(yè)課程向前兩學(xué)年轉(zhuǎn)移，減少第三學(xué)年的計劃課程。第五學(xué)期初開始畢業(yè)設(shè)計，包括落實(shí)任務(wù)、查閱資料，掌握畢業(yè)設(shè)計的基本程序、要求，完成畢業(yè)論文的總體框架設(shè)計。學(xué)生在校完成畢業(yè)論文總體框架后，到企業(yè)、實(shí)習(xí)基地邊實(shí)習(xí)邊做畢業(yè)設(shè)計，更有針對性，學(xué)生不再感到茫然。
2.充分利用畢業(yè)頂崗實(shí)習(xí)到用人單位進(jìn)行半年以上頂崗實(shí)習(xí)，是高職院校落實(shí)《教育部關(guān)于全面提高高等職業(yè)教育教學(xué)質(zhì)量的若干意見》（教高[2006]16號）文件精神，大力推行“校企合作、工學(xué)結(jié)合”，突出高職教育特色，改革人才培養(yǎng)模式的重要舉措。這幾年，我院機(jī)械類學(xué)生的頂崗實(shí)習(xí)已提前至第5學(xué)期的下半學(xué)期，由于企業(yè)對技能型人才的需求較旺，所以，絕大部分學(xué)生自己都能較容易找到相關(guān)實(shí)習(xí)崗位。學(xué)生帶著各自初擬的畢業(yè)設(shè)計課題，分散到不同地方、不同部門進(jìn)行畢業(yè)實(shí)習(xí)，這種分散實(shí)習(xí)的方式不會影響企業(yè)的生產(chǎn)秩序，比較容易被企業(yè)接受；還有部分學(xué)生，在第3或者第4學(xué)期已經(jīng)選擇了進(jìn)入與學(xué)校簽有合作培養(yǎng)協(xié)議的“訂單班”學(xué)習(xí)，我系有“上海鴻得利”、“富士康”、“億滋”、“無錫松下”等眾多訂單班，學(xué)生完成基本專業(yè)知識學(xué)習(xí)后直接進(jìn)入這些單位頂崗實(shí)習(xí)。畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容與實(shí)際所從事的崗位聯(lián)系，如果與初擬的框架有沖突，可再作研究內(nèi)容和方法的調(diào)整，甚至重新開展課題研究。做到理論聯(lián)系實(shí)際，提高學(xué)生的解決實(shí)際問題能力，提高畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量。
3.校企共同指導(dǎo)學(xué)校自己聘請公司的技術(shù)人員做企業(yè)兼職指導(dǎo)教師，實(shí)現(xiàn)校企共同指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計。校內(nèi)指導(dǎo)教師主要負(fù)責(zé)畢業(yè)設(shè)計規(guī)范化指導(dǎo)，負(fù)責(zé)過程管理，制定畢業(yè)設(shè)計流程，對畢業(yè)設(shè)計的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)督檢查，對后期的畢業(yè)論文的撰寫進(jìn)行指導(dǎo)和審核。保持與企業(yè)指導(dǎo)教師、畢業(yè)生的聯(lián)系與溝通。企業(yè)的指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)具體的技術(shù)、內(nèi)容指導(dǎo)，提供企業(yè)相關(guān)資料以及學(xué)生與實(shí)習(xí)企業(yè)合作環(huán)境的協(xié)調(diào)。學(xué)校應(yīng)支付企業(yè)導(dǎo)師一定報酬，同時，企業(yè)導(dǎo)師參與答辯要占到一定比例。我院建立了頂崗實(shí)習(xí)管理平臺，要求學(xué)生頂崗實(shí)習(xí)期間至少每周寫一次周記，每個周記提出一個工作問題，解決一個工作問題，學(xué)習(xí)一個工作中需要的新知識點(diǎn)，詳細(xì)記錄，并報告指導(dǎo)教師，指導(dǎo)老師進(jìn)行點(diǎn)評、指導(dǎo)，隨時關(guān)注學(xué)生動態(tài)，及時解決學(xué)生在實(shí)習(xí)過程中遇到的問題。另外，學(xué)生還要完成手寫的實(shí)習(xí)報告，也按周填寫，學(xué)生的企業(yè)指導(dǎo)老師，對學(xué)生一周的工作進(jìn)行評價、總結(jié).
4.豐富畢業(yè)設(shè)計課題來源
（1）指導(dǎo)教師的科研課題。此類型題目所占比例呈逐年上升趨勢。原因主要是近幾年學(xué)校科研環(huán)境的改善及本系教師隊伍的完善，科研項目逐漸增多，項目層次包括院級、市級、省級、國家級。
（2）依托技能競賽及各級各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽開展畢業(yè)設(shè)計的實(shí)踐活動。鼓勵學(xué)生積級申報江蘇省大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項目，參加大學(xué)生機(jī)械設(shè)計大賽、自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試、汽車維修、汽車營銷、數(shù)控操作大賽、大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽、職業(yè)規(guī)劃大賽等。畢業(yè)設(shè)計開始時間可以依據(jù)競賽時間進(jìn)行調(diào)整，畢業(yè)設(shè)計可以以綜合性競賽項目實(shí)物作為成果，由競賽輔導(dǎo)教師兼任畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教師，對學(xué)生在前期創(chuàng)新過程中的作品進(jìn)行完善和理論升華。通過技能競賽學(xué)生熟練了技能，樹立了競爭意識、團(tuán)隊意識，更嘗到了學(xué)習(xí)技能、精通技能的甜頭。
（3）學(xué)生自己確立的課題。題目主要來自畢業(yè)頂崗實(shí)習(xí)或者將要就業(yè)的單位，收集與實(shí)際工作相關(guān)的資料，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下確定畢業(yè)設(shè)計題目。這說明學(xué)生下企業(yè)頂崗實(shí)習(xí)為畢業(yè)設(shè)計的選題提供了大量的專業(yè)實(shí)踐機(jī)會。對于部分搞不了設(shè)計的學(xué)生，要求他們將實(shí)習(xí)體會寫下來，形成實(shí)習(xí)報告。
（4）模具、數(shù)控、機(jī)械、機(jī)電專業(yè)跨專業(yè)整合，開展任務(wù)驅(qū)動、項目導(dǎo)向的畢業(yè)設(shè)計課題探索，使學(xué)生綜合能力與素質(zhì)得到全面提升。
（5）參與教師的教學(xué)活動。學(xué)生參與教學(xué)課件的制作，如機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)、液壓與氣動技術(shù)、夾具設(shè)計、數(shù)控編程、模具設(shè)計等課程中的動畫、視頻的制作。既鞏固了所學(xué)專業(yè)知識，又熟練掌握常用軟件的操作，為將來的工作打下了良好的基礎(chǔ)。
（6）不斷完善畢業(yè)設(shè)計課題類型，開設(shè)畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)課程。經(jīng)過這幾年的實(shí)踐總結(jié)，我們大體上把機(jī)械類高職畢業(yè)設(shè)計的類型分為以下幾類，同時，我院已開設(shè)指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計的相關(guān)課程或講座。1）工藝夾具類。此類主要完成各種零件的加工工藝編制及加工零件所需夾具的設(shè)計。2）數(shù)控編程類。主要完成零件的加工工藝編制及數(shù)控編程，可以和機(jī)械設(shè)計類結(jié)合，以團(tuán)隊的形式，完成機(jī)構(gòu)的設(shè)計、機(jī)構(gòu)零件的數(shù)控編程、加工。3）注塑、沖壓模具類。主要完成各種注塑、沖壓模具設(shè)計。4）機(jī)械設(shè)計類。減速器、機(jī)器人、機(jī)械手、各種泵、控制裝備、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車、液壓系統(tǒng)及各種設(shè)備的設(shè)計。5）機(jī)床類。機(jī)床主傳動系統(tǒng)及進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計、鉆床、銑床、組合機(jī)床設(shè)計，也可以利用學(xué)校的金工實(shí)習(xí)車間進(jìn)行各類機(jī)床的拆裝、測繪訓(xùn)練。6）機(jī)械類課程圖形庫、動畫庫、試題庫建設(shè)。7）機(jī)電一體化類普通車床數(shù)控化改造及各種設(shè)備的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計。8）機(jī)電設(shè)備或生產(chǎn)線故障分析與診斷。
（7）答辯形式多樣化。答辯可以采取多種形式，答辯地點(diǎn)可以選擇校內(nèi)的多媒體教室、實(shí)訓(xùn)室，也可以搬到校外學(xué)生頂崗實(shí)習(xí)的企業(yè)現(xiàn)場，邀請企業(yè)指導(dǎo)老師、技術(shù)人員、學(xué)生的同事一起參加答辯；答辯形式可以是陳述性答辯，也可以是作品展示性答辯；團(tuán)隊項目，可指定一人進(jìn)行答辯。要保證各類形式如實(shí)習(xí)報告類、調(diào)查報告類、市場調(diào)研類、創(chuàng)業(yè)計劃類、售后報告分析類、設(shè)計類都可以參加答辯。
三、總結(jié)
根據(jù)上面分析，現(xiàn)在的畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量較難保證，而現(xiàn)有國情下高職畢業(yè)設(shè)計暫時無法替代。但是，畢業(yè)設(shè)計也應(yīng)隨著形勢的發(fā)展進(jìn)行較大程度的改革，否則，不能發(fā)揮起應(yīng)有的過渡橋梁作用，有以下幾點(diǎn)值得思考：
（1）是否能強(qiáng)化課程綜合實(shí)訓(xùn)和課程設(shè)計，淡化畢業(yè)設(shè)計。例如機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程結(jié)合CAD/CAM課程進(jìn)行綜合實(shí)訓(xùn)；液壓與氣動技術(shù)、機(jī)械制造基礎(chǔ)、PLC等進(jìn)行課程設(shè)計；數(shù)控編程與操作理論課程結(jié)合實(shí)訓(xùn)進(jìn)行典型零件的數(shù)控編程與加工訓(xùn)練。這樣的訓(xùn)練更扎實(shí)，更有實(shí)效。
（2）畢業(yè)設(shè)計過程要增強(qiáng)學(xué)生對畢業(yè)設(shè)計的認(rèn)識、讓學(xué)生明確其目的和意義。
（3）畢業(yè)設(shè)計是一個綜合訓(xùn)練的環(huán)節(jié)。完整的畢業(yè)設(shè)計過程應(yīng)該包括專業(yè)實(shí)習(xí)、文獻(xiàn)檢索、題目選擇、資料收集整理、大綱擬定、試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取、理論計算、論文寫作與論文答辯等環(huán)節(jié)。這些環(huán)節(jié)能使學(xué)生受到完成一個實(shí)際項目所必需的綜合基本訓(xùn)練，對學(xué)生將來的工作和可能情況下的深造意義非凡。
關(guān)鍵詞：機(jī)械手；PLC；液壓伺服定位；電液系統(tǒng)
目 錄
第1章 前言............................................................. 1
1.1 選題背景. 1
1.2 設(shè)計目的. 1
1.3 發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢. 1
第2章 機(jī)械手各部件的設(shè)計. 3
2.1機(jī)械手的總體設(shè)計. 3
2.1.1 機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)的類型. 3
2.1.2 具體設(shè)計方案. 4
2.2機(jī)械手手爪結(jié)構(gòu)的設(shè)計. 4
2.2.1 設(shè)計要求. 4
2.2.2 驅(qū)動方式. 5
2.2.3 典型結(jié)構(gòu). 5
2.2.4 具體設(shè)計方案. 6
2.3機(jī)械手手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計. 7
2.3.1 手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求. 7
2.3.2 具體設(shè)計方案. 7
2.4機(jī)械手手臂構(gòu)的設(shè)計. 8
2.4.1 手臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求. 8
2.4.2 具體設(shè)計方案. 8
2.5機(jī)械手腰座結(jié)構(gòu)的設(shè)計. 9
2.5.1 腰座結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求. 9
2.5.2 具體設(shè)計方案. 9
2.6機(jī)械手的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計. 10
2.6.1 傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的問題. 10
2.6.2 常用的傳動機(jī)構(gòu)形式. 10
2.6.3 具體設(shè)計方案. 11
2.7機(jī)械手驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計. 12
2.7.1 常用驅(qū)動系統(tǒng)及其特點(diǎn). 12
2.7.2 具體設(shè)計方案. 12
2.8機(jī)械手手臂的平衡機(jī)構(gòu)設(shè)計. 12
2.8.1 平衡機(jī)構(gòu)的形式. 12
2.8.2 具體設(shè)計方案. 13
第3章 理論分析和設(shè)計計算. 14
3.1電機(jī)選型有關(guān)參數(shù)計算. 14
3.1.1 有關(guān)參數(shù)的計算. 14
3.1.2 電機(jī)型號的選擇. 16
3.2液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算. 18
3.2.1 確定液壓系統(tǒng)基本方案. 18
3.2.2 擬定液壓執(zhí)行元件運(yùn)動控制回路. 19
3.2.3 液壓源系統(tǒng)的設(shè)計. 19
3.2.4 繪制液壓系統(tǒng)圖. 20
3.2.5 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù). 21
3.2.6 計算和選擇液壓元件. 26
第4章 機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計. 28
4.1系統(tǒng)硬件設(shè)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(yè)流程. 29
4.1.4 控制器的選型. 30
4.1.5 控制系統(tǒng)原理分析. 31
4.1.6 PLC外部接線設(shè)計. 31
4.1.7 I/O地址分配. 32
4.2系統(tǒng)軟件設(shè)計. 33
4.2.1 控制主程序流程圖. 33
4.2.2 控制程序設(shè)計. 34
結(jié)論. 51
致謝................................................................52
參考文獻(xiàn).......................................................... 53
第一章 前言
1.1選題背景
由于工業(yè)自動化的全面發(fā)展和科學(xué)技術(shù)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(yè)自動化的要求，因此，必須利用先進(jìn)設(shè)備生產(chǎn)自動化機(jī)械以取代人的勞動，滿足工業(yè)自動化的需求。其中機(jī)械手是其發(fā)展過程中的重要產(chǎn)物之一，它不僅提高了勞動生產(chǎn)的效率，還能代替人類完成高強(qiáng)度、危險、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動強(qiáng)度，可以說是一舉兩得。在機(jī)械行業(yè)中，機(jī)械手越來越廣泛的得到應(yīng)用，它可用于零部件的組裝，加工工件的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自動化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更為普遍。目前，機(jī)械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中一個重要組成部分。把機(jī)床設(shè)備和機(jī)械手共同構(gòu)成一個柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強(qiáng)。但目前我國的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機(jī)械手的研究和開發(fā)直接影響到我國機(jī)械行業(yè)自動化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。因此，進(jìn)行機(jī)械手的研究設(shè)計具有重要意義。
1.2設(shè)計目的
目前，我國大多數(shù)工廠的生產(chǎn)線上數(shù)控機(jī)床裝卸工件仍由人工完成，其勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低，而且具有一定的危險性，已經(jīng)滿足不了生產(chǎn)自動化的發(fā)展趨勢。為了提高工作效率，降低成本，并使生產(chǎn)線發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)，適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械行業(yè)自動化生產(chǎn)的要求，針對具體生產(chǎn)工藝，結(jié)合機(jī)床的實(shí)際結(jié)構(gòu)，利用機(jī)械手技術(shù)，設(shè)計用一臺上下料機(jī)械手代替人工工作，以提高勞動生產(chǎn)率。本機(jī)械手主要與數(shù)控機(jī)床組合最終形成生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)加工過程的自動化和無人化。
1.3發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢
目前，國內(nèi)外各種機(jī)械手和機(jī)械手的研究成為科研的熱點(diǎn)，其研究的現(xiàn)狀和大體趨勢如下：
一．機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。
二．工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，結(jié)構(gòu)小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性，而且維修方便。
三．機(jī)械手中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，還引進(jìn)了視覺、聽覺、接觸覺傳感器，使其向智能化方向發(fā)展。
四．關(guān)節(jié)式、側(cè)噴式、頂噴式、龍門式噴涂機(jī)械手產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計；柔性仿形噴涂機(jī)械手開發(fā)，柔性仿形復(fù)合機(jī)構(gòu)開發(fā)，仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究，控制系統(tǒng)開發(fā)；
五．焊接、搬運(yùn)、裝配、切割等作業(yè)的工業(yè)機(jī)械手產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化研究；以及離線示教編程和系統(tǒng)動態(tài)仿真。
總的來說，大體是兩個方向：其一是機(jī)械手的智能化，多傳感器、多控制器，先進(jìn)的控制算法，復(fù)雜的機(jī)電控制系統(tǒng)；其二是與生產(chǎn)加工相聯(lián)系，性價比高，在滿足工作要求的基礎(chǔ)上，追求系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、簡潔、可靠，大量采用工業(yè)控制器，市場化、模塊化的元件。
第二章機(jī)械手各部件的設(shè)計
2.1機(jī)械手的總體設(shè)計
2.1.1機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)的類型
工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式主要有四種：直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)和關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)。各結(jié)構(gòu)形式及其相應(yīng)的特點(diǎn)，分別介紹如下：
1.直角坐標(biāo)機(jī)械手結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
直角坐標(biāo)機(jī)械手的空間運(yùn)動是用三個相互垂直的直線運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的，如圖2-1.a。由于直線運(yùn)動易于實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，因此，其運(yùn)動位置精度高，但此種類型機(jī)械手的運(yùn)動空間相對較小，如要達(dá)到較大運(yùn)動空間，則要求機(jī)械手的尺寸足夠大。直角坐標(biāo)機(jī)械手的工作空間為一空間長方體，主要用于裝配作業(yè)及搬運(yùn)作業(yè)。直角坐標(biāo)機(jī)械手有懸臂式，龍門式，天車式三種結(jié)構(gòu)。
2.圓柱坐標(biāo)機(jī)械手結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
圓柱坐標(biāo)機(jī)械手的空間運(yùn)動是用一個回轉(zhuǎn)運(yùn)動及兩個直線運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的，如圖2-1.b。其工作空間是一個圓柱狀的空間。這種機(jī)械手構(gòu)造比較簡單，精度相對較高，常用于搬運(yùn)作業(yè)。
3.球坐標(biāo)機(jī)械手結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
球坐標(biāo)機(jī)械手的空間運(yùn)動是由兩個回轉(zhuǎn)運(yùn)動和一個直線運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的，如圖2-1.c。其工作空間是一個類球形的空間。這種機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，但精度不很高，主要應(yīng)用于搬運(yùn)作業(yè)。
4.關(guān)節(jié)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
關(guān)節(jié)型機(jī)械手的空間運(yùn)動是由三個回轉(zhuǎn)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)的，如圖2-1.d。相對機(jī)械手本體尺寸，其工作空間比較大，動作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。此種機(jī)械手在工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)。關(guān)節(jié)型機(jī)械手又分為水平關(guān)節(jié)型和垂直關(guān)節(jié)型兩種。
2.1.2具體采用方案
如圖2-2所示機(jī)械手模擬工作布局圖，根據(jù)實(shí)際操作的需要，該機(jī)械手在工作中需要3種運(yùn)動，其中手臂的伸縮和立柱升降為直線運(yùn)動，另一個為手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，因此其自由度數(shù)目為3，綜合考慮，應(yīng)選擇圓柱坐標(biāo)機(jī)械手結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單，工作范圍相對較大，且有較高的精度，滿足設(shè)計要求。
2.2機(jī)械手手爪結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.2.1設(shè)計要求
手爪是用來進(jìn)行操作及作業(yè)的裝置，其種類很多，根據(jù)操作及作業(yè)方式的不同，分為搬運(yùn)用、加工用、測量用等。搬運(yùn)用手爪是指各種夾持裝置，用來抓取或吸附被搬運(yùn)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(jī)械手附加裝置，用來進(jìn)行相應(yīng)的加工作業(yè)；測量用手爪是裝有測量頭或傳感器的附加裝置，用來進(jìn)行測量及檢驗(yàn)作業(yè)。
機(jī)械手手爪設(shè)計有如下要求：
1、機(jī)械手手爪是根據(jù)機(jī)械手作業(yè)要求來設(shè)計的。既根據(jù)其應(yīng)用場合設(shè)計手爪，在滿足作業(yè)要求的前提下，機(jī)械手手爪還要求體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。
2、機(jī)械手手爪的萬能性與專用性是矛盾的。萬能手爪在結(jié)構(gòu)上很復(fù)雜，甚至很難實(shí)現(xiàn)，從工業(yè)實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，應(yīng)著重開發(fā)各種專用的、高效率的機(jī)械手手爪，加之以快速更換裝置，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的多種作業(yè)功能，而不主張用一個萬能的手爪去完成多種作業(yè)，以考慮設(shè)計的經(jīng)濟(jì)效益。
3、機(jī)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(jī)械手，這就要求末端執(zhí)行器要有標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械接口（如法蘭），使末端執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。
4、機(jī)械手手爪要便于安裝和維修，易于實(shí)現(xiàn)計算機(jī)控制。
2.2.2驅(qū)動方式
一般工業(yè)機(jī)械手手爪，多為雙指手爪。按手指的運(yùn)動方式，可分為回轉(zhuǎn)型和移動型；按夾持方式來分，有外夾式和內(nèi)撐式兩種。
機(jī)械手夾持器（手爪）的驅(qū)動方式主要有三種：
1.氣動驅(qū)動方式
這種驅(qū)動系統(tǒng)是用電磁閥來控制手爪的運(yùn)動方向，用氣流調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)其運(yùn)動速度。由于氣動驅(qū)動系統(tǒng)價格較低，所以氣動夾持器在工業(yè)中應(yīng)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(yùn)動具有一定的柔順性，這一點(diǎn)是抓取動作十分需要的。
2.電動驅(qū)動方式
電動驅(qū)動手爪應(yīng)用也較為廣泛。這種手爪，一般采用直流伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)，并需要減速器以獲得足夠大的驅(qū)動力和力矩。電動驅(qū)動方式可實(shí)現(xiàn)手爪的力與位置控制。但是，這種驅(qū)動方式不能用于有防爆要求的條件下，因?yàn)殡姍C(jī)有可能產(chǎn)生火花和發(fā)熱。
3.液壓驅(qū)動方式
液壓驅(qū)動方式是利用液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制，傳動剛度大，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)位置控制。
2.2.3典型結(jié)構(gòu)
機(jī)械手手爪的典型結(jié)構(gòu)有以下五種：
1.楔塊杠桿式手爪
利用楔塊與杠桿來實(shí)現(xiàn)手爪的松、開，來實(shí)現(xiàn)抓取工件。
2.滑槽式手爪
當(dāng)活塞向前運(yùn)動時，滑槽通過銷子推動手爪合并，產(chǎn)生夾緊動作和夾緊力，當(dāng)活塞向后運(yùn)動時，手爪松開。這種手爪開合行程較大，適應(yīng)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(chǎn)生夾緊（放松）運(yùn)動，由于杠桿的力放大作用，這種手爪有可能產(chǎn)生較大的夾緊力。通常與彈簧聯(lián)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(zhuǎn)，產(chǎn)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(jī)構(gòu)，因此不需要導(dǎo)軌就可以保證手爪的兩手指保持平行運(yùn)動，且比帶有導(dǎo)軌的平行移動手爪的摩擦力要小得多。
2.2.4具體設(shè)計方案
結(jié)合具體的工作情況，本設(shè)計采用連桿杠桿式的手爪。驅(qū)動活塞往復(fù)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(diào)定。本設(shè)計按照工件的直徑為50mm來設(shè)計。手爪的具體結(jié)構(gòu)形式如圖2-3所示：
2.3機(jī)械手手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計
機(jī)械手手腕是機(jī)械手操作機(jī)的最末端，與手爪相連接，它與機(jī)械手手臂配合，使手爪在空間運(yùn)動，完成所需要的作業(yè)動作。
2.3.1 手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求
1、由于手腕安裝在機(jī)械手末端，因此要求手腕設(shè)計應(yīng)盡量小巧輕盈，結(jié)構(gòu)緊湊。
2、根據(jù)作業(yè)需要，設(shè)計機(jī)械手手腕的自由度。一般情況下，自由度數(shù)目愈多，腕部的靈活性愈高，對對作業(yè)的適應(yīng)能力也愈強(qiáng)。但自由度的增加，必然使腕部結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，控制更困難，成本也會相應(yīng)增加。因此，手腕的自由度數(shù)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際作業(yè)要求來確定。
3、為實(shí)現(xiàn)腕部的通用性，要求有標(biāo)準(zhǔn)的連接法蘭，以便于和不同的機(jī)械手手爪進(jìn)行連接。
4、為保證工作時力的傳遞和運(yùn)動的連貫，腕部結(jié)構(gòu)要有足夠的強(qiáng)度和剛度。
5、要設(shè)有可靠的傳動間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)，以減小空回間隙，提高傳動精度。
6、手腕各關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動要有限位開關(guān)，并設(shè)置硬限位，以防止超限造成機(jī)械損壞。
2.3.2具體設(shè)計方案
通過對數(shù)控機(jī)床上下料作業(yè)的具體分析，考慮數(shù)控機(jī)床加工的具體形式及對機(jī)械手上下料作業(yè)時的具體要求，在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下提高安全和可靠性，為使機(jī)械手的結(jié)構(gòu)盡量簡單，降低控制的難度，本設(shè)計手腕不增加自由度，實(shí)踐證明這是完全能滿足作業(yè)要求的，3個自由度來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的上下料完全足夠。具體的手腕（手臂手爪聯(lián)結(jié)梁）結(jié)構(gòu)見圖2-4。
2.4機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計
2.4.1手臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求
機(jī)械手的手臂在工作時，要承受一定的載荷，且其運(yùn)動本身具有一定的速度，因此，機(jī)械手手臂的設(shè)計需要遵循以下設(shè)計要求：
1、工作空間的形狀和大小與機(jī)械手手臂的長度，手臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動范圍有密切的關(guān)系，因此手臂尺寸設(shè)計應(yīng)合理，一般滿足其工作空間即可。
2、為了提高機(jī)械手的運(yùn)動速度與控制精度，應(yīng)在保證機(jī)械手手臂有足夠強(qiáng)度和剛度的條件下，盡可能在結(jié)構(gòu)上、材料上設(shè)法減輕手臂的重量。
3、應(yīng)盡可能使機(jī)械手手臂各關(guān)節(jié)軸相互平行；相互垂直的軸應(yīng)盡可能相交于一點(diǎn)，這樣可以使機(jī)械手運(yùn)動學(xué)正逆運(yùn)算簡化，有利于機(jī)械手的控制。
4、機(jī)械手各關(guān)節(jié)的軸承間隙要盡可能小，以減小機(jī)械間隙所造成的運(yùn)動誤差。
5、為提高機(jī)械手手臂運(yùn)動的響應(yīng)速度、減小電機(jī)負(fù)載，機(jī)械手的手臂相對其關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸應(yīng)盡可能在重量上平衡。
2.4.2具體設(shè)計方案
由于機(jī)械手手臂運(yùn)動為直線運(yùn)動，且考慮到搬運(yùn)工件的重量較大（質(zhì)量達(dá)30KG），以及機(jī)械手的動態(tài)性能及運(yùn)動的穩(wěn)定性，安全性和較高的剛度要求，因此選擇液壓驅(qū)動方式。通過液壓缸的直接驅(qū)動，液壓缸既是驅(qū)動元件，又是執(zhí)行運(yùn)動件，因此不用再額外設(shè)計執(zhí)行件；而且液壓缸實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動，控制簡單，易于實(shí)現(xiàn)計算機(jī)的控制。
由于液壓系統(tǒng)能提供很大的驅(qū)動力，因此驅(qū)動力和結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度都較容易實(shí)現(xiàn)，其關(guān)鍵在于機(jī)械手運(yùn)動的穩(wěn)定性和剛度的設(shè)計。因此手臂液壓缸的設(shè)計原則是液壓缸的直徑取得大一點(diǎn)（在整體結(jié)構(gòu)允許的情況下），再進(jìn)行強(qiáng)度的較核。
同時，因?yàn)榭刂坪途唧w工作的要求，機(jī)械手的手臂的結(jié)構(gòu)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(tǒng)剛度要求的。因此，在設(shè)計時另外增設(shè)了導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，小臂增設(shè)了兩個導(dǎo)桿，與活塞桿一起構(gòu)成等邊三角形的截面形式，盡量增加其剛度；大臂增設(shè)了四個導(dǎo)桿，成正四邊形布置，為減小質(zhì)量，各個導(dǎo)桿均采用空心結(jié)構(gòu)。通過增設(shè)導(dǎo)桿，能顯著提高機(jī)械手的運(yùn)動剛度和穩(wěn)定性，比較好的解決了結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性的問題。
2.5機(jī)械手腰座結(jié)構(gòu)的設(shè)計
2.5.1腰座結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求
機(jī)械手的腰座，就是機(jī)械手的回轉(zhuǎn)基座。它是機(jī)械手的第一個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，承受了機(jī)械手的全部重量。因此在設(shè)計機(jī)械手腰座結(jié)構(gòu)時，有以下設(shè)計要求：
1、由于腰座要承受機(jī)械手全部的重量和載荷，因此，機(jī)械手腰座的結(jié)構(gòu)要有足夠大的強(qiáng)度和剛度，以保證其承載能力，且腰座是機(jī)械手的第一個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，它對機(jī)械手末端的運(yùn)動精度影響最大，因此，在設(shè)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(jié)構(gòu)要便于安裝、調(diào)整。要有可靠的定位基準(zhǔn)面和調(diào)整機(jī)構(gòu)。且腰座要安裝在足夠大的基面，以保證機(jī)械手在工作時整體安裝的穩(wěn)定性。
3、腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動要有相應(yīng)的驅(qū)動裝置，它包括驅(qū)動器及減速器。驅(qū)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(jī)械手運(yùn)動部分的慣量，提高控制精度，要求回轉(zhuǎn)運(yùn)動部分由比重較小的鋁合金材料制成，而不運(yùn)動的基座是用鑄鐵或鑄鋼材料制成。
2.5.2具體設(shè)計方案
腰座回轉(zhuǎn)的驅(qū)動形式主要有兩種，一是電機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，二是通過擺動液壓缸或液壓馬達(dá)來實(shí)現(xiàn)?？紤]到腰座是機(jī)械手的第一個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，對機(jī)械手的最終精度影響大，故采用電機(jī)驅(qū)動來實(shí)現(xiàn)腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。因?yàn)殡妱臃绞娇刂频木雀?，結(jié)構(gòu)緊湊，不用額外設(shè)計液壓系統(tǒng)及其輔助元件。由于電機(jī)都不能直接驅(qū)動，并考慮到轉(zhuǎn)速以及扭矩的具體要求，故采用大傳動比的齒輪傳動系統(tǒng)進(jìn)行減速和扭矩的放大。由于齒輪傳動存在著齒側(cè)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(qiáng)度、高硬度的材料，高精度加工制造。腰座具體結(jié)構(gòu)如圖2-5所示：
2.6機(jī)械手的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計
2.6.1傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的問題
由于傳動部件直接影響著機(jī)械手的精度、穩(wěn)定性和快速響應(yīng)能力，因此，在設(shè)計機(jī)械手的傳動機(jī)構(gòu)時要注意以下問題：
1、機(jī)械手的傳動機(jī)構(gòu)要力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，體積小，以提高機(jī)械手的運(yùn)動速度及控制精度。并在傳動鏈及運(yùn)動副中采用間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)，以減小反向空回所造成的運(yùn)動誤差。
2、盡量減少系統(tǒng)運(yùn)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(xiàn)象，增加系統(tǒng)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(dá)到提高系統(tǒng)分辨率、減少等效到執(zhí)行元件輸出軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量，盡可能提高加速能力。
5、適當(dāng)?shù)淖枘岜取Ｗ枘岜仍酱?，零件產(chǎn)生振動時最大振幅越小，衰減越快。但大的阻尼會使系統(tǒng)誤差增大，精度降低。故應(yīng)采取合適的阻尼比。
2.6.2常用的傳動機(jī)構(gòu)形式
常用的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)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(zhuǎn)運(yùn)動變換為直線運(yùn)動或?qū)⒅本€運(yùn)動變換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。有傳遞能量為主的，如螺旋壓力機(jī)、千斤頂?shù)?；有以傳遞運(yùn)動為主的，如機(jī)床工作臺的進(jìn)給絲杠。
2.齒輪傳動
在機(jī)械手中常用的齒輪傳動機(jī)構(gòu)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(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的變換器，用于伺服系統(tǒng)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(yīng)滿足驅(qū)動部件與負(fù)載之間的位移及轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的匹配要求，其輸入電動機(jī)為高轉(zhuǎn)速，低轉(zhuǎn)矩，而輸出則為低轉(zhuǎn)速，高轉(zhuǎn)矩，且系統(tǒng)要有足夠的剛度。同時，為保證在同一驅(qū)動功率時，其加速度響應(yīng)最大，還要求其轉(zhuǎn)動慣量盡量小。為使系統(tǒng)穩(wěn)定，不產(chǎn)生傳動死區(qū)，要盡量采用齒側(cè)間隙小，精度高的齒輪，并采用調(diào)整齒側(cè)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(tǒng)的穩(wěn)定性，降低成本。
3.鏈傳動
在機(jī)械手中鏈傳動多用于腕傳動上，為了減輕機(jī)械手末端的重量，一般都將腕關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)安裝在小臂后端或大臂關(guān)節(jié)處。由于電機(jī)距離被傳動的腕關(guān)節(jié)較遠(yuǎn)，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(yōu)點(diǎn)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(qiáng)力材料制成嚙合齒，通過齒間嚙合進(jìn)行傳動。其特點(diǎn)是傳動比準(zhǔn)確、傳動效率高（可達(dá)98%）、節(jié)能效果好；能吸振、噪聲低、不需要；傳動平穩(wěn)，能高速傳動（可達(dá)40m/s）、傳動比可達(dá)10，結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，故在機(jī)械手中使用很多。
2.6.3具體設(shè)計方案
因?yàn)檫x用了液壓缸作為機(jī)械手的手臂，它既是關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，又是動力單元，因此不需要中間傳動機(jī)構(gòu)，既簡化了結(jié)構(gòu)，又提高了精度。而其腰座的回轉(zhuǎn)采用步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動，而電動機(jī)不能作為直接驅(qū)動元件，因此為取得較大的轉(zhuǎn)矩，經(jīng)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(jī)轉(zhuǎn)速，使機(jī)械手的運(yùn)動平穩(wěn)，動態(tài)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(qiáng)度、高硬度的材料，高精度加工制造。
2.7機(jī)械手驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計
2.7.1常用驅(qū)動系統(tǒng)及其特點(diǎn)
工業(yè)常用驅(qū)動系統(tǒng)，按動力源分為液壓、氣動和電動三大類。根據(jù)需要也可將這三種基本類型組合成復(fù)合式的驅(qū)動系統(tǒng)。這三類基本驅(qū)動系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下。
1.液壓驅(qū)動系統(tǒng)
具有動力大、力（或力矩）與慣量比大、快速響應(yīng)高、易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動、精度高等特點(diǎn)。適合于在承載能力大，慣量大以及在防火防爆的環(huán)境中工作的機(jī)械手。
2.氣動驅(qū)動系統(tǒng)
具有速度快，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維修方便、價格低等特點(diǎn)。適用于中、小負(fù)荷的機(jī)械手中采用。但是因難于實(shí)現(xiàn)伺服控制，多用于程序控制的機(jī)械手中。
3.電動驅(qū)動系統(tǒng)
具有使用方便，噪聲較低，控制靈活等特點(diǎn)。這類驅(qū)動系統(tǒng)不需要能量轉(zhuǎn)換，但大多數(shù)電機(jī)后面需安裝精密的傳動機(jī)構(gòu)。
2.7.2具體設(shè)計方案
在分析了具體工作要求后，綜合考慮各個因素，機(jī)械手腰部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動需要一定的定位控制精度，因此采用步進(jìn)電動機(jī)來實(shí)現(xiàn)。由于手臂采用液壓缸，故用液壓驅(qū)動。隨著機(jī)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(jìn)行驅(qū)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(shí)現(xiàn)，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(jī)械手手臂的平衡機(jī)構(gòu)設(shè)計
直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型和球坐標(biāo)型機(jī)械手可以通過合理布局，優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)，使得手臂本身可能達(dá)到平衡。關(guān)節(jié)機(jī)械手手臂一般都需要平衡裝置，以減小驅(qū)動器的負(fù)荷，同時縮短啟動時間。
2.8.1平衡機(jī)構(gòu)的形式
1.配重平衡機(jī)構(gòu)
這種平衡裝置結(jié)構(gòu)簡單，平衡效果好，易于調(diào)整，工作可靠，但增加了機(jī)械手手臂的慣量與關(guān)節(jié)軸的載荷。一般在機(jī)械手手臂的不平衡力矩比較小的情況下采用這種平衡機(jī)構(gòu)。
2.彈簧平衡機(jī)構(gòu)
彈簧平衡機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)簡單、造價低、工作可靠、平衡效果好、易維修，因此應(yīng)用廣泛。
3.活塞推桿平衡機(jī)構(gòu)
活塞式平衡系統(tǒng)分為兩種，一是液壓平衡系統(tǒng)，二是氣動平衡系統(tǒng)。其中液壓平衡系統(tǒng)平衡力大，體積小，有一定的阻尼作用；而氣動平衡系統(tǒng)，具有很好的阻尼作用，但體積比較大。活塞式平衡需要配備有專門的液壓或氣動裝置，系統(tǒng)復(fù)雜，因此造價高，設(shè)計、安裝和調(diào)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(shè)計方案
因?yàn)楸緳C(jī)械手采用圓柱坐標(biāo)型的結(jié)構(gòu)，而且在手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及整個機(jī)械手的設(shè)計和布局中都重點(diǎn)考慮了機(jī)械手手臂的平衡問題，通過合理布局，優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)，使得手臂本身盡可能達(dá)到平衡。若實(shí)際工作中平衡結(jié)果不滿足，則設(shè)置彈簧平衡機(jī)構(gòu)進(jìn)行平衡。
第3章 理論分析和設(shè)計計算
3.1電機(jī)選型有關(guān)參數(shù)計算
3.1.1有關(guān)參數(shù)的計算
1.若傳動負(fù)載作直線運(yùn)動（通過滾珠絲杠）則有
具體到本設(shè)計，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)是驅(qū)動腰部的回轉(zhuǎn)，傳遞運(yùn)動形式屬于第二種。下面進(jìn)行具體的計算。
因?yàn)檠炕剞D(zhuǎn)運(yùn)動只存在摩擦力矩，在回轉(zhuǎn)圓周方向上不存在其他的轉(zhuǎn)矩，則在回轉(zhuǎn)軸上有；
3.1.2電機(jī)型號的選擇
根據(jù)以上計算結(jié)果，并綜合考慮各方面因素，決定選擇北京和利時電機(jī)技術(shù)有限公司（原北京四通電機(jī)公司）的步進(jìn)電機(jī)，具體型號為：
110BYG550B-SAKRMA-0301 或 110BYG550B-SAKRMT-0301 或 110BYG550B-BAKRMT-0301，該步進(jìn)電機(jī)高轉(zhuǎn)矩，低振動，綜合性能很好，各項參數(shù)如表3-2。
其中 110BYG550B-SAKRMA-0301型步進(jìn)電機(jī)矩頻特性曲線和相關(guān)技術(shù)參數(shù)。如圖3-3所示
驅(qū)動方式為升頻升壓 ，步距角為0.36°。同時因?yàn)檠魁X輪傳動比為1：120，步進(jìn)電機(jī)經(jīng)過減速后傳遞到回轉(zhuǎn)軸，回轉(zhuǎn)軸實(shí)際的步距角將為電機(jī)實(shí)際步距角的1/120（理論上），雖然實(shí)際上存在著間隙和齒輪傳動非線性誤差，實(shí)際回轉(zhuǎn)軸的最小步距角也仍然是很小的，故其精度相當(dāng)高，完全滿足機(jī)械手的定位精度要求。
3.2液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算
3.2.1確定液壓系統(tǒng)基本方案
液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸和液壓馬達(dá)，液壓缸實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動，液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動。二者的特點(diǎn)及適用場合見表3-1：
因?yàn)闄C(jī)械手設(shè)計為圓柱坐標(biāo)形式，且具有3個自由度，一個為腰座的轉(zhuǎn)動，兩個為手臂的移動自由度。同時考慮機(jī)械手的工作環(huán)境和載荷對其布局和定位精度的要求，以及計算機(jī)的控制的因素，腰部的回轉(zhuǎn)用電機(jī)驅(qū)動實(shí)現(xiàn)，機(jī)械手的水平手臂和垂直手臂都采用單活塞桿液壓缸，來實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動。
3.2.2擬定液壓執(zhí)行元件運(yùn)動控制回路
液壓執(zhí)行元件確定后，其運(yùn)動速度和運(yùn)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(zhí)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(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的調(diào)速方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者結(jié)合的容積節(jié)流調(diào)速；方向控制是用換向閥或是邏輯控制單元來實(shí)現(xiàn)。對于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，通過換向閥的有機(jī)組合來實(shí)現(xiàn)所要求的動作。對高壓大流量的系統(tǒng)，多采用插裝閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來實(shí)現(xiàn)。
本設(shè)計的速度的控制主要采用節(jié)流調(diào)速，利用用比較簡單的節(jié)流閥來實(shí)現(xiàn)，而方向控制采用電磁換向閥來實(shí)現(xiàn)。
3.2.3液壓源系統(tǒng)的設(shè)計
液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)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(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多用變量泵供油，用安全閥來限定系統(tǒng)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(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)要求，通過精濾油器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁過濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處的環(huán)境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。
本設(shè)計的液壓系統(tǒng)采用定量泵供油，由溢流閥V1來調(diào)定系統(tǒng)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(huán)的液壓油進(jìn)行凈化。
3.2.4繪制液壓系統(tǒng)圖
本機(jī)械手的液壓系統(tǒng)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(zhí)行手爪的夾緊、張開三個執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
其中，泵由三相交流異步電動機(jī)M拖動；系統(tǒng)壓力由溢流閥V1調(diào)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(tǒng)采用了節(jié)流效果不等的兩個單向節(jié)流閥。當(dāng)5DT得電時，工作液體經(jīng)由節(jié)流閥V5進(jìn)入柱塞缸，實(shí)現(xiàn)手爪的輕緩抓緊；當(dāng)6DT失電時，工作液體進(jìn)入柱塞缸中，實(shí)現(xiàn)手爪迅速松開。
另外，由于機(jī)械手垂直升降缸在工作時其下降方向與負(fù)荷重力作用方向一致，下降時有使運(yùn)動速度加快的趨勢，為使運(yùn)動過程的平穩(wěn)，同時盡量減小沖擊、振動，保證系統(tǒng)的安全性，采用V2構(gòu)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(fù)載。
3.2.5確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)
液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，他們是設(shè)計液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)。壓力決定于外載荷，流量取決于液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動速度和結(jié)構(gòu)尺寸。
1.計算液壓缸的總機(jī)械載荷
3.液壓缸主要參數(shù)的確定
考慮到機(jī)械手的特點(diǎn)，系統(tǒng)的剛度及其穩(wěn)定性是很重要的。因此，先從剛度角度進(jìn)行液壓缸缸徑的選擇，以盡量優(yōu)先保證機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動的穩(wěn)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(tǒng)設(shè)計階段，通過外部的液壓回路、采用合適的調(diào)速回路和元件來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過仔細(xì)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(shù)如下；
因?yàn)樯炜s缸的作用主要是實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動，在其軸向上并不承受顯性的工作載荷（因?yàn)槭肿A持工件，受力方向?yàn)榇怪狈较颍S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(zhì)為彎矩，使其產(chǎn)生彎曲變形。而且因?yàn)闄C(jī)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(wěn)定性和剛度有較高的要求。
因此，在水平伸縮缸的設(shè)計上，一是增大其抗彎能力，二是通過合理的結(jié)構(gòu)布局設(shè)計，使其具有盡量大的剛度。為了達(dá)到這個目的，設(shè)計中采用了兩個導(dǎo)向桿，以滿足長行程活塞桿的穩(wěn)定性和導(dǎo)向問題。另一方面，為增大結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性，將兩個導(dǎo)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?yàn)榇怪币簤焊姿惺艿妮d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(zhí)行元件，滿足此處的驅(qū)動力要求是輕而易舉的，要解決的關(guān)鍵問題仍然是它的結(jié)構(gòu)設(shè)計能否有足夠的剛度來抗傾覆。這里同樣采用了導(dǎo)向桿機(jī)構(gòu)，圍繞垂直升降缸設(shè)置四根導(dǎo)桿，較好的解決了這一問題。
4.液壓缸強(qiáng)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(jù)系統(tǒng)最高工作壓力和通過該閥的最大流量，在標(biāo)準(zhǔn)元件的產(chǎn)品樣本中選取各控制元件。
2. 液壓泵的計算
第4章 機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計
4.1硬件設(shè)計
4.1.1操作面板布置
操作面板布置如圖4-2所示：
機(jī)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(jī)械手的每一步運(yùn)動進(jìn)行單獨(dú)的控制。當(dāng)選擇升／降按鈕時，按下啟動按鈕，機(jī)械手上升；按下停止按鈕時，機(jī)械手上升。當(dāng)選擇正轉(zhuǎn)/逆轉(zhuǎn)按鈕時，按下啟動按鈕，機(jī)械手順時針轉(zhuǎn)動，而按下停止按鈕時，機(jī)械手逆時針轉(zhuǎn)動。同理，當(dāng)選擇夾緊/放松按鈕時，按下啟動按鈕，機(jī)械手爪夾緊，而按下停止按鈕時，手爪松開。
2.自動操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按下啟動按鈕，機(jī)械手的動作將自動的、連續(xù)的周期性循環(huán)。在工作中若按下停止按鈕，機(jī)械手將繼續(xù)完成一個周期動作后，回到原點(diǎn)位置。
4.1.2工藝過程與控制要求
機(jī)械手的動作有腰座的旋轉(zhuǎn)，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(shí)現(xiàn)驅(qū)動；手爪的夾緊與放松，通過柱塞缸與齒輪來實(shí)現(xiàn)；腰座旋轉(zhuǎn)通過步進(jìn)電動機(jī)與齒輪來實(shí)現(xiàn)。
其中，液壓缸由相應(yīng)的電磁閥控制，升降分別由雙線圈的兩位電磁閥控制，當(dāng)下降電磁閥通電時，機(jī)械手下降；斷電時，機(jī)械手下降停止；當(dāng)上升電磁閥通電時，機(jī)械手上升；斷電時，機(jī)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(qū)動器、感應(yīng)式位移傳感器構(gòu)成的回路進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。
實(shí)現(xiàn)執(zhí)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(dāng)線圈不通電時，柱塞缸不工作，當(dāng)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(dāng)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)到機(jī)床上方，并準(zhǔn)備下降進(jìn)行上下料工作時，為了確保安全，必須在機(jī)床停止工作并發(fā)出上下料命令時，才允許機(jī)械手下降進(jìn)行作業(yè)。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(yè)流程
機(jī)械手工作流程如圖4-1所示：
從原點(diǎn)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(jìn)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(jī)械手下降，同時張開手爪，下降到位后碰到下限行程開關(guān)，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(jī)械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止； PLC開始輸出高速脈沖，驅(qū)動機(jī)械手逆時針轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)過90度到位后，PLC停止輸出脈沖，機(jī)械手停止轉(zhuǎn)動； 接著下降電磁閥通電，機(jī)械手下降，下降到位后，碰到下限行程開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止，機(jī)械手到達(dá)卡盤中心高度； 機(jī)械手開始水平定位后縮，將工件裝入機(jī)床卡盤； 當(dāng)工件裝入到位后，卡盤收緊； 機(jī)械手松開手爪，準(zhǔn)備離開； 接著上升電磁閥通電，機(jī)械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止； PLC啟動高速脈沖驅(qū)動機(jī)械手作順時針轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)過90度到位后，PLC停止輸出脈沖，機(jī)械手停止轉(zhuǎn)動，機(jī)械手回到原點(diǎn)待命； 機(jī)床進(jìn)行加工。
當(dāng)數(shù)控機(jī)床加工完一個工件時，發(fā)送下料命令給機(jī)械手，機(jī)械手接到命令后，PLC馬上輸出脈沖驅(qū)動機(jī)械手逆時針轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)過90度到位后，PLC停止輸出脈沖，機(jī)械手停止轉(zhuǎn)動； 下降電磁閥通電，同時手爪柱塞缸電磁閥也通電，機(jī)械手下降且張開手爪，下降到位后碰到下限行程開關(guān)，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(jī)床卡盤松開； 機(jī)械手開始前伸，將工件從機(jī)床上取出，準(zhǔn)備運(yùn)走； 上升電磁閥通電，機(jī)械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止； PLC輸出高速脈沖，驅(qū)動機(jī)械手順時針轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)過90度到位后，PLC停止輸出脈沖，機(jī)械手停止轉(zhuǎn)動； 下降電磁閥通電，機(jī)械手下降，下降到位后碰到下限行程開關(guān)，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(zhǔn)備離開； 接著上升電磁閥通電，機(jī)械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止同時手爪也閉合復(fù)原； 接著機(jī)械手水平手臂開始后縮，準(zhǔn)備回原點(diǎn)，當(dāng)后縮到位時，后縮停止，機(jī)械手回到原點(diǎn)，一個上下料過程結(jié)束； 機(jī)械手在原點(diǎn)等待命令，準(zhǔn)備下一個工作循環(huán)。
機(jī)械手的每次循環(huán)都從原點(diǎn)位置開始動作。
4.1.4控制器的選型
機(jī)械手控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計上考慮到機(jī)械手工作的穩(wěn)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(yīng)選擇有極高可靠性、專門面向惡劣的工業(yè)環(huán)境設(shè)計開發(fā)的工業(yè)控制器---PLC，故選擇在國內(nèi)應(yīng)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P(yáng)LC集成14，輸入/10，輸出共24個數(shù)字量I/O點(diǎn)，可連接7個擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)，具有16K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨(dú)立的30kHz 高速計數(shù)器，2路獨(dú)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(xié)議、MPI通訊協(xié)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(qiáng)控制能力的控制器。
4.1.5控制系統(tǒng)原理分析
由于機(jī)械手作業(yè)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(jī)械手控制中，除了要對垂直手臂、執(zhí)行手爪液壓缸和腰部步進(jìn)驅(qū)動進(jìn)行開環(huán)控制外，還要對水平手臂進(jìn)行閉環(huán)伺服控制。
為了減少PLC的I/O點(diǎn)數(shù)，以伺服放大器作為閉環(huán)的比較點(diǎn)。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(jìn)行比較后形成的控制信號經(jīng)過PID調(diào)節(jié)和功率放大后，驅(qū)動電液伺服閥對液壓缸進(jìn)行伺服定位。PLC將上位機(jī)輸入的給定信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，輸出至伺服放大器，由伺服放大器作為閉環(huán)比較點(diǎn)，組成模擬控制系統(tǒng)，如圖4-4所示：
這種方案使得PLC控制量少（尤其是模擬量），節(jié)省了系統(tǒng)資源，而且編程簡單，不必過多考慮控制算法等優(yōu)點(diǎn)，也是完全能滿足工作要求的。
4.1.6 PLC外部接線設(shè)計
為實(shí)現(xiàn)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(diǎn)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(xì)的硬件設(shè)計見圖紙）
4.1.7 I/O地址分配
詳細(xì)參見表4-1、4-2：
4.2軟件設(shè)計
4.2.1控制主程序流程圖
機(jī)械手控制主程序流程圖如圖4-6所示：
結(jié) 論
本設(shè)計通過對機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)大學(xué)本科四年所學(xué)知識進(jìn)行整合，完成一個特定功能、滿足特殊要求的數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)械手的設(shè)計，比較好地體現(xiàn)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)生的理論研究水平、實(shí)踐動手能力以及專業(yè)精神和態(tài)度，具有較強(qiáng)的針對性和明確的實(shí)施目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。
機(jī)械手采用可編程序控制器控制，可以實(shí)行手動調(diào)整、手動及自動控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠，設(shè)計周期短且造價較低。PLC有較高的靈活性，當(dāng)機(jī)械手工藝流程改變時，只要對I/O點(diǎn)的接線稍作修改，或?qū)/O重新分配，在控制程序中作簡單修改，補(bǔ)充擴(kuò)展即可。經(jīng)過重新編制相應(yīng)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(jīng)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(yè)設(shè)計論文的撰寫等各個環(huán)節(jié)，我對大學(xué)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(zhǔn)確。因此，通過畢業(yè)設(shè)計實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。
致 謝
經(jīng)過一段時間的努力，本次畢業(yè)設(shè)計終于完成。在這段時間里，我運(yùn)用大學(xué)所學(xué)知識，通過對本設(shè)計的論證、計算以及圖紙的繪制，對大學(xué)所學(xué)知識進(jìn)行了一次系統(tǒng)的整合，使自己的理論和實(shí)際動手能力有了很大提高。
此次畢業(yè)設(shè)計能夠順利完成，我得到了很多老師和同學(xué)的幫助和支持，在此向他們表示感謝。在此畢業(yè)設(shè)計過程中，尤其要感謝我的指導(dǎo)老師，他給我很多專業(yè)方面的幫助，讓我少走很多彎路。還有在大學(xué)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！
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【關(guān)鍵詞】工學(xué)結(jié)合；技工院校；機(jī)電專業(yè)
技工院校的機(jī)電專業(yè)設(shè)計是對學(xué)生學(xué)習(xí)效果展開考核的重要方式，也是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力以及工作能力的教學(xué)方法。隨著機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，社會對服務(wù)第一線的具有熟練技能的高素質(zhì)技術(shù)應(yīng)用型人才提出更多的要求。因此，技工院校培養(yǎng)理論知識扎實(shí)、操作技能高超、具有一定設(shè)計能力的高級技工學(xué)生迫在眉睫。而畢業(yè)設(shè)計是提高學(xué)生根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)的需求綜合應(yīng)用所學(xué)知識和技能達(dá)到產(chǎn)品的合理化設(shè)計和工裝要求的最好方式。
一、機(jī)電專業(yè)設(shè)計的重要意義
畢業(yè)設(shè)計是許多技工院校專業(yè)中教學(xué)內(nèi)容的重要環(huán)節(jié)，也是一項綜合性、實(shí)踐性很強(qiáng)的活動任務(wù)。尤其是在機(jī)電專業(yè)，通過對自身工學(xué)專業(yè)知識的實(shí)踐應(yīng)用展開設(shè)計是對高級技工學(xué)生在教學(xué)過程中聯(lián)系理論知識、檢驗(yàn)教學(xué)成果的主要內(nèi)容，也是鍛煉學(xué)生通過所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行獨(dú)立完成工作的重要考驗(yàn)。通過畢業(yè)設(shè)計，學(xué)生能自主查閱資料文獻(xiàn)，正確運(yùn)用工具書和機(jī)械設(shè)計手冊，提高對工程的設(shè)計能力和計算能力，樹立正確的設(shè)計思想。機(jī)電專業(yè)畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生從學(xué)校步入自身工作崗位的重要過渡階段，對學(xué)生在社會中生存發(fā)展起到承上啟下的關(guān)鍵作用，因此其質(zhì)量好壞是影響學(xué)生獲得畢業(yè)資格的重要參考依據(jù)，也是對學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐檢驗(yàn)，了解學(xué)校教學(xué)質(zhì)量的重要方式。
二、機(jī)電專業(yè)設(shè)計的選題
（一）選題原則
選題是畢業(yè)設(shè)計的首要環(huán)節(jié)，也是關(guān)系到整個畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量的重要步驟。畢業(yè)設(shè)計作為學(xué)生在校學(xué)習(xí)課程體系的最后環(huán)節(jié)，在工學(xué)結(jié)合人才培養(yǎng)模式下，無論是教學(xué)目標(biāo)、授課特點(diǎn)，還是教學(xué)模式，必須著眼于企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，緊密貼合學(xué)生的就業(yè)崗位，絕不能關(guān)起門來搞設(shè)計。所以，畢業(yè)設(shè)計課題選擇時應(yīng)當(dāng)樹立“以就業(yè)為導(dǎo)向”的教學(xué)理念，切實(shí)為學(xué)生就業(yè)和可持續(xù)發(fā)展服務(wù)[1]。
（二）選題策略
目前大部分技工院校在選定畢業(yè)設(shè)計課題時，是由指導(dǎo)教師模擬設(shè)計課題，此類課題屬于“紙上談兵”，缺乏設(shè)計的針對性和實(shí)際意義。基于工學(xué)結(jié)合，機(jī)電專業(yè)高技畢業(yè)設(shè)計的選題可以從以下三個方面選擇：一是結(jié)合崗位需求，比如數(shù)控技術(shù)專業(yè)，可以選擇軸類零件的加工及夾具設(shè)計為畢業(yè)設(shè)計課題。這類課題貼合就業(yè)崗位，對接崗位技能需求和職業(yè)能力，技術(shù)性強(qiáng)。二是結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)需要，參與企業(yè)研發(fā)或生產(chǎn)的項目，為企業(yè)解決技術(shù)難題。這類課題來自企業(yè)一線生產(chǎn)實(shí)際，實(shí)戰(zhàn)性強(qiáng)，通過實(shí)踐研究綜合培養(yǎng)學(xué)生各方面的能力，增加實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，提升就業(yè)競爭力。三是學(xué)生自由選擇。比如筆者所在學(xué)校，13級機(jī)電班某學(xué)生小組畢業(yè)設(shè)計課題為《生產(chǎn)線上的機(jī)械手以及打物料的設(shè)計》，該課題是由參加機(jī)器人興趣小組的幾位學(xué)生根據(jù)共同的專業(yè)興趣愛好選擇的，設(shè)計積極性非常高。在設(shè)計過程中由于學(xué)生設(shè)計理念一致，分工明確，參與度高，取得良好的效果，該設(shè)計被評為校優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計作品。這類課題由學(xué)生根據(jù)興趣愛好和專業(yè)特長自由選擇，能激發(fā)學(xué)生參與設(shè)計的主動性和求知欲，增強(qiáng)團(tuán)隊合作意識，加強(qiáng)與老師、企業(yè)技術(shù)人員的聯(lián)系，提高社會交往能力和自主擇業(yè)能力，為其就業(yè)創(chuàng)造良好的能力支持。
三、機(jī)電專業(yè)畢業(yè)設(shè)計的流程
在機(jī)電專業(yè)高級技工班畢業(yè)設(shè)計中通?？梢苑殖扇齻€主要的階段，分別是前期的準(zhǔn)備階段、研究設(shè)計階段、總結(jié)答辯階段。具體流程如下：
（一）前期準(zhǔn)備
首先是進(jìn)行機(jī)電專業(yè)畢業(yè)設(shè)計的選題工作。在這一點(diǎn)上前文已有敘述。其次在選題確定之后，就可以完成畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)書，在這一環(huán)節(jié)中指導(dǎo)教師需要準(zhǔn)確把握設(shè)計課題難易度，合理確定設(shè)計課題的工作量。設(shè)計課題過難則難以保證完成性，過易則達(dá)不到人才培養(yǎng)要求，因此在選擇設(shè)計課題時需要考慮設(shè)計環(huán)境和學(xué)生學(xué)情。考慮設(shè)計環(huán)境，即考慮學(xué)校的設(shè)備設(shè)施和企業(yè)一線技術(shù)支持等是否能滿足課題需要；學(xué)生學(xué)情即為學(xué)生目前掌握的課程理論知識、技能操作水平是否能支撐畢業(yè)設(shè)計。并且課題本身的難易度也很關(guān)鍵，既要適合學(xué)生的學(xué)情能讓學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)完成，又要有一定的深度和廣度，能讓學(xué)生經(jīng)過一番研究和努力保質(zhì)保量完成。同時，在學(xué)生畢業(yè)設(shè)計時還需要完成一定的工作量，比如繪制裝配圖和零件圖的數(shù)量，編制工藝卡的工序數(shù)量，撰寫設(shè)計說明書的頁數(shù)。指導(dǎo)教師在課題選擇時需要綜合考慮如上幾個方面，由此保證畢業(yè)設(shè)計順利的開展和完成。
（二）研究設(shè)計
基于工學(xué)結(jié)合人才培養(yǎng)模式，在畢業(yè)設(shè)計過程中需要注意兩個方面：一是指導(dǎo)教師需要加大企業(yè)調(diào)研的力度。在畢業(yè)設(shè)計前期，指導(dǎo)教師應(yīng)該組織學(xué)生分批進(jìn)入當(dāng)?shù)刂髽I(yè)參觀、調(diào)研，了解最新技術(shù)、生產(chǎn)加工方式和用人單位對畢業(yè)生的顯性和隱形的要求，從而增加學(xué)生對就業(yè)崗位的了解，打開學(xué)生的設(shè)計思路，拓寬學(xué)生的設(shè)計視野。二是注重畢業(yè)設(shè)計成果實(shí)物化。充分利用學(xué)?，F(xiàn)有的設(shè)施設(shè)備和技術(shù)資料，鼓勵學(xué)生從設(shè)計到制造全過程的畢業(yè)設(shè)計，即學(xué)生個人或小組合作加工出產(chǎn)品或設(shè)計出實(shí)物成果。以數(shù)控加工專業(yè)為例，畢業(yè)設(shè)計應(yīng)包括零件工藝設(shè)計、自動編程、加工制造、零件檢測四個階段的內(nèi)容，通過加工零件，使得學(xué)生對機(jī)床操作技能、零件工藝分析、產(chǎn)品檢測檢驗(yàn)技能等職業(yè)能力得到綜合的應(yīng)用。
（三）畢業(yè)答辯
在設(shè)計完成之后需要準(zhǔn)備相關(guān)的答辯過程，在答辯結(jié)束后需要對設(shè)計材料進(jìn)行妥善管理，將畢業(yè)設(shè)計整理上交給指導(dǎo)教師，由教研室保存。
四、結(jié)合工學(xué)基礎(chǔ)的機(jī)電專業(yè)畢業(yè)設(shè)計改進(jìn)方式
（一）以就業(yè)為導(dǎo)向，突出設(shè)計的實(shí)用性
在技工院校的教育目標(biāo)中，需要培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)素質(zhì)，將學(xué)生培養(yǎng)成為合格的高級技術(shù)工人，其中包括了：職業(yè)技能、專業(yè)知識水平、職業(yè)綜合能力等。需要學(xué)生在教學(xué)的過程中培養(yǎng)出專業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)新能力以及職業(yè)技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用能力。而根據(jù)這一教育標(biāo)準(zhǔn)，在畢業(yè)設(shè)計選題上應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)出技工院校的教學(xué)特色，選擇的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)面向?qū)嶋H經(jīng)濟(jì)生活，面向生產(chǎn)第一線，直接為生產(chǎn)建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)，符合當(dāng)前機(jī)電技術(shù)領(lǐng)域中先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)發(fā)展方向，這就需要在畢業(yè)設(shè)計中充分發(fā)揮出教師的指導(dǎo)功能，課題必須來源于企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，貼近職業(yè)崗位需求，滿足專業(yè)相關(guān)崗位或崗位群核心技術(shù)能力和綜合專業(yè)素質(zhì)要求，從而縮短學(xué)生就業(yè)適應(yīng)期，提高學(xué)生的職業(yè)能力，促進(jìn)學(xué)生后續(xù)的專業(yè)發(fā)展[2]。例如，筆者所在學(xué)校在確定13級機(jī)電一體化專業(yè)高技工班學(xué)生畢業(yè)設(shè)計課題時，通過調(diào)查杭州登鴻、偉剛實(shí)業(yè)、勝達(dá)集團(tuán)等企業(yè)實(shí)際需求，確定了樓梯扶手自動打磨機(jī)設(shè)計、瓦楞紙的加強(qiáng)筋黏貼流水線設(shè)計、V型紙板傳遞裝置設(shè)計、瓦楞紙貼標(biāo)機(jī)開發(fā)與設(shè)計及等課題，以項目為載體，圍繞對接企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際需求，完成技術(shù)改造和設(shè)備的研發(fā)。
（二）結(jié)合高技學(xué)生特點(diǎn)，發(fā)揮創(chuàng)新能力
培養(yǎng)創(chuàng)新能力是機(jī)電專業(yè)畢業(yè)設(shè)計中最為重要的指導(dǎo)思想，尤其是針對技工院校的高級技工學(xué)生，由于其工作性質(zhì)屬于動手操作性極強(qiáng)，因此想要創(chuàng)新思維能夠被發(fā)揮，重點(diǎn)是對設(shè)計內(nèi)容不能過于限制，可以根據(jù)學(xué)生以往的知識以及相關(guān)設(shè)計思維進(jìn)行綜合性的分析，找到最適合自己的畢業(yè)設(shè)計方案，讓學(xué)生能夠在廣闊的空間里發(fā)揮自己的創(chuàng)造力。例如在數(shù)控技術(shù)的設(shè)計中，可以根據(jù)學(xué)生的興趣選擇不同的設(shè)計工藝方法、不同的加工模式、編寫不同的控制程序等，這就使得在設(shè)計方案中可以存在很大的自主性。在整個設(shè)計環(huán)節(jié)中教師主要負(fù)責(zé)主體方向的把握，給學(xué)生正確的引導(dǎo)。同時在設(shè)計開始之前，教師可以只提供基本的數(shù)據(jù)資料，剩余的資料可以有學(xué)生自行查找，同時根據(jù)查找到的相關(guān)材料設(shè)計出不同的方案。
（三）理論結(jié)合實(shí)踐，培養(yǎng)職業(yè)素養(yǎng)
在機(jī)電專業(yè)畢業(yè)設(shè)計中，學(xué)生需要設(shè)計零部件，然后進(jìn)行裝配，最終完成一個合格的設(shè)計產(chǎn)品。許多機(jī)電設(shè)備對于機(jī)械的各個零件都有很嚴(yán)格的要求，因此在設(shè)計過程中需要學(xué)生與企業(yè)一線技術(shù)人員進(jìn)行交流、探討零件的加工工藝，從而糾正在設(shè)計中出現(xiàn)的錯誤，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生在理論設(shè)計與實(shí)踐工作上的有機(jī)結(jié)合，也使得學(xué)生能夠明白在許多看似簡單的零件設(shè)計中其實(shí)隱藏著很多知識。例如在機(jī)械手的設(shè)計中，會有很多不同絲杠的設(shè)計，這些絲杠在尺寸上都嚴(yán)格的規(guī)定，因此在設(shè)計中提高了零件的加工難度，需要在設(shè)計的過程中進(jìn)行反復(fù)的測量與更改，通過這一過程使得學(xué)生能夠清楚只有將自身所學(xué)的知識與實(shí)際的工作相結(jié)合才能使自己獲得真正的經(jīng)驗(yàn)。
（四）提升指導(dǎo)教師的專業(yè)能力
在畢業(yè)設(shè)計當(dāng)中，指導(dǎo)教師的作用至關(guān)重要，因此想要提高機(jī)電專業(yè)畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量，還需要不斷加強(qiáng)對指導(dǎo)教師的專業(yè)培養(yǎng)。由于技工院校教師所從事的多是專業(yè)理論教學(xué)和基本實(shí)操訓(xùn)練，其知識結(jié)構(gòu)往往跟不上當(dāng)今先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展。這就要求專業(yè)教師不僅要有扎實(shí)的專業(yè)知識，更要具備豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，這在強(qiáng)調(diào)技能為主的技工院校教育中尤為重要[3]。通過專業(yè)技能培訓(xùn)、下企業(yè)實(shí)踐等方式，增加教師對崗位職業(yè)能力需求、企業(yè)工作流程、生產(chǎn)加工過程、生產(chǎn)設(shè)備使用等相應(yīng)的專業(yè)理論知識、專業(yè)技能及職業(yè)素養(yǎng)等多方面的了解，提高專業(yè)技能，豐富專業(yè)知識，拓展專業(yè)外延。使得教師能夠擁有較強(qiáng)的教學(xué)能力以及豐富的機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，保障機(jī)電專業(yè)畢業(yè)設(shè)計能夠順利完成?？偠灾?，畢業(yè)設(shè)計是技工院校對學(xué)生進(jìn)行一次兼?zhèn)鋵W(xué)習(xí)、創(chuàng)新、研發(fā)、實(shí)踐的綜合性活動。尤其是基于工學(xué)基礎(chǔ)上的機(jī)電專業(yè)高技班的畢業(yè)設(shè)計，選題應(yīng)以就業(yè)為導(dǎo)向，強(qiáng)化指導(dǎo)教師的專業(yè)能力，提高學(xué)生的研究設(shè)計能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生的綜合職業(yè)能力，增強(qiáng)學(xué)生的就業(yè)競爭力，從而為本地機(jī)械行業(yè)培養(yǎng)出優(yōu)秀的高技能人才。
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科學(xué)研究作為發(fā)展科學(xué)技術(shù)重要的支撐點(diǎn)，在科技進(jìn)步中發(fā)揮著舉足輕重的作用。在剛召開的黨的十中提出：科技創(chuàng)新是提高社會生產(chǎn)力和綜合國力的戰(zhàn)略支撐，必須擺在國家發(fā)展全局的核心位置。深化科技體制改革，加快建設(shè)國家創(chuàng)新體系，著力構(gòu)建以企業(yè)為主體、市場為導(dǎo)向、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新體系。
在我國的經(jīng)濟(jì)體制由計劃經(jīng)濟(jì)向市場經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變的今天，高等教育的教學(xué)管理模式也發(fā)生著變化，高等教育現(xiàn)在在全面貫徹黨的教育方針的同時，已經(jīng)由原來的學(xué)校完全承包，向以就業(yè)為導(dǎo)向的方向發(fā)展，已經(jīng)逐漸走向一條產(chǎn)學(xué)研結(jié)合發(fā)展的道路。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，社會對人才的需求更具合理性和前瞻性，特別是知識的應(yīng)用能力、應(yīng)變能力和創(chuàng)新能力等綜合實(shí)力，提出更高的要求。這樣高等教育的培養(yǎng)目標(biāo)就由原來單純以學(xué)習(xí)課本為重，轉(zhuǎn)向要求學(xué)生既有一定專業(yè)理論基礎(chǔ)，又有勝任現(xiàn)代化生產(chǎn)工作的能力。因此，實(shí)踐教學(xué)在學(xué)生培養(yǎng)過程中就顯得十分重要。
毫無疑問，實(shí)踐教學(xué)是大學(xué)生創(chuàng)新的有效途經(jīng)?？梢园呀處煹目蒲许椖苛腥雽?shí)踐教學(xué)活動中，啟發(fā)學(xué)生的科研創(chuàng)新意識。如讓學(xué)生參與教師的科研項目，使學(xué)生了解科研的過程、方式方法、數(shù)據(jù)處理方法、論文寫作方法等。[1]本文將探討如何使科研激活實(shí)踐教學(xué)，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合，開拓學(xué)生創(chuàng)新思維。
一、構(gòu)建科學(xué)的實(shí)踐教學(xué)體系
實(shí)踐教學(xué)體系是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力的整體教學(xué)組織與訓(xùn)練過程，也是考查學(xué)生掌握基本理論、基本技能的主要途徑，是實(shí)現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)十分重要的教育教學(xué)環(huán)節(jié)。[2]高等教育的實(shí)踐教學(xué)體系包含多種類型的課程設(shè)置。例如實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計、金工實(shí)訓(xùn)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計等，都屬于實(shí)踐教學(xué)的范疇。表1為高校實(shí)踐課程教學(xué)體系。
1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)
實(shí)驗(yàn)教學(xué)是從最基礎(chǔ)的理論知識入門，通過儀器設(shè)備的使用操作，對數(shù)據(jù)或圖像進(jìn)行分析，驗(yàn)證理論知識的來源與正確性，隨著學(xué)習(xí)的不斷深入，再逐步開設(shè)綜合性的實(shí)驗(yàn)。如機(jī)械原理零件實(shí)驗(yàn)、刀具實(shí)驗(yàn)、金相熱處理實(shí)驗(yàn)等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，隨著學(xué)習(xí)的不斷深入，再進(jìn)一步完成機(jī)、電、氣綜合與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)等。從而幫助學(xué)生更好地理解和掌握理論基本知識，對儀器設(shè)備操作基本技能，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)踐教學(xué)的基礎(chǔ)。
2.課程設(shè)計
課程設(shè)計是學(xué)完某一門專業(yè)基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)課后進(jìn)行的一項專門化實(shí)踐性訓(xùn)練，主要目的在于培養(yǎng)學(xué)生利用本門課程的知識及已學(xué)的知識，綜合應(yīng)用完成某一課題的設(shè)計。如工藝夾具設(shè)計、刀具設(shè)計、機(jī)床設(shè)計、零件設(shè)計和電路設(shè)計等。初步培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計思維的方法及應(yīng)用知識的能力。
3.金工實(shí)習(xí)
金工實(shí)習(xí)是工科院校必開的一門實(shí)踐課程，他屬于基礎(chǔ)金工實(shí)習(xí)。學(xué)生在學(xué)完金屬工藝學(xué)與機(jī)械制圖課程后進(jìn)行，也可在金工實(shí)習(xí)過程中完成該門課程的教學(xué)。通過實(shí)習(xí)，了解金屬加工過程的方法和設(shè)備，掌握冷加工和熱加工操作的基本技能。在實(shí)習(xí)中，可將后續(xù)相關(guān)的知識，適時適量介紹，對專業(yè)知識初步了解。同時，還可以到各種類型的企業(yè)參觀考察，觀察社會了解市場，擴(kuò)大視野端正專業(yè)思想。
4.生產(chǎn)實(shí)習(xí)
生產(chǎn)實(shí)習(xí)是一門綜合性的實(shí)踐教學(xué)課程，是在專業(yè)課程大都已學(xué)完的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。走出學(xué)校的課堂深入到企業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)場。針對某一機(jī)械產(chǎn)品考察制造全過程，運(yùn)用所學(xué)的知識，進(jìn)行分析對比，研究總結(jié)，如到內(nèi)燃機(jī)制造企業(yè)進(jìn)行實(shí)踐，把在課堂學(xué)到的理性認(rèn)識融會到感性認(rèn)識中。
5.畢業(yè)設(shè)計與畢業(yè)實(shí)習(xí)
畢業(yè)設(shè)計與畢業(yè)實(shí)習(xí)，應(yīng)強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，是實(shí)踐教學(xué)的核心。這是進(jìn)入社會前的一次大練兵，也是教育質(zhì)量的大檢驗(yàn)。持續(xù)一學(xué)年的畢業(yè)設(shè)計選題至關(guān)重要，應(yīng)是融技術(shù)性與實(shí)用性為一體，融創(chuàng)新意識與創(chuàng)新實(shí)踐為一體。具體做法：一是與科研課題相結(jié)合，如大客車整車強(qiáng)度測試；二是充分利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備，如利用FISTO氣動實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)計機(jī)電自動控制回路；三是對實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，如對機(jī)械原理機(jī)構(gòu)示教板改進(jìn)自動控制裝置；四是結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行科研開發(fā)，如汽車發(fā)電機(jī)殼體壓鑄模具設(shè)計等。學(xué)生在指導(dǎo)教師的帶領(lǐng)下，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際或科研課題，充分調(diào)動人的主觀能動性，運(yùn)用設(shè)計新理念和方法，進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計取得良好效果。[3]
表1 高校實(shí)踐課程教學(xué)體系
二、把“產(chǎn)學(xué)研”和實(shí)踐教學(xué)結(jié)合起來，開拓學(xué)生創(chuàng)新思維
產(chǎn)學(xué)研合作教育對于高校提升科研水平、企業(yè)技術(shù)進(jìn)步、增強(qiáng)地區(qū)和國家核心競爭力都具有重要作用和意義，是貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的重大戰(zhàn)略舉措。[4]高校人才聯(lián)合培養(yǎng)是產(chǎn)學(xué)研合作的形式之一，其主要方式包括：大學(xué)、科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)通過設(shè)置人才培養(yǎng)專項基金、大學(xué)教授和研究人員擔(dān)任企業(yè)顧問、大學(xué)生在企業(yè)實(shí)習(xí)、企業(yè)人員在大學(xué)或科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行培訓(xùn)等多種方式在人力資本層面進(jìn)行交流與互動。[5]
大學(xué)生的創(chuàng)新活動是在學(xué)習(xí)實(shí)踐過程中的創(chuàng)新，同時也是在掌握了基礎(chǔ)知識、相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域研究成果后的創(chuàng)新，這使得他們的創(chuàng)新不僅要有個人價值，而且要在專業(yè)領(lǐng)域中具有一定的社會價值。創(chuàng)新活動的價值衡量具有雙重標(biāo)準(zhǔn)，對于應(yīng)用型工科大學(xué)生，應(yīng)以社會標(biāo)準(zhǔn)為主，偏重于創(chuàng)新活動的結(jié)果，偏重于創(chuàng)新的產(chǎn)品。因?yàn)閯?chuàng)新能力培養(yǎng)的關(guān)鍵在于創(chuàng)新主體要有強(qiáng)烈的自我意識和積極的實(shí)踐探索。在沒有投入創(chuàng)造性社會實(shí)踐之前，人的“才能”只是一種“潛能”，只有通過創(chuàng)造性實(shí)踐這一“中介”，方可得到進(jìn)一步的提高，只有在不斷的摸索中才能培養(yǎng)創(chuàng)新能力。在臺灣本科教學(xué)中，每一門課程的教學(xué)中，實(shí)踐教學(xué)就占有大半時數(shù)，每一單元時間內(nèi)的教學(xué)，都包含有理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，在動腦和動手過程中，提升大學(xué)生創(chuàng)新思維。
1.“產(chǎn)學(xué)研”項目和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)相結(jié)合
實(shí)驗(yàn)教學(xué)在人才培養(yǎng)方面具有課堂理論教學(xué)不可替代的作用，實(shí)驗(yàn)室作為高校人才培養(yǎng)的重要陣地在培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才中應(yīng)發(fā)揮其重要的作用。因此，我們將科研方法引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，將學(xué)科建設(shè)取得的科研成果和開發(fā)的新技術(shù)、新方法不斷引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，保持實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與手段的不斷更新。并通過設(shè)置探索性實(shí)驗(yàn)項目來模擬科研全過程，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科學(xué)研究新技術(shù)、新方法訓(xùn)練的有機(jī)結(jié)合。
工科類專業(yè)在探索性實(shí)驗(yàn)課程中，只給出若干思路，實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生不一定知道實(shí)驗(yàn)結(jié)果，由學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件和研究目標(biāo)，自行查閱相關(guān)資料，設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)參數(shù)，獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，書寫實(shí)驗(yàn)報告，并對出現(xiàn)的可能結(jié)果給予一定的解釋。盡管學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的最后結(jié)果中不一定達(dá)到要求，但是通過綜合訓(xùn)練，使學(xué)生對科研的基本方法和程序有一個清楚的認(rèn)識和體驗(yàn)，有效調(diào)動了學(xué)生的主動性，既提高了學(xué)生的動手能力，又使學(xué)生養(yǎng)成了自主式、合作式、研究式、開放式的學(xué)習(xí)方式。如開放性實(shí)驗(yàn)，完全由學(xué)生自己設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，自主管理實(shí)驗(yàn)過程，自主完成實(shí)驗(yàn)，從而使實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為科研與教學(xué)的最佳結(jié)合點(diǎn)。例如工業(yè)自動化應(yīng)用課程利用實(shí)驗(yàn)室電氣動實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺，結(jié)合實(shí)驗(yàn)題目要求，自己設(shè)計、搭線、編程、調(diào)試等軟硬結(jié)合過程。
2.“產(chǎn)學(xué)研”項目和實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)相結(jié)合
實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)是一門融理論與實(shí)踐綜合性很強(qiáng)的課程，在整個學(xué)生的培養(yǎng)過程中起到了一定的作用。我們要重視對學(xué)生動手能力、工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，增強(qiáng)學(xué)生將所學(xué)基礎(chǔ)知識綜合運(yùn)用于工程實(shí)際的能力、獨(dú)立工作的能力、分析問題的能力及創(chuàng)造能力。
例如現(xiàn)代機(jī)械制造加工中心需要機(jī)械手完成不同的任務(wù)，這個就可以為學(xué)生的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)提供選題，學(xué)生自己對課題進(jìn)行分析、設(shè)計，自己動手編程、調(diào)試、安裝、并最后調(diào)試完成一個機(jī)械手加工系統(tǒng)，對設(shè)計過程中涉及到相關(guān)課堂教學(xué)內(nèi)容，必須加以理解和消化，最終提交的是機(jī)械手能完成的任務(wù)和設(shè)計報告。這樣學(xué)生不但能夠?qū)⒄n堂上學(xué)到的理論知識與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來，而且能夠?qū)C(jī)械傳動、電子電路、電子元器件等方面的知識綜合應(yīng)用，同時在單片機(jī)編程、排錯調(diào)試、機(jī)構(gòu)運(yùn)動、相關(guān)儀器設(shè)備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高。為了促進(jìn)“產(chǎn)學(xué)研”項目和實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)相結(jié)合，我們先后和多家企業(yè)建立了長期、穩(wěn)定的校企合作。
3.“產(chǎn)學(xué)研”項目和畢業(yè)設(shè)計相結(jié)合
畢業(yè)設(shè)計與畢業(yè)實(shí)習(xí)，是時間最長最具綜合性與創(chuàng)新性的實(shí)踐，是實(shí)踐教學(xué)的核心。工科專業(yè)學(xué)生的畢業(yè)實(shí)習(xí)與畢業(yè)設(shè)計時間長達(dá)近半年，是學(xué)生走向工作崗位的最后一個重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，如果淡化工程意識，假題假做，由書本到圖樣可能對發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力極為不利。為了促進(jìn)“產(chǎn)學(xué)研”項目和畢業(yè)設(shè)計相結(jié)合，我們具體采取了以下方法：
（1）利用生產(chǎn)中的真實(shí)題目或參與指導(dǎo)教師的實(shí)際課題研究，提前布置畢業(yè)設(shè)計題目。以畢業(yè)論文課題研究等形式參與科研活動，在科研實(shí)踐培養(yǎng)創(chuàng)新精神以及分析和解決問題的能力方面，實(shí)現(xiàn)了以科研促進(jìn)教學(xué)的理想效果。[6]
（2）利用工廠待解決的技術(shù)問題，讓學(xué)生走出去，到工廠做畢業(yè)設(shè)計。由于受教師手頭的真實(shí)題目的限制，不可能所有的同學(xué)都在學(xué)校做真題目，我們通過與科研機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)單位的結(jié)合，即產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，讓同學(xué)們到工廠去，到科研機(jī)構(gòu)去，根據(jù)具體情況安排畢業(yè)設(shè)計題目。這樣做，不僅發(fā)展了生產(chǎn)也培養(yǎng)了技術(shù)人才，發(fā)揮了學(xué)生的創(chuàng)造能力。
三、以“工程測試”為例，探索“產(chǎn)學(xué)研”提升大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力
利用科研項目將實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計等串聯(lián)起來，把各個實(shí)踐環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系在一起又起著承上啟下的作用。激活大學(xué)生參加實(shí)踐的積極性，加強(qiáng)培養(yǎng)綜合運(yùn)用能力。
測試技術(shù)是獲取信息、分析和處理測量數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)與手段，是從事科學(xué)研究、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)與自動控制不可缺少的工具。[7]本人在學(xué)校主要承擔(dān)《機(jī)械工程測試技術(shù)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并在這幾年負(fù)責(zé)工程測試的一些科研項目，例如：2008年在廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司、2011年在東風(fēng)杭州汽車有限公司作全承載整車強(qiáng)度測試。在這些科研項目完成的過程中，都與實(shí)踐教學(xué)結(jié)合起來，開拓學(xué)生的創(chuàng)新思維，實(shí)現(xiàn)了科研成果與實(shí)踐教學(xué)雙豐收。
1.開設(shè)開放性實(shí)驗(yàn)，吸引學(xué)生加入到科研項目
由于《機(jī)械工程測試技術(shù)》實(shí)驗(yàn)項目與工程實(shí)際相結(jié)合，要求課時較長，另外實(shí)驗(yàn)相對正常，完成水平要高。我們選擇以開放性實(shí)驗(yàn)對學(xué)生開放。把《機(jī)械工程測試技術(shù)》一系列實(shí)驗(yàn)連續(xù)起來，要求學(xué)生按照工程上測試的要求，把應(yīng)變片粘貼好，并且對自己粘貼好的應(yīng)變片作靜態(tài)應(yīng)變測量和動態(tài)應(yīng)變測量。圖1為學(xué)生在粘貼應(yīng)變片，圖2為粘貼好的應(yīng)變片。這樣，學(xué)生完成這些實(shí)驗(yàn)后，就可以加入到全承載整車強(qiáng)度測試中。
2.學(xué)生到現(xiàn)場測試，豐富學(xué)生的實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)
充分發(fā)揮工程測試科研項目的優(yōu)勢，鼓勵學(xué)生積極參與科研項目中的一些工作。無論是2008年在廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司，還是2011年在東風(fēng)杭州汽車有限公司作全承載整車強(qiáng)度測試，都有不少學(xué)生加入到測試。圖3是正在作整車測試的客車，圖4為學(xué)生在現(xiàn)場測試。由于科研課題多與工程應(yīng)用緊密結(jié)合，解決生產(chǎn)實(shí)際問題，任務(wù)本身具有挑戰(zhàn)性，學(xué)生在參與科研的過程中，可切身體會到理論與實(shí)踐結(jié)合的價值，激發(fā)起他們內(nèi)在學(xué)習(xí)動機(jī)，應(yīng)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題。[8]
3.測試項目為學(xué)生畢業(yè)設(shè)計課題提供來源
多年來，我們都高度重視學(xué)生畢業(yè)設(shè)計等實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，形成了良好的傳統(tǒng)和特色。大學(xué)生所完成的這些工程測試項目，可以直接為他們的畢業(yè)設(shè)計提供選題來源。通過強(qiáng)化過程管理，保證了畢業(yè)設(shè)計（論文）的教學(xué)質(zhì)量。這對培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力方面有示范作用。圖5為大學(xué)生以某大客車測試為畢業(yè)設(shè)計題目所采集處理的數(shù)據(jù)。
四、“產(chǎn)學(xué)研”融合實(shí)踐教學(xué)取得的成果
（1）提高學(xué)生的動手能力。通過加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，開展有效的工程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，將有助于學(xué)生有效地掌握所學(xué)知識，縮短從理論知識到實(shí)際應(yīng)用的時間。實(shí)驗(yàn)教學(xué)能很好地培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣，有利于增強(qiáng)其創(chuàng)新意識，提高實(shí)際應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生成為滿足社會需求的創(chuàng)新人才。
一、項目教學(xué)法簡介
項目教學(xué)法是師生通過完成一個完整的項目工作而進(jìn)行的一種教學(xué)活動，即以職業(yè)能力系統(tǒng)化為目標(biāo)組織教學(xué)，提倡邊學(xué)邊做，邊做邊學(xué)，教和學(xué)是一種雙向式教學(xué)過程，學(xué)生不再是被動接受者，而是主動探求者。該教學(xué)法強(qiáng)調(diào)知識的實(shí)踐性，注重通過實(shí)踐來建構(gòu)知識，其教學(xué)模式尤其適合實(shí)習(xí)教學(xué)。學(xué)生可在完成具體實(shí)習(xí)任務(wù)的過程中，學(xué)習(xí)和掌握理論知識、操作技能，又能養(yǎng)成良好的工作態(tài)度，從而具備相應(yīng)的職業(yè)能力。
這種教學(xué)法可以培養(yǎng)學(xué)生在項目實(shí)踐的過程中，理解和把握課程要求的知識和技能，體驗(yàn)創(chuàng)新的樂趣，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的綜合能力。
二、技工學(xué)校生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)中應(yīng)用項目教學(xué)法的意義
在技工學(xué)校實(shí)習(xí)教學(xué)中，各專業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)肩負(fù)著培養(yǎng)具有操作技能的高級技能型人才的使命。隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，多數(shù)企業(yè)需要的是動手能力強(qiáng)、能盡快為企業(yè)創(chuàng)造高利潤的高級技術(shù)工人。然而，傳統(tǒng)的生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)模式以手工操作為主，訓(xùn)練單調(diào)枯燥，課題缺乏新意，未能激發(fā)起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，而且不能滿足社會和企業(yè)的需求。因此，必須改進(jìn)技工學(xué)校的教學(xué)方法，而項目教學(xué)法就是其中一種較為有效的方法。
實(shí)施項目教學(xué)法的關(guān)鍵是項目的確定，其應(yīng)符合技工學(xué)校教學(xué)任務(wù)、本專業(yè)內(nèi)容、教學(xué)規(guī)律，并要結(jié)合新技術(shù)、新工藝、新方法及市場的發(fā)展需求。教師應(yīng)將某一教學(xué)課題的理論知識和實(shí)際技能相結(jié)合，與企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過程相結(jié)合，在實(shí)際教學(xué)中，將項目需要解決的問題及任務(wù)交給學(xué)生，由學(xué)生自己按照實(shí)際工作的完整程序完成全部過程。教學(xué)流程可以設(shè)計為：
信息收集、項目決策項目立項、具體要求項目實(shí)施具體過程、成果展示效果評估（學(xué)生自評、小組互評、教師評價）。
項目教學(xué)法完全符合技工學(xué)校生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)的規(guī)律，在技工學(xué)校的各專業(yè)實(shí)習(xí)教學(xué)中，應(yīng)用這種方法可以讓學(xué)生體驗(yàn)創(chuàng)新的樂趣，學(xué)生們在掌握知識和技能的同時，綜合能力得到進(jìn)一步的提高。如該教學(xué)法應(yīng)用在頂崗實(shí)習(xí)教學(xué)中，可以引導(dǎo)學(xué)生立足實(shí)習(xí)崗位進(jìn)行工作創(chuàng)新和項目學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生實(shí)習(xí)的積極性和工作主動性，培養(yǎng)他們的職業(yè)能力。
三、項目教學(xué)法在技校機(jī)電一體化實(shí)習(xí)教學(xué)中的具體應(yīng)用
以課題項目“智能程控電動機(jī)械手的設(shè)計制作”為例實(shí)施項目教學(xué)法。
1.教學(xué)對象分析
所教學(xué)生已有一定的中、高級鉗工知識和技能，初步懂得鉗工裝配常識的技校畢業(yè)班學(xué)生。上節(jié)課題已完成機(jī)械手的結(jié)構(gòu)分析，本次課要完成夾持機(jī)構(gòu)零件的制作?，F(xiàn)嘗試在教學(xué)中應(yīng)用項目教學(xué)法。
2.項目內(nèi)容分析
“機(jī)械手的設(shè)計制作”是高級鉗工班的畢業(yè)課題之一，采用項目教學(xué)法調(diào)動起全體學(xué)生的動手積極性。該項目要充分考慮通過學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理，掌握搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動機(jī)理，在此基礎(chǔ)上，才能確定智能程控電動機(jī)械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，學(xué)生要自行設(shè)計機(jī)械手機(jī)械、電控部分（包括傳動部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動部分），具有一定的難度，學(xué)生自由發(fā)揮的空間比較大。
如圖1所示，機(jī)械手采用24 V直流電機(jī)帶動螺柱旋轉(zhuǎn)，通過移動螺柱套和夾支架的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)手抓的張合。直流電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動螺柱左右旋轉(zhuǎn)，在螺柱的旋轉(zhuǎn)力作用下使移動螺母上升和下降，通過支架帶動夾持面進(jìn)行夾緊和放松。
本次課要完成夾持機(jī)構(gòu)零件的制作：螺柱套、加工夾緊面板和夾持架（如圖2所示）。
3.教學(xué)目的分析
通過該項目教學(xué)，促使學(xué)生對所學(xué)知識真正做到活學(xué)活用。對項目的設(shè)計過程，可以培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，對提高他們的綜合能力起到重要的作用。
4.教學(xué)實(shí)施
（1）項目實(shí)施具體要求
①制定零件加工工藝（見表1）。
②參考教師制定的零件加工工藝，學(xué)生自己編制其他零件的加工工藝。
③要求對所制定的零件加工工藝采用最優(yōu)化的加工方案。這一過程，學(xué)生在選擇加工方案時會更接近實(shí)際生產(chǎn)需求。
（2）學(xué)生分組，合作探究
①把全班36名學(xué)生分成6組，盡量保證各組的實(shí)力均衡，選出組長。
②小組分工，討論編寫零件加工工藝，制定出最佳的加工工藝。
③各組進(jìn)行信息收集、討論、分析、計算、測量參數(shù)。
④選擇加工材料和工量刃具。由于之前學(xué)生進(jìn)行過復(fù)雜工件的加工，又到過企業(yè)參觀學(xué)習(xí)，對鉗工工作和機(jī)械加工的特點(diǎn)認(rèn)識較深。所以，各組都能在規(guī)定的時間內(nèi)完成工藝的制定、正確選擇工量刃具，確定了實(shí)施加工和測量的最佳方案。
（3）教師巡回指導(dǎo)
教師巡回指導(dǎo)并注意安全隱患，示范操作期間注重點(diǎn)撥最佳的加工工藝，強(qiáng)調(diào)本課題應(yīng)遵守的安全文明生產(chǎn)制度。
（4）項目實(shí)施，展示成果
①教師審核各小組的零件加工工藝及方案。
②選擇合適的材料和工量刃具，經(jīng)教師審核后，按要求發(fā)放材料和工量刃具，開始加工。
③階段總結(jié)、交流：各組對加工的零件進(jìn)行展示、交流。教師提出合理建議，學(xué)生間取長補(bǔ)短，進(jìn)一步完善項目的設(shè)計、加工方案。
（5）效果評估階段
①學(xué)生自評
各組組長對本組的項目加工進(jìn)行說明，重點(diǎn)從加工工藝安排、加工方法、工量具選擇、零件的加工質(zhì)量、安全文明操作等方面來進(jìn)行闡述。
②小組互評
根據(jù)各組完成情況，各組間分別對彼此加工方案提出意見和建議。在激烈的討論過程中，可以加深學(xué)生對知識的理解和運(yùn)用能力。
③教師評價
對整個項目實(shí)施過程進(jìn)行綜合評價，重點(diǎn)要根據(jù)整個項目實(shí)施過程中出現(xiàn)的問題、學(xué)生們知識運(yùn)用上的一些不足以及對突發(fā)事件的應(yīng)對和解決能力進(jìn)行評析，提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力。評選出在項目實(shí)施過程中表現(xiàn)優(yōu)秀的小組和學(xué)生，進(jìn)行表揚(yáng)、加分鼓勵。
（6）教學(xué)總結(jié)
①學(xué)生學(xué)習(xí)反饋 。在整個項目完成后，要求每個學(xué)生寫出實(shí)習(xí)報告，對自己在項目實(shí)施過程中能力的提高點(diǎn)和欠缺點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。學(xué)生自檢、互檢完成后交由教師檢查驗(yàn)收。最后，兩位教師進(jìn)行成績的綜合評定。
②師生交流。教師就各組學(xué)生的加工情況進(jìn)行點(diǎn)評，肯定成績，指出學(xué)生加工過程中存在的技術(shù)、安全等問題并解答學(xué)生的疑問。
③教學(xué)回顧。本教學(xué)應(yīng)用項目教學(xué)法，教師可以根據(jù)學(xué)生的實(shí)際表現(xiàn)和知識掌握程度進(jìn)行有針對性的指導(dǎo)，從而真正實(shí)現(xiàn)因材施教；通過項目的合理工藝的編寫、實(shí)施操作，促使學(xué)生貫通所學(xué)知識，從而提高其專業(yè)技能水平；學(xué)生按照項目任務(wù)的要求劃分成若干個小組，使他們由被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為合作探究式學(xué)習(xí)。
四、項目教學(xué)法實(shí)施過程中出現(xiàn)的問題及對策
1.實(shí)施項目教學(xué)法對教師的要求更高
與傳統(tǒng)教學(xué)方法相比，項目教學(xué)法對教師的綜合素質(zhì)提出了更高的要求：教師應(yīng)具備跨學(xué)科的能力，要嫻熟地掌握學(xué)科的專業(yè)知識與技能，還應(yīng)了解相關(guān)學(xué)科的知識；要求教師課前熟悉項目內(nèi)容，要做好事先的調(diào)研并準(zhǔn)備好項目開展過程中可能涉及的問題，隨時回答學(xué)生的疑問；要注意與其他教學(xué)手段和教學(xué)方法的結(jié)合運(yùn)用；做到合理立項并創(chuàng)設(shè)最佳的學(xué)習(xí)情境；等等。這就要求我們教師應(yīng)加倍努力地學(xué)習(xí)，與時俱進(jìn)，以提高自身的綜合教學(xué)水平。
2.不是每堂實(shí)習(xí)課都適合采用項目教學(xué)法
在生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)中，并不是每次課都適合采用項目教學(xué)法，它較適用于各專業(yè)實(shí)習(xí)的綜合技能操作，如產(chǎn)品生產(chǎn)、畢業(yè)設(shè)計等課程，教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)實(shí)際情況恰當(dāng)?shù)剡x擇應(yīng)用。
五、結(jié)束語
在技工學(xué)校生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)中采用項目教學(xué)法，可以收到良好的教學(xué)效果：激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生的自信，提高了學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)，真正實(shí)現(xiàn)了“教學(xué)做合一”。
參考文獻(xiàn)
[1] 趙志群.職業(yè)教育培訓(xùn)學(xué)習(xí)新概念[M].北京：科學(xué)出版社，2003.
[2] 吳言.項目教學(xué)法[J].職業(yè)技術(shù)教育，2003（7）：16-19.
一、設(shè)計題目 用PLC對機(jī)械手搬物控制的電氣控制設(shè)計
二、設(shè)計的目的
11）掌握機(jī)械手動作流程。
2）掌握電氣控制元件的選擇與計算方法。
3）掌握PLC選擇與應(yīng)用。
三、設(shè)計要求
兩條傳送帶分別由電動機(jī)驅(qū)動，機(jī)械手有液壓缸驅(qū)動上下左右旋轉(zhuǎn)兩個方向運(yùn)動，液壓系統(tǒng)是1000W電機(jī)。設(shè)計要求
1）機(jī)械手由原位下降抓物上升右轉(zhuǎn)下降放物上升左旋原位結(jié)束。
2）用常用的電氣元件控制。
3）有工作狀態(tài)指示及照明。
4）有必要的電氣保護(hù)和聯(lián)鎖。
四、完成的任務(wù)
要求說明詳細(xì)，字跡工整，原理正確，元件選擇有理。圖紙規(guī)范，圖形清晰，符號標(biāo)準(zhǔn)，線條均勻。
（1）設(shè)計與繪制電氣控制原理圖，元件安裝布置圖、接線圖。
（2）畢業(yè)設(shè)計說明書（8000以上）
1）設(shè)計題目
2）控制原理說明設(shè)計方案論證
3）主要器件選擇依據(jù)與計算
4）元件明細(xì)表
5）設(shè)計總結(jié)及改進(jìn)意見
6）主要參考資料
五、 工廠電氣控制技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社 主編 方承遠(yuǎn)
工廠電氣控制設(shè)備 機(jī)械工業(yè)出版社 主編 許廖
機(jī)床電氣控制技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社 主編 王炳實(shí)
可編程序控制器的應(yīng)用技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社 主編 王兆義
可編程序控制器的原理及程序設(shè)計 電子工業(yè)出版社 主編 崔亞軍
前言
由于可編程序控制器具有可靠性高、通用性強(qiáng)、程序設(shè)計簡單及便于安裝調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)，它在工業(yè)控制的各個領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。社會對可編程序控制器技術(shù)人員的需長也越來越迫切。
可編程控制器的機(jī)型較多，但其基本結(jié)構(gòu)和工作原理相同，基本指令、控制功能和編程方法類似。本設(shè)計書以是用最廣泛的德國西門子可編程控制器為核心，主要介紹了可編程控制器的基礎(chǔ)知識、基本結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、程序設(shè)計、控制系統(tǒng)以及可編程序控制器在邏輯控制系統(tǒng)的模擬量控制系統(tǒng)中的應(yīng)用等知識。本設(shè)計書結(jié)合了大量的圖形，使設(shè)計一目了然。并給出了程序調(diào)試，最后給出了主要的流程圖、梯形圖、詳細(xì)注釋及助記符語言等。
本設(shè)計書參考了眾多可編程序控制器教學(xué)用書，結(jié)合自己所掌握的知識，并由指導(dǎo)教師田林紅老師的指導(dǎo)下完成。在此真誠的衷心的感謝田老師的指導(dǎo)幫助。
由于本人水平有限，錯誤和不妥之處再所難免，敬請各位老師及各位讀者批評指正。
目 錄
前言...................................................（）
摘要...................................................（1）
一、電器控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r.............................（3）
二、PLC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理...........................（3）
1、PLC的基本結(jié)構(gòu)...................................（ ）
2、PLC的工作原理...................................（ ）
三、可編程控制器的特點(diǎn)及基本功能.......................（）
1、PLC的特點(diǎn).......................................
2、PLC的基本功能...................................
四、PLC的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢...........................（3）
五、PLC應(yīng)用中應(yīng)注意的若干問題.........................（4）
六、機(jī)械手移動工件的控制系統(tǒng)
1、機(jī)械手移動工件控制系統(tǒng)的基本機(jī)構(gòu)................（5）
2、機(jī)械手移動工件的控制要求與工作流程..............（6）
3、操作面板布置....................................（6）
4、控制系統(tǒng)構(gòu)成....................................（6）
七、梯形圖設(shè)計.........................................（6）
1、梯形圖的整體設(shè)計................................（6）
2、各部分梯形圖的設(shè)計..............................（8）
3、機(jī)械手的PLC控制梯形圖..........................（8）
4、程序語言............................... ........（8）
八、總結(jié)... ...........................................（26）
）
附錄...............................................
摘 要
在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣，增加了工人的勞動強(qiáng)度，甚至于危機(jī)生命。機(jī)械手就在這樣誕生了,機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人的關(guān)鍵部件之一。機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、氣缸等機(jī)械器件組成；電氣方面有步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動模塊、傳感器、開關(guān)電源、電磁閥、等電子器件組成。該裝置涵蓋了可編程控制技術(shù)，位置控制技術(shù)、氣動技術(shù)、檢測技術(shù)等，是機(jī)電一體化的典型代表儀器之一。本文介紹的機(jī)械手是由PLC輸出兩路脈沖，分別驅(qū)動橫軸、豎軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，控制機(jī)械手橫軸和豎軸的精確定位，微動開關(guān)將位置信傳給PLC主機(jī)；直流電機(jī)拖動手爪和底盤旋轉(zhuǎn)，位置信號由旋轉(zhuǎn)碼盤和接近開關(guān)反饋給PLC主機(jī)；電磁閥控制氣開閥的開關(guān)來控制機(jī)械手手爪的張合，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手精確運(yùn)動的功能。本課題擬開發(fā)的物料搬運(yùn)機(jī)械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化及運(yùn)動流程的要求隨時更改相關(guān)參數(shù)。
關(guān)鍵字：
可編程控制器PLC；
機(jī)械手；
脈沖；
步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器；
步進(jìn)電機(jī)；
直流電機(jī)；
傳感器；
限位開關(guān)；
電磁閥。
一、電氣控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r
在現(xiàn)代工業(yè)中,為了實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝過程的要求,驅(qū)動生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動的電器機(jī)械裝置稱為電力動。在電力拖動中，電動機(jī)是生產(chǎn)機(jī)械的原動力。必須根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，通過各種控制電器，自動實(shí)現(xiàn)其啟動、制動、反轉(zhuǎn)及調(diào)速等控制，從而產(chǎn)生了電氣自動控制技術(shù)。
20世紀(jì)20—30年代，人們采用繼電器及接觸器等元件控制電動機(jī)的運(yùn)行，這種制動系統(tǒng)稱為繼電器—接觸器控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、維護(hù)方便，因此被廣泛應(yīng)用于各類機(jī)床和機(jī)械設(shè)備中。采用這種系統(tǒng)不但可以方便地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，而且還可以實(shí)現(xiàn)集中控制。目前，我國的大部分機(jī)床和其他機(jī)械設(shè)備仍舊采用繼電器—接觸器控制系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)是固定接線形式，故在改變生產(chǎn)工藝時需要重新布線，控制的靈活性較差。另外，該系統(tǒng)采用有觸點(diǎn)元件控制，動作頻率低，觸點(diǎn)易損壞，系統(tǒng)的可靠性差。
20世紀(jì)40年代，世界上出現(xiàn)了交磁放大機(jī)—電動機(jī)控制，這是一種閉環(huán)反饋系統(tǒng)，它利用輸出量與給定量的偏差進(jìn)行自動控制，其控制精度和快速性都有了提高。20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了晶體管—晶閘管控制，到了70年展成為集成電路—晶閘管控制。由晶閘管供電的直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)不僅調(diào)速性能大為改善，而且減少了機(jī)電設(shè)備和占地面積，耗電少、效率高，已完全取代了交磁放大機(jī)—電動機(jī)系統(tǒng)。
在實(shí)際生產(chǎn)中，由于大量存在一些由開關(guān)量控制的簡單程序控制過程,而實(shí)際生產(chǎn)工藝和流程又是經(jīng)常變化的,因此需要一種能靈活改變程序的次新型控制器.于是,在20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了一種能夠根據(jù)生產(chǎn)需要方便的改變控制程序,而又比電子計算機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的自動化裝置—順序控制.它是通過組合邏輯元件插接或編程來實(shí)現(xiàn)繼電器—接觸器控制線路功能的裝置,能滿足程序經(jīng)常改變的控制要求,使控制系統(tǒng)具有較大的靈活性和通用性,但它使用的依然是硬件手段,裝置體積大,功能也受到一定的限制.隨著大規(guī)模集成電路和微處理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,上述控制技術(shù)也發(fā)生了根本變化,在20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了以微處理器為核心的、用軟件手段來實(shí)現(xiàn)各種控制控制功能的新型工業(yè)控制器—可編程序控制器(PLC).它不僅充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)來滿足各種工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)時控制要求,而且還照顧到了現(xiàn)場電氣操作維護(hù)人員的技能和習(xí)慣,摒棄了微機(jī)常用的計算機(jī)程序語言的表達(dá)形式,獨(dú)具風(fēng)格地形成了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語言和模塊化的軟件結(jié)構(gòu),使用戶程序的編制清晰直觀,方便易學(xué),更容易調(diào)試和查錯.它已經(jīng)取代了繼電器—接觸器控制系統(tǒng),被廣泛應(yīng)用于大規(guī)模的生產(chǎn)過程控制中,具有通用性強(qiáng)、程序可變、編程容易、可靠性高、使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),故目前世界各國已將它作為一種標(biāo)準(zhǔn)化通用設(shè)備普遍應(yīng)用于工業(yè)控制中.
電氣控制技術(shù)是隨著科學(xué)的不斷發(fā)展、生產(chǎn)工藝的不斷提高兒訊發(fā)展的。在控制方法上，它手動控制到自動控制；在控制功能上，它是從簡單到復(fù)雜；在操縱上，它笨重到輕巧;在控制原理上,它從由單一的有觸點(diǎn)接線的繼電器—接觸器控制系統(tǒng),到以微處理器為中心的軟件控制系統(tǒng).隨著新的控制理論和新型電器及電子元件的出現(xiàn),電氣控制技術(shù)還將不斷得到發(fā)展.
二、 PLC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理
1、 PLC的基本結(jié)構(gòu)
PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機(jī)相同。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC的基本結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式結(jié)構(gòu)兩類。
1）.整體式結(jié)構(gòu)的PLC
整體式結(jié)構(gòu)的PLC由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出（I/O）單元、電源電路和通信端口等組裝在一起組成。
2）.模塊式結(jié)構(gòu)的PLC
模塊式結(jié)構(gòu)的PLC是將中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出（I/O）單元、電源電路和通信端口等分別做成相應(yīng)的模塊，應(yīng)用時將這些模塊根據(jù)控制要求插在機(jī)架上，各模塊間通過機(jī)架上的總線相互聯(lián)系。
3）.PLC各組成部分介紹
（1）、中央處理器（CPU）
中央處理器（CPU）是PLC的核心部分，相當(dāng)于PLC的“大腦”。它通過系統(tǒng)總線與用戶存儲器、輸入/輸出、通信端口等單元相連。通過制造廠家預(yù)制在系統(tǒng)存儲器內(nèi)部的系統(tǒng)程序完成各項任務(wù)。其主要功能是由編程器寫入控制程序和數(shù)據(jù)到存儲器、檢驗(yàn)用戶程序、從存儲器上讀取和執(zhí)行程序，還可以進(jìn)行PLC內(nèi)部故障的診斷等。
（2）、存儲器
根據(jù)存儲器存儲內(nèi)容的不同，我們把存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。
系統(tǒng)程序存儲器：用來存放系統(tǒng)軟件的存儲器。系統(tǒng)程序相當(dāng)于計算機(jī)操作系統(tǒng)。是PLC廠家根據(jù)選用的CPU的指令來編寫的，并固化到ROM里，用戶不能修改其內(nèi)容。
用戶程序存儲器：用來存放用戶根據(jù)控制要求編制的程序。不同類型的PLC，其存儲容量也不一樣。
數(shù)據(jù)存儲器：用以存放PLC運(yùn)行中的各種數(shù)據(jù)的存儲器。因?yàn)檫\(yùn)行中數(shù)據(jù)不斷變化，所以這種存儲器必須可讀寫。
（3）、輸入/輸出（I/O）單元
輸入/輸出（I/O）單元是PLC與此同時外部設(shè)備連接的紐帶。輸入單元接收現(xiàn)場設(shè)備向PLC提供的開頭量信號，經(jīng)過處理后，變成CPU能夠識別的信號。輸出單元將CPU的信號經(jīng)處理后來控制 外部設(shè)備的。
（4）、電源部分 （5）、通信端口
PLC的CPU模塊上至少有一個通信端口。通過這個通信端口PLC可以直接和編程器或上位機(jī)相連。
（6）編程器
幾乎每個PLC廠家都有自己的編程器。用戶通過編程器來編寫控制程序，并通過編程器接口將自己的控制程序輸入到PLC。它還可以在線檢測程序的運(yùn)行情況。在出現(xiàn)故障時，通過編程器可以很方便的找出錯誤。
（7）特殊功能單元
主要包括模擬量輸入/輸出單元、遠(yuǎn)程I/O模塊、通信模塊、高速計數(shù)模塊、中斷輸入模塊和PID調(diào)解模塊等。隨著PLC的進(jìn)一步發(fā)展，特殊功能單元的應(yīng)用也越來越多。
2、PLC的工作原理
PLC的工作原理與繼電器構(gòu)成的控制裝置一樣，但是工作方式不太一樣。繼電器控制是并行方式，即如果輸出或電，該線圈的觸點(diǎn)立即動作。而PLC則不同，它采用循環(huán)掃描技術(shù)，只是該線圈通電或斷電，并且必須當(dāng)程序掃描到該線圈時，該線圈觸點(diǎn)才會動作。也可以說，繼電器控制裝置是根據(jù)輸入和邏輯控制結(jié)構(gòu)就可以直接得到輸出，而PLC控制則需要輸入傳送、執(zhí)行程序、輸出3個階段才能完成控制過程。
PLC采用循環(huán)掃描技術(shù)可以分為3個階段：輸入階段（將外部輸入信號的狀態(tài)傳送到PLC）、執(zhí)行程序階段和輸出階段（將輸出信號傳送到外部設(shè)備）。
1)、輸入階段
在這個階段中，PLC讀取輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并把它們存入相應(yīng)的輸入存儲單元。
2)、執(zhí)行程序階段
在這個階段中，PLC按照由上到下的次序逐步執(zhí)行指令。從相應(yīng)的輸入存儲單元讀入輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，然后根據(jù)程序內(nèi)部繼電器、定時器、計數(shù)器數(shù)據(jù)寄存器的狀態(tài)和數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果，并將這些結(jié)果存入相應(yīng)的輸出存儲單元。這一階段執(zhí)行完后，進(jìn)入輸出階段。在這個程序執(zhí)行中，輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)保持不變。
、輸出階段
在這個階段中，PLC將相應(yīng)的輸出存儲單元的運(yùn)算結(jié)果傳送到輸出模塊上，并通過輸出模塊向外部設(shè)備傳送輸出信號，開始控制外部設(shè)備。
三、 PLC的特點(diǎn)及基本功能
1、PLC的特點(diǎn)
1）、編程簡單，易于掌握，PLC的設(shè)計者充分考慮到現(xiàn)場技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，經(jīng)常采用的是梯形圖方式的編程語言，它與繼電器控制原理圖相似，具有直觀，清晰、修改方便，易掌握等優(yōu)點(diǎn)，即便未掌握專門計算機(jī)的人也能很快熟悉，因而受到了廣大現(xiàn)場技術(shù)人員的歡迎。
2）、可靠性高，抗干擾能力 PLC是專為工業(yè)控制而設(shè)計的，由于采了一系列的措施，使之在惡劣的工業(yè)環(huán)境下仍能保證很高的可靠性，一般平均無故障時間可達(dá)到4-5萬小時，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過以往電器控制系統(tǒng)和計算機(jī)控制系統(tǒng)。
3）、通用性能好，PLC品種多，檔次高，同一以PLC可適用于不同的控制對象或同一對象的不同控制要求，同一檔次，不同機(jī)型的功能也能方便地相互轉(zhuǎn)換。
4）、功能強(qiáng)，PLC運(yùn)用了計算機(jī)、電子技術(shù)和集成工藝的最新技術(shù)，在
硬件和軟件兩方面不斷發(fā)展，使菘具備很強(qiáng)的信息處理能力，可進(jìn)行邏輯、定時，計數(shù)和步進(jìn)等控制，能完成A/D與D/A
5）、開發(fā)周期短 PLC在許多方面是以軟件編程來取代硬件接線實(shí)現(xiàn)控制功能，大大減輕了繁重的安裝接線工作，且編程簡單，程序設(shè)計和高度修改也很方便安全，因此，大大縮短了PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)周期。
6）、體積小，使用方便，由于PLC采用了半導(dǎo)體集成電路，其體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，功耗低，是機(jī)電技術(shù)的理想控制器，PLC編程簡單，自診斷能力強(qiáng)，能判斷和顯示自身故障，使操作人員檢查判斷故障方便迅速，而且接線少，維修時只需更換插入式模塊，維護(hù)方便，修改程序和監(jiān)視運(yùn)行狀態(tài)也容易。
2、PLC的基本功能
1）、邏輯控制 PLC具有邏輯運(yùn)算功能，它設(shè)置有“與”、“或”、“非”等邏輯指令，能工巧匠夠描述繼電器觸點(diǎn)的串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)等各種連接。因此它可以代替繼電器進(jìn)行組合邏輯與順序邏輯控制。
2）、定時控制 PLC具有定時控制功能。它為用戶提供了若干個定時器并設(shè)置了定時指令。定時值可由用戶在編程時設(shè)定，并能在運(yùn)行中被讀出與修改，使用靈活，操作方便。
3）、計數(shù)控制 PLC還具有計數(shù)功能。它為用戶提供了若干個計數(shù)器并設(shè)置了計數(shù)指令，計數(shù)值可由用戶在編程時設(shè)定，并可在運(yùn)行中被讀出與修改，使用與操作都很靈活方便。
4）、步進(jìn)控制 PLC能完成步進(jìn)控制功能。步進(jìn)控制是指在完成一道工序以后，再進(jìn)行下一步工序，也就是順序控制。PLC為用戶提供了若干個移位寄存器，或者直接有步進(jìn)指令，可用于步進(jìn)控制，編程與使用很方便。
5）、A/D、D/A轉(zhuǎn)換 有些PLC還具有“模數(shù)”轉(zhuǎn)換（A/D）和“數(shù)?！保―/A），功能，能完成對模擬量的控制與調(diào)節(jié)。
6）、數(shù)據(jù)處理 有的PLC還具有數(shù)據(jù)處理能力，并具有并行運(yùn)算指令，如兩個數(shù)據(jù)并行傳送、比較和邏輯運(yùn)算，進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索、比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換等操作。
7）、通信與聯(lián)網(wǎng) 有些PLC采用了通信技術(shù)，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程I/O控制，多臺PLC之間可以進(jìn)行同位鏈接，計算機(jī)作為上機(jī)可對其命令并返回執(zhí)行結(jié)果，這種采用一臺計算機(jī)，多臺PLC組成的頒式控制網(wǎng)絡(luò)可完成圈套規(guī)模的復(fù)雜控制。
8）、監(jiān)控控制 PLC具有較強(qiáng)的監(jiān)控功能。在控制系統(tǒng)中，操作人員通過監(jiān)控命令可以監(jiān)視有關(guān)部分的運(yùn)行狀態(tài)，可以調(diào)整定時或計數(shù)設(shè)定值，因而高度、使用和維護(hù)都很方便。
四、PLC的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢
目前，PLC在國內(nèi)已得到了廣泛的應(yīng)用。利用PLC最基本的邏輯運(yùn)算、定時、記數(shù)等功能進(jìn)行邏輯控制，可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，廣泛用于機(jī)床、印刷機(jī)、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯的控制等。
較高檔次的PLC具有位置控制模塊，特別適用于機(jī)床控制。大、中型PLC具有多路模擬量輸入輸出和PID控制，可構(gòu)成模擬量輸入輸出的閉環(huán)控制系統(tǒng)，用于過程控制。
隨著計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，國外近幾年興起自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，PLC與PLC之間，PLC與上位機(jī)之間連成網(wǎng)絡(luò)，通過光纜傳遞信息，構(gòu)成大型的多級分布式控制系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)）。PLC具有可靠性高、使用方便、編程簡單、體積小、重量輕等特點(diǎn)。目前，全世界PLC生產(chǎn)廠家約200多家，生產(chǎn)300多個品種。作為控制裝置，它在許多工業(yè)控制領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，PLC也得到了迅速的發(fā)展，其技術(shù)和產(chǎn)品日趨完善。
& nbsp;PLC的主要發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
1、高速度、高I/O容量、功能強(qiáng)大
隨著CPU處理速度的提高，PLC程序執(zhí)行的速度也越來越快；在規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，相應(yīng)地使I/O的容量也得到增加；智能模塊的嗇，使PLC能夠?qū)崿F(xiàn)的功能越來越多。
2、強(qiáng)大的PLC聯(lián)網(wǎng)能力
隨著人們對工業(yè)自動化的要求越來越高，人們已經(jīng)不再滿足對幾個設(shè)備、幾條生產(chǎn)線的PLC控制，而是要求實(shí)現(xiàn)對全工廠的自動化 ，所以提高PLC控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)功能成為PLC的發(fā)展趨勢。以后人們不公能通過通信模塊進(jìn)行PLC與PLC、PLC與上位機(jī)之間的連接，還能通過撥號或者無線的方式使PLC聯(lián)網(wǎng)。
3、編程軟件多樣化
PLC的梯形力語言、助記符語言和功能模塊語言雖然使用方便，而且也能很好的實(shí)現(xiàn)控制要求，倡在處理一些高級功能（復(fù)雜運(yùn)算、報表生成和打印等功能）時存在明顯的不足，所以就要求高級語言（BASIC、C、FORTRAN等）、圖形語言、匯編語言兼容。這樣不公可以通過梯形圖語言、助記符語言和功能 模塊語言來編寫程序，也可以通過高級語言來編程。
五、 PLC應(yīng)用中應(yīng)注意的若干問題
本節(jié)主要介紹PLC在應(yīng)用過程中經(jīng)常遇到的一些對PLC的某些輸入信號的處理問題。
1、PLC輸入信號抖動的消除
在實(shí)際應(yīng)用中，有些開關(guān)輸入信號在接通過程中，由于外界干擾會出現(xiàn)時通時斷的“抖動”現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在繼電器系統(tǒng)中由于繼電器的電磁慣性一般不會造成誤動作，沒什么影響。但在PLC應(yīng)用系統(tǒng)中，PLC是不斷掃描工作，掃描周期一般比繼電器動作時間短得多，抖動信號很可能被PLC檢測到，造成錯誤的結(jié)果。所以，必須對這些“抖動”進(jìn)行處理，已保證系統(tǒng)正常工作。
2、兩線式傳感器輸入的處理
如果PLC輸入設(shè)備采用兩線式傳感器（如接近開關(guān)、光電開關(guān)等）時它們的漏電電流較大，可能會出現(xiàn)錯誤的輸入信號。為了避免這種現(xiàn)象，可在輸入端并聯(lián)輸入電阻R，
旁路電阻R的阻值由下式確定：
I（Um∕InUn）∕（R+Un∕In）∕≤UL
式子中，I為傳感器的漏電流；Un、In分別是PLC的額定輸入電壓和額定電流；Um是PLC輸入電壓低電平的上限值。
3、 由晶體管提供輸入信號的處理
如果PLC輸入信號由晶體管提供，則要求晶體管的截止電阻應(yīng)大于10千歐姆，導(dǎo)通電阻應(yīng)小于800歐姆。
六、機(jī)械手移動工件的控制系統(tǒng)
1、機(jī)械手移動工件的基本機(jī)構(gòu)
機(jī)械手是工業(yè)自動控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對象。機(jī)械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等，應(yīng)用非常廣泛。應(yīng)用PLC控制機(jī)械手實(shí)現(xiàn)各種規(guī)定的工序動作，可以簡化控制線路，節(jié)省成本，提高勞動生產(chǎn)效率。
如圖 [1] 所示，是一臺工件傳送機(jī)械手的動作示意圖。
其作用是將工件從A位置傳送到B位置。其上升、下降和左移、右移動作由雙線圈的兩位式電磁閥驅(qū)動氣缸來控制完成，一旦電磁閥線圈通電，就一直保持現(xiàn)有的機(jī)械動直到相對的線圈通電為止。另外夾緊、放松的動作由只有一個線圈的兩位式電磁閥驅(qū)動的氣缸控制完成，線圈通電，夾住工件，線圈斷電，放松工件（若擔(dān)心停電時的工件跌落，可選用通電時松開、斷電時夾緊的夾具）。
圖 [1]
2、機(jī)械手移動工件的控制要求與工作流程
機(jī)械手的全部動作由氣官缸驅(qū)動，而氣缸又有相應(yīng)的電磁閥控制。其中，上升/下降和左移/右移分別由雙線圈兩位電磁閥控制。例如，當(dāng)下降電磁閥通電時，機(jī)械手下降；下降電磁閥斷電時，機(jī)械手下降停止。只有當(dāng)上升電磁閥通電時，機(jī)械手才上升；當(dāng)上升電磁閥斷電時，機(jī)械手上升停止。同樣，左移/右移分別由左移電磁閥和右移電磁閥控制。機(jī)械手的放松/夾緊由一個單線圈兩位置電磁閥（稱為夾緊電磁閥）控制。當(dāng)該線圈通電時，機(jī)械手夾緊；當(dāng)該線圈斷電時，機(jī)械手放松。
當(dāng)機(jī)械手右移到位并準(zhǔn)備下降時，為了確保安全，必須右工作臺無工件時才允許機(jī)械手下降。也就是說，若上一次搬運(yùn)到右工作臺上的工件尚未搬走時，機(jī)械手應(yīng)自動停止下降，用光電開關(guān)進(jìn)行無工件檢測。
機(jī)械手的動作過程如圖 [2] 所示。
圖 [2]
從原點(diǎn)開始，按下起動按鈕，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降。下降到底時，碰到下限位開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止；同時接通加緊電磁閥，機(jī)械手夾緊。夾緊后，上升電磁閥通電，機(jī)械手上升。上升到頂時，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；同時接通右移電磁閥，機(jī)械手右移。右移到位時，碰到右限位開關(guān)，右移電磁閥斷電，右移停止。若此時右工作臺上無工件，則光電開關(guān)接通，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降。下降到底時，碰到下限位開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止；同時夾緊電磁閥斷電，機(jī)械手放松。放松后，上升電磁閥通電，機(jī)械手上升。上升到頂時，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止，同時接通左移電磁閥，機(jī)械手左移。左移到原點(diǎn)時，碰到左限位開關(guān)，左移電磁閥斷電，左移停止。至此，機(jī)械手由原位下降抓物上升右轉(zhuǎn)下降放物上升左旋原位結(jié)束。經(jīng)過八步動作完成了一個周期的動作。
3、操作面板布置
如圖 [3] 是可編程控制器控制盤面板布置圖
; 圖 [3]
機(jī)械手的操作方式分為手動操作方式和自動操作方式。
手動操作：就是用按鈕操作對機(jī)械手的每一步運(yùn)動單獨(dú)進(jìn)行控制。例如，當(dāng)選擇上/下運(yùn)動時，按下啟動按鈕，機(jī)械手下降；按下停止按鈕，機(jī)械手上升。當(dāng)選擇左/右運(yùn)動時，按下啟動按鈕，機(jī)械手右移。當(dāng)選擇夾緊/放松運(yùn)動時，按下啟動按鈕，機(jī)械手夾緊；按下停止按鈕，機(jī)械手放松。
自動操作方式又分為步進(jìn)、單周期和連續(xù)操作方式。
步進(jìn)操作：每按一次啟動按鈕，機(jī)械手完成一步動作后自動停止。
單周期操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按一下啟動按鈕，機(jī)械手自動完成一個周期的動作后停止（如果在操作過程中按下停止按鈕，機(jī)械手停在該工序上，再按下啟動按鈕，則又從該工序繼續(xù)工作，最后停在原位）。
連續(xù)操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按一下啟動按鈕，機(jī)械手的動作將自動地、連續(xù)地不斷地周期性循環(huán)。在工作中若按一下停止按鈕，則機(jī)械手將繼續(xù)完成一個周期的動作后，回到原點(diǎn)自動停止。
4、控制系統(tǒng)構(gòu)成
（1）控制系統(tǒng)圖
機(jī)械手移動工件控制系統(tǒng)圖如圖 [4] 所示
圖 [4]
（2）輸入/輸出端子地址分配
該機(jī)械手控制系統(tǒng)所采用的可編程控制器是由德國西門子公司生產(chǎn)的S7－200CPU214。如圖 [5] 是可編程控制器輸入輸出端子地址分配圖。
圖 [5]
該機(jī)械手控制系統(tǒng)共使用了14個輸入量，6個輸出量。
七、梯形圖設(shè)計
機(jī)械手的控制屬于順序控制，采用步進(jìn)指令，根據(jù)說明機(jī)器工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換的圖形，進(jìn)行程序設(shè)計。
1.梯形圖的整體設(shè)計
根據(jù)機(jī)械手的工作方式情況，在選擇“單步操作”時，應(yīng)執(zhí)行“單步操作”程序；在選擇“自動”方式時，應(yīng)執(zhí)行“自動程序”，故梯形圖的總體構(gòu)成應(yīng)如圖 [6] 所示。其中，自動程序要在啟動按鈕按下時才執(zhí)行。
圖 [6]
2.各部分梯形圖的設(shè)計
1）通用部分梯形圖設(shè)計
（1）狀態(tài)器的初始化：
初始狀態(tài)器S600在手動方式下被置位、復(fù)位。當(dāng)方式選擇開關(guān)處于“返回原位”（X501接通）時，按下返回原位按鈕（X505）時被置位；在“單步操作”（X500接通）時，S600復(fù)位。處于中間工步的狀態(tài)器用手動動作復(fù)位操作，即在方式選擇開關(guān)位于“單步操作”或“返回原位”時，中間狀態(tài)器同步復(fù)位，故初始化梯形圖如圖 [7] 所示（如果狀態(tài)器要在供電時從斷電前條件開始繼續(xù)工作，則不需要M71）。
圖 [7]
（2）狀態(tài)器轉(zhuǎn)換啟動：
若機(jī)械手工作在自動工作方式下，當(dāng)初始狀態(tài)器S600被置位后，按下起動按鈕，輔助繼電器M575工作，狀態(tài)器的狀態(tài)可以一步步向下傳遞，即可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在執(zhí)行“連續(xù)操作”程序時，轉(zhuǎn)換啟動繼電器M575一直保持到停機(jī)按鈕按下為止。另一方面，采用M100檢查機(jī)器是否處于原位。當(dāng)M575和M100都接通時，從初始狀態(tài)器開始進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其梯形圖如圖 [8] 所示。
圖 [8]
（3）狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖：
激活特殊輔助繼電器M574，并用步進(jìn)指令控制狀態(tài)器轉(zhuǎn)換時，狀態(tài)器的自動轉(zhuǎn)換就被禁止。
在“單周期”工作期間，按下停止按鈕時，M574應(yīng)被激勵并自保持，操作停止在現(xiàn)行工步。當(dāng)按下啟動按鈕時，從現(xiàn)行工序重新開始工作，M574應(yīng)復(fù)位，即重新允許轉(zhuǎn)換。
圖 [9]
在“步進(jìn)”工作方式時，M574應(yīng)始終工作，此時，禁止任何狀態(tài)轉(zhuǎn)換。但每按下一次啟動按鈕時，M574斷開一次，允許狀態(tài)器轉(zhuǎn)換一步。
在“手動”工作方式（單一操作，返回原位）情況下，禁止進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在手動方式解除之后，按下啟動按鈕，則狀態(tài)轉(zhuǎn)換禁止解除，M574復(fù)位。
PLC在啟動時，用初始化脈沖M71使M 574自保持，以此禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換。直到按下啟動按鈕。狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止體形圖如圖 [9] 所示。
通過對圖 [8]、圖 [9] 分析可得出：在執(zhí)行“單步操作”和“返回原位”程序時，M575一直不能被接通，而M574長期被接通（按下啟動按鈕時除外）；執(zhí)行“步進(jìn)”程序時，每按一次啟動按鈕，M574斷開一次，M575接通一次，狀態(tài)器轉(zhuǎn)換一次；在執(zhí)行“單周期操作”程序時，按下啟動按鈕，M574斷開，M575接通，狀態(tài)器的狀態(tài)可一步一步向下轉(zhuǎn)換，直至按下停止按鈕時，M574自鎖，狀態(tài)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換被禁止，操作停止現(xiàn)行工序（再次按下啟動按鈕時從現(xiàn)行工序開始工作）；在執(zhí)行“連續(xù)操作：程序時，M575一直接通到按下停止按鈕，此時M574一直不能接通。
2）單步操作梯形圖 ：
圖 [10]
3）返回原位梯形圖 ：
在“返回原位”狀態(tài)下，“夾緊”與“下降”動作應(yīng)被停止，上限位未動作時應(yīng)進(jìn)行“上升”；上限位動作時，“右行”動作應(yīng)停止，并左行至左限位位置。返回原位梯形圖如圖 [11] 所示。
圖 [11]
4）“自動”狀態(tài)流程圖 ：
如圖 [12] 所示
圖 [12]
圖 [12] 表示了機(jī)械手自動工作時執(zhí)行各工步的情況。表明了各工步的實(shí)現(xiàn)以及各工步的轉(zhuǎn)換條件。在第一次下降工步中，下降電磁閥Y430接通。自下限位置時，X401接通，轉(zhuǎn)化為“夾持”過程。在夾持工步中，夾持電磁閥Y731置位，同時驅(qū)動T450。T450接通后，轉(zhuǎn)化為第一次上升。此后執(zhí)行類似的操作，完成由初始條件到下一個初始條件的一系列操作。在夾持輸出Y431置位后，保持夾持，直到夾持輸出復(fù)位松開。如上所述一步一步按順序驅(qū)動各個負(fù)載動作，稱為順序控制或過程步進(jìn)型控制。這種控制過程用繼電器符號程序很難實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計。
用狀態(tài)器替代自動工作流程圖中的各個工步，可得到圖 [13] 所示的功能表圖。初始狀態(tài)在圖中用雙線框表示。
圖 [13]
根據(jù)圖 [13] 的功能表圖，可設(shè)計出自動操作時的梯形圖，
如圖 [14]所示。
圖 [14]
3.繪制機(jī)械手PLC控制梯形圖 &n bsp; 圖 [15-1]
該機(jī)械手在自動工作時，應(yīng)先將其工作方式選擇開關(guān)放在“返回原位”，并按下返回原位按鈕，對狀態(tài)器進(jìn)行置位，然后再將工作方式選擇開關(guān)放至自動工作方式下。若自動工作狀態(tài)解除，則應(yīng)將工作方式選擇開關(guān)放至“單步操作”位置 。
4、程序語言：
0 LD X501 30 AND X503
1 AND X505 31 OR X502
2 S S600 32 OR X500
3 LD X500 33 OR X501
4 R S600 34 OR M71
5 LD X500 35 OR M574
6 OR X501 36 ANI M101
7 OR &nbs 陳立定、吳玉香、蘇開才 編
7.《電器及PLC控制技術(shù)》 機(jī)械工業(yè)出版社 主編 黃凈
8.《機(jī)床電器與PLC 》 西安電子科技大學(xué)出版社 主編 李偉
9.《PLC應(yīng)用開發(fā)技術(shù)與工程實(shí)踐》 人民郵電出版社 求是科技
10.《PLC實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書》 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 主編 路劍
11.《可編程控制器的原理與應(yīng)用》 北京希望電子出版社 主編 史增芳
附錄：
表1 數(shù)字量輸入地址定義
地 址 符 號 定 義 備 注
I0.0 啟動按鈕
I0.1 下限位 下限位開關(guān)
I0.2 上限位 上限位開關(guān)
I0.3 右限位 右限位開關(guān)
I0.4 左限位 左限位開關(guān)
I0.5 無工件檢測 無工件檢測開關(guān)
I0.6 停止按鈕
I0.7 單操作 單步方式開關(guān)
I1.0 步進(jìn)操作 步進(jìn)方式開關(guān)
I1.1 單周期操作 單周期方式開關(guān) I1.3 左與右
I1.4 上與下
I1.5 夾與松
表2 數(shù)字量輸出地址定義
地址 符 號 定 義 備 注
Q0.0 下降電磁閥 下降電磁閥線圈
Q0.2 夾緊電磁閥 松開/夾緊線圈
Q0.1 上升電磁閥 上升電磁閥線圈
Q0.3 右行電磁閥 右行電磁閥線圈
