机电一体化——慧鱼机器人翻包机

摘要机电一体化又称机械电子学, 现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，他的发展使冷冰冰的机器有了人性化、智能化。

模型能够展示科学原理和技术过程,简述了分选机构机器人系统, 设计并分析了分选机构机器人的主要机构——分选机构机器人横臂，分选机构的横向传输，分选机构的纵向传输。

关键词：分选机构，机器人，机电一体化AbstractElectrical and mechanical integration, also known as electronics, mechanical and electrical integration of technology, machinery and micro-electronics technology is close of a collection of technologies, the development of cold machines with human intelligence. Model to demonstrate scientific principles and technical process, on the robot body sorting system design and analysis of the separation of the main body of the robot - sorting bodies robot arm, elected bodies at the horizontal transfer, sorting Vertical transmission of the body.Key Words:Sorting agencies, robotics, mechanical and electrical integration目录1.机电一体化技术 (3)1.1机电一体化技术的定义和内容 (3)1.2机电一体化系统组成 (3)2.慧鱼机器人 (4)2.1慧鱼创意教学组合模型简介 (4)2.2慧鱼机器人分析 (5)2.2.1机器人机构组成 (5)2.2.2机器人工作空间形式 (6)2.2.3机器人自动工作流程 (12)2.2.4机器人计算机控制接口 (13)3.总结 (14)4.参考文献 (15)1.机电一体化技术1.1机电一体化技术的定义和内容机电一体化技术综合应用了机械技术、计算机与信息技术、系统技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术,接口技术及系统总体技术等群体技术,从系统的观点出发,根据系统功能目标和优化组织结构目标,以智能、动力、结构、运动和感知等组成要素为基础,对各组成要素及相互之间的信息处理、接口耦合、运动传递、物质运动、能量变换机理进行研究,使得整个系统有机结合与综合集成,并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下,形成物质和能量的有规则运动,在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。

1.2机电一体化系统组成1.机械本体机械本体包括机架、机械连接、机械传动等，它是机电一体化的基础，起着支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用。

2.检测传感部分检测传感部分包括各种传感器及其信号检测电路，其作用就是检测机电一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变化，并将信息传递给电子控制单元，电子控制单元根据检查到的信息向执行器发出相应的控制。

3.电子控制单元电子控制单元是机电一体化系统的核心，负责将来自各传感器的检测信号和外部输入命令进行集中、存储、计算、分析，根据信息处理结果，按照一定的程度和节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的地进行。

4.执行器执行器的作用是根据电子控制单元的指令驱动机械部件的运动。

执行器是运动部件，通常采用电力驱动、气压驱动和液压驱动等几种方式。

5.动力源动力源是机电一体化产品能量供应部分，是按照系统控制要求向机械系统提供能量和动力使系统正常运行。

提供能量的方式包括电能、气能和液压能。

2. 慧鱼机器人2.1慧鱼创意教学组合模型简介1964年，慧鱼创意教学组合模型（fischertechnik）诞生于德国，是由德国发明家Arthur Fischer 博士在1964 年从其专利“六面拼接体”的基础上发明的。

它是技术含量很高的工程技术类智趣拼装模型，是展示科学原理和技术过程的理想教具，也是体现世界最先进教育理念的学具，为创新教育和创新实验提供了最佳的载体。

慧鱼创意组合模型的主要部件采用优质尼龙塑胶制造，尺寸精确，不易磨损，可以保证反复拆装的同时不影响模型结合的精确度；构件的工业燕尾槽专利设计使六面都可拼接，独特的设计可实现随心所欲的组合和扩充。

它由各种型号和规格的零件构成，类似于积木。

零件的种类很多，几乎包括了机械课程和日常生活中的所有零件，如机械零件：连杆、凸轮、齿轮（普通齿轮、锥齿轮、斜齿轮、内啮合齿轮、外啮合齿轮等）、蜗轮、蜗杆、螺杆、铰链、带、链条、轴（直轴和曲轴）、联轴器、弹簧、减速器、齿轮箱、车轮等；电气零件：直流电机、灯泡、电磁气阀、行程开关、传感器（光敏、热敏、磁敏、触敏）、可调直流变压器、电脑接口板、PLC 接口板、红外线发射接收装置等；气动零件：储气罐、汽缸、活塞、气弯头、手动气阀、电磁气阀、气管等。

由这些零件的不同组合便可构造出各式各样的模型，这些模型主要可分为两大类：技术组和机器人组。

技术组又包括传感器技术组、气动技术组、汽车技术组、太阳能技术组、万能组合包。

机器人组又包括3D 机器人、计算机器人、实验机器人、工业机器人、移动机器人和气动机器人。

学生在慧鱼实验过程中，通过对各类模型的认识和组装，从而可以熟悉并掌握各类机械设备和自动化装置的常用结构和工作原理。

在模型的组建中，学生将运用到机械加工、气动技术、电子电路和软件编程等知识，从而加深了对这些相关课程的理解。

另外通过慧鱼模型的搭建和组装也培养了学生的实际动手的能力、解决实际问题的能力和创新设计的能力。

2.2慧鱼机器人分析此次机电一体化创新设计项目，我们所完成的是慧鱼工业机器人中的翻包机，它是用于邮政、物流等行业的物流设备，利用光电检测和翻转机构自动完成翻包动作，从而大大提高了这些行业的物流自动化水平。

2.2.1机器人机构组成本次设计的自动翻包机实验系统由翻包机构、接口电路以及控制部分组成。

下面主要介绍一下翻包机构的设计。

翻包机机器人的实物图又上图可以分析出，翻包机机构由物料送进滑槽、传动机构、翻转机构、物料送出机构及物料检测装置5大部分组成。

此自动翻包机机构简图如下图：2.2.2机器人工作空间形式2.2.2.1物料送进滑槽物料送入采取自动滑入的方法，将物料放入倾斜的滑槽上，物料自动滑入到传送带上进行翻包操作，滑槽侧面安装有行程开关K0用来开始启动整个系统，如下所示：进料口实物图2.2.2.2传送机构传送机构由可以进行正反输送的传送带、驱动电机以及减速装置组成。

通过控制驱动电机（M1）的正反转实现输送带正反传送。

在减速装置输出轴上装有脉冲发生装置（记为K3），传送带每移动一定距离，K3则发生一个脉冲，根据脉冲数可确定传送带移动距离，脉冲的大小可通过电脑软件进行更改调节。

物料运输带实物图运输带电机、减速箱及控制开关运输带结构简图2.2.2.3 翻转机构翻转机构由装有拨块的垂直链条链轮系统。

链轮驱动电机M3通过减速装置带动链轮，链轮转动时带动链条上拨块拨动物料翻转，传送带不停地转动，将包裹紧紧靠着翻转链，翻转链站上装有行程开关K4，物料完成一个翻转，则链条的拨块将K4闭合一次。

翻转机构实物图翻转机构结构简图2.2.2.4 物料送出机构由送出滑槽、推杆驱动电机M2、减速装置、齿轮齿条机构以及推杆组成。

推杆驱动电机正转时经减速装置、齿轮齿条机构带动推杆将物料向外推出，当推杆达到极限位置时，闭合送出滑槽上的限位开关K1，发出物料已送出信号。

当推杆驱动电机反转，则带动推杆缩回，当缩回到极限位置时，则闭合限位开关K2，发出推杆回位信号。

推出机构实物图推出机构结构简图2.2.2.5 物料位置及正面检测装置采用非接触式检测方式，检测装置安装在传送带中部的龙门架上，龙门架的顶部有光源L1，及光感器T1，当物料白面朝上时，顶部光源射出的光遇到白面会反光，反射到顶部的光敏三极管T2导通，发出正面朝上的信号。

龙门架的侧端也有光源，另一侧装有光敏三极管T1，当物料被送到水平光源及光敏三极管之间时，物料阻断光源，T1截止，发出物料到达检测位置的信号。

正面检测装置实物图2.2.3机器人自动工作流程工作流程大致如下图所示：一开始，物料沿着滑槽滑向传送带，滑槽上的启动开光K0被触发，两个透镜灯L1发光，传送带驱动电机M1正转，将物料向前输送，当物料输送到水平光感T1处时，阻断光源L1照射，此时开始累计脉冲计数开关的K3的脉冲输出，物料继续向前输送，当K3发出的脉冲累计到预设脉冲时，正好将物料传送到正面检测位置下，光感T2开始检测，此时检测会有2种结果：（本次试验物料黑色面为正面）（1）如果物料正面朝上，就表示物料往回输送，传送带驱动电机M1反转，此时开始累计脉冲计数开关的K3的脉冲输出，当K3的脉冲累计达到返回输出设定数时，物料刚好被送到出口处，紧接着电机M1停转，推杆驱动电机M2正转，带动推杆将物料推出，物料被推出到位时就触发限位开关K1，发出物料已完全弹出信号：接着电机M2反转，推杆收回，推杆回到位后即触发限位开关K2，这时翻包机完成一次工作循环，回到原位，等待下一次物料进入。

（2）如果物料反面朝上，需将物料向前送到翻转站进行翻转，电机M1继续正转，同时翻转站的电机M3开始转动：当物料被送至翻转站上，由传送带及翻转站的垂直链的拨块同时动作，将物料翻转一次，垂直链上的拨块将K4闭合一次，产生翻转完成一次的信号；接着电机M3停转，电机M1反转，将物料往回输送，当物料阻断水平光感T1的光源时，物料刚好被送到正面检测装置下，光感T2进行检测，如果反面朝上，则物料继续被送到翻转站进行一次翻转并送回再检测，直到物料黑色面朝上为止。

如果已经是物料黑色面朝上，则跳到（1），将物料送回到出口处，推出物料，此时物料完成一次工作循环，回到原位等待下一个物料进入。

翻包机工作实物图2.2.4 机器人计算机控制接口计算机控制原理简图如下图所示：机器人运动以“微型计算机”为控制核心，“智能接口板”为信号发送接收装置。

信号主要由两大部分组成，即控制信号和反馈信号。

一方面，微型计算机发送指令，通过智能接口板输出给电机，使电机运动。

另一方面，行程开关的信号经由智能接口板输入到计算机中，根据信号的结果执行相应的动作。

行程开关是一个触发式的开关，当触头被按下时，则电路接地，此时通过智能接口板采集到的信号为低电平，数字信号为0；当触头悬置时，则电路断开，此时输出的数字信号为1。