时间：2023-03-25 11:25:41
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1手持式医疗器械的特点
1.1安全性
对于手持式医疗器械而言，日常应用广泛的原因在于，该项产品具有较高的安全性。医疗器械的应用领域非常广泛，对医护人员、对残障患者、对医疗领域的研究工作，都具有较大的积极意义，并且能够在客观上改变医疗工作的现状以及患者的生活方式，使其达到一个新的高度。手持式医疗器械作为医疗器械领域中的一个重点部分，其安全性是有严格规范的。第一，手持式医疗器械在出现故障时，必须能够保证使用人员的人身安全，而不是造成意外事故。第二，手持式医疗器械在日常使用过程中，出现损坏时，应以突出的部位显示，告知患者医疗器械出现问题，避免患者继续应用。第三，手持式医疗器械的日常接触部位是使用人员的手部，因此必须提高对手部的保障措施，避免磨损、划伤等情况的出现。
1.2复杂性
现代医疗器械融合了多学科的研究成果，功能复杂化、模块多样化。同时医疗器械的使用者也具有复杂性，手持式医疗器械的使用者并不全是专业的医护人员，围绕着手持式医疗器械产品的用户环境也并不仅仅只有医护人员。如家庭环境下，使用者多为非医护专业人员，甚至可能是病人本身。他们并不具备基本的医学背常识和医疗器械操作知识。从图1来看，手持式医疗器械所具有的复杂性，是手持式医疗器械的核心部分，其复杂特性不仅决定了其他特点的表现，同时对该类型医疗器械的实际应用也产生了较大的影响。本研究认为，手持式医疗器械的复杂性并不容易把握，在今后的工作中，一方面要降低复杂特点，提高其他的特性，帮助手持式医疗器械获得更多的功能；另一方面要把握好复杂性带来的影响，尽量不要影响到手持式医疗器械的设计和研发工作。
2手持式医疗器械的设计要点
2.1安全性
手持式医疗器械的市场非常广泛，为了能够进一步满足广大患者的需求，手持式医疗器械在设计过程中，必须满足固定的要求，也就是日常说的设计要点，同时还要在设计要点方面实现更大的突破，否则很难满足现实工作中的需求。经过长期的探究发现，手持式医疗器械的设计要点之一在于安全性。图2为脉搏血氧仪。该产品由深圳市杰纳瑞公司生产，该仪器在设计中充分考虑到了以下安全性：第一，使用可充电镍氢电池：可以避免在患者使用的过程中，人体接触到市电220V的可能，提高安全性能，另外镍氢电池非常稳定，存储时间也比较长，能够长期安全使用；第二，连接人体的血氧探头，均使用符合生物兼容性的材料，避免人体长时间接触可能产生的过敏反应；第三，考虑静电防护，通过国家检测要求，提高了产品的稳定性和安全性。由此可见，产品的安全性关系到具体使用和对患者的效果，必须加以重视起来。
2.2造型设计
手持式医疗器械区别于其他医疗器械的一个重点在于，该类型的医疗器械所占有的空间非常小，主要是通过手来进行操作，并且较小的医疗器械在操作过程中，细节操作往往决定了最终的结果。因此，手持式医疗器械的造型设计是非常重要的。第一，手持式医疗器械的造型必须小巧，能够让操作人员及时的分辨出该类型医疗器械的作用。在总体的造型方面，要有突出的表现，能够在众多的医疗器械当中及时找到。第二，手持式医疗器械的色彩要分明，不同的颜色代表的含义不同，并且要考虑到实际应用的情况。倘若灯光昏暗，手持式医疗器械的设计则要用鲜艳颜色来突出；倘若灯光明亮，则要应用柔和色彩。最终要的是，一旦遇到色盲的特殊人员，色彩所表达的意义则有很大区别，因此在色彩的把握上，必须考虑到多种情况。第三，手持式医疗器械的造型设计，还要便于实际操作。由于该类型医疗产品主要是用于精细手术、患者伤残应用等领域，操作性能必须达到一个较高的水准，同时还要具备抗污染、抗腐蚀等特点，保证不会对患者、医护人员造成伤害。
2.3触觉设计
除了上述的两项设计要点以外，手持式医疗器械的触觉设计，也是非常重要的一个方面。触觉设计主要是让操作人员能够明确的感受到自己在操作医疗器械，同时在感觉上比较明显，避免力度过大或者是力度过小而造成不必要的影响。触觉设计一直都是手持式医疗器械设计的重要方面，常常作为设计的瓶颈进行突破。例如，薄膜按键已经成为轻型触觉控制器的主要类型。脉搏血氧仪薄膜按键上的功能不仅有应用于动力供应中的开/关控制功能，还有用于其他开与关的转换功能：同时具有步进控制功能。以脉搏血氧仪plus为例，受脉搏血氧仪设备本身结构功能的影响，薄膜按键设计应满足单手持握的操作规程，控制键应可使用单个手指操作，应保证控制键排布不易造成误操作的发生。从以上的表述来看，触觉设计将会直接影响手持式医疗器械的日常使用、修理、优化等工作，并且会对使用者产生较大的影响。在今后的工作中，触觉设计必须更加人性化，一方面提升触觉的灵敏度，另一方面增加失误操作的禁止功能，即便是出现错误操作，依靠触觉设计，也能够在第一时间，对所有将要发生的问题予以制止。结语本研究对手持式医疗器械的设计要点进行分析，就现有的手持式医疗器械而言，在很大程度上已经满足了医护人员及患者的需求，但由于患者数量的增多，以及特殊案例的出现，部分手持式医疗器械在性能上显得有些不足，今后需要进一步设计。
关键词：气动机械手，结构优化，结构设计
前 言：
气动机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。气动机械手具有结构简单、重量轻、动作迅速、可靠、节能、不污染环境、可实现无级调速、易实现过载保护等优点，特别适用于汽车制造业、食品和药品包装行业、化工行业、精密仪器制造业和军事工业等。
在现代工业技术应用的气动机械手能够实现4个自由度的运动，其各自的自由度的驱动全部由气动肌肉来实现。最前端的气爪抓取物品，通过气动肌肉的驱动实现各自关节的转动，使物品在空间上运动，根据合理的控制，最终实现机械手的动作要求。气动机械手回转臂的设计主要是选择合适的控制阀，设计合理的气动控制回路，通过控制和调节各个气缸压缩空气的压力、流量和方向来使气动执行机构获得必要的力、动作速度和改变运动方向，并按规定的程序工作。
1.气动机械手的原理
气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。它巧妙地应用力的平衡原理，使操作者对重物进行相应的位移，就可在空间内平衡移动定位负荷。重物在提升或下降时形成浮动状态，靠气路实现微重力的物料位移，操作力受工件重量影响。无需熟练的点动操作，操作者用手推拉重物，就可以把重物正确地放到空间中的任何位置，或者通过操作台控制工件的位移可完成以下动作：送料、预夹紧、手臂上升、手臂旋转、小臂伸长、手腕旋转。
图1：气动机械手系统工作原理图
气压传动机械手的优点：（1）不用增速机构就能获得较高的运动速度，这是简易机械手的一项主要性能，其可适应各种快速自动搬运的工作。（2）能源方便，工厂都有压缩工作站。（3）空气泄漏基本无害。（4）适应易爆、易燃等恶劣环境。
（5）结构、保养都简单，成本低。（6）可将直线风缸和摆动风缸做成手臂的一部分，结构简单，刚性好。
2.气动机械手的主要部件和设计要求
根据模块化设计思想，机械手的各模块化机构分别为：立柱、手臂、小臂、手腕和手爪几个部分。论文选择圆柱坐标式机械手，木设计的机械手具有3个自由度：手臂伸缩；机身回转；机身升降。木设计的机械手主要由3个大部件和3个气缸组成：手部，采用一个气爪，通过机构运动实现手爪的运动。臂部，采用直线缸来实现手臂的伸缩。机身，采用一个直线缸和一个回转缸来实现手臂升降和回转。
机械手的手部是机械手上承担抓取工件的机构，由于被抓取物件（炮弹）的形状近似于圆台，所以，其手爪采用特殊的V字型结构，即手爪的内表而设计成与圆台斜度相同的斜而，即保证了抓取的稳定又不会因“线接触”而影响炮弹的表而质量。通过对平衡气缸内空气压力快速精确的调节，实现对某一重量范围内工件的实时平衡状态。机械手可选择定制功能：平衡系统；垂直提升；负载平衡。设备回转关节设置刹车系统，可在任意所需要的位置刹车，使机械手可以长期或定期保持需要的状态。翻转90度、翻转180度和翻转任意角度（MAX270°）；断气保护：设备被意外断气时，设备上的储气罐装置可保证工人正常完成一个循环工作，然后进入刹车状态指不功能：负载指示、到位指示。误操作保护功能：工件在悬空时不可被释放。人性化操作手柄：控制按钮和人性化防滑手柄集成一体，让操作人更便捷操纵机体。工件表面保护：夹具接触工件部位装置保护物件，保证工件表而不会被刮伤。高效率工作：夹具设置抓取导向，让工件的拾取更高效。
控制系统可根据动作的要求，设计采用数字顺序控制。它首先要编制程序加以存储，然后再根据规定的程序，控制机械手进行工作程序的存储方式有分离存储和集中存储两种。分离存储是将各种控制因素的信息分别存储于两种以上的存储装置中，如顺序信息存储于插销板、凸轮转鼓、穿孔带内；位置信息存储于时间继电器、定速回转鼓等；集中存储是将各种控制因素的信息全部存储于一种存储装置内，如磁带、磁鼓等这种方式使用于顺序、位置、时间、速度等必须同时控制的场合，即连续控制的情况下使用。
3.机械手回转臂的结构优化措施
为防止手臂沿伸缩方向轴线转动、加大承载能力，以及提高运动精度，必须设有导向装置。伸缩手臂的导向装置需根据伸缩手臂的安装形式、结构及负荷等条件来确定。用的有单导向杆和双导向杆。在气动伺服系统中要实现高精度定位比较困难，将旋转气缸安装在底板上，实现机械手的回转运动，使机械手向左或向右摆动。机械手末端执行器的水平伸缩运动和竖直升降运动各由一个气缸控制，即以最简单的形式，在完全伸出和回缩位置之间进行切换。
论文关键词：压力容器，生产制作工艺，浮动装置，夹紧机械手，预紧装置
随着改革开放的深入和国家“十一五”计划的实施，压力容器向大型化发展的速度越来越快。化工、化肥设备中高压多层包扎设备从60年代的DN500、DN600等系列发展到DN1200~DN2000等系列，产品重量和直径都翻了几倍。目前，国内企业使用的捆扎式包扎工艺制作压容器制造中,深厚环焊缝焊接困难、检测困难,需经多次热处理,制造周期长、成本高等缺点已不能满足设备大型化发展的需要。“卡钳式多层包扎容器工艺装备设计”正是为适应制作大型化高压设备而设计的。整体多层包扎式高压容器工艺是继多层包扎、多层绕板、多层热套、多层绕带和多层螺旋绕板后的一种新型多层容器的结构工艺，是适合我国国情的一种新型多层高压容器结构。HG3129-1998《整体多层夹紧式高压容器》制造工艺特点是:各层层板的纵环焊缝相互错开,避免了大厚度的焊接、探伤和热处理;材料利用率高,选材面广;机械化程度高,层板夹紧装置操作灵活,夹紧力可控;④制造周期短,成本低。它综合了现有多层容器的优点，具有结构设计合理、制造工艺先进、成本低以及安全可靠等特点。该包扎式工艺可广泛适用于化工、化肥、能源及冶金的高压容器领域。它在制造技术以及安全和经济效益的提高上都具有十分明显的优势。
一、工艺组成组成：
本设备由单臂架、夹紧机械手、浮动装置、三组预拉紧装置、行走机构、顶升装置、YZ-326液压系统、电器控制、操作台及轨道等组成，其工作原理见下图。
二、设备用途特点：
1、单臂架采用单臂钢架结构，是其它组成部分支承和连接不可缺少的结构，可不受机架刚度和产品重量的影响，同时产品吊装不受机架自身影响。本设备可夹紧φ800~φ2400mm的多层高压容器，层板厚度为δ6~16mm，层板宽度为600~2400mm。通过行走机构在轨道上的运动，容器包扎长度可不受限制，夹紧后的质量完全能达到HG3129-1998的行业标准。
2、夹紧机械手的动作采用液压控制和电器控制，其油缸可以同步往返也可单独往返移动，缸径为φ140，行程为250mm，最高工作压力达到15Mpa。且增设了远程和近程电控装置。
3、预紧装置的上、下拉紧采用液压控制和电器控制，其油缸上、下可以同步往返也可单独往返移动，单个行程700mm，油缸最高工作压力为15Mpa，缸径φ63中国学术期刊网。采用竖向液压预紧用多种长度的钢丝绳来满足不同直径规格产品的包扎，运行动作快且预紧力大，工作效率高；
4、夹紧机械通过浮动装置来满足机械手在夹紧过程中所产生的位移高度，同时方便机械手手指更好的对位于层板工艺孔；在夹紧机械手设置电器控制，机械手的上、下移动（微调）操作方便；能确保机械手升降灵活，快速，并增设有一道安全保障措施。
5、顶升装置有利于层板轻松套入整体内筒；在相关结构上增加远程控制压力容器，从而减轻劳动强度和提高工作效率。
7、液压站设计在单臂架下部，油压调节和维修更为方便。
四、安全性及其环保：
1、 设备起吊安全性较好。该包扎机的整体结构为单臂架，自身结构稳定性较好；设备在吊装时不会影响单臂架。
2、 浮动装置上的配重采用钢丝绳连接，为防止钢丝绳在使用中产生疲劳断裂，特增设2根钢丝绳以保证其安全性。
3、此设备运行采用液压控制，整个过程安全可靠，无噪音。
4、设备的使用和维护方便。
综上所述，本装置属是一种新型多层高压包扎工艺装置。它是资源节约型装备（如：层板下精料、筒节不再车两端面焊接坡口、深槽焊等），从而提高了产品的安全性和经济性；也是环境友好型（如：人性化操作，减轻劳动强度，操作方便且安全可靠），从而提高了生产率。整体包扎式高压容器的研制、实验操作过程分析：各部分机构运行正常；操作简单、方便；包扎层板层间间隙≤0.3mm、松动面积符合HG3129-1998标准要求；包扎效率较高。这种新型容器通过拉紧层板并产生微量伸长产生一定预应力消除层间间隙，利用层间摩擦力的特性，能保证容器安全使用。利用液压机械手制作，操作灵活、方便，自动化程度高，生产周期短，制造成本低。包扎筒体纵、环缝相互错开，无深环焊缝，同时减少了焊接，探伤、返片时间。筒体选材范围增大（壁厚6~16mm，板宽600~2400mm），从而减少了包扎层数，好降低了材料单价。对大型容器可现场组焊制作，避免了运输困难，因此，设备选用整体多层夹紧式容器结构有非常明显的优越性，它为我国大型高压容器国产化开辟了一条新途径；同时它具有很好的经济和社会效益，值得大力推广。
参考文献：
1、HG3129-1998 整体多层夹紧式高压容器
2、朱孝钦,吴京生,陈国理;整体多层夹紧式高压容器研制及应用[J];石油化工设备;1999年04期
3、吴京生,朱孝钦;多层式高压容器的特性和研究进展[J];化工装备技术;1988年05期
关键词：PLC 光机电一体化 物料输送结构
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）06-0009-01
光机电一体化实训平台是根据自动化工业生产现场而设计的集存储、加工、装配与输送等结构为一体的实训教学模块，该实训平台模拟真实的工业现场，采用西门子PLC控制，通过设定变频器与伺服驱动器动作参数，进行自动化操作，最终实现了工业现场的仿真教学。学生通过实训，能够了解工业现场的自动化控制，同时，在无法到达工业现场或大大降低实训成本的情况下，锻炼学生的动手能力、编程思想以及控制理念。
1 物料输送结构的组成
物料抓取输送结构主要由抓取机械手装置、输送单元、机械手升降装置、PLC控制模块和接线端口以及按钮指示灯等部件组成。其中输送单元结构如图1所示、抓取机械手装置如图2所示。其功能为：驱动机械手装置准确定位到相关单元的物料台上，在其对应的物料台上抓取工件，最后把工件输送到指定地方后放下。
2 物料输送结构的PLC控制
2.1 物料输送结构控制要求
物料输送结构单站运行的目标是测试设备输送工件的功能。要求另外几个工作单元先正常工作。而且在物料推出装置的物料台上放好了工件。具体控制要求如下：
抓取机械手从物料推出装置物料台抓取工件。抓取动作完成后，步进电机驱动抓取机械手向物料加工单元移动，移动速度大于等于3m/s；机械手移动到物料加工站料台的正前方后，把工件放到加工站物料台上。动作完成1秒后，抓取机械手装置执行抓取工件的操作。抓取的顺序与物料推出站抓取工件的顺序相同。抓取动作完成后，步进电机驱动机械手装置移动到物料装配单元料台的正前方。然后把工件放到物料装配单元的物料台上。放下工件动作完成 1 秒后，抓取机械手装置执行抓取物料装配站工件的操作。执行完动作1秒之后，再把工件移动到物料分拣单元。
2.2 PLC的输入输出点分配及系统接线
物料输送单元所需的输入和输出点较多。其中，输入信号主要包含按钮与指示灯模块中的开关与按钮等主令信号，检测气缸和物料的传感器信号等：输出信号包含输出到机械手装置中各电磁阀的控制信号和输出到伺服电机驱动器的脉冲和方向信号。基于需要输出驱动伺服和步进电机的高速脉冲，实训平台上的PLC采用晶体管输出型。因此选用西门子S7-200CPU226型PLC，共24点输入，16点输出。
2.3 物料输送结构PLC控制流程图
物料输送控制是按照一定动作流程实现的，因此在程序编写中采用顺序控制法来完成，其步进控制流程图如图3所示：
3 结语
光机电一体化实训平台物料输送结构采用的是模块化设计，无论是机械结构还是控制系统都具有良好的扩展性、高度的柔性和灵活性。该实训装置已成功地使用于本课程的实训教学中，具有一定的推广应用价值。
参考文献
[1]何用辉.自动化生产线安装与调试[M].机械工业出版社，2015.
[2]徐沛.自动生产线应用技术[M].北京邮电大学出版社，2015.
关键词：无氧浇注，长水口机械手水平回转，上下升降，旋转，预紧力
1无氧浇注技术
钢水从盛钢桶注入中间罐、或者从中间罐注入结晶器的过程中，不可避免地要与空气接触而发生氧化反应和吸收气体。如果不采取措施，即使连铸钢水经过了各种处理，钢水的纯度很高，也还是会前功尽弃，结果往往在铸坯、钢板和成品加工过程中出现种种表面或内部缺陷，使钢坯的机械性能变坏。因此，在连铸过程中必须使钢水与空气隔绝，这就是无氧浇注技术。
长水口机械手机构就是通过各种动作把长水口的上端与大包滑动水口相接，下口伸入中间罐钢水内，从而使钢水流通过长水口注入中间罐，用长水口将注流与空气隔绝。。为了防止从上水口与大包滑动水口的连接处吸入空气，选用Ar气体密封。这也是无氧浇注中大包与中间罐之间保护形式的一种，是品种钢浇铸的必要技术。
2改造前长水口机械手的工作条件和应用状况
某钢厂连铸用钢包自重130吨，公称容量为300吨，最大容量为325吨。最大容量时钢水高度为4707mm。
图1
钢水液比重6.8t/m3，上口直径φ4623mm，钢水罐总高5445mm，净空高度504mm（300吨时）吹氩压力4kgf。耐材自重93-100kg。液压系统工作压力100-150bar，最大压力210bar。液压缸主要参数为φ50/φ28，行程200，由于液压缸的位置限制不能使水口向上抬的很高，虽然能够降得很低，但不能有效地利用行程，不能满足大包升降的机械要求。液压系统的工作情况如图1所示。现有机构无法安全牢靠的把持长水口，经常中断连铸的顺利进行，无法保证炼钢质量。
3长水口机械手的结构特点
长水口机械手的升降运动包括配重控制和液压阀块控制；在回转机构上有依靠人工操作和利用蜗轮蜗杆减速机传动两种方式。配重式机械手在操作过程中笨拙、沉重且不能有效的保证长水口需要的预紧力。现在的长水口机械手设计常采用液压控制，利用铸机主泵站供油，选择在系统压力范围内有效工作的液压缸，不必配置独立的液压站。在机械臂的支撑上有一点支撑和通过旋转臂两点支撑这两种支撑方式。
4长水口机械手的工作原理
4.1液压缸的设计依据
长水口机械手的升降动作主要依靠液压缸的动作来完成。液压缸可分为有杆腔工作和无杆腔工作两种情况，无杆腔进油推力大速度小，有杆腔进油推力小速度快。或者说在同样负载下，无杆腔进油需要的压力小，有杆腔进油需要的压力大。
根据长水口机械手的工作要求，现场需要动作的范围进行设计，为某钢厂改造的该机构工作位置如图2所示。
图2
O点为液压缸的支点，A点为液压缸最短行程位置，C点为最大行程位置，通过力距的分解与计算，可以选择一定行程的液压缸，保证机构升降需要达到的位置。通过分析可知，图示位置和行程完全可以提起所要求的角度。。该机构是可靠的。
4.2回转机构设计
回转机构采用下置式蜗轮减速机，传动比40：1。。根据输出轴轴端许用负载选择蜗轮轴的转速及额定转矩。
输出轴轴端径向许用负荷FR=FL·R（其中FL为速度系数，R为径向载荷系数）
输出轴轴端轴向许用负荷FA=FL·A（其中FL为速度系数，A为轴向载荷系数）
蜗轮减速机在启动机器之前，要正确加注蜗轮减速机专用油N220-N680，不能使用其他油。新减速机第一次使用时，经运转7~14天（150~300小时）的磨合期后，必须更换新油。使用至三个月时必须第二次更换新油。在以后的使用过程中，应定期检查油质，必须随时更换含有杂质、污染，或已分解、老化的变质油品，确保减速机的使用性能，从而保证长水口机械手机构灵活、安全的回转。
5、使用状况
该长水口机械手机构在现场使用过程中转动灵活，操作简单，工作可靠，达到了钢厂的使用要求。
根据某钢厂板坯浇铸机生产实绩统计，在钢包与中间罐间敞开浇注，中间罐内钢水平均增氮20ppm；采用长水口密封浇注，平均增氮约12ppm；在长水口顶部与滑动水口连接处通过Ar密封，钢液增氮平均仅为2ppm。
在无氧浇注过程中使用长水口机械手机构和氩气密封技术，为控制钢坯缺陷，保证了铸坯质量，满足了现代化大规模生产品种钢的需求提供了有利的支持。
论文关键词：PLC；项目法；教学设计；组织实施；考核评价
可编程控制器（PLC）是自动控制技术、微计算机技术和通信技术相结合的通用工业控制装置，目前已被广泛地应用于机电一体化、工业自动化控制等各个领域，被誉为现代化工业生产自动化的三大支柱（PLC技术、机器人、计算机辅助设计和制造）之一。基于PLC广阔的发展空间，PLC课程已成为高职院校的机电、电气类等专业的核心课程。
PLC课程实践性、应用性较强，强调理论知识和技能训练并重。传统的教学方式是依照教材，按基本工作原理、基本指令、基本应用、基本操作的顺序进行理论讲授和实验训练。一方面由于高职生整体学习能力较弱，另一方面由于指令多而抽象，大多学生在学习过程中学了后面的就忘了前面的，对各指令的功能混淆不清，不能正确地理解与应用，学生学习的主动性和积极性差。为了改变这一状况，采用“项目导向，任务驱动”的项目式教学，通过师生共同完成学习项目和学习任务，有效地提高了学生的实践动手能力、分析问题和解决问题的能力，提高了教学效果与教学质量。
一、PLC课程项目教学法的整体设计
（一）确定设计思路
课程整体设计充分体现项目导向，任务驱动的思想，依据企业需求和岗位技能需求，遵循学生认知规律，将课程的教学活动分解设计成若干由简单到复杂的项目和任务，以项目为单位组织教学，以典型任务为载体，引出相关专业理论知识，使学生在实践操作过程中加深对专业知识、技能的理解和应用，培养学生的综合职业能力。
（二）明确教学目标
确定PLC课程知识目标与能力目标，这是PLC教学的出发点，也是PLC教学的归宿。具备PLC控制系统维护能力以及PLC程序设计能力是PLC岗位对PLC技术人员的核心能力要求。依据这一要求，高职PLC课程的知识目标是：使学生掌握可编程控制器技术的基本组成、工作原理及PLC编程软件的使用，掌握PLC基本指令、应用指令及编程规则，掌握PLC基于梯形图的常用的设计方法，掌握PLC应用系统的设计、安装、调试和维护，并具备PLC的通信与网络的基本知识。能力目标是：培养学生具备PLC安装能力、硬件接线能力、常用指令的分析应用能力、PLC程序设计与调试能力、PLC控制系统设计、安装、接线、调试及故障排除能力。进而实现培养学生学习的能力、分析问题和解决问题的能力及沟通协作的能力。
（三）设计教学项目与任务
PLC课程的项目与任务的设计即是教学内容的设计，它是课程设计思路和教学目标的具体体现。它即要符合企业和岗位技能需求，具有针对性，又要保持PLC知识的系统性与完整性。因此，可以将PLC课程按项目教学模式分为五个学习项目，即PLC基础、基本指令及应用、常用应用指令及应用、PLC控制系统的设计、PLC的通信与网络。然后详细分解每个学习项目所包含的知识点和能力点，形成具体的学习任务。例如在项目四“PLC控制系统的设计”中，按逻辑设计法、时序图设计法、经验设计法、继电器控制电路图转换设计法、顺序控制设计法分别设计一个学习任务。任务有时也被称为子项目。任务的选取要注意三点：一是尽量采用学生易懂的三相电动机控制及易演示的彩灯（交通灯）控制和机械手控制；二是尽量按由简到繁、循序渐进的方式安排任务顺序，并注意控制PLC课程的整体难度；三是各任务针对性要强，要能充分体现相应知识点的学习和相关能力的培养。
二、项目教学的组织与实施
科学地组织项目教学是实现教学目标的有效途径。坚持项目导向，任务驱动的教学思路，按照“任务目标－任务分析－关联知识－任务实施－扩展知识－能力测试－效果评估”的顺序组织教学，实现完整的“教、学、做”一体化。以项目四中的任务“搬运机械手控制设计”为例，教学活动组织过程可以分成三个阶段：
（一）准备阶段
在一项新的学习任务启动之初，首先要明确任务的目标，它决定着本次任务的教学方向，指引着师生教与学活动的开展。第二步是确定任务载体，任务载体应是实现任务目标最直接、最有效的途径。在“搬运机械手控制”学习任务中，任务目标是掌握顺序控制设计法，考虑到在搬运机械手手动、单步自动、单周期自动、连续自动多种工作方式中，连续自动控制最能突出顺序控制设计的特点，所以选择搬运机械手连续自动控制作为任务的载体。第三步任务分析，针对机械手连续自动控制，细致地分析机械手的工作方式、机械手每个工作步的控制要求及应禁止的误操作，绘制出机械手自动工作流程图。工作流程图是顺序功能图的基础，因此是这一步教学活动的重点内容。第四步是关联知识即顺序功能图知识的学习，这是学生运用顺序控制设计法实现机械手自动控制的理论基础，学习的内容包括顺序功能图的组成、结构类型、顺序功能图与梯形图的对应关系、根据顺序功能图画梯形图的方法等。
在准备阶段，为保证知识的完整性，同时兼顾时间限制，任务讯息（任务目标、任务载体、任务分析）与相关知识主要由教师讲授，教师是这一阶段的活动主体，时间安排为2个课时。需要说明的是，如果将机械手每个工作步骤、自动流程图、顺序功能图制作成动画，用多媒体进行演示，将增加授课的趣味性、直观性，提高教学效果。
（二）实施阶段
在任务实施阶段，学生是活动的主体。首先学生按2－4人一组，根据机械手控制要求确定输入输出元件，进行I/O点分配，设计外部接线，绘制机械手自动控制顺序功能图，初步设计PLC控制程序，这些活动由学生课外完成。教师负责布置任务，提供咨询。第二步学生汇报，教师检查评价。教学活动主要以师生共同讨论的方式展开，着重对比置位复位指令、位移位指令、步进指令三种编程方案。步进指令在项目三“常用应用指令及应用”中有过初步的学习，大多学生可能并不熟悉，但不排除有好学的学生会应用它来编程。采用置位复位指令和步进指令编程的程序会较长，但逻辑关系清楚，而运用位移位指令编程的程序则显得紧凑而简捷，而且位移位指令在这里的妙用对学生更具吸引力。学生设计的每一种方案都应该得到教师的鼓励，即使不完整或有明显的错误。师生讨论的主要目的在于确定方案、完善程序，时间安排为2个课时。第三步是程序输入与调试。学生分组上机操作，教师进行指点和检查。时间安排也为2个课时。对于提前完成的小组，可以安排他们先进入下一个环节，即机械手手动控制、单步自动、单周期自动控制设计。上机操作完成后，学生在课外完成程序设计与调试报告。第四步扩展知识的学习。在熟悉掌握机械手连续自动控制设计后，机械手手动控制、单步自动、单周期自动控制设计在教师指导下，也可以较快地被学生掌握，时间安排为1个课时。至此用顺序控制设计法实现的完整的搬运机械手控制的学习基本完成，总计7个课时。对于学习能力较强的学生，教师还可以指导其将中断指令应用于机械手控制中。
在任务实施阶段，教师主要是营造学习氛围，创设学习情境，提供帮助与咨询，引导教学过程顺利进行。
（三）评价阶段
在这个阶段里，需要做个能力测试检查评估任务目标完成情况。教师可以布置用顺序功能图实现某些简易的顺序控制的作业由学生分组完成，根据学生作业评定成绩。这一阶段的师生活动均安排在课外。
由上所述，每个任务教学过程划分为任务的准备、实施与评价三个阶段，每个阶段又细分为子阶段，每个子阶段所要进行的具体的教学活动不同，师生在各个阶段所处的地位与作用也有所不同。
在PLC课程项目教学组织与实施过程中，教师还要注意三点：一是要选择既能体现项目教学理念，又适合学校实验实训条件的教材，必要时可以自编教材；二是要充分利用现场教学、多媒体技术等方式生动直观地进行讲授和指导，使枯燥、抽象的PLC硬件系统学习形象化，使复杂、难以理解的PLC控制任务趣味化，有效地激发学生学习的兴趣。三是项目教学中，学生不再是被动的接受者，不确定的因素会有所增加，如教学进度的减慢、学生掌握程度不一、专业知识涉及面扩大等，教师只有不断提高教学能力和业务水平，才能较好地运用项目教学法。
三、项目教学的考核与评价
PLC课程项目教学的考核与评价是检验教学目标是否实现，判定教学效果是否达到预期的重要环节。在PLC课程结束时进行综合项目考核，依据PLC项目实现的功能是否完整、设计方案是否最优、I/O接线是否正确、联机调试是否按时完成、技术报告是否规范等五项指标，考核评定学生实践动手能力、分析问题和解决问题的能力。但综合项目的考核成绩并不是学生学习PLC课程的最终成绩，它在总成绩里所占的比例是40%，另有60%是平时成绩。PLC项目教学的评价坚持以下几个原则：
（一）过程评价与结果评价相结合的原则。评价的活动渗透在教学的整个过程之中，课堂表现、活动小组中的表现、操作技能水平、各项任务完成程度等都是教师平时采分的内容。
（二）小组评价与个人评价相结合的原则。教师对小组的整体评价在于鼓励团队协作能力的培养，教师对小组成员个人的评价在于督促个人学习自觉性的培养。
（三）职业能力评价与职业基本素质评价相结合的原则。从学生所获得的分析解决问题能力、学习能力、创新能力等职业能力，以及所培养的劳动纪律、安全操作等职业基本素质两大方面进行全面、科学的评价。
关键词：微动开关 自动化 分料 抓持 安装
中图分类号：TN42 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）001-043-03
1引言
在集成电气元件的设计中，微动开关以其触点间距小、动作行程短、按动力小、通断迅速的优点，被广泛的应用于家用电器、军用产品当中。但与此同时，由于微动开关体积小重量轻，结构多变而复杂，目前，在国内微动开关的安装主要是依靠手工安装，因而大批量安装效果并不理想，难以保证精度，工作效率低，劳动强度大，因此实现微动开关的自动化装配是一项十分重要的实用化工程，关系到电子电气产品的成本和质量。
微动开关自动化装配线是通过振动分料使微动开关姿态统一，并由后续传动装置将其送至安装平台，由机械手对其进行抓持并最终安装到电路板上。其为可循环使用的设备，完全取代了人力完成的所有工序。由此可见，此装配系统应有机械本体，驱动传动系统，信号采集传递和控制系统组成，其中振动分料的效率，抓持机械手的精度以及控制系统的稳定性是此装配线设计的核心部分。目前，国内对于微小元件安装的研究并不是很广泛，只有少数的论文提及，并没有完整的可行性方案。
值得说明的是，微动开关内部结构种类繁多，本文以依靠两侧支脚固定于电路板上的微动开关为研究对象。其结构特点是金属簧片触点在零件中间，两侧有带有倒钩的支脚，并向外形成一定的角度。安装时需将两个支脚插入电路板上相应的孔中，依靠支脚上的倒钩和其向外的角度固定在电路板上，结构视图如图1。
2振动分料机的结构与原理
因为微动开关体积小质量轻且多个微动开关常不规则的牵连在一起不易分离，所以微动开关振动分料机在提高装配效率方面的作用要大于用于微动开关抓持与安装的机械手。振动分料机主要由振动分料盘，分料导轨以及送回传送带组成，在分料盘，导轨以及基座上分别固定偏心电机产生振动。其主要功能是将姿态不符合要求的微动开关剔出分料轨道，重新送回分料盘进行振动分料。振动分料的结果是将所有符合要求的微动开关通过后续的传送装置间隔的传输到机械手抓持的工作台上。在整个分料过程中一定要尽量保证相对数量多的微动开关是符合姿态要求的从而不会影响到后续的工作。
微动开关的姿态可以分为三大类五小类。第一大类是几个开关牵连在一起或者单个微动开关发生变形出现不规则形状而产生的不规则姿态。第二大类与第三大类都是规则姿态，其中第二大类是微动开关支脚朝上，第三大类是微动开关支脚朝下，且规则姿态的两大类又分支脚靠左（相对分料导轨）与支脚靠右两小类。我们通过实验发现支脚朝上的微动开关因为重心较低，所以大多数从分料盘上振落下来的微动开关都是支脚朝上的。在支脚朝上的两小类姿态中我们选择支脚朝上且靠右的微动开关为我们预期的输出姿态，这样能够保证尽可能多的微动开关符合我们的姿态要求。
分料主要分为三个步骤，第一步是将成堆的微动开关放到带有孔的分料盘上，所有微动开关随着振动连续进行微小位移，当振动到孔中则掉落下来进入分料导轨。通过第一步骤成堆的微动开关将间隔掉落下来，而且部分牵连在一起的微动开关也会在从孔中掉落或落到分料导轨的过程中因为振动和撞击分离。微动开关在分料导轨中会因为振动与导轨的斜度继续向前运动而且会因为导轨变细侧向运动。分料的第二步是在导轨中设置一个封闭口，如图2。根据测量，支脚朝上的微动开关要比支脚朝下的微动开关在高度上少1mm左右，通过对封闭口高度的恰当设置，支脚朝下的微动开关将不能通过封闭口而是从一侧掉出分料轨道，形状不规则的微动开关同样无法通过封闭口。所有掉出分料轨道的微动开关将会由送回传送带重新送至分料盘。分料的第三步是在轨道上的右侧设置导槽且轨道本身有一个向左的倾角，如图3。剩下的两个姿态的微动开关中支脚靠右的微动开关的支脚会进入导槽，而靠左的会因为导轨的斜度从一侧滑出轨道。最终只有支脚朝上且靠右的微动开关可以顺利通过分料导轨进入后续的传送装置。
3 抓持机械手的结构与原理
此类带有支脚的微动开关在抓持与装配的过程中不仅需要对其稳定的抓持，同样需要对其支脚的角度进行调整以便顺利插入电路板的孔中。我们设计的机械手的结构简图如图4所示。其主要由基座1，夹持块2，弹簧3以及两块下挡板4和5组成。在基座的滑槽下表面及夹持块上加工出直圆孔，将弹簧嵌入。夹持块整体放置于基座1的滑槽内；两个与基座以螺钉固连的下挡板对夹持块进行限位。整个机械手与运动机构连接实现相关运动。经过力学分析，只要选择合适的材料与型号，夹持块的应力以及弹簧的回复力完全可以满足工程需要。
机械手对微动开关的抓持是依靠可移动的夹持块实现的。具体抓持过程如下：机械手下降使微动开关的两侧支脚进入夹持块的狭缝中，直至开关支脚顶端与下挡板的凸起相接触，避免开关两支脚完全进入狭缝，便于安装。微动开关支脚进入夹持块的狭缝即完成了对微动开关的抓持同样将其支脚角度束缚至九十度左右。夹起微动开关后进行安装时，微动开关的支脚露在外面的部分首先进入电路板的孔中，机械手继续下降接触电路板，由于受到外力作用，位于圆孔中的弹簧发生压缩，夹持块与下挡板发生相对运动，下挡板将微动开关下压，使微动开关的支脚完全进入电路板的孔中，随着微动开关与夹持块的分离，支脚又恢复其原有角度。最终微动开关依靠支脚的角度以及支脚上的倒钩固定在电路板中。随着机械手的上升，微动开关与机械手完全分离，夹持块也在弹簧力作用下恢复原始状态，完成一次安装。具体流程如图5所示。
4 控制系统
我们设计的微动开关自动装配设备的原理机利用慧鱼公司开发的控制电路，其采用COM端口与计算机进行通信。该电路有2个模拟输入接口，8个数字输入接口，4个输出接口。8个数字输入接口可以连接行程开关等，检测开关的开断情况。4个输出接口可连接4个电机。控制电路配套的编程软件是LLwin 2.1，使用该软件可以检测和监控原理机各开关和电机的运行情况，并通过编程控制电机运动。
微动开关自动装配设备的控制系统主要是控制振动分料机以及抓持机械手上的电机从而实现振动分料机的振动以及机械手的升降、旋转、前进后退等运动。抓持机械手的运动主要包括微动开关定位，微动开关抓取，电路板定位，安装微动开关等运动，其一个控制周期运动如图6所示。
LLwin 2.1软件是一种图形化的编程软件，比较类似流程图。我们利用并行程序同时控制多个电机以提高工作效率。每个主程序可以实现子程序的调用控制具体电机的运动。图7为并行主程序与调用的一个子程序的示例。
5结论
本文介绍了一种实用的微动开关自动化装配设备的设计，解决了目前微动开关手工安装的问题。该装配设备具有结构简单、抓持精度高、运动灵活、适应性强等特点，对抓持机械手局部结构进行调整就可以完成不同结构的微动开关的装配。目前，微动开关自动装配设备的原理机已经验证了设计方案的可行性，具备了应用于工业生产线的前提条件。
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关键词：自动化生产线；教学方法；电机与电气控制；PLC；课程设计
中图分类号：G712文献标识码：B文章编号：1006-5962（2013）02-0027-02
高职机电一体化专业课程设置的培养目标是：面向工业企业生产现场，电气控制系统制造公司、机电设备制造公司、机电设备、电气设备、工控设备制造公司或公司、科技开发公司，培养适应社会需要，全面发展，适应本专业相对应职业岗位的高等技术应用性专门人才，主要岗位群定位是自动化设备安装员、自动化设备调试员、中高级维修电工等，本专业有五个主干学科：电气工程、电子工程、机械工程、计算机科学与技术、控制科学与工程，都是为了岗位需要设置的专业知识。其中《自动化生产线安装与调试》作为一门核心专业课在第四学期进行了贯穿和综合。
1自动化生产线的课程设置
机电一体化专业人才培养能力有：识图绘图能力、机电安装调试维修能力、电控系统调试检修能力、自动线调试维护能力、机电设备管理能力及机电产品营销能力等。《自动化生产线安装与调试》前序课程有PLC技术、传感器技术、电机与控制，后序课程有机床维修等。在我们所要实现的教学目标中知识目标涉及到：机械手工作原理、握机械手控制原理、机械手气动原理、熟悉安全操作规程；能力目标有：对已安装的机械手机械部件进行测量；对机械手的气路进行基本调试；根据故障现象判断故障部位；检查分析、找到故障点并分析解决故障；遵守安全操作规程；素质目标有严谨的职业态度、规范的操作习惯、创新精神、团结协作精神、自主学习精神及沟通能力。
此核心课程以项目驱动教学开展课程教学，提升学生的职业能力，以具体自动化生产线为载体，融合认知、安装、调试和检测等内容，实现教、学、做、评一体化教学，突出课程的职业性、实践性和开放性。以学生为主体，采取多样化教学方法。以自动化设备改造为工作过程，涉及电路图分析、电气图设计、程序设计、设备组装、设备运行调试、设备检测、设备维护等行动领域，设置六个学习情境：零配件拆装、传感器检测、气路检测、异步电机检测、步进电机检测、整体检测调试，分成20个任务。
项目一：供料站的安装，有机械拆装、气路拆装、电器拆装三个任务；项目二：加工站的安装，设计任务有加工站组装、光电传感器检测、限位传感器检测三个任务；项目三：装配站的安装，设计任务有装配站组装、电磁阀检测、气缸检测三个任务；项目四 ：分拣站的安装，设计任务有分拣站组装、传送带的检测、异步电机的检测、变频器的检测四个任务；项目五：输送站的安装，设计任务有输送站组装、光纤传感器检测、机械手检测、步进电机的检测、溜板检测四个任务；项目六：整体运行调试，有PLC控制网络构建、程序编写、综合调试三个任务。
2自动化生产线的教学方法与评价设计
2.1教学方法。
（1）讲授法：讲解项目任务，传授项目任务相关的知识点，针对学生实施过程中出现的不足进行知识点的说明。
（2）现场教学法：在符合生产要求的工作环境中进行操作技能和维修应用能力实践，提高职业氛围，在工作过程中提升学生的职业道德、职业素养和岗位适应能力。
（3）任务驱动法：将教学过程融入项目任务中，让学生自主讨论分析实施，学生在工作过程中得到知识。
（4）小组讨论法：学生每六～八人为一个小组，小组讨论分析，讨论解决，分工协作完成项目任务。
六步教学实施：明确任务、讨论分析、制定方案、检测故障、检验效果、总结分析。老师交代目标，注意观察和记录小组对现象分析情况，解答学生提出的问题，对跟主题分析偏离太远的小组予以引导，让学生自行摸索，在后期对学生可能会引起事故或损坏设备和工具的异常操作给予纠正，最后老师组织小组进行故障排除工作汇报，互评，并对每组进行考核评价，再引导学生自行总结。
2.2评价设计。
课程采用过程考核与期终考核相结合、企业考核与校内项目考核相结合、教师考核与学生考核相结合的多元化考核方式，利于理论联系实际，有利于学生的学习创新和思考，更督促他们到实际中去发现和改进，去寻找合适自己的项目和课题。
课程考核为：校内项目，企业，综合实训三大类。当堂课的考核有：教师考核、小组互评、小组自评；教师考核内容为五项：任务分析情况，实施方案制定，任务完成质量、分工协作精神、故障检测手段、安全操作规范、小组总结。
和很多专业课一样，多种教学方法和全面的评价方案，有效保证了教学效果。
3相关课教学
3.1电机与电气控制的教学。
本课程以发电机为主题，以工作任务为导向，以工厂实用型电气控制系统设计、安装、调试与维护情景教学为主线贯穿全课程，用实物进行直观性教学，使学生感性认识强，理性认识够。
典型的教学任务有三相异步电动机全压启动、三相异步电动机长动控制、三相异步电动机正反转控制、三相异步电动机延时启动控制（或三相异步电动机Y-降压启动）、机械手控制等。
课程特色是学生充分利用所学知识、网络资源、闲瑕时间作为期三个月的“继电控制课程设计”。任务书要求能够根据功能要求选择个元器件的类型及其型号；了解个元器件的工作原理和使用方法；把各元器件连接起来实现本课程设计的要求。设计内容和要求：两台电动机都存在重载启动的可能，任何一级传送带停止工作时，其他传送带都必须停止工作，控制线路有必要的保护环节，有故障报警装置。课程设计书要有课题介绍、题目、摘要、总体方案设计、设计目的、控制要求、设计要求、 硬件选型、主电路原理图的设计、 控制电路原理图的设计、重载保护电路设计、欠压保护电路设计、总结。
3.2PLC教学。
PLC是可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller）的简称，早期是一种开关逻辑控制装置，随着计算机技术和通信技术的发展，其控制核心采用微处理器，功能有了极大扩展，除了最广泛的取代传统的继电器-接触器控制的开关量逻辑控制外，还有过程控制，数据处理，通信联网与显示打印，PLC接口采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。
PLC有5种编程语言：
（1）顺序功能图（SFC）。
顺序功能图常用来编制顺序控制类程序，包含步、动作、转换三个要素。顺序功能编程法是将一个复杂的控制过程分解为小的工作状态，这些状态按顺序连接组合成整体的控制程序。
（2）梯形图（LD）。
梯形图沿袭了继电器控制电路的形式，是在常用的继电器、接触器逻辑控制基础上简化了符号演变而来的，形象、直观、实用，电气技术人员容易接受，要求用带CRT屏幕显示的图形编程器才能输入图形符号，是目前用得最多的一种PLC编程语言。
（3）功能块图（FBD）。
功能图编程语言是用逻辑功能符号组成的功能块来表达命令的图形语言，与数字电路中的逻辑图一样，极易表现条件与结果之间的逻辑功能。
（4）指令表（IL）。
采用经济便携的编程器将程序输入到可编程控制器就用指令表，使用的指令语句类似微机中的汇编语言。指令表程序较难阅读，其中的逻辑关系很难一眼看出，所以在设计时一般使用梯形图语言。如果使用手持式编程器，必须将梯形图转换成指令表后再写入PLC，在用户程序存储器中，指令按步序号顺序排列。
（5）结构文本（ST）是文字语言。
编程语言的学习是PLC教学的一项重要内容，中间加以不同的应用实例：顺序控制电路、常闭触点输入信号的处理，使用多个定时器接力定时的时序控制电路、三相异步电动机正反转控制电路、钻床刀架运动控制系统的设计，LED数码管显示设计，还经常根据继电器电路图设计梯形图。
增加的学习情境还常有如下任务：洗手间的冲水清洗控制、进库物品的统计、竞赛抢答器装置设计、彩灯或喷泉PLC控制；寻找数组最大值并求和运算、电热水炉温度控制等。
3.3单片机。
单片微型计算机就是将CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。用于示波器、报警系统、移动电话、彩电等日常方面，在智能仪器仪表、工业控制、家用电器、计算机网络和通信领域、医用设备领域、工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域也都有广泛应用。
数据大都在单片机内部传送，运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高，微型单片化集成了如看门狗、AD/DA等更多的其它资源。教学内容以80C51为核心讲授单片机的的引脚、存储器组织结构、典型语句，以实例应用为线索：单灯受控闪烁、P1口外接8只LED发光二极管模拟彩灯、单片机做加、减、乘、除运算等项目。各子任务都作硬件电路及工作原理分析、主程序流程图设计、源程序的编辑、编译、下载、单片机的I/O接口分配及连接。
教学采用ISP-4单片机实验开发板，可以完成大量的单片机学习、开发实验，对学习单片机有极大的帮助。该板采用在线可编程的AT89S51单片机，有程序下载功能，可将编辑、编译、调试好的单片机代码下载到AT89S51单片机中。
3.4变频器技术及应用。
变频技术让学生熟练掌握各种电力电子器件的工作原理、主要参数、驱动电路与保护技术；掌握交-直-交变频器、交-交变频器、谐振型变频的工作原理和应用范围；掌握脉宽调制控制、矢量控制和直接转矩控制等先进技术；了解变频器与感应电动机组成变频调速系统、变频器与双馈电机组成调速系统、变频器与同步电动机组成变频调速系统，掌握电力电子电机系统的组成、工作原理、控制方法、运行特性等，是强电应用和现代技术推广的有力体现。
3.5传感器与自动检测技术。
传感器技术代替人的感观，在各种环境下应用，检测技术是一套有效的反应体系，包括信息的获得、测量方法、信号的变换、处理和显示、误差的分析以及干扰的抑制、可靠性问题等。因此掌握常用传感器的工作原理、结构、性能，并能正确选用，了解传感器的基本概念和自动检测系统的组成，对常用检测系统有相应的分析与维护能力。对工业生产过程中主要工艺参数的测量能提出合理的检测方案，能正确选用传感器及测量转换电路组成实用检测系统的初步能力。
教学过程进行小论文制作，让学生提高计算机应用水平，使学生从文字处理水平提高到办公处理水平。对分节、目录、文献标识作严格要求。题目如数字显示电子称、基于霍尔传感器的转速表、单片机电子秤研究、光纤测温仪、烟雾报警器、小车寻迹设计、电熨斗自动恒温系统、电涡流探伤、电感测厚仪等。
4毕业论文指导分析
毕业论文专业联系实际，通常小型自动化系统以单片机为主，大型自动化生产线以PLC为主，系统运行动力离不开电机，观察离不开传感器，调速可用变频器，综合所学，学生的论文涉及广泛，有效教学可对应从如下方面侧重指导。
4.1立意选题。
根据实际和研究方向做好侧重和体现，如“触摸屏控制的碱液配置系统”和“两种液体混合装置的PLC控制系统”的系统性和方向性，“车库自动门的PLC自动控制”和“测速雷达信号处理系统”的检测指标要求等。
4.2材料整合。
在任务要求明确的基础上，首先确定相关技术指标，对应查找并列出论文结构，一份毕业论文至少含有三到五门课的内容，对应于研究方向进行相应编排和取舍。
4.3技术处理。
所搜集图片的背景往往有水印，要去掉，图片按要求进行不同方向的剪切。图表里的文字应是五号或小五，注意表格标题要单独标出等等格式要求。流程图、梯形图的设计与表现。
多种教学方法和理论联系实际教出具有学习能力和创新能力的学生，系统的学习与应用创造练就出具有竞争力的学生，专业课的有效教学和毕业论文的顺利设计将显示本专业沉甸甸的含金量。
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关键词 UG；ADAMS；焊接机器人；建模；联合仿真
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1671―7597（2013）031-060-02
随着人类社会进步的加快，科学技术水平的不断提高，人们对产品的要求也越来越高。这就需要提高产品质量，同时缩短开发周期。此时以仿真技术和系统建模为核心的虚拟样机技术得到了的广泛应用，在真实的产品没有真正生产出以前就对它进行仿真模拟，这样的话防止各种设计缺陷的存在。其中一款具有代表性的软件系统：机械系统动态仿真软件ADAMS，这一款软件包括了高效的求解器、可视界面、各种简便的建造模型的工具和具有强大功能的后处理模块等，利用ADAMS软件来对机械系统的结构进行分析，在物理样机设计之前就可以对数控玻璃磨边机产品的各种性能进行测评，不仅能够降低开发费用，而且能够减少开发周期，很大的提高了机械系统仿真的效率。ADAMS在机械系统运动学、动力学和静力学仿真方面的功能十分的强大，但是当ADAMS软件建立一些比较复杂机械系统的时候，就会比较困难。这方面常见的就是使用UG软件和ADAMS软件结合来开发复杂的机械系统的虚拟样机。
1 UG软件和ADAMS软件的介绍
UG（Unigraphics NX）是一个产品工程的解决方案，它是由Siemens PLM Software公司出品的一款软件，它为用户的加工过程及产品设计提供了数字化模型和检验的手段。UG Unigraphics NX根据用户的工艺设计和虚拟产品设计的要求，提供了解决方案，这种解决方案是经过实践验证的。UG具有三个设计层次，即子系统设计、组件设计和结构设计。所有的信息被分布于各子系统之间。
本论文使用的运动仿真软件是由美国MDI公司进行开发设计的ADAMS软件，这款软件是现在最具权威性的机械系统运动学与动力学仿真的软件。它的求解器是使用的拉格郎日方程来进行建立系统运动学和动力学方程，对虚拟的机械系统进行运动学和动力学的分析，并且在分析之后输出加速度、反作用力、速度和位移的曲线，整个运动的过程是通过在计算机上建立虚拟样机来模拟复杂的机械系统的。其中ADAMS软件的核心模块包括ADAMS/View和ADAMS/Solver。
2 ADAMS和UG的运动联合仿真
在利用ADAMS和UG进行运动联合仿真设计的时候，通常我们现在先在UG软件当中建立三维模型，建立模型的过程：首先通过二维图纸在UG软件中建立三维零件模型，然后在将零件进行装配同时进行干涉检查，最后将建立的三维装配图形导入到 ADAMS软件当中，在ADAMS软件中首先对三维装配图形的仿真参数进行设定，这样就产生了参数化的机构模型，最后进行运动学和动力学的仿真。下图1所示的就是一般情况下的联合仿真设计流程。
3 焊接机器人联合仿真分析
3.1 UG三维建模
焊接机器人主要有底座、躯干、肩、手臂、手腕、机械手6部分组成。在UG中建立焊接机器人的各零部件，装配后得到焊接机器人实体模型，见图2所示。
3.2 三维模型导入ADAMS
在UG中，选择“文件”“导出”Parasolid，然后打开ADAMS，选择FileImport，弹出文件导入对话框，在File Type下拉框中选Parasolid类型，然后在File To Read选择栏中点右键选择Browse，最后选择读入UG输出的文件。三维图导入到ADAMS中如图3所示。
3.3 ADAMS运动仿真
导入模型之后，首先要给焊接机器人添加约束副，给底座与大地之间添加固定副，分别在底座与躯干、躯干和肩、肩和手臂、手臂和手腕、手腕和机械手之间添加旋转副。然后给所有旋转副添加旋转驱动，肩和手臂之间旋转副的驱动参数为15d*sin（180d*time-90d）+15d，手臂和手腕之间旋转副的驱动参数为-15d*sin（180d*time-90d）-15d，底座和躯干之间旋转副的驱动参数为180d*time，其它旋转副的驱动参数为0d*time。至此，已完成整个样机约束的添加如图4所示。
停止仿真运动，右键点击机械手，在下拉菜单中选择measure，出现对话框，在characteristic中选择选项，输出机械手在X，Y轴方向的位移、速度、加速度曲线。如图5-图10所示。
从上面图中可以看出，机械手的运行曲线平滑且有规律，说明该机构的整个运动过程平稳无冲击震荡现象，通过观察机构仿真运动并结合曲线，可以证实该机构的运行曲线与实际情况相符。
4 结束语
ADAMS软件和UG软件作为动力学仿真分析领域和三维建模领域的优势产品，二者的联合仿真广泛应用于产品开发、工程校验、机械设计等过程中。本文通过UG和ADAMS之间的无缝接口程序，将在UG中创建的焊接机器人三维模型成功导入到ADAMS中，并通过在ADAMS中进行运动学仿真分析，根据仿真分析的结果，验证了将UG与ADAMS软件相结合的建模设计和运动学仿真方法的可行性，不仅提高了数据转换的可靠性，还大大提高了仿真效率，是虚拟样机技术研究中的崭新应用，促进了虚拟仿真的发展，对于教学和实践具有广泛的意义。
参考文献
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