（OA自动化）制造系
统自动化技术
制造系统自动化技术
综合性作业指导书
卢泽生周亮
王广林路勇
哈尔滨工业大学
2009年 3月
目录
1. 前言…………………………………………………………1
2. 第一作业控制自动化技术………………………………2
作业题搬运机械手运动控制系统设计
3. 第 二 作 业 物 料 传 输 自 动 化 技
术............................................4
作业题自动导引式物料搬运小车系统设计
4. 第三作业检测自动化技术…………………………………6
作业题零件质量的自动化检测系统设计
5. 第四作业装配自动化技术………………………………..8
编
作业题滚动组件自动装配系统设计
6.附录…………………………………………………………10
1.前言
《制造系统自动化技术》是机械设计制造及其自动化专业的主
干必修课,通过系统全面的课堂教学和直观生动形象的实验教
学,让学生全面深入地掌握制造系统自动化技术知识。通过新
知识的获取和以往所学知识的综合应用,培养学生分析和解决
制造系统自动化问题的能力。本课程作业设计是培养同学们进
行制造系统自动化设计能力、综合运用所学知识能力、解决实
际制造系统中问题能力的一个重要环节。通过本作业的训练可
使同学进一步掌握和了解制造自动化系统中各个环节的设计
过程与方法，熟悉制造自动化技术的设计规范以及各种自动化
机构、控制方法、检测元器件等的运用，为解决制造系统中的
实际问题打下基础。
本课程作业涉及四个方面的技朮，分别为控制自动化技术、物
料传输自动化技术、检测自动化技术和装配自动化技术。
要求同学严格地按着作业的设计内容来完成，要求结构合理、
图纸规范、文字简练、书写工整。作业内容和数量根据具体情
况而定，一般要求每位同学完成两个以上作业。
编者
2009年 3月
2.第一作业搬运机械手运动控制系统设计
一、搬运机械手功能示意图
二、基本要求与参数
本作业要求完成一种二指机械手的运动控制系统设计。该机械
手采用二指夹持结构，如图 1所示，机械手实现对工件的夹持、
搬运、放置等操作。以夹持圆柱体为例，要求设计运动控制系
统及控制流程。机械手通过升降、左右回转、前后伸缩、夹紧
及松开等动作完成工件从位置 A到 B的搬运工作，具体操作顺
序：逆时针回转(机械手的初始位置在 A与 B之间)—>下降
—>夹紧—>上升—>顺时针回转—>下降—>松开—>上升，机械
手的工作臂都设有限位开关 SQi。
设计参数：
（1）抓重:10Kg
（2）最大工作半径：1500mm
（3）运动参数：
伸缩行程：0-1200mm；
伸缩速度：80mm/s；
升降行程：0-500mm；
升降速度：50mm/s
回转范围：0-1800
控制器要求：
（1）在 PLC、单片机、PC微机或者 DSP中任选其一；
（2）具备回原点、手动单步操作及自动连续操作等基本
功能。
三、工作量
（1）驱动及传动方案的设计及部件的选择；
（2）二指夹持机构的设计及计算；
（3）总体控制方案及控制流程的设计；
（4）设计说明书一份。
四、设计内容及说明
（1）机械手工作臂及机身驱动部件的选择及设计，需设计出
具体的驱动及传动方案，画出方案原理框图。
（2）末端夹持机构设计，该结构需保证抓取精度高，重复定
位精度和运动稳定性好，并有足够的抓取能力。设计应包括确
定夹持方案、计算夹持范围、计算夹紧力及驱动力，完成夹持
机构设计图。
（3）控制系统设计，包括确定控制方案、核心功能部件的选
择、主要功能模块的实现原理、绘制控制流程框图。
3.第二作业自动导引式物料搬运小车系统设计
一、自动导引搬运小车功能示意图
图 1自动导引搬运小车结构示意图
图 2小车运行线路示意图
二、基本要求与参数
本作业要求完成一种自动导引式物料搬运小车系统设计。小车
主要实现的功能是自动寻迹并且完成物料的搬运。如上图所示，
小车首先在 A区装载物料，然后开始沿着指定轨迹（黑色导引
线）自动运行，导引线宽为 20mm，小车上要求装有相应的传感
器用来完成寻迹和小车运行轨迹调节，保证小车始终沿着指定
轨迹运行不偏离。运行到 C区以后停止，卸货后沿原路径返回
A区再次装载物料，如此往复。A、C区各有一条与导引线垂直
的黑色边界线，线宽为 20mm，要求小车在 A、C区停止时，不
能超出边界线限定范围。（小车由蓄电池供电）
相关设计参数：
CB
A
2000700 700
500
0
（1）小车运动方式：全自动导引式。
（2）小车载重能力:15Kg，自重不超过 15Kg。
（3）小车运动距离：5000mm。
（4）小车运行速度：不小于
三、工作量
（1）小车轮系结构的设计与分析；
（2）自动导引方案的设计及传感器的选择与分析；
（3）小车驱动及运动控制方案的设计与分析；
（4）控制流程的设计以及控制程序的编写；
（5）设计说明书一份。
四、设计内容及说明
（1）根据要求选择合适的传感器，设计搬运小车的自动导引
系统，并进行可行性分析，保证小车能够沿着给定的路径运动。
（2）确定小车的轮系结构，如主动轮与从动轮的个数以及转
向方式。设计小车的驱动方案，确定电机的个数与类型，计算
小车载重、行驶速度等技术指标，并分析论证轮系结构与驱动
方案的合理性，满足设计要求。
（3）小车控制系统设计，包括确定控制方案、控制核心器件
的选择、自动导引功能的实现原理、绘制控制流程框图、编制
控制程序。
4.第三作业零件质量的自动化检测系统设计
一、零件结构图
二、自动检测项目
（1）孔是否已加工？
（2）面 A和 B是否已加工？
（3）孔φ15±精度是否满足要求？
（4）凸台外径φ40±精度是否满足要求？
（5）零件质量 20±是否满足要求？
（6）产品标签（白色）是否帖正或漏帖？
（7）如果不合格将其剔除到次品箱；
（8）对合格产品和不合格产品进行计数。
三、工作量
（1）设计一套检测装置，能完成所有检测内容；
（2）说明书一份，说明各个检测内容采用什么传感器，如何
实现；
（3）自动检测流程图一份。
四、设计内容及说明
要求将检测装置画出，能完成所有检测内容；在完成自动检测
功能的基础上，要求费用最少，以提高经济效益；检测装置结
构简单可靠、易于加工和实现；自动检测流程图要求详细正确。
5.第四作业滚动组件自动装配系统设计
一、组件自动装配图及其相关参数
组件由轴、滚轮和非标准开口弹簧挡圈组成，如图(a)所示。
图(b)为非标准弹簧挡圈(材料为)。
图(a)组件装配图(b)非标准开口弹簧挡圈
图(a)中:
二、设计内容及技术要求
（1）为了提高零件的生产效率，降低生产成本，拟将轴和
滚轮的径向配合尺寸公差扩大三倍，但装配后仍保持的配合性
质。
（2）绘制组件自动装配系统结构示意图，要求全面反映
三个零件的装配过程及其结构(参见讲义图 6-4)。
（3）绘制三个零件的振动上料机构示意图，重点考虑滑
道的设计，保证出口零件的方向性。
（4）绘制滚轮和轴尺寸选配的原理图，考虑尺寸选配传
感器的选择或者设计，(参见讲义第 6章有关部分)。
（5）轴和滚轮的轴向配合为间隙配合。
三、设计内容及说明
撰写说明书一份，内容包括：
（1）绘制轴和滚轮的分组选配径向配合尺寸的公差带示意
图。
（2）绘制组件自动装配系统结构示意图。
（3）绘制三个零件的振动上料机构示意图。
（4）绘制滚轮和轴尺寸选配的原理图。
6.附录
封面格式（A4纸）
哈尔滨工业大学
制造系统自动化技术作业
