机电一体化

机械手机电一体化设计

摘要：当今的自动化技术发展迅速，正处于一个快速变革的时代。从半导体到消费类电子产品、再到汽车和航空制造业、以及轻工业和物流行业等多种不同的工业领域都面临着日益激烈的全球竞争压力当今的自动化技术发展迅速，正处于一个快速变革的时代。从半导体到消费类电子产品、再到汽车和航空制造业、以及轻工业和物流行业等多种不同的工业领域都面临着日益激烈的全球竞争压力，他们需要进一步降低成本、缩短产品生产周期，并能够迅速完成产品的更新换代。采用最新的自动化技术才是解决这一系列问题的有效手段。

本次论文明确了机械手的功能需求和动作流程通过查找了大量资料，了解完成了布进电机和驱动器的选型。通过对机械手制作流程的分析，确定采用PLC 为核心的控制系统。在对机械手的分析设计部分梯形图及控制程序，完成PLC 的I/O点分配和硬件接线图。

关键词：机械手，步进电机，可编程序控制器

目录

第一章绪论 (1)

工业机器人的发展现状 (1)

1.1国外工业机械手的发展现状 (1)

1.2国内工业机械手的发展现状 (4)

第二章工业机械手的组成及分类 (5)

2.1工业机械手的组成 (5)

2.2工业机械手的分类 (5)

第三章PLC控制机械手的系统设计 (10)

3.1各电器设备的控制方式及控制要求 (10)

3.1.1机械手的技能和特性 (10)

3.1.2躯干和传动系统 (10)

3.2电器元件、设备的选择 (11)

第四章总结 (23)

参考文献 (24)

第一章绪论

工业机器人的发展现状

随着世界工业的发展和科技的不断进步，工业机器人的发展速度日益加快，其发展过程大致分为三个阶段，第一代工业机器人为当前应用最多的示教再现型机器人，它由机器手控制器与示教盒构成，机器人可以按预先引导的动作一一记录下信息，并根据记录的信息重复再现执行；第二代工业机器人为感知型机器人，这类机器人具有力觉、触觉和视觉等功能，同时它还具有反馈外界某些信息并进一步调整的能力，目前已进入应用阶段；第三代工业机器人为智能机器人，这类机器人具有感知外部环境、理解外部环境的能力，即使工作环境发生了改变，它也能够根据变化后的环境而成功地完成既定的任务，目前，这类机器人仍处于研究与开发阶段。

工业机器人是目前机器人领域中技术最成熟、应用最广泛的一类机器人。工业机器人已广泛应用于汽车及汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电器行业等领域。在工业生产中，弧焊机器人、电焊机器人、装配机器人及搬运机器人等工业机器人都已被大量使用。在制造业中，尤其是在汽车行业，如在毛坯制造、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测等作业中，机器人己逐步取代人工作业。汽车行业首先是代表高技术的领域，投入也是相当大，也是率先广泛应用工业机器人的领域;从汽车行业应用工业机器人的发展现状和趋势，可以看出整个工业机器人的发展前景是非常好的。

1.1国外工业机械手的发展现状

目前，工业机械手广泛应用于各种制造行业中，如电器制造行业、汽车制造行业、塑料加工行业、通用机械制造行业、以及金属加工行业等都使用了工业机械手。随着社会生产的进一步发展和科学技术的进步，工业机械手的功能和性能将进一步得到改善和提高，因此，工业机械手的应用领域将越来越广。

（1）工业机械手驱动方式发展现状

现在的工业机械手驱动方式大多采用电机驱动。电机驱动的工业机械手具有精度高、驱动力大、响应快等优点，同时采用电机驱动必须使用减速机构，因此

采用电机驱动方式的机械手会大大高于其他方式驱动机械手的成本，因而大大的限制了电机驱动机械手的应用。随着气动技术的高速发展，又由于气压驱动具有其他驱动方式没有的一些优点，如成本低、高性价比、无污染、结构简单、抗干扰能力强等，因而越来越多的工业机械手采用气动控制，因而气动技术也得到了迅速得发展。

（2）工业机械手定位精度发展现状

在气动技术发展初期，由于技术的不成熟，利用气压驱动的工业机械手的定位精度很低，更无法实现在任意位置的起停，只能靠气缸两个终点位置来实现机械手的定位，或者采用多位气缸，而多位气缸的定位长度也已经由气缸的行程确定，同样无法实现机械手在任意位置得起停。如果要多加一个定位位置，或者是要改变预先确定的两个定位位置之间的距离，则需要另外再设计一个多位气缸，这样就会导致气缸的滑块导向机构更加复杂，所以早期的气动工业机械手不能实现任意位置的定位，因此大大限制气动工业机械手的发展。伺服技术的出现实现了气缸在任意位置定位，世界上各国都相继开发出了可在任意位置实现起停的气动工业机械手，且定位精度可以达到±0.5mm，如日本SMC公司、德国FESTO 公司等。气动伺服技术的出现，大大提高了气动机械手的定位精度，实现了气动机械手在任意位置的定位，扩大了气动机械手在自动化领域的应用范围。现代气动工业机械手的发展方向为集成化、模块化。因此现代气动工业机械手普遍集成了电气接口和气管的导向系统装置，这样就使得机械手的运动更加协调，更具稳定性，同时现代气动工业机械手的传动部件大多采用量身设计的滚珠轴承，这使得工业气动机械手具有更高的刚性、更高的强度、更好的精度和更好的导向精度。因此现代气动工业机械手更重要的一个特点就是具有优良的定位精度。德国FESTO公司研制了一整套模块化气动工业机械手，由于采用了模块化的组装结构，因此可以组成很多种类型的气动工业机械手，如滑块型气动机械手、立柱型气动机械手、门架型气动机械手及其他类型的工业机械手，如图1.1所示。因此模块化的工业机械手使得工业气动机械手组装更加方便、动作更加灵活、定位精度更高，主要用于一般的工业送取料自动线上。另外，欧洲的德国和英国开发的应用于各种工业传送系统上的气动机械手，如Bergerlahr公司研制的坐标式气动机械手、德国Bosch公司研制的Scara型气动机械手等，如图1.1所示。

1.2国内工业机械手的发展现状

国内的一些机构和高校从20世纪90年代开始对工业机械手开始进行研究，比较具有代表性的是北京理工大学、哈尔滨工业大学、南京理工大学SMC气动技术中心和浙江大学的流体传动和控制重点实验室。南京理工大学研制的气动自动化制造系统，这套系统由包装、装配、标贴、加工、成品存取等子系统构成。在每个子系统自主工作的前提下实现了系统集成控制，同时实现了配置自动化物流，这套系统实现了从成品加工到成品存取的全部过程自动传输与自动装卸，这套系统中设计了一个关节型气动机械手，这个关节型气动机械手主要实现的功能是货物的搬运和货物的翻转，其中集成手部动作、腕部动作、臂部动作和腰部动作的四个自由度联合运动，可以模拟人的关节实现对目标货物的移动、翻转和抓取等动作。北京理工大学自主研发的具有四个自由度的回转关节型气动机械手，该气动机械手由底板、腰、大臂、小臂、手腕组成。哈尔滨工业大学研发了具有六个自由度的关节型气动机械手，这类机械手具有结构小巧、自由度多、柔顺性好等优点，但是该类机械手的抓取力相对来说比较小，因此该类型机械手可以用于抓取一些小型物品，可以用做教学使用，同时也可以用作实验使用。浙江大学的国家级重点实验室-流体传动及控制实验室自主研发的拥有三个自由度的气动比例/伺服机械手，该机械手具有控制精度高、轨迹跟踪性能好等优点，该机械手成功的运用到气动书法机器人上。但是该机械手也存在工作空间小，抓取力较小的缺点，因此限制了它的应用范围，只可用于如娱乐行业等行业，不可用于装卸货物使用等工业行业。随着电子技术和电路集成技术的迅速发展，现代工业机械手将气动技术与电子技术紧密结合，气动机械手的实用性在工业自动化领域里越来越充分的体现了出来，特别是目前国内外一些专家学者正在努力尝试将现代控制理论与智能控制算法与气动工业机械手结合起来，并取得了一定的研究成果，这样无疑将使以后的气动工业机械手具有更高的精度、更加集成化、更加智能化，这就为气动工业机械手全面入住工业自动化领域铺平了道路。

第二章工业机械手的组成及分类

2.1工业机械手的组成

现代工业机械手一般由控制系统、驱动系统、位置检测系统及执行机构等组成。其系统框图如图2.1所示。

控制系统是机械手系统的核心部分，它的主要作用是使得工业机械手能够按照预定的动作正确的完成每一个动作。目前工业机械手的控制系统一般都包括主控系统与定位系统。驱动系统是工业机械手的动力装置，它的主要作用是作为执行机构的驱动源，它由动力源和辅助装置组成。当前市场上的绝大部分工业机械手采用的驱动方式为液压驱动、电力驱动、气压驱动和机械方式驱动。执行机构是工业机械手的最终执行机构，它的作用是完成工件的取送工作，当前市场上大多数工业机械手的执行机构为手抓、夹钳和吸盘。位置检测系统是实现工业机械手精确定位的装置，它的主要作用是实时检测机械手执行机构的具体位置并将机械手的位置信息实时反馈给控制系统，而控制系统根据反馈回来的机械手位置与给定机械手位置进行比较，及时的修正机械手的位置，实现精确定位。

2.2工业机械手的分类

关于工业机械手的分类，在国际上尚无统一的分类，在国内暂时按驱动方式、手臂坐标、使用范围对工业机械手进行分类。

（1）按驱动方式分类

1)液压传动机械手

液压传动机械手是以液压的压力作为动力源来驱动执行机构运动的一类机械手。这类机械手的特点是运行平稳、抓取力大、结构紧凑、动作灵敏。但是这类机械手也存在一定的缺点，它对密封装置要求非常高，要求密封装置不能有一点的泄露，否则机械手的工作性能将大大的降低，同时该类型的机械手不宜在过高和温度过低的环境下作业。如果该类型机械手采用电气和液压伺服驱动系统相结合的控制策略，则可以大大的提高机械手的整体性能，还可以实现连续轨迹控制，从而加大该类型机械手的通用性，但是电液伺服阀制造精度相对较高，而且油液过滤要求极其严格，成本也非常高，这就大大的限制了液压传动型机械手的应用。

2)气压传动机械手

气压传动机械手是以空气的压力作为动力源来驱动执行机构运动的一种机械手。这类机械手的主要特点是:动作迅速、成本较低、抓取力较小、结构简单、介质来源非常方便且无污染。但是，由于空气具有可压缩性，导致该类型机械手的工作速度稳定性比较差，冲击较大，如果气源压力比较低，抓取力一般小于300N，相比之下，该类型的机械手比液压传动机械手的结构大，因此该类型机械手适用于高速度、小负载、高温度和高粉尘的工作环境中进行作业。如图2.2所示。

3)电力传动机械手

电力传动机械手是以电力作为驱动源来驱动执行机构的一类机械手，一般来说以直流电机、交流电机等各种电机作为驱动源，该类型的机械手的特点是运行速度快、易于控制、控制精度高、结构简单、维护与使用方便。当前这类机械手使用还不是很广泛，但非常有发展前途。

4)机械传动机械手

机械传动机械手即由机械传动机构（如凸轮、齿轮和齿条、连杆、间歇机构等）驱动执行机构的一类机械手。它是一种专用机械手，它的主要特点是运动精确可靠，主要用于工作主机的上下料。

（2）按手臂坐标分类

机械手的手臂一般来说具有3个自由度，可采用直角坐标式（前后运动、上下运动、左右运动都是直线）、圆柱坐标式（前后运动、上下运动都是直线运动，左右运动为旋转运动）、球坐标式（前后运动为伸缩运动、上下运动为摆动运动和左右运动为旋转运动）和关节式（手臂能作任意的屈伸运动）四种方式，如图2.4所示。

（3）按用途分类

1)专用机械手

专用机械手是附属于主机的且具有一定的程序同时没有独立的控制系统的一类机械手。专用机械手的特点是动作较少、工作对象比较单一、结构相对比较简单、造价低、使用可靠。专用机械手适用于大批量的自动化生产线，如自动线上的上下料机械手、各种自动机床、自动换刀机械手等。图2.5给出了应用于各种行业的专用机械手。

2)通用机械手

通用机械手是一种具有可变程序的、具有独立的控制系统且动作灵活多样的一类机械手。这类机械手的动作程序在给定的性能范围内是可变的，通过调整可使得该类型的机械手在不同的场合使用，同时它的驱动系统和控制系统是相互独立的。通用机械手具有定位精度高、工作范围大、通用性强等优点，因而该类型的机械手可以适用于要求不断变换生产品种且要求高精度和高效率的中小型批量生产线。图2.6给出了应用于自动化生产线的通用机械手。

图2.6通用机械手

第三章PLC控制机械手的系统设计

3.1各电器设备的控制方式及控制要求

3.1.1机械手的技能和特性

根据古典力学观点，物体在三维空间的静止位置是由三个坐标和绕三轴旋转的角度来决定的。因此，抓握物体的位置和方向（即关节间的角度）能从理论上求得。据资料介绍，如果采用的机械手，其机能要接近人的上肢，则需要具有27个自由度，而每一个自由度至少要有一根“人造肌肉”。这样就需要安装27根重量轻、小型和高输出力的“人造肌肉”。就目前的技术状况而言，上述功能还很难办到。而且把机械手的功能搞得那么复杂，动作彼此严重重叠也是完全不必要的。退一步，如果机械手要求具有完全通用的程度，那么它的整机、本体、手臂和手指都得有三个直线运动和三个旋转运动，总共就要有24个自由度。这在实际上也是不必要的，这样会使机械手结构复杂，费用增多。因此，不应盲目模仿人手的动作，增加过渡的自由度，而应根据实际需要的动作，设计出最少的自由度就能完成作业所要求的动作。所以一般专用的机械手（不包括握紧动作）通常具有二到三个自由度。而通用机械手一般取四到五个自由度。

本设计中设计的机械手，它共有五个自由度。即：手臂伸缩、手臂上下摆动、手臂左右摆动、手腕回转、手指抓握。

3.1.2躯干和传动系统

机械手的传动分为液压、气压、电气和机械四种，本设计采用综合传动方式，即手臂采用电气传动，而手爪则采用气压传动。

a、夹紧机构

机械手手爪使用来抓取工件的部件。手爪抓取工件是要满足迅速、灵活、准确和可靠的要求。设计制造夹紧机构——手爪时，首先要从机械手的坐标形式、运行速度和加速度的情况来考虑。其加紧力的大小则根据夹持物体的重量、惯性和冲击力的大小来计算。同时考虑有足够的开口尺寸，以适应被抓物体的尺寸变化，为扩大机械手的应用范围，还需备有多种抓取机构，以根据需要来更换手爪。

为防止损坏被夹的物体，夹紧力应限制一定的范围内，并镶有软质垫片、弹性衬垫或自动定心结构。为防止突然停电被抓物体落下，还可以有自锁结构。夹紧机构本身则应结构简单、体积小、重量轻、动作灵活和动作可靠。

夹紧机构形式多样，有机械式、吸盘式和电磁式等。有的夹紧机构还带有传感装置和携带工具进行操作的装置。本设计采用机械式的夹紧机构。

机械式夹紧机构是最基本的一种，应用广泛，种类繁多。如按手指运动的方式和模仿人手的动作，可分为回转型、直进型；按夹持方式可分为内撑式、外撑式和自锁式；按手指数目可分为二指式、三指式、四指式；按动力来源可分为弹簧式、气动式、液压式等。本设计采用二指式气动手爪。由可编程控制器控制电磁阀动作，从而控制手爪的张闭。手爪的回转则用一个直流电动机完成，同时通过两个限位磁头完成回转角度的限位，一般可设置在180度。

b、躯干

躯干由底盘和手臂两大部分组成。

底盘是支撑机械手全部重量并能带动手臂旋转的机构。底盘采用一个直流电动机驱动，底盘旋转时带动一个旋转码盘旋转，机械手每旋转3度发出一个脉冲，由传感器检测并送入可编程控制器，从而计算底盘旋转的角度。同时，在底盘上装有限位磁头，最大旋转角度可达270度。

手臂是机械手的主要部分，它是支撑手爪、工件并使它们运动的机构。本设计中手臂由横轴和竖轴组成，可完成伸缩、升降的运动。手臂采用步进电动机带动丝杠、螺母来实现伸缩和升降运动。由可编程控制器发出脉冲信号，经步进电动机驱动器驱动步进电动机旋转，带动滚珠丝杠旋转，完成手臂的运动。改变发出脉冲的个数，可控制手臂的两个轴运动的距离。同时在两轴的两端分别加限位开关限位。采用丝杠、螺母结构传动的特点是易于自锁，位置精度较高，传动效率较高。

3.2电器元件、设备的选择

1）PLC机型的选择

根据被控对象对PLC控制系统的功能要求，可进行PLC型号的选定。

进行PLC选型时，基本原则是满足控制系统的功能需要，同时要兼顾维修、备件的通用性。对开关量控制的系统，当控制速度要求不高时，一般的PLC都可以满足要求，如对小型泵的顺序控制、单台机械的自动控制等。当控制速度要求

较高、输出有高速脉冲信号等情况时，要考虑输入/输出点的形式，最好采用晶体管形式输出。对带有部分模拟量控制的ｗ装置等。

2）输入/输出的点数：

I/O点数可以衡量PLC规模的大小。准确统计被控对象的输入信号和输出信号的总点数并考虑今后系统的调整和扩充，在实际统计I/O点数基础上，一般应加上10%-20%的备用点数。多数小型PLC为整体式，具有体积小、价格便宜等优点，适于工艺过程比较稳定，控制要求比较简单的系统。模块式结构的PLC 采用主机模块与输入模块、功能模式块组合使用的方法，比整体式方便灵活，维修更换模块、判断与处理故障快速方便，适用于工艺变化较多、控制要求复杂的系统。

此外，还应考虑用户储存器的容量、PLC的处理速度是否能满足实时控制的要求、编程器与外围设备的选择等。

本设备控制的对象是一个开关量控制的系统，同时利用脉冲控制步进店动机的运转，故应采用晶体管形式的输出。松下FPO系列小型PLC具有性价比高、功能完善、指令丰富等优点，能满足本对象各项控制性能要求，因此，本系统采用松下FPO系列的FPO——C16T作为基本模块，能输出两路脉冲信号进行步进电动机的控制。由于输入输出点不够，扩展一个FPO——E16RS模块。

3）电源模块的选择

采用Dm150系列开关电源。其特点是输出功率大，体积小，重量轻，可靠性高，适应宽范围的输入电压波动，具有完备的过电压、过电流保护功能。

主要参数：

输入交流电压：110~220V/50Hz、60Hz

输出直流电压：24V/6.5A

最大功率：156W

工作环境：-10~40度

4）步进电动机的选择

采用二相八拍混合式步进电动机，主要特点：体积小，具有较高的起动和运行频率，有定位转矩等特点。型号：42BYGH101。

快接线插头中的红色表示A相，蓝色表示B相。

使用时如果发现步进电动机转向不对时可以将A相或B相两根线对调。a、步进电动机驱动模块

采用中美合资SH系列步进电动机驱动器，主要由电源输入部分、信号输入部分、输出分等。如下图所示。

图3.1 驱动模块

电源输入部分由电源模块提供，用两根导线连接，注意极性。

信号输入部分：信号源由FPO主机提供。由于FPO提供的电平为24V，而输入部分的电平为5V，中间加了保护电路。

输出部分：与步进电动机连接，注意相序。

b、传感器

采用接近开关作为手爪旋转和底盘旋转限位检测用;采用微动开关作为横轴、纵轴限位检测用。

接近开关：接近开关有三根连接线（红、蓝、黑）红色接电源的正极、黑色接电源的负极、蓝色为输出信号，当与挡块接近时输出电平为低电平，否则为高电平。

微动开关：当挡块碰到微动开关动作（常开点闭合）。

c、传感器

由松下FPO系列PLC晶体管输出的主机，具有高速运算能力、PID调节功能，同时可以输出两路脉冲控制两台电动机的优点。输出两路脉冲梯形图及f/t。

d、直流电动机

采用36ZY5-12型直流电动机。输入电压为12~24V,由FPO模块控制电动机正反转。

e、旋转码盘

机械手每旋转3度发出一个脉冲。

3.3控制系统的软、硬件设计

PLC硬件设计是指PLC外部设备的设计。在硬件设计重要进行输入设备的选择（如控制按钮、开关及计量保护装置的输入信号等），还有执行元件的选择以及控制台、柜的设计等。硬件设计还包括PLC输入/输出通道的分配，为便于程序设计和阅读，常作出I/O通道分配表，表中包括有I/O编号、设备代号、名称及功能等。机械手控制系统电器原理图。

可编程序控制器采用松下FP系列的FPO——C16T作为基本模块，由于输入输出点不够，扩展一个FPO——E16RS模块。由于接近开关有三根线，接线时注意把红色的线接电源的正极，黑色线接电源的负极，蓝色的线接PLC的输入端子。

1）控制系统的软件设计

软件设计主要是指编写工艺流程图，即将整个流程分解为若干步，确定每步的控制要求及转换条件，配合定时、计数、分支、循环、跳转及某些特殊功能指令便可完成梯形图的设计。

a、输入输出点分配

如下图是机械手输入和输出信号与PC输入输出端子的分配图，其中根据需要增加了机械手回到原位时的指示灯，为了防止误按启动按钮引起机械手的误动作，增加了复位按钮，启动时需要先按复位按钮在按启动按钮，否则机械手不会动作。

图3.2 机械手PC输入/输出端子的分配

a、方案选择

考虑到机械手在工作时间时可能发生误动作行程开关而引起的不安全动作，各个输入开关信号只能在规定的状态发生作用，例如，SQ1的闭合信号只能当机械手位于原位而且按下SB2后或从原位右移到右位后才能起作用，其他状态时SQ1不起作用。为了达到这一目的，选择使用移位寄存器来完成顺序控制。（4）功能表图设计

1）步的划分

分析被控对象的工作过程及控制要求，将系列的工作过程划分成若干阶段，这些阶段称为“步”。步是根据PLC输出量的状态划分的，只要系统的输出量状态发生变化，系统就从原来的步进入新的步。如下图所示，某液压动力滑台的整个工作过程可划分为四步，即：0步A、B、C均不输出；1步A、B输出；2步B、C输出；3步C输出。在每一步内PLC各输出量状态均保持不变。

图3.3

步也可根据被控对象工作状态的变化来划分，但被控对象的状态变化应该是由PLC输出状态变化引起的。如下图所示，初始状态是停在原位不动，当得到起动信号后开始快进，快进到加工位置转为工进，到达终点加工结束又转为快退，快退到原位停止，又回到初始状态。因此，液压滑台的整个工作过程可以划分为停止（原位）、快进、工进、快退四步。但这些状态的改变都必须是由PLC输出量的变化引起的，否则就不能这样划分。例如：若从快进转为工进与PLC输出无关，那么快进、工进只能算一步。

图3.4

总之，步的划分应以PLC输出量状态的变化来划分，因为我们是为了设计PLC控制的程序，所以PLC输出状态没有变化时，就不存在程序的变化。

2）转换条件的确定

确定各相邻步之间的转换条件是顺序控制设计法的重要步骤之一。转换条件是使系统从当前步进入下一步的条件。常见的转换条件有按钮、行程开关、定时器和计数器触点的动作（通/断）等。

如上图“步的划分方法二”所示，滑台由停止（原位）转为快进，其转换条件是按下起动按钮SB1（即SB1的动合触点接通）；由快进转为工进的转换条件是行程开关SQ2动作；由工进转为快进的转换条件是终点行程开关SQ3动作；

由快退转为停止（原位）的转换条件是原位行程开关SQ1动作。转换条件也可以是若干个信号的逻辑（与、或、非）组合。如：A1*A2、B1+B2。

3）功能表的绘制

根据以上分析画出描述系统工作过程的功能表图，是顺序控制设计中最为关键的一个步骤。绘制功能表图的具体方法将在下面介绍。

4）梯形图的编制

根据功能表图，采用某种编程方式设计出梯形图程序。有关编程方式建在下一节中介绍。

5）功能表图的绘制方法

a、功能表图概述

功能表图又称流程图。它是描述控制系统的控制过程、功能和特征的一种徒刑。功能表图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，是一种通用的技术语言，因此，功能表图也可用于不同专业的人员进行技术交流。

功能表图是设计顺序控制程序的有力工具。在顺序控制设计法中，功能表图的绘制是最关键的一个环节。它直接决定用户设计的PLC程序的质量。

各个PLC厂家都开发了相应的功能表图，各国也动制定了功能表图的国家标准。我国于1986年也颁布了功能图的国家标准（GB6988.6——86）。

b、功能表图的组成要素

如下图所是为功能表图的一般形式。它主要是由步、转换、转换条件、有向连线和动作等要素组成。

图3.5

c、步与动作

前面已介绍过，用顺序控制设计法设计PLC程序时，应根据系统输出状态的变

化，将系统的工作过程划分成若干个状态不变的阶段，这些阶段称为“步”。步在功能表图中用矩形框表示。如，框内的数字是该步的编号。如下图所示各步的编号为n-1、n、n+1。编程时一般用PLC内部软继电器来代表各步，因此经常直接用相应的内部软继电器编号作为步的编号，如。当系统正工作于某一步时，该步处于活动状态，称为“活动步”。在功能表图中初始步用双线框表示，如，每个功能表图至少应该有一个初始步。

所谓“动作”是指某步活动时，PLC向被控系统发出的命令，或被控系统应该执行的动作。动作用矩形框中的文字或符号表示，该矩形框应与相应步的矩形框相连接。如果某一步有几个动作，可用下图中的两种画法来表示，但并不隐含这些动作间的任何顺序。

图3.6

当步处于活动状态时，相应的动作被执行。但应注意表明动作是保持型还是非保持型的。保持型的动作是指该步活动时执行该动作，该步变为不活动后继续执行该动作；非保持型动作是指该步活动时执行，该步变为不活动时动作也停止执行。一般保持型的动作在功能表图中应该用文字或助记符标注，而非保持型动作不要标注。

d、有向连线、转换和转换条件

如上图“功能表图的一般形式”所示，步与步之间用有向连线连接，并且用转换将步分隔开。步的活动状态进展是按有向连线规定的路线进行。有向连线上无箭头标注时，其进展方向是从上倒下、从左到右。如果不是上述方向，应在有向连线上用箭头注明方向。步的活动状态进展是由转换来完成的。转换是用与有向连线垂直的短划线来表示。步与步之间不允许直接相连，必须有转换隔开，而转换与转换之间也同样不能直接相连，必须由步隔开。转换条件是与转换相关的逻辑命题。转换条件可以用文字语言、布尔代数表达式或图形符号标注表示转换的短划线旁边。

转换条件和，分别表示当二进制逻辑信号为“1”和“0”状态时条件成立；转换条件和分别表示的是，当从“0”（断开）到“1”（接通）和从

机电一体化技术的应用与发展趋势分析教学文稿

机电一体化技术的应用与发展趋势分析

机电一体化技术的应用与发展趋势分析 摘要：在科学技术的发展过程中，机电技术也在各关键领域取得了普遍应用，为使机电一体化技术能够在未来得到快速发展，应当对其未来的发展进行推广，对其中存在的问题和不足展开了解，进一步明确机电一体化发展的整体趋势。本文主要分析了机电一体化的技术应用与未来发展，并使其能够在发展中得到更好的技术更新。机电一体化技术在自动生产线、数控机床等领域都有较多的应用意义，因此绿色化、智能化是机电一体化技术未来的发展方向。 关键词：机电一体化技术应用发展趋势 机电一体化技术在经济发展的过程中，使自动化的发展提升具有良好的技术支持，并在机电一体化技术的应用过程中，有效减少人力物力在生产加工中的多余消耗，并降低了安全问题发生的几率，因此在煤炭行业、建筑行业中创造了巨大社会效益与经济效益。机电一体化技术包含信息传感器技术、电工电子技术、接口技术、机械技术等多项技术的有机结合，并能够综合应用在实际操作中。 1.机电一体化的应用范围 1.1建筑材料

在当前建筑施工的工作中，对建筑材料的要求也越来越高，且建筑材料作为建筑施工中比例较多的内容，对其的质量要求标准也更高。要想保证建筑材料能够有更高的质量发展特征，就要确保机电一体化的技术能够在建筑材料中得到科学应用[1]。此外，建筑材料的选择调配对建筑质量有直接影响，若是材料调配没有满足规定要求，将会减少建筑工程中的使用寿命，甚至引发严重的安全隐患，从而产生经济损失。正因如此，应用机电一体化技术到建筑材料中，就能实现建筑材料的正确配比，以免误差产生，进而推动建筑行业的发展。 1.2自动生产线与数控机床 作为一个生产大国，我国在产品生产的过程中，对机床的使用量非常大，这也造成国家生产总值的提升。通常情况下，机床建设同数控技术的发展具有密切联系。在国家机电一体化技术逐步发展完善的过程中，机电技术也更加成熟，但是综合水平的发展依然处于世界的中级水平，因此对其要逐步改进与完善，进而更好推动数控机床技术的发展。此外，机电一体化在自动化生产线中也有普遍应用，且在国民经济增长的进程中，更多的生产设备与自动化生产线被用于工业化建设的工作时，使工业化进程进一步加快。就当前阶段的发展来说，工业化的发展还具有一定不足，需要在今后的使用过程中完善人机界面系统设

浅析机电一体化技术应用及趋势

浅析机电一体化技术应用及趋势 摘要：随着社会的不断进步，机电一体化拥有了更加广泛的应用环境，有效发挥在各个领域中的主导性功能，为社会的全面进步提供技术保障。本文系统阐述了机电一体化的涵义，对其应用领域和背景进行了探讨，大胆展望了其发展方向和趋势。 关键词：机电一体化技术；应用；发展趋势 机电一体化技术是综合性技术类型，包含多种学科的知识，发挥各自优势，是社会生产力不断前行的结果。在科技的推动下，机电一体化在诸多领域中产生影响，在推动社会与经济发展中发挥越来越大的作用。为因此，要对机电一体化涵义进行深入分析和理解，对其应用环境进行深入探讨，明确发展方向，推动这一技术的可持续发展。 1对机电一体化涵义的阐述 机电一体化技术凸显综合性的特征，融合多种学科的关键技术，主要涉及机械、电子等技术领域。凸显全面性与综合性，具体分析，机电一体化主要关注的是机械设备的生产以及信息技术在数据处理中的作用，重视对机械设备以及相关电子器材的探索和研究，目的是更好地支持工业自动化的发展，为其提供坚实的技术保障。机电一体化发展实践中，重点集中在信息与产品的组成，主要是关注传感、信息以及机械技术的全面发展。之所以推广机电一体化技术，主要是在传统生产技术的基础上，逐渐渗透在生产环节中，加快产品创新，促进改革，是工业自动化发展的必然。 2对机电一体化技术应用状况的分析 2.1机电一体化技术在数控机床中的应用介绍。在机电一体化技术的支持和应用下，整个生产操作的精度显著增强，功能更加多样化。另外，在结构方面，拥有紧凑的构造，模块化突出。在功能领域，开放性更强，推动数控机床向着智能化的方向发展，提升机床的精确度，为整个生产提供更加全面、先进的技术支持。2.2机电一体化技术在计算机制造和集成系统中的应用。在机电一体化的支持下，计算机制造以及集成系统能够满足动态管控的目的，达到对目标的优化，突破传统模式的制约，保证信息的顺畅性。同时，实现诸多功能的融合，如开发、

机电一体化专业毕业论文

1.0机电一体化技术发展 机电一体化是机械、微、控制、机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。 1.1 数字化 微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。 1.2 智能化 即要求机电产品有一定的智能,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。 1.3 模块化 由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。 1.4 网络化 由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。 1.5 人性化 机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。 1.6 微型化 微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统(Micro Electronic Mechanical Systems，简称MEMS)是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。自1986年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针，1988年美国加州大学Berkeley分校研制出第一个微电机以来，国内外在MEMS工艺、材料以及微观机理方面取得了很大进展，开发出各种MEMS器件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器），各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）。 1.7 集成化 集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。 1.8 带源化

机电一体化简答分析

1-5.机电一体化系统由哪些基本要素组成？分别实现哪些功能？ 机械系统：构造功能；信息处理系统：控制功能；动力系统：动力功能；传感检测系统：计测功能；执行元件系统：操作功能。 1-7.根据不同的接口功能说明接口的种类。 1.根据接口的变换，调整功能：零接口、无源接口、有源接口、智能接口 2.根据输入/输出功能：机械接口、物理接口、信息接口、环境接口 1-11.说明机电一体化系统的主要评价内容 高性能化、低价格化、高可靠性比、智能化、省能化、轻薄短小化、高附加价值化。 2.机械传动部件通常有螺旋传动、齿轮传动、同步带传动、高速带传动、 各种非线n???)/?(??i knmaxk传递转矩和转速。性传动部件等，其主要功能是1?k2-5.丝杆螺母机构的传动形式及选择方法有哪些？ (1) 螺母固定、丝杆转动并移动该传动形式因螺母本身起着支承作用，消除了丝杆轴承可能产生的附加轴向窜动，结构较简单，可获得较高的传动精度。但其轴向尺寸不易太长，刚性较差。因此只适用于行程较小的场合。(2) 丝杆转动，螺母移动该传动形式需要限制螺母的转动，故需导向装置。其特点是结构紧凑、丝杆刚性较好。适用于工作行程较大的场合。(3) 螺母转动，丝杆移动该传动形式需要限制螺母移动和丝杆的转动，由于结构较复杂且占用轴向空间较大，故应用较少。(4) 丝杆固定，螺母转动并移动该传动方式结构简单、紧凑，但在多数情况下，使用极不方便．故很少应用。（5）差动传动方式多用于各种微动机构中

2-16.各级传动比的分配原则是什么？输出轴转角误差最小原则是什么？（1）重量最轻原则? 小功率传动装置各级传动比（等传动比分配，等模数原则）? 各级传动比确定，应遵循“先大后小”原则，再由经验、类比方大功率传动装置 法和结构设计紧凑等方法确定。（不等传动比分配，不等模数原则）（2）输出转角误差最小原则为了提高机电一体化系统中齿轮传动系统传递运动的精度，各级传动比应按“先小后大”原则分配，以便降低齿轮的加工误差、安装误差以及回转误差对输出转角精度的影响。设齿轮传动系统中各级齿轮的转角误差换算到末级输出轴上的总转角误为，则： 3）等效转动惯量最小原则各传动轴转动惯量等效到电 机轴上的等效转动惯量最小。(机械传动部分响应特性最佳原则)。 2-18.谐波齿轮传动有何特点？传动比的计算方法是什么？ 答：（1）谐波齿轮传动特点有：结构简单、传动比大、传动精度高、回程误差小、噪声低、传动平稳、承载能力强、效率高等特点。谐波齿轮传动的波发生器相当于行星轮系的转臂，柔轮相当于行星轮，刚轮则相当于中心轮。故谐波齿轮传动装置的传动比可以应用行星轮系求传动比的方式来计算。设Wg、Wr、WH分别为刚轮、柔轮和波形发生器的角速度，则 2-20.齿轮传动的齿侧间隙的调整方法有哪些？ 圆柱齿轮传动、斜齿轮传动、锥齿轮传动、弹簧 2-25.轴系部件的基本要求 旋转精度、刚度、抗振性、热变形、轴上零件的布置

浅论机电一体化的创新及发展方向

浅论机电一体化的创新及发展方向 由于受传统机械理念的影响和约束，我国在机电一体化的应用方面始终存在着一系列的问题，机电一体化技术并没有完全改变传统机械的弊端，因此，不断的改革并且创新机电一体化已经成为了目前我们所面临的主要问题之一。为了更好的实现机电一体化的创新，我们必须要不断的发展新技术，加大对于机电一体化技术创新的资金投入力度。 标签：机电一体化；创新；发展方向 一、机电一体化的发展现状 当今，世界上的经济竞争十分的激烈，我国在工业制造方面面临着巨大的挑战，只有将我国的机电一体化技术融入到工业行业的制造中，才会提高我国科技的技术含量，打破传统的工业行业中存在的成本高、技术含量较低的不良现象。机电一体化的发展经历了三个重要的时期。最初的阶段是简单的机械与电子的融合，在机电一体化的最初阶段人们只是具有了电子与机械相结合来运用的简单的构想，只是停留在理论思想方面并没有采取一定的措施来实现电子与机械的相互融合。第二段时期主要是技术的发展阶段。这个阶段出现了很多的理论思想，虽然电子技术随着社会的快速发展也取得了一定的进展，但是把理论思想应用在实践中也仍然不能实现电子技术与机械技术的相互融合。第三阶段就是电子技术朝着智能化的发展方向而发展。当今社会，我国的科学技术得到迅速的发展。计算机信息技术、红外线感应技术等无不在提醒着我们这是一个智能化的世界。计算机信息技术、红外线感应技术在一定程度上推动了机电一体化技术的发展，为机电一体化提供了相应的知识理论。目前，机电一体化在社会市场经济的刺激下已经实现了在各个行业中的应用。 二、机电一体化的创新 （一）机电一体化产品功能的创新 在机电一体化的技术支持下，产品的功能更加多样化和丰富化，即使是单一的产品由于功能的多样化，从而实现了能够满足客户全方位需求的目标。机电一体化产品功能创新的投入资金规模相对来说较小，商家只需要将很少一部分的资金投入于扩大机电一体化的使用范围，那么企业就可以实现智能化生产的目标，从而在市场中提高企业的市场份额。总之，机电一体化产品功能的创新是社会发展的需要，这更是社会层面的需求。 （二）产品结构的创新 产品结构的创新是产品创新的一项非常重要的内容。机电一体化产品在产品设计的过程中，就需要进行产品结构上的创新。产品结构的创新主要体现在传动方式、物理机械结构、动力装置以及周边设备搭接形式等方面的创新。对于产品

机电一体化技术作业题——答案全解

东北农业大学网络教育学院 机电一体化技术作业题 复习题一 一、名词解释：（40分） 1．机械系统 答：机电一体化系统中的机械系统与一般的机械系统相比，除要求具有较高的定位精度外，还应具备体积小、重量轻、刚度大、动态性能好等特点。概括地讲，机电一体化机械系统应包括传动机构、导向机构、执行机构三大部分。 2．检测系统 答：检测系统是机电一体化系统的一个基本要素，其功能是对系统运行中所需的自身和外界环境参数及状态进行检测，将其变换成系统可识别的电信号，传递给信息处理单元。 3．伺服系统 答：伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，又称随动系统或伺服机构。指在控制命令的指挥下，控制执行元件工作，使机械运动部件按照控制命令的要求进行运动，并具有良好的动态性能。 4．接口技术 答：为构成完整的并有一定控制和运算功能的系统而将一个部件与另外的部件连接起来，这种连接就称微处理器系统的接口。 5．控制系统 答：控制系统是机电一体化产品的中枢，用于实现信息处理、控制信号输出、控制和协调机电一体化产品的其他内部功能，通过控制系统的控制，执行机构的驱动，被控对象按照预定的规律或目的运行，运行效果通过传感器反馈回控制系统，连同传感器收集的其他有关信号供控制系统利用并不断修正其控制指令。 6．D/A转换 答：在机电一体化产品中，很多被控对象要求用模拟量做控制信号，而计算机是数字系统，不能输出模拟量，这就要求控制输出接口能完成将数字信号转换成模拟信号，称之为D / A转换。

7．传动机构 答：机电一体化系统中的传动机构主要功能是传递转矩和转速，因此，它实际上是一种转矩、转速变换器。机电一体化系统中所用的传动机构主要有滑动丝杠副、滚珠丝杠副、齿轮传动副、同步带传动副、间歇机构、挠性传动机构等。 8．机电一体化技术 答：机电一体化技术是以电子技术特别是微电子技术为主导的多种新兴技术与机械技术交叉、融合而成的综合性高新技术，是工程领域不同种类技术的综合及集成，是一个技术群的总称，它包括机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术等。 二、简答（60分） 1、机电一体化产品的组成和特点是什么？ 答：机电一体化产品是由机械系统、检测系统、伺服系统、控制系统以及接口装置等几部分组成。机电一体化产品的功能是通过其内部各组成部分功能的协调和综合来共同实现的。从其结构来看，，各组成部分通过辅助部件及相关的软件有机的结合在一起，构成一个内部匹配合理、外部效能最佳的完整产品，品具有自动化、智能化和多功能的特性。 2、机电一体化产品设计与传统机械产品设计的区别是什么？ 答：机电一体化产品的设计与常规机械产品的设计有着本质上的区别。常规机械产品一般是先用单纯机械设计的方法构思和设计，再为这个纯粹的机械设计选配适宜的电气设备。这种方法实际上是面向设计者的传统设计方法。相比之下机电一体化产品的设计是面向产品的设计，它要求设计者具有多种能力、视野开阔，具有综合利用机械设计和电气控制设计方面的知识和能力。 3、机电一体化机械系统由哪几部分组成？ 答：概括地讲，机电一体化机械系统应包括以下三大部分机构。 （1）传动机构。机电一体化系统中的传动机构主要功能是传递转矩和转速，因此，它实际上是一种转矩、转速变换器。 （2）导向机构。其作用是支承和限制运动部件按给定的运动要求和规定的运动方向运动。该机构应能保证安全、准确。 （3）执行机构。用来完成操作任务。执行机构根据操作指令的要求在动力源的带动下，完成预定的操作。 4、常用的传动机构有哪些，各有什么特点？ 答：机电一体化系统中所用的传动机构主要有滑动丝杠副、滚珠丝杠副、齿轮传动副、同步带传动副、间歇机构、挠性传动机构等。 滚珠丝杠副具有如下特点。

机电一体化复习题(附答案)分析

机电一体化复习题 一、名词解释 1机电一体化 2伺服控制 3闭环控制系统 4逆变器 5 SPWM 6单片机 7 I/O接口 8 I/O通道 9 串行通信 10直接存储器存取（DMA） 二、判断题： 1 在计算机接口技术中I/O通道就是I/O接口。（×） 2 滚珠丝杆不能自锁。（√） 3 无论采用何种控制方案，系统的控制精度总是高于检测装置的精度。（×） 4 异步通信是以字符为传输信息单位。（√） 5 同步通信常用于并行通信。（×） 6 无条件I/O方式常用于中断控制中。（×） 7从影响螺旋传动的因素看，判断下述观点的正确或错误 （1）影响传动精度的主要是螺距误差、中径误差、牙型半角误差（√） （2）螺杆轴向窜动误差是影响传动精度的因素（√） （3）螺杆轴线方向与移动件的运动方向不平行而形成的误差是影响传动精度的因素（√）（4）温度误差是影响传动精度的因素（√） 三、单项选择题 1. 步进电动机，又称电脉冲马达，是通过（ B ）决定转角位移的一种伺服电动机。 A 脉冲的宽度 B 脉冲的数量 C 脉冲的相位 D 脉冲的占空比 2. 对于交流感应电动机，其转差率s的范围为（B）。 A.1

浅析机电一体化的应用及发展趋势

浅析机电一体化的应用及发展趋势 现代科学技术的迅速发展推动了不同学科的交叉和渗透，使得机电一体化技术的应用也越来越广泛。机电一体化技术是一门跨学科的技术，其发展趋势是智能化和自动化。它的产品在家用电器和其他行业中得到了应用，其功能是通过协调和综合来共同实现的。本文将对机电一体化的应用，以及发展趋势谈一点简要的想法。 标签：机电；应用；发展趋势 1 机电一体化的发展趋势 1.1 机电一体化的发展现状 我国对于机电一体化技术有两种极端的观点：一种观点认为：我国的工业化水平相对其他国家来说不是很高，离开了工业基础谈这种问题只能是空中楼阁，信息化这种新经济现象是发达国家的事。由于我国工业化的完成率很低，所以我们必须坚守传统产业，把注意力放在工业化上。另一种观点认为：信息化与工业化没有必然联系。我们必须紧跟时代步伐，放弃夕阳工业，大力发展信息产业这种朝阳产业。这种观点是“放弃——跨越论”，即放弃传统产业，在信息产业领域实现全方位的跨越。 1.2 机电一体化技术的发展趋势 1.2.1 智能化 智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一，也是21世纪机电一体化的发展方向。近几年，处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法创造了条件，有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展。智能机电一体化产品可以模拟人类智能，具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力，从而取代制造工程中人的部分脑力劳动。目前，专家系统、模糊系统、神经网络以及遗传算法，是机电一体化产品（系统）实现智能化的4种主要技术，它们各自独立发展又彼此相互渗透。随着制造自动化程度的不断提高，将会出现智能制造系统控制器来模拟人类专家的智能制造活动，并会对制造中出现的问题进行分析、判断、推理、构思和决策。例如，在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊数学、神经网络、灰色理论、心理学、生理学和混沌动力学等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。 1.2.2 集成模块化 集成模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势，也是一项重要而又艰巨的

机电一体化期末考试试题及答案

1.什么是“机电一体化”？以打夯机为例，内含机械与电器，问这是不是机电 一体化产品？ 答：机电一体化又称机械电子工程，是机械工程与自动化的一种，英语称为Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics 的后半部分组合而成。 打夯机不属于机电一体化产品。因为打夯机只是普通的机械加电器，它属于硬连接或者称为机械连接只能应用在就地或者小范围场合使用，不能满足大面积和远程控制。而机电一体化就不一样了，它不光有硬连接、机械连接还有软连接。机电一体化属于同时运用机械、电子、仪表、计算机和自动控制等多种技术为一体的一种复合技术。它不光可以就地操作，小范围应用，还可以大面积使用操作，远程监测、控制。 2.机电一体化的技术构成是什么？ 答：机械技术、微电子技术、信息技术 3.产品实现机电一体化后，可以取得那些成效？ 答：产品实现机电一体化后可以取得的成效：产品性能提高、功能增强、结构简化、可靠性提高、节约能源、改善操作、提高灵活性等。 4.数字量传感具有哪三种类型？他们有什么区别？ 数字传感器按结构可分成三种类型： 1.直接式数字量传感器——其分辨率决定于数字量传感器的位数。 被测物理量→数字编码器→信息提取装置→数字量输出 2.周期计数式数字传感器 它的结构示意图如下图1所示。此种结构的位移分辨率对低精度的周期计数式数字传感器而言，仅由周期信号发生器的性质决定。例如，光栅当长1mm有100条刻线时，其分辨率即为0.01mm;对高精度的周期计数式数字传感器而言，还要考虑到电子细分数。如在100倍电子细分数下，此光栅的分辨率就是0.1μm。此种结构属于增量式结构，结构的特点(位移方向的要求)决定它不但备有辨向电路，而且周期计数器还具有可逆性质。 图1 周期计数式数字量传感器的结构方框图 3.频率式数字传感器 其结构示意图如下图2所示。按振荡器的形式，可将此种数字传感器分成带有晶体谐振器的和不带晶体谐振器的两种。前者，按被测量的作甩点，又分作用在石

机电一体化就业前景分析

机电一体化就业前景分析 一专业介绍 它是以培养现代机械工程师为目的的专业，也是我国高校开设得最久的专业之一。多年来，它长盛不衰的奥秘就在于：无论一个社会的文明发展到何等程度，都离不开机械制造，它是人们物质生活用品供应的基本保障。 机电一体化专业是国家紧缺人才专业，因为在现代社会高度智能化、生产专业化，要求机械与电子、电气的高度结合，但在这个领域是一个交叉的领域，目前人才缺乏，就其专业来说发展前景不可限量！。机电一体化的就业率非常高，在就业的时候还有许多的选择余地，但可能职位与自己的期望有所不同！ 目前在国内，和机械专业学生就业对口的发展现状和前景都非常好的行业，除了模具行业以外，就数汽车行业了。 在机电一体化产品、设备的设计、制造、维修、管理、技术改造与服务过程中专门从事用电脑绘图设计、信息处理和资料管理的高等技术应用性专门人才. 可在机械设计、制造与装备行业、模具制造业，轻工、家用电器、电子制造业从事设计、制造、技术改造、产品营销、设备管理与维护等工作. 二核心课程辅助课程证书 主要开设《电工技术》《电子技术》《机械制图》《工程力学》《工程制图》《电机及其应用》、《计算机技术》、《单片机控制技术应用》、《传感器技术应用》、《电力电子与电机调速技术应用》等核心课程。电工电子技能训练、工厂电气控制实训、PLC应用技能实训、电气设备运行与维护实训等实践环节。 考取<<劳动和社会保障部颁发维修电工职业资格证书>>及<<国家制造业信息化培训中心“AUTO CAD高级绘图师”证书>>。一般中职学校对于此专业所开设的课程有：电工基础，电力拖动控制线路与技能训练，钳工工艺与技能训练，车工工艺与技能训练，数控加工基础，可编程序控制器PLC及其应用，电子装接，公差配合与技术测量，金属材料与热处理，机械基础，机械制图，机械制造工艺基础，电工电子技术基础，机电一体化技术等等本专业有实习的机会期间可考该实习单位证书。 考证要求：1.学生考英语、计算机等级证书。 2.考专业技能证书。中级钳工或电工证 3.可提供选考专业技能证书供学生参考。 三就业发展方向 在工业生产第一线从事机械制造领域内的设计制造、科技开发、应用研究、运行管理和经营销售等方面工作。 1 机械类专业的就业方向，除了教学、营销等等外，常见的有：生产总监（生产主管）、物流管理、设备管理、质量管理、项目管理、机电产品开发、机械产品开发、液压产品开发、仪器仪表开发、武器开发、汽车工业、环保设备开发、矿业设备设计、模具设计制造、机械制造工艺师、CNC工程师等等，可在机械设计及制造企业和研究所，尤其适于重型设备研究所等单位工作。 （1）从事机械设计与制造加工工艺规程的编制与实施工作； （2）从事机械、电气、液压、气压等控制设备的维护维修工作； （3）从事工艺工装的设计、制造工作； （4）从事数控机床、加工中心等高智能设备的编程及操作工作；

浅谈机电一体化技术的现状与发展趋势

浅谈机电一体化技术的现状与发展趋势 集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-

浅谈机电一体化技术的现状与发展趋势我国的工业化发展速度越来越快,以及信息时代各种信息产业的迅速发展导致了目前的电子技术，计算机技术，包括自动化技术都和机电技术相互融合相互叠加，并且形成了目前的机电一体化技术。由于机电一体化技术的先进性，采用这种技术生产出来的产品具有更高的性能和更可靠的质量，目前已经得到了迅速的发展。而以机电一体化技术制造的产品也应用到我们生活的每一个角落。在给我们的生活带来便利的同时也充分享受着高科技技术的智能化。机电一体化技术对我国的机械自动化的发展有极大的促进作用，本文主要从机电一体化的发展现状入手，来详细分析一下未来机电一体化技术的发展趋势。 机电一体化技术的发展现状 任何一项技术的发展都会经历从无到有的一个过程，对于机电一体化技术也不例外，机电一体化技术是人们在长期的工业实践中通过经验的积累和技术的积累并且伴随着信息化、智能化科技的发展而自然而然出现的。是技术发展到一定程度的必然结果。 对于机电一体化技术我们还要回溯到上世纪60年代，那个时候电子技术刚刚兴起，很多信息化设备只是用于军事方面。在经历了二战以后，很多军事上的信息化产品逐渐转为民用，从那时起机电一体化技术就开

始了萌芽阶段。但是那时的电子信息技术水平比较低，所以机电一体化的发展受到很大的限制无法进行更深入的研究。 机电一体化得到迅速发展是在70年代以后，这个时候社会生产的各个方面都有了巨大的改变，工业化，信息化，电子技术都在这个时候得到了极大的发展，为了方便制造行业和人们的生活，科学家投入了大量的时间和精力来研究机电仪化技术在实际生产和制造上的使用。在这个大趋势下机电一体化技术也得到了极大的提高，并且出现了很多机电一体化产品，服务于人类生活的各个方面。90年代以后，是互联网技术的爆发时期，所有的技术似乎都想跟网络沾点边。网络是我们这个时代的生产力，网络改变了我们的生活方式，通过网络技术的发展和在机电一体化技术中的运用我们的生活以及工业生产的各个领域都会发生巨大的改变。未来的生活就像一张大网，我们处于中央，对于周围的一切就可以进行方便的控制。未来的机电一体化产品会更加智能化，通过与计算机的融合，让机电一体化产品通过人类赋予的程序自动运作，对我们的制造业是一种解放。通过信息技术在机电一体化技术中的应用，机电一体化开始在智能化方向上已经崭露头角。 纵观我们目前的生活，从智能家居，包括电视机，电冰箱等家居产品，到我们的出行，汽车电子的智能化发展，甚至出现的智能楼宇，智能机器人等等与我们密切相关的技术都离不开机电一体化技术的运用。机电一体化的运用会使人们的生活得到颠覆性的改变。

机电一体化答案

I 目录 机电一体化技术第1 章习题-参考答案 (1) 1-1 试说明较为人们接受的机电一体化的含义。 (1) 1-4 何谓机电一体化技术革命？ (1) 1-7.机电一体化系统有哪些基本要素组成？分别实现哪些功能？ (1) 1-8.工业三大要素指的是什么？ (1) 1-12.机电一体化系统的接口功能有哪两种？ (1) 1-16.什么是机电互补法、融合法、组合法？ (1) 机电一体化技术第2 章习题-参考答案 (2) 2-1 设计机械传动部件时，为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，常常提出哪些 要求？ (2) 2-2 机电一体化系统传动机构的作用是什么？ (2) 2-3 机电一体化系统（产品）对传动机构的基本要求是什么？ (2) 2-10 现有一双螺母齿差调整预紧式滚珠丝杠，其基本导程λ0=6mm、一端的齿轮齿 数为100、另一端的齿轮齿数为98，当其一端的外齿轮相对另一端的外齿轮转过2 个齿时，试问：两个螺母之间相对移动了多大距离？ (2) 2－16 各级传动比的分配原则是什么？输出轴转角误差最小原则是什么？ (2) 2－17 已知：4 级齿轮传动系统，各齿轮的转角误差为?φ1=?φ2=?φ3=…=0.005 rad,各级减速比相同，即?1=?2=…=?4=1.5。求：该传动系统的最大转角误差?φmax; 为缩小 ?φmax，应采取何种措施？ (2) 2－18 谐波齿轮传动有何特点？传动比的计算方法是什么？ (3) 2-19.设有一谐波齿轮减速器,其减速比为100，柔轮齿数为100.当刚轮固定时,试求该 谐波减速器的刚轮齿数及输出轴的转动方向(与输入轴的转向相比较) (3) 2-20.齿轮传动的齿侧间隙的调整方法有哪些? (3) 2-25.轴系部件设计的基本要求有哪些？ (4) 机电一体化技术第3 章参考答案 (5) 3-1 简述机电一体化系统执行元件的分类及特点。 ........................................................ 5 II 3-2 机电一体化系统对执行元件的基本要求是什么？ (5) 3-3 简述控制用电动机的功率密度及比功率的定义。 (5) 3—5 直流伺服电机控制方式的基本形式是什么？ (5) 3-6 简述PWM 直流驱动调速，换向的工作原理。 (6) 步进电机具有哪些特点？ (6) 简述步进电机三相单三拍的工作原理？ (6) 3-11 简述步进电机步距角大小的计算方法？ (7) 3-12 简述三相步进电机的环形分配方式？ (7) 简述步进电机驱动电源的功率放大电路原理. (7) 机电一体化技术第4 章参考答案 (9) 试说明CPU、MC 和MCS 之关系。 (9) 4-3、在设计微机控制系统中首先会遇到的问题是什么？ (9) 4-17 试说明光电耦合器的光电隔离原理。 (9) 4-20 试说明检测传感器的微机接口基本方式。 (9)

第七章机电一体化系统实例

7机电一体化系统实例 本章导读 机电一体化的典型产品种类很多，用途广泛，所涉反的设计方案和原理也各不同。本章通过对涉厦生产自动化、家庭电气化等领域的机电一体化系统典型实例进行了较深入的分析，以期达到举一反三的目的。 机电一体化系统主要由机械本体、动力系统、检测传感系统、执行部件、信息处理厦控制系统5个基本要素构成。本章主要时机电一体化系统各要素和环节进行分析、介绍,阐述如何从系统化设计的角度进行机电一体化产品的设计，井得到较优的设计结果。 学习内容及要求 1结合实例理解典型机电一体岱系统的组成度特点； 2熟悉机电一体化系统实现特殊机构功能的方击和原理； 3熟悉机电一体化系统的技术基础—-微电子技术和精密机械技术。 本章重点 1机电一体化系统的关键技术及其在系统中的作用; 2典型机电一体化系统的设计及分析方法。 本章难点 机电一体化系统的设计及分析方法。 媒体使用说明 本章介绍了涉厦生产自动化、家庭电气化等领域的机电一体化系统典型实例，文字教材中的重点、难点在录像教材和流媒体课件中有较详尽的讲解。学生在学习的过程中，应配备流媒体课件和录像教材学习，然后结合文字教材的学习，理解机电一体化系统的基本构成，vX zu要素乏间的接口,并能从系统化设计的角度进行机电一体化系统的分析和设计。 7。1工业机器人系统 机器入学是关于设计、制造和应用机器人的一门正在发展中的新兴学科.工业机器人（industrial Rohot〉技术涉及机构学、控制理论和技术、计算机、传感技术、人工智能、仿生学等领域，是一门多学科交叉的综合性高新技术，是当今研究十分活跃、应用日益广泛的领域。机器人的应用情况标志着一个国家制造业及其工业自动化水平的高低。 工业机器人是一种可以搬运物料、零件、工具或完成多种操作功能的专用机械装置,是由计算机控制的、具有柔性的并可进行人机交互的自动化系统.人类研制机器人的最终目标是为了创造一种能够综合人的动作和智能特征，延伸人的活动范围，并具有通用性、柔性和灵活性的自动机械。工业机器人已成为FMS和CIMS等自动化制造系统中的重要设备，将在实现生产的柔性和自动化、提高产品质量、代替人在恶劣环境条件下工作等场合发挥重大作用。 7 1.1工业机器人的组成及分类 1．工业机器人的组成 工业机器人一般由机械系统、驱动系统、控制系统、检测传感系统和人工智能系统等组成。 （l）机械系统 机械系统是完成抓取工件（或工具）、实现所需运动的机械部件,主要包括以下几个部分： ①手部.是工业机器人直接及工件或工具接触用来完成握持工件（或工具）的部件。有些工业机器人直接将工具（如焊枪、喷枪、容器）装在手部位置，而不再设置手部。 ②腕部。是连接手部及臂部的部件，主要用来确定手部工作方位和姿态并适当扩大臂部动作范围。

机电一体化专业知识题库

机电一体化专业知识题库（277题）（注*的不适于中、初级职称） 1、什么是机电一体化？ 机电一体化技术是由机械技术、计算机技术、信息处理技术、自动控制技术、检测技术、电力电子技术、接口技术及系统总体技术等群体技术，有机融合而成的一种综合性技术。 2、什么是机械设计技术？ 机械设计技术是机电一体化的基础。机电一体化产品中的主功能和构造功能，往往是以机械技术为主实现的。 3、什么是计算机与信息处理技术？ 信息处理技术包括信息的输入、识别、变换、运算、存储和输出技术，它们大都倚靠计算机来进行，因此，计算机技术和信息处理技术是密且相关的。计算机技术包括计算机硬件技术和软件技术、网络通信技术、数据库技术等。机电一体化系统中主要用工业控制机（包括PLC，单片机等）进行信息处理。机电一体化产品中，计算机和信息处理装置指挥整个产品的运行。 4、什么是自动控制技术？ 自动控制技术就是通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定规律运行。自动控制技术的范围很广，包括自动控制理论、控制系统设计、系统仿真、现场调试、可靠运行等从理论到实践的整个过程。机电一体化系统中的自动控制技术主要包括位置控制、速度控制、最优控制、模糊控制、自适应控制等，在实际运用中越来越多地与计算机控制技术联系在一起，成为机电一体化中十分重要的关键技术。 5、什么是传感与检测技术？ 传感与检测技术是机电一体化的关键技术，他将所测得的各种参数如：位移、位置、速度、加速度、力、温度等和其他形式的信号等转换为统一规格的电信号输入到信息处理系统中，并由此产生出相应的控制信号，以决定执行机构的运动形式和动作幅度。传感器检测的精度、灵敏度和可靠性将直接影响到机电一体化的性能。 6、什么是执行与驱动技术？ 执行与驱动技术的主要研究对象是执行元件及其驱动装置。执行元件分为电动、气动、液压等多种类型，机电一体化产品中多采用电动执行元件；驱动装置主要指各种电动机的驱动电源电路，目前多采用电力电子器件及集成化的功能电路构成。 执行原件一方面通过电器接口与微型机相连，以接收微型机的控制指令；另一方面又通过机械接口与机械传动和执行机构相连，以实现规定的动作。因此，执行与驱动技术是直接执行操作的技术，对机电一体化产品的动态性能，稳态精度、控制质量等具有决定性的影响。 7、什么是机电一体化总体设计技术？ 系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统工程的观点和方法，将系统总体分解成相互有机联系的若干功能单元，并以功能单元为子系统继续分解，直至找到可实现的技术方案，然后再把功能和技术方案组合成总体设计方案，形成经过分析、评价和优选的综合应用技术。 系统总体设计技术包含内容很多，其中接口技术是重要内容之一。接口技术将机电一体化产品的各个部分有机连成一体。 8、什么是温度传感器？分为几类？ 温度传感器是一种将温度变化转换为电学量变化的装置，用于测量温度和热量，也叫做热电式传感器。一般分为两大类：接触式和非接触式。 9、什么是光栅？常见的光栅有几种？ 光栅是一种高精度的直线位移传感器，光栅是通过在玻璃或金属基体上均匀刻划很多等节距的线纹而制成的。常见的光栅种类有透射光栅、反射光栅和定向光栅。 10、什么是电阻应变计？ 电阻式应变计是根据应变——电阻效应，将被测件的应变量转换成电阻变化量的敏感元件，除直接作为应力、应变测量传感器外，还可以与弹性元件组合构成力、压力、称重、位移、扭矩、振动、加速度等多种专用式传感器。 1

浅析机电一体化应用的优点及发展趋势

浅析机电一体化应用的优点及发展趋势 【摘要】机电一体化是在以机械、电子技术和计算机科学为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科，而机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品，文章综述了现在机电一体化技术的应用领域，并对其未来的发展趋势做出了分析。 【关键词】机电一体化;微电子技术;光电子技术 一、机电一体化的基本概念 机电一体化是在以机械、电子技术和计算机科学为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科，而机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。机电一体化技术同时也是工程领域不同种类技术的综合及集合，它是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术基础之上的一种高新技术。 二、机电一体化的发展及其特点 （1）数控机床问世：自从1952年美国第1台数控铣床问世至今已50个年头。我国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展阶段，尤其是在1999年后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。 （2）微电子技术的发展：我国的集成电路产业起步于1965年，经过30多年发展，已初步形成包括设计、制造、包装业共同发展的产业结构。微电子技术是现代电子信息技术的直接基础，如微机控制的数控机床己不再是传统的机床;又如汽车的电子化导致汽车工业的革命，目前先进的现代化汽车，其电子装备已占其总成本的70% 。进入信息化社会，集成电路成为武器的一个组成单元，电子战、智能武器应运而生。雷达的精确定位和导航，战略导弹的减重增程，战术导弹的精确制导，巡航导弹的图形识别与匹配，以及各类卫星的有效载荷和寿命的提高等等，其核心技术都是微电子技术。 （3）可编程序控制器（PLC）的应用于工业：上世纪60年代后期，美国汽车制造业开发出一种新型的工具取代继电控制盘。 （4）激光技术、模糊技术、信息技术等新技术的出现：以激光技术为首的光电子技术是未来信息技术发展的关键技术，它集中了固体物理、波导光学、材料科学、微细加工和半导体科学技术的科研成就，成为电子技术与光子技术自然结合与扩展、具有强烈应用背景的新兴交叉学科，对于国家经济、科技和国防都具有重要的战略意义。

机电一体化典型实例

8 机电一体化系统典型实例 8.1 机器人 8.1.1 概述 机器人是能够自动识别对象或其动作，根据识别，自动决定应采取动作的自动化装置。 它能模拟人的手、臂的部分动作，实现抓取、搬运工件或操纵工具等。它综合了精密机械技 术、微电子技术、检测传感技术和自动控制技术等领域的最新成果，是具有发展前途的机电 一体化典型产品。机器人技术的应用会越来越广，将对人类的生产和生活产生巨大的影响。 可以说，任何一个国家如不拥有一定数量和质量的机器人，就不具备进行国际竞争所必需的 工业基础。 机器人的发展大致经过了三个阶段。 第一代机器人为示教再现型机器人，为了让机器人 完成某项作业，首先由操作者将完成该作业所需的各种知识（如运动轨迹、作业条件、作业 顺序、作业时间等）通过直接或间接的手段，对机器人进行示教，机器人将这些知识记忆下 来，然后根据再现指令，在一定的精度范围内，忠实地重复再现各种被示教的动作。第二代 机器人通常是指具有某种智能（如触觉、力觉、视觉等）的机器人，即由传感器得到的触觉、 听觉、视觉等信息经计算机处理后，控制机器人完成相应的操作。第三代机器人通常是指具 有高级智能的机器人，其特点是具有自学习和逻辑判断能力，可以通过各类传感器获取信息， 经过思考做出决策，以完成更复杂的操作。 一般认为机器人具备以下要素：思维系统（相当于脑），工作系统（相当于手），移动系 统（相当于脚），非接触传感器（相当于耳、鼻、目）和接触传感器（相当于皮肤）（图8-1）。 如果对机器人的能力评价标准与对生物能力的评价标准一样，即从智能、机能和物理能三个 方面进行评价，机器人能力与生物能力具有一定的相似性。图8-2是以智能度、机能度和物 理能度三座标表示的“生物空间”，这里，机能度是指变通性或通用性以及空间占有性等；物 理能度包括力、速度、连续运行能力、均一性、可靠性等；智能度则指感觉、知觉、记忆、 运算逻辑、学习、鉴定、综合判断等。把这些概括起来可以说，机器人是具有生物空间三座 标的三元机械。某些工程机械有移动性，占有空间不固定性，因而是二元机械。计算机等信 息处理机，除物理能之外，还有若干智能，因而也属于二元机械。而一般机械都只有物理能， 所以都是一元机械。 8.1.2 机器人的组成及基本机能 机器人一般由执行系统、驱动系统、控制系统，检测传感系统和人工智能系统等组成， 各系统功能如下所述。 ① 执行系统。执行系统是完成抓取工件（或工具）实现所需运动的机械部件，包括手部、 信息处理机 图8-2生物空间 图8-1机器人三要素

机电一体化技术课后习题及答案

（孙卫青版第二版） 1-1、试说机电一体化的含义 答：机电一体化是在机械主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。 1-2、机电一体化的主要组成、作用及其特点是什么 答：主要由机械本体、动力系统、传感与检测系统、信息处理及控制系统和执行装置等组成。机械本体用于支撑和连接其他要素，并把这些要素合理的结合起来，形成有机的整体。动力系统为机电一体化产品提供能量和动力功能，驱动执行机构工作以完成预定的主功能。传感与检测系统将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数及状态转换成可以测定的物理量，同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。执行装置在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。 1-3、工业三大要素是什么？答：物质、能量和信息。 1-4、传统机电产品与机电一体化产品主要区别是什么？ 答：传统的机电产品机械与电子系统相对独立，可以分别工作。机电一体化产品是机械系统和微电子系统的有机结合，从而赋予其新的功能和性能的一种新产品，产品功能是由所有功能单元共同作用的结果。1-6、应用机电一体化技术的突出特点是什么？ 答：①精度提高；②生产能力和工作质量提高；③使用安全性和可靠性提高；④调解和维护方便，使用性能改善；⑤具有复合功能，适用面广；⑥改善劳动条件，有利于自动化生产；⑦节约能源，减少耗材；⑧增强柔性。 1-7、机电一体化的主要支撑技术有哪些，它们的作用如何？ 答：1、传感测试技术，在机电一体化产品中，工作过程的各种参数、工作状态以及工作过程有关的相关信息都要通过传感器进行接收，并通过相应的信号检测装置进行测量，然后送入信息处理装置以及反馈给控制装置，以实现产品工作过程的自动控制。2、信息处理技术，在机电一体化产品工作过程中，参与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析。3、自动控制技术，主要实现机电一体化系统的目标最佳化。4、伺服驱动技术，它的作用是在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械系统的运动按照指令要求进行运动。5、接口技术，将各组成要素的输入/输出装置联系成一体的系统。6、精密机械技术，机电一体化产品的主功能和构造功能大都以机械技术为主来实现。7、系统总体技术，它的作用是将各有关技术协调配合、综合运用，从而达到整体系统的最佳化。 1-8试论述机电一体化的发展趋势。