习题与思考1234567899

习题与思考

习题与思考一

1.机电一体化技术综合应用了那些技术？

答：包括（1）．机械制图，（2）．工程力学，（3）．金属工艺学，（4）．C语言程序设计，（5）．电工技术，（6）．电子技术，（7）．机械设计基础，（8）．公差配合与技术测量，（9）．计算机辅助绘图。专业课：（1）．传感器与检测技术，（2）．液压与气压传动，（3）．金属切削机床与数控机床，（4）．可编程序控制器原理及应用，(5)．机械制造工艺学，(6)．单片机原理及应用?( 7)．数控原理及编程。

2.机电一体化设备主要由哪几部分组成？

答：由机械本体，动力部分，控制部分，反馈部分，执行机构等部分组成。

3.机电一体化设备中接口的作用是什么？

答：作用是传递数据。

4.机电一体化设备有那些特点？

答：特点是：机械和电气在设备中的比例相当，缺一不可，协调控制。

习题与思考二

1.为什么说精度概念是机电产品的基本概念？

答：

2.举例说明，为什么有些零件在加工时不需要六点定位？

答：：由六点定位原理可知，一个零件在机床上实现完全定位需要限定六个自由度。但是在一些特定环境下，没有必要去限定六个自由度。例如，在铣床上铣削轴类零件的键槽时，绕轴线旋转方向的自由度就没有必要限定，因为从端面上来看，所得到的圆是关于过轴线的任意一个平面对称的。

3.零件在轴上固定时，什么时候采用轴肩固定、什么时候采用套筒

固定？举例说明。

答：为了使零件端面与轴肩能很好地贴合，轴上圆角半径r应比轴上零件孔端的圆角半径R或倒角高度C稍微小些时用轴肩固定。

当轴上两个零件相距不大时，常采用套筒作轴向固定。作用：能承受较大的轴向力，克服应力集中。

4.为什么机床的床身常常选用铸铁件？

答：因为灰铸铁具有良好的抗压性能,和减震性,而且灰铸铁的耐磨性也很好.所以,机床床身一般选用灰铸铁。

5.举例说明常用传动机构及其功能？

答:传动机构：传动机构分为机械传动、电气传动、气压传动、液压传动,机械传动.机

械传动包括螺旋传动、摩擦轮传动、带传动、链条传动,齿轮传动,多点啮合柔性传动。带传动又分V带传动、多楔带传动、平带传动、同步带传动等等。

功能：链传动：传递距离远、准确比如自行车。皮带传动：传递距离远但是功率损耗大易打滑比如输送带、水泵。齿轮传动：传递距离短，但是动力大、精确，比如各种汽车变速箱。

6.如何考虑在满足动态性能和提高传动精度要求的前提下保证减速

系统结构紧凑？

答：(1) 提高传动精度和刚度。(2) 减少各运动零件的惯量。(3)减少运动件的摩擦阻力。(4) 响应速度快。(5) 较强的过载能力。(6) 稳定性好，寿命长。(7) 使用维护方便。

7.为什么旋转支承要考虑方向和置中精度、摩擦阻力矩的大小、许

用载荷、耐磨性以及磨损后补偿的可能性问题？

答：如果回转件动件的结构不对称、制造不准确或材质不均匀，都会使整个回转件在转动时产生离心力系的不平衡，使离心力系的合力和合力偶矩不等于零。产生的离心力为2mrwF ，它的方向随着回转件的转动而发生周期性的变化，并在轴承中引起一种附加的动力，使整个机械产生周期性的振动。振动容易引起机械工作精度和可靠性降低，零件材料的疲劳损坏等。

8.举例说明各支承的结构特点。

答：(1).圆柱支承

优点：具有较大的接触表面，承受载荷较大；缺点：方向精度和置中精度较差，且摩擦阻力矩较大。 (2).圆锥支承

优点：承载能力较强，方向精度和置中精度较高；缺点：摩擦阻力矩也较大，置中精度必圆柱支撑好；

缺点：对温度变化比较敏感，制造成本较高。 (3).填入式滚动支承

结构特点：没有内圈和外圈，仅在相对运动的零件上加工出滚道面，用标准滚珠散装在滚道内。主要有三种形式。 (4).球面支承 (5).顶针支承

9.在机械系统中，设计旋转构建时，为什么要考虑动平衡问题？答：第一：假设是风机这个最简单的旋转设备，如果是不平衡的，且不平衡很厉害，你这个风机有可能直接运转不起来，即使运转起来，它的振动数值会非常的的，会飞车。

所以在设计旋转设备时，要考虑动平衡，目的是减小有害振动（但是有一种打夯机是必须要不平衡的）

10.机械系统的结构工艺包括哪些内容，在机械结构中为什么必须

考虑机械结构的工艺性？

答：（1）机械结构的工艺性包括毛坯铸造的工艺性、焊接零件的结构工艺性、

零部件的装配工艺性、零部件的机械加工工艺性等几方面内容。

（2）零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，制造的可行性和经

济性。

11.为什么轴的支承有多种方式？

答：轴是机械中的重要零件，功能：支承转动零件，并传递运动和动力。

分类：

(1)三点支承方式,前后及中间三处均有轴承支承，并且前后的轴承皆为双列短圆柱滚子轴承。特点为结构简单，刚度较高，极限转速较高，承载能力强。

(2)浮动支承方式，只传递转矩而不支承弯矩或受弯矩较小，两支点并不固定。

(3)定轴心的两支点传动轴，不近承受转矩，而且还承受弯矩和轴向力。

12.零件在轴上固定时，什么时候采用轴肩固定、什么时候采用套

筒固定？举例说明。

答：为了使零件端面与轴肩能很好地贴合，轴上圆角半径r应比轴上零件孔端的圆角半径R或倒

角高度C稍微小些时用轴肩固定。

当轴上两个零件相距不大时，常采用套筒作轴向固定。作用：能承受较大的轴向力，克服应力集中

13.联轴器和离合器有何异同？

答：联轴器仅仅使用一个机械式力矩限制器就能很快地切断电机和主轴间的连接，从而消

除惯性力的破坏作用。对于普通机械，包括输送器的传动装置，办公机械和各种仪器仪表，象剪销安全联轴器和摩擦离合器这类机械式力矩限制器都能提供良好的安全保护作用。

离合器位于发动机和变速箱之间的飞轮壳内，用螺钉将离合器总成固定在飞轮的后平面上，离合器的输出轴就是变速箱的输入轴。在汽车行驶过程中，驾驶员可根据需要踩下或松开离合器踏板，使发动机与变速箱暂时分离和逐渐接合，以切断或传递发动机向变速器输入的动力。

14.为什么滚珠丝杆不能自锁，具有传动的可逆性，在什么情况下

应该注意这个问题？

答：滚动丝杆副的缺点就是不能自锁,要自锁必须靠加装置自锁,伺服电机配变数器可以达

到好的自锁效果，从机床整体上看，需要固定不动的不是丝杠，而是移动部件。

在比较大型的进给系统中，常常在导轨接触面之间使用液压缸锁紧。在丝杆和螺母上都制有圆弧型面的螺旋槽，这两个圆弧型面螺旋槽对合起来就形成滚道。在滚动内装有许多滚珠，因此，丝杆和螺母之间是滚动摩擦。在螺母2的螺旋槽两端装有挡珠器挡住，并有回管道使滚珠从螺旋槽的一端滚出螺母体后，又沿着这个回管道重新返回滚道的另一端。这样，当滚珠丝杆相对螺母转动做直线运动进给传动时，滚珠则在螺旋滚道内进行循环不断地滚动。

15.内循环和外循环各有何优点？

答：相同公称直径的内循环螺母外径比外循环要小适合安装空间比较紧凑的场合；内循环

螺母配合的滚珠丝杠轴必须有一头小于谷径；相对于来说内循环的抗冲击能力比不上外循环，所以大型丝杠以及高负载丝杠大都使用外循环结构；内循环多用塑料反向器，对工作温度用一定的要求。外循环螺母，外形尺寸比较大，负荷重。内循环螺母，外形相对比较小，负荷比外循环螺母要小。

16.试解释规格为GMFZD25×4一3.5一C3/900×400滚珠丝杆的

各项标记.

答：GMF:插管埋人式法兰直筒组合

ZD:双螺母垫片预紧

25：工称直径为25mm

4：基本导程为4mm

3.5：承载滚珠圈数为3.5圈

C3:C级精度（3、4级）

900：丝杆全长900mm

400：螺纹全长400mm

17.为什么滚珠丝杠在安装后使用前必须进行轴向间隙调整与预

警？

答：经过预拉伸（即加入预紧力），可消除轴向间隙，增加滚珠丝杠副的刚性，减少滚珠体、丝杠及螺母间的弹性变形，达到更高的精度。

一般，定位型滚珠丝杠副（P型，positioning ball screw）必须预紧，传动型滚珠丝杠副（T 型，transport ball screw）可不预紧。

定位型滚珠丝杠副：用于精确定位且能够根据旋转角度和导程间接测量轴向行程的滚珠丝杠副。这种滚珠丝杠副是无间隙的（或称预紧滚珠丝杠副）。

传动型滚珠丝杠副：用于传递动力的滚珠丝杠副。其轴向行程的测量由与滚珠丝杠副的旋转角度和导程无关的测量装置来完成。

习题与思考三

1.简述感应同步器的构成和工作原理。

答：构成：感应同步器是一种电磁位置检测元件，感应同步器是利用电磁感应原理把两个平面绕组间的位移量转换成电信号的一种位移传感器。

工作原理：感应同步器工作原理与旋转变压器的工作原理相同。圆盘式感应同步器的转子共有 N 个导片。当转子转过角度θ时，定子绕组A和B分别感应输出电势

式中Em为定子绕组感应电势最大值，ω为激磁电源角频率。其最高精度与绕组的极对数有关。感应同步器的转子转角变化360°/N 时定子的频率变化1赫,因此精度大为提高,最高精度可达0.1″。直线式感应同步器的滑尺移动距离为x 时，滑尺绕组中分别感应输出电势

当极距τ＝1毫米时,测量精度为±25微米。感应同步器有鉴幅型和鉴相型两种工作方式

2.简述同步感应器在相位工作状态和幅值工作状态下的位移检测原

理。

答：.感应同步器的鉴相方式: 是通过检测感应电压的相位来测量位移（判断）

.感应同步器的鉴幅方式: 是通过检测感应电压的幅值来测量位移（判断）

3.简述光栅检测装置的构成和工作原理

答：构成：是在透明的玻璃板上，均匀地刻出许多明暗相间的条纹，或在金属镜面上均匀地划出许多间隔相等的条纹，通常线条的间隙和宽度是相等的。

工作原理：常见光栅的工作原理都是根据物理上莫尔条纹的形成原理进行工作的。压力传感器当使指示光栅上的线纹与标尺光栅上的线纹成一角度来放置两光栅尺时，必然会造成两光栅尺上的线纹互相交叉。在光源的照射下，交叉点近旁的小区域内由于黑色线纹重叠，因而遮光面积最小，挡光效应最弱，光的累积作用使得这个区域出现亮带。相反，距交叉点较远的区域，因两光栅尺不透明的黑色线纹的重叠部分变得越来越少，不透明区域面积逐渐变大，即遮光面积逐渐变大，使得挡光效应变强，只有较少的光线能通过这个区域透过光栅，使这个区域出现暗带，从而便形成了我们所见到的摩尔条纹。

4.简述增量式光电脉冲编码器的结构和工作原理。

答：结构：增量式光电编码器主要由光源、码盘、检测光栅、光电检测器件和转换电路组成，如图1所示。码盘上刻有节距相等的辐射状透光缝隙，相邻两个透光缝隙之间代表一个增量周期；检测光栅上刻有A、B 两组与码盘相对应的透光缝隙，用以通过或阻挡光源和光电检测器件之间的光线。它们的节距和码盘上的节距相等，并且两组透光缝隙错开1/4 节距，使得光电检测器件输出的信号在相位上相差90°电度角。当码盘随着被测转轴转动时，检测光栅不动，光线透过码盘和检测光栅上的透过缝隙照射到光电检测器件上，光电检测器件就输出两组相位相差90°电度角的近似于正弦波的电信号，电信号经过转换电路的信号处理，可以得到被测轴的转角或速度信息。

工作原理：增量式光电编码器利用光电方法，通过光电转换将输出轴的机械量，几何位移量转换成相应的电脉冲信号或数字量输入电子计算机或显示仪表，从而获得机械运动状态，位置坐标及其变化量等信息，计算机根据这些信息给出处理结果和发出指令，实现自动控制。

5.简述磁栅检测系统中多间隙响应型磁头的工作原理。

答：磁栅检测电路包括：磁头励磁电路、读取信号的放大、滤波及辨向电路，细分内插电路，显示及控制电路等各个部分。通过录磁头在磁性尺（或盘）上录制出间隔严格相等的磁波这一过程称为录磁。已录制好磁波的磁性尺称为磁栅尺。磁栅尺上相邻栅波的间隔距离称为磁栅的

波长，又称为磁栅的节距（栅距）。磁栅尺是磁栅数显系统的基准元件。显然，波长就是磁栅尺的长度计量单位。任一被测长度都可用与其对应的若干磁栅波长 之和来表示。

6. 直线型检测装置有哪几种？各有何特点？

答：(1)运动学检测系统：主要完成对位移、速度、加速度和振动的检测；

(2)力学参数检测系统：主要完成对拉力、压力、弯曲力矩和应力的检测；

(3)其他物理量检测系统：可对温度检测、湿度检测、酸碱度检测、声音检测和图像检测系统等。

7. 简述测速发电机的工作原理。

答：直流测速发电机的工作原理与普通直流发电机相同。图3.20所示为电磁式直流测速发电机的工作原理图。

在恒定磁场中，旋转的电枢组切割磁通，并产生感应电动势，由电刷两端引出的电枢电压为： a e E C n φ=

空载运行时，电枢电流I a ＝0，直流测速发电机的输出电压就等于电枢感应电动势，即：

a U E =

输出电压与转速成正比。

负载运行时，电枢电流0a

I ≠，若不计电枢反应的影响，不计电刷接触压降，直流测速发电机的输

出电压为： a a a a a

L

U U E I R E R R =-=- 把式上两式结合，整理后得： 1e a L

C n U Cn R R φ==+ 在理想情况下，系数C 中的参数均为常数，因而从式中可以看出测速发电机的输出电压与转速严格成正比。

图3.20 直流测速发电机的工作原理

8.机电一体化系统中常用的检测装置有哪几类？各有何特点？

答：根据被检测物理量特性的不同，检测环节可分为：

(1)运动学检测系统：主要完成对位移、速度、加速度和振动的检测；

(2)力学参数检测系统：主要完成对拉力、压力、弯曲力矩和应力的检测；

(3)其他物理量检测系统：可对温度检测、湿度检测、酸碱度检测、声音检测和图像检测系统等。

习题与思考四

1.控制系统应满足哪些设计要求？

答：1)最大限度满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求

2)在满足要求的前提下,使控制系统简单,经济,合理,便于操作,维修方便,安全可靠

3)电器元件选用合理,正确,使系统能正常工作

4)为适应工艺的改进,设备能力应留有裕量

2.控制系统中常用的输入装置有哪些？

答：（1）通用键盘（2）矩阵键盘

3.用汇编语言编写一段程序，将键入的可显示字符显示出来。答：键入并显示，调用10号功能即可

mov dx,offset obuf;obuf 在data 中定义，obuf db 255,0,255 dup (0)

mov ah,10

int 21h

键入后在输出嘛

mov dx,offset obuf

mov ah,10

int 21

mov dx,offset obuf+2

mov ah,9

int 21h

4.用C语言编写一段程序，将键入的可显示字符显示出来。答：#include

#include

using namespace std;

int main(){

string i;

while(true){

cout<<"请输入可显示字符（输入exit退出）：\n";

cin>>i;

if(i=="exit"){

exit(0);

}

else{

cout<<"您输入的是：\n"<

}

}

return 0;

}

5.矩阵键盘的扫描处理程序怎样确定是哪一行有键按下？

答：矩阵式键盘由一组行线(X

) 与一组列线(Y i) 交叉构成，按键位于交叉点上，为对各个键进行

i

区别，可以按一定规律分别为各个键命名键号。

6.矩阵键盘的扫描处理程序怎样确定是哪一列有键按下?

答将列线通过上拉电阻接至+5V电源，当无键按下时，行线与列线断开，列线呈高电平。当键盘上某键按下时，则该键对应的行线与列线被短路。

：

7.共阳极和共阴极的LED有何不同之处？

答：:LED数码管显示器共阴极的接法是发光二极管的阴极接地，当数码管的笔划发光二极管的阳极为高电平时，该笔划被点亮。共阳极的接法是发光二极管的阳极接高电平，当数码管的笔划发光二极管的阴极为低电平时，该笔划被点亮。总之，主要区别在于LED数码管的接法和驱动笔划的数据电平的不同。8.静态显示和动态显示有何区别？

答：1.驱动方式就两种:恒流驱动和恒压驱动,这个应该不需要解释了吧,恒流驱动比较好,也比较贵(多了一些线路板和芯片让电流可以保持恒定,增加led显示屏的使用寿命和稳定性) 2.动态控制和静态控制的区别,楼上正解.总结一下,区别就是,动态控制节省了驱动芯片的成本,节省了电(亮度小功率也小了,呵呵),同样规格同样灯管芯片的情况下,静态扫描比动态扫描的亮

3.常用的扫描方式有以下几种,1/16扫,1/8扫,1/4扫,静态扫描,前面三种也就是动态扫描了,16行一扫,8行一扫,4行一扫

4.扫描工作原理就是利用利用人眼的视觉暂留特性，在很短的时间周期内将LED显示屏的各行分别点亮。就是屏幕上的灯实际并没有全亮,但是我们看上去却是全部亮着的,就和动画一样,慢了看上去就是一张一张画面的效果,快了就好像动起来一样

9.光电隔离的作用是什么？

答：一、信号隔离二、光电耦合器三、固态继电器四、隔离放大器五、线性

光电隔离放大器。

10.要实现两台计算机之间的串行通信，怎样将两台计算机的串行

口连接起来？

答：并口引脚只有10、11、12、13、15等5条输入线，所以在进行双机连接通信时，

也

只能使用5条输出线，因此，两机并口间通信的连接法如下。

上述列出的数字是接头的引脚号，这些引脚号在串、并行端口上通常都有注明。由

于并口用5对线来进行数据传送，数据传输速度比用串口通信快得多，所以应尽量使用

并口连接，尤其是在需要在两机间进行大量数据传送时。

11.试编写一段程序，用串行口将一个文件从一台计算机上传送到

另一台计算机上。

答：ORG 0000H

LJMP START

ORG 1000H

START:

MOV R1,#0FFH

MOV R2,#04H

MOV DPTR,#3000H

MOV A,#00H

MOVX @DPTR,A

FUZHI:

MOVX @DPTR,A

INC DPTR

INC A

DJNZ R1,FUZHI

MOV R1,#0FFH

MOV A,R1

MOVX @DPTR,A

INC DPTR

INC A

DJNZ R2,FUZHI

MOV TMOD,#20H

MOV TH1,#0f4H

MOV TL1,#0F4H

MOV DPTR,#4000H

SETB TR1

;PUSH ACC

; PUSH PSW

MOV SCON,0D0H

MOV PCON,#80H

MOV R0,#40H

MOV R1,#0FFH

MOV R2,#04H

CLR C

FASONG:

MOV A,DPH

SUBB A,#10H

MOV DPH,A

CLR TI

MOVX A,@DPTR

MOV SBUF,A

JNB TI,$

CLR TI

; SETB RI

JIESHOU:

CLR RI

JNB RI,$

CLR RI

MOV DPH,R0

MOV A,SBUF

MOVX @DPTR,A

INC DPTR

DJNZ R1,FASONG

INC R0

MOV DPH,R0

MOV DPL,#00H

DJNZ R2,FASONG

;POP PSW

;POP ACC

SJMP $

END

习题与思考五

1.什么是时间与顺序控制系统？一般有哪几部分构成？

答：时间控制系统：时间概念问题，必须严格保证动作顺序及其相互间定时关系。

顺序控制系统：状态设计问题用不同的状态决策同一工作情况的不同动作。

一般由：（1）控制器（2）输入接口（3）输出接口（4）检测部分（5）显示与报警

2.步进电视机的速度控制包括哪几方面的控制？如何控制？

答：1)步进电机速度控制

控制步进电机的运行速度，实际上就是控制系统发出步进脉冲的频率或者换相的周期。

系统可用两种办法来确定步进脉冲的周期：

一种是软件延时：通过延时子程序的方法来实现的，它占有CPU时间。

另一种是用定时器方法：是通过设置定时时间常数的方法来实现的。

2)步进电机的加减速控制

一般用微机控制系统的加减速，控制时需准备下列数据：①加减速的斜率；②加速过程的总步数；③

恒速运行总步数；④减速运行的总步数。

3.简述直流伺服电机的速度控制有哪几种方法？分析各自的优缺

点。

答：直流伺服，一般是采用直流斩波来控制的，控制方法为：位置、速度、力矩三种控制

模式

4.简述直流伺服电机的PWM控制方法。

答：恒流驱动和恒压驱动。通过电源的通断来获得电压脉冲信号，控制通断的时间比来获得不同的电压脉冲，通的时间越长，获得的平均电压越大，电机转的就快，反之，电机转的就慢。电机的换向是通过桥式电路来实现的，它是由四个大功率的晶体管组成，通电路来实现的，它是由四个大功率的晶体管组成，通过在不同晶体管的基极加正负脉冲从而实现电机的转向控制。为使其实现双向调速，多采用桥式电路，其工作原理与线性放大桥式电路相似。电桥由四个大功率的晶体管组成。如图，分别记作1.2.3.4. 如果在1和3的基极上加以正脉冲的同时在2和4的基级上加负脉冲，这时1

和3导通，2和4通。设此时的电动机转向为正；反之负。电流的方向与前一情况相反，电动机转向，如果改变加到1和3、2和4这两组管子基极上控制脉冲的正负和导通率就可以改变电动机的转向和速度。

5.简述交流伺服电机的速度控制有哪几种方法？分析各自的优缺

点。

答：永磁交流伺服电动机：⑴无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。

⑵定子绕组散热比较方便。

⑶惯量小，易于提高系统的快速性。

⑷适应于高速大力矩工作状态。

⑸同功率下有较小的体积和重量。

6.常用的轨迹控制方法有哪几类？各自有何特点？

答：

7.试推导第二象限直线的插补公式、写出终点为（-4,5）的计算流

程和进给过程图。

8.试推导第一象限逆圆的插补公式，写出起点为（1,5），终点为（5,1）

逆圆的计算流程和进给过程图。

习题与思考六

1.简述步进电机的工作原理。

答：步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。

2.步进电机的选用与功率是否有关？

答：有关系，但不是最主要的，对于步进电机而言，最重要的参数是力矩，转速，精度。

如果这些都可以满足当然就可以基本定下来了。功率的影响在于你的整体考虑。比如供电了什么的。当然实际应用中步进电机的功率是可以估算的P大约等于转速*力矩/10000（KW),当然也可以具体的用公式算了，不过一般那不是在步进电机选型的时候主要考虑的问题，如果是在伺服电机的选择上，功率就是必须考虑的了。

3.讨论步进电机静态特性的目的是什么？

答：（1）调整各部套符合设计要求。

（2）测取各部套之间的相互关系，如同步器行程与复位油压、自动主汽门友油动机行程的关系；变动率等数值。

4.讨论步进电机动态特性的目的是什么？

答：电动机的动态特性(非稳态运转状态).:由惯性质量和电磁惯性相互联糸而引起机械和电

磁的非稳态过程.是一种复杂的现象.可分为2类

1.较短时间从一个稳态到另一个稳态的过渡过程.如电机加速减速制动等.

2.连续的非稳态运转.如按给定规律连续变速的电力拖动.连续改变负载力矩的拖动等

5.为什么步进电机有低频特性？

答：步进电机跑高速需要高电压支持。步进电机的工作电压，能够适应在较大

范围内调整。只要将输入电压加高一点，就可以解决。但是，要特别注意驱动器的输入电压不能高于驱动器电源端标注的最高电压，否则，会烧毁驱动器。

6.试述步进电机的控制过程。

答：它接收控制系统发出的脉冲信号，按照步进电机的结构特点，顺序分配脉冲，实现控制角位移、旋转速度、旋转方向、制动加载状态、自由状态。控制系统每发一个脉冲信号通过驱动器就能够驱动步进电机旋转一个步距角。

步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。角位移量与脉冲个数相关。步进电机停止旋转时，能够产生两种状态：制动加载能够产生最大或部分保持转矩（通常称为刹车保持，无需电磁制动或机械制动）及转子处于自由状态（能够被外部推力带动轻松旋转）。步进电机驱动器，必须与步进电机的型号相匹配。否则，将会损坏步进电机及驱动器。

7.在步进电机的控制中，为什么要用环形分配器？试绘制三相单拍

环形分配器原理图。

答：要将来自减速电路的一系列脉冲按一定方式送入并驱动功率放大

器工作。

8.单电压供电方式与双电压供电方式有何区别？

答：单电压供电线路比较简单，便于控制和维护，尤其适用于速度要求不高、

输出功率小的步进电机。双电压供电方式由于步进电机的励磁绕组中存在电感。电流上升速度受到抑制，影响步进电机的输出转速和力矩进一步提高。

9.直流电动机和直流伺服电机有何区别？

答：直流伺服和一般直流电机没有太大区别，只是一般直流伺服是永磁的，而

且转子比较长，惯量小而已；普通交流电机是感应电机，伺服电机也是，前者是异步的，后者是同步的，伺服电机一般都是比较长，大家都是感应式的，都走正弦波

10.为什么直流伺服电机的输出转矩与速度有关，步进电机的转矩

与速度无关？

答：步进电机是磁阻电机，其力矩只和绕组的电流大小有关，其速度只和驱动

脉冲的频率有关。速度和转矩之间没有直接的关系。而且和驱动器的驱动方式有很大的关系。都会有关系的，直流伺服是恒转矩调速模式，步进的应该是恒功率模式

11.为什么晶体管脉宽调制型（PWN）的直流调速系统会得到广泛

的应用？

答：PWM系统在很多方面具有较大的优越性：①主电路线路简单，需用的功率元

件少；②开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗和发热都较小；③低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；④系统频带宽，快速响应性能好，动态抗干扰能力强；⑤主电路元件工作在开关状态，导通损耗小，装置效率高；⑥直流电源采用不控三相整流时，电网功率因数高

12.交流伺服电机比直流伺服电机有哪些优点？

答：⑴无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。

⑵定子绕组散热比较方便。

⑶惯量小，易于提高系统的快速性。

⑷适应于高速大力矩工作状态。

⑸同功率下有较小的体积和重量

13.如图6-17所示，以180°通电型为例，试绘制在一个周期导

电时间内A、B、C三点的电压波形。

14.试述液压传动与电气传动的异同点。

答：相同点：液压与气压传动控制是以流体为工作介质进行能量传递和控制的

一种传动形式。

不同点；液压传动：在相同功率下，液压控制回路的能量转换元件体积较小，工作平稳，换将冲击小，便于实现频繁换向。

气压传动：空气是最方便的传动介质，方便适用，可在许多场和使用；根据需要容易的储存大量的压缩空气；使用气动元件属于简单设计，因而适合较简单自动控制系统，便于控制。

15.试述二位五通阀和三位五通阀在使用上有什么不同。

答：电磁阀的二位或者几位表示电磁阀芯能停留在几个位置，二位表示能停留

在左右两个位置，从而可以控制两种不同的通断状态。三通和五通表示有几个通气的接口，三通上有三个气孔，五通阀上有五个孔，一般理解，如果后面都接气缸的话，三通阀只控制1个气路，五通阀可以控制进气和出气两个气路。首先说二位阀指有两个工作位置，采用一个电磁铁另加弹簧复位。得电处于一个位置，

断电复位。或者两个电磁铁，分别带点时，处于不同的两个位置，不能复位。三通或五通，指五个通路，一般来说，三通阀有一个进（油）气口，接动力源，两个两个出口，接工作腔。五通阀有二个进（油）气口，接动力源，三个出口，接工作腔。

16.调速阀用来控制气缸的移动速度。为什么要得到一个稳定的调

速特性，通常采用排气节流调速阀？

答：由于调速阀在气流反向时起节流的作用，再加上管道的气阻，使气缸牌气

枪的压缩空气不能及时排出，压力不能快速下降，气缸也不会马上反向运动。这时就应考虑使用快速排气阀。

习题与思考七

1.举例说明三种工业机器人的应用场合和特点。

答：（1）移动机器人

（AGV）

移动机器人（AGV）是工业机器人的一种类型，它由计算机控制，具有移动、自动导航、多传感器控制、网络交互等功能，它可广泛应用于机械、电子、纺织、卷烟、医疗、食品、造纸等行业的柔性搬运、传输等功能，也用于自动化立体仓库、柔性加工系统、柔性装配系统（以AGV作为活动装配平台）；同时可在车站、机场、邮局的物品分捡中作为运输工具。

（2）点焊机器人

焊接机器人具有性能稳定、工作空间大、运动速度快和负荷能力强等

焊接机器人

特点，焊接质量明显优于人工焊接，大大提高了点焊作业的生产率。

（3）加工机器人

激光加工机器人是将机器人技术应用于激光加工中，通过高精度工业机器人实现更

激光加工机器人

加柔性的激光加工作业。本系统通过示教盒进行在线操作，也可通过离线方式进行编程。该系统通过对加工工件的自动检测，产生加工件的模型，继而生成加工曲线，也可以利用CAD数据直接加工。可用于工件的激光表面处理、打孔、焊接和模具修复等。

2.你如何解释“示教”、“再现”。再现和在线有什么不同？

答：一种可重复再现通过示教编程存储起来的作业程序的机器人。“示教编程”指通过下

述方式完......制精度，并能控制机器人速度，且免除了人工导引的繁重操作。我国“七五”攻关和“八五”期间研制、生产的工业机器人多属示教再现型机器人。

3.你如何解释智能机器人中的“智能”二字？

答：智能机器人之所以叫智能机器人，这是因为它有相当发达的“大脑”。在脑中起作用的

是中央计算机，这种计算机跟操作它的人有直接的联系。最主要的是，这样的计算机可以进行按目的安排的动作。正因为这样，我们才说这种机器人才是真正的机器人，尽管它们的外表可能有所不同。

4.为什么目前焊接机器人大多采用全关节型的结构形式。

答：点焊机器人的结构形式点焊机器人虽然有多种结构形式，但大体上都可以分为 3 大组成部分，即机器人本体、点焊焊接系统及控制系统，如图 40 — 13 所示。目前应用较广的点焊机器人，其本体形式为直角坐标简易型及全关节型。前者可具有 1 ～ 3 个自由度，焊件及焊点位置受到限制;后者具有 5 ～ 6 个自由度，分 DC 伺服和 AC 伺服两种形式，能在可到达的工作区间内任意调整焊钳姿态，以适应多种形式结构的焊接。

点焊机器人控制系统由本体控制部分及焊接控制部分组成。本体控制部分主要是实现示封瓦孤.惺占估.罟乃焙彦粹制 ! 惺辖粹制挑分段的时间及程序转换以外，还通过改变主电路晶闸管的导通角而实现焊接电流控制。

5.什么叫点位控制？为什么叫连续轨迹控制？对于点焊作业可否采

用点位控制？

答：（1）这类数控机床仅能控制在加工平面内的两个坐标轴带动刀具与工件相对运动，

从一个坐标位置快速移动到下一个坐标位置，然后控制第三个坐标轴进行钻镗切削加工。在整个移动过程中不进行切削加工，因此对运动轨迹没有任何要求，但要求坐标位置有较高的定位精度。点位控制的数控机床用于加工平面内的孔系，这类机床主要有数控钻床、印刷电路板钻孔机、数控镗床、数控冲床、三坐标测量机等。（2）探讨了点位控制在二自由度机械臂网络远程控制中的问题,将连续轨迹控制应用到基于关节坐标空间的机器人控制系统中,分析了在远程操控环境中实现连续轨迹控制所需要满足的条件,给出了最佳合成速度的求法,并进行了实际系统的远程控制实验,在期望时间内实现了连续、平滑的运动效果,证实了在网络远程系统的控制中采用连续轨迹控制能够获得更高的精度。（3）点焊过程由预压、焊接、维持和休止四个基本程序组成焊接循环，必要时可增附加程序，其基本参数为电流和电极力随时间变化的规律。1.预压（F＞0，I=0）这个阶段包括电极压力的上升和恒定两部分。为保证在通电时电极压力恒定，预压时间必须保证，尤其当需连续点焊时，须充分考虑焊机运动机构动作所需时间，不能无限缩短。预压的目的是建立稳定的电流通道，以保证焊接过程获得重复性好的电流密度。对厚板或刚度大的冲压零件，有条件时可在此期间先加大预压力，而后再回复到焊接时的电极力，使接触电阻恒定而又不太小，以提高热

6.机器人的定义，到目前为止，为什么国际上没有统一的定义。答：在科技界，科学家会给每一个科技术语一个明确的定义，机器人问世已有

几十年，但对机器人的定义仍然仁者见仁，智者见智，没有一个统一的意见。原因之一是机器人还在发展，新的机型，新的功能不断涌现。根本原因主要是因为机器人涉及到了人的概念，成为一个难以回答的哲学问题。就像机器人一词最早诞生于科幻小说之中一样，人们对机器人充满了幻想。也许正是由于机器人定义的模糊，才给了人们充分的想像和创造空间。

7.什么叫机器人的自由度？

答：自由度是指物体能够对坐标系进行独立运动的数目。一个刚体在空间有六个自由度

8.为什么当机器人的自由度数大于六个时，且有任意六个关节型无

关时，我们称这样的机器人为冗余自由度机器人。

答：大概的意思是这样的：一般来说机器人需要完成几个自由度的运动就只需要几个驱动

电机，比如说直线运动就只需要一个驱动，平面运动只需要两个驱动，而通常的空间机器人是三个方向的空间运动加上三个方向的转动所以一般是六轴机器人。

但是在有的时候会在必要的驱动之外再增加一两个驱动，通常的目的是为了避开障碍或类似的需要，这种驱动就叫做冗余驱动。

9.什么叫位姿？

答：位姿空间是UdapaS等人提出并发展的一种无碰路径规划方法，即把运动物体位姿的

描述简化为C一空间（C0ndgUrahollSpate）中的一个点，同时根据运动体把障碍物生长，转化为C一空间障碍（C－obsthele），位姿空间方法的关键是求解C一空间障碍和最短路径搜索．

10.什么叫轨迹规划？

答：所谓轨迹是指夹持器空间在运动过程中的位移、速度和加速度的变化痕迹。

轨迹规划就是依据作业任务的要求，计算出预期的运动轨迹。

11.从理论上计算，三自由度手腕应该有几种形式？为什么常有的

三自由度手腕结构有六种形式。

答：

12.举例说明三自由度手腕容易出现自由度退化现象。

答：如图c假设中间偏摆轴不转，这时第一轴和第三轴的轴线重合，三自由度

的手腕变成了一个自由度的手腕，起不到三个自由度的作用，我们把这种现象称为自由度退化现象。