机电一体化系统设计基础

（一）判断题

1．在机电一体化系统驱动装置中，反馈通道上环节的误差与输入通道上环节的误差对系统输出精度的影响是相同的。（＋）

2．通常，采用STD总线的工业控制机与外部设备的电气接口均为TTL电平接口。（－）

（二）选择题

1．在机电一体化系统中，机械传动要满足伺服控制的三个主要要求是（A）。

A．传动精度、稳定性、快速响应性B．传动精度、稳定性、低噪声C．传动精度、高可靠性、小型轻量化D．传动精度、高可靠性、低冲击振动2．在机电一体化系统中，通过（B、C、E）可有效提高系统的稳定性。

A．提高驱动元件的驱动力B．增大执行装置的固有频率

C．提高系统的阻尼能力D．减小机构的传动误差

E．消除传动系统的回程误差

（三）简答题

例：试述机电一体化产品的定义和分类方法。

解答：机电一体化产品是新型机械与微电子器件，特别是与微处理器、微型计算机相接合而开发的新一代电子化机械产品。

按用途可分为信息机电一体化产品、产业机电一体化产品和家庭用机电一体化产品。

（四）分析题

例：已知数控机床控制系统如图所示，试说明图中的各个部分属于机电一体化系统中的哪个基本要素？

解：控制机信息处理单元： 键盘、计算机、显示

测试传感部分： 光电编码器、信号处理

能源： 电源

驱动部分： 功放、电机

执行机构： 联轴器、齿轮减速器、丝杠螺母机构、工作台

（五）计算题

例：如图所示电机驱动系统，已知工作台的质量为m =50Kg ，负载力为N 1000=l F ,最大加速度为10m/s 2,丝杠直径为d =16mm,导程t =4mm,齿轮减数比为i =5,总效率为%30=η，忽略丝杠惯量的影响，试计算电机的驱动力矩。 解：总负载力包括以下几部分

（1）外负载力N F l 1000=

（2）惯性载力m F

N a

m F m 5001050.=?==

电机的驱动力矩为

Nm

F F t i T m l m 63.03

.01)5001000(2104511)(213=?+???=?+??=-πη

π （六）综合题

已知电机驱动的三自由度位置控制系统，单个自由度的驱动系统如图所示。要求：

（1）说明单自由度驱动系统的两种测量方案；

（2）确定整个系统的控制方案、画出控制系统原理图。

解：（1）依题意有两种测量方案

a.高速端测量方案：

传感器安装在电机的尾部，通过测量电机的转角实现工作台位移的间接测量。可选用光电编码器式传感器或者磁电式编码器。

b.低速端测量方案：

传感器安装在工作台上，直接测量工作台的位移。可选用光栅式位移传感器、感应同步器或者电位计式位移传感器。

(2) 控制计算机和控制方案的选择

可以使用工业PC机及或者单片机完成系统的控制。具体可有以下三种方案：a．工业PC机集中控制方案：用一台工业PC机对三个自由度实现集中控制，包括任务管理和三个自由度的伺服控制系统原理图如下：

b．工业PC机、单片机分级控制方案：用一台工业PC机与三个单片机通信，对三个单片机实现管理，每个单片机负责一个自由度的伺服控制，控制系统原理图如下：

c．单片机、单片机分级控制方案：用一个单片机作为主单片机与三个从单片机通信，对三个从单片机实现管理，每个从单片机负责一个自由度的伺服控制，控制系统原理图如下：

.

注：

1.需要回答至少两种测量方案，每种方案选出一种传感器即可得满分。

2．回答上述a、b、c三种控制方案中的任意一个都可以得满分,如果a方案选用的是单片机而不是工业PC机，即采用单片机集中控制方案，也可以得80%的分数。

机电一体化系统设计试题_1答案

习题一答案 1-1、什么是机电一体化？ 机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、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，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、什么是机电一体化的变参数设计？ 在设计方案和结构原理不变的情况下，仅改变部分结构尺寸和性能参数，使之适用范围发生变化的设计方式。例如，同一种产品不同规格型号的相同设计。 1-3、机电一体化技术与传统机电技术的区别。 传统机电技术的操作控制主要以电磁学原理的各种电器来实现，如继电器、接触器等，在设计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系。机械本体和电气驱动界限分明，整个装置是刚性的，不涉及软件和计算机控制。机电一体化技术以计算机为控制中心，在设计过程中强调机械部件和电器部件间的相互作用和影响，整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。 1-4、试分析机电一体化技术的组成及相关关系。 机电一体化系统是多学科技术的综合应用，是技术密集型的系统工程。其技术组成包括：机械技术、检测技术、伺服传动技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术和系统总体技术等。现代的机电一体化产品甚至还包含了光、声、化学、生物等技术等应用。 1-5、一个典型的机电一体化系统，应包含哪些几个基本要素？ 机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。我们将这些部分归纳为：结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素；这些组成要素内部及其之间，形成通过接口耦合来实现运动传递、信息控制、能量转换等有机融合的一个完整系统。 1-6、试简述机电一体化系统的设计方法。 机电一体化系统的设计过程中，一直要坚持贯彻机电一体化技术的系统思维方法，要从系统整体的角度出发分析研究各个组成要素间的有机联系，从而确定系统各环节的设计方法，并用自动控制理论的相关手段，进行系统的静态特性和动态特性分析，实现机电一体化系统的优化设计。1-7、机电一体化系统（产品）开发的类型。

机电一体化系统设计基础试题及答案

机械专业机电一体化系统设计基础试题 一、判断题(判断下列所述是否正确，正确填入“+”。错误则填“一”号。每题2分，共24分) 1．接口技术是系统技术中的一个方面，它的功能是实现系统各部分的可靠连接。( ) 2．数控机床中的计算机属于机电一体化系统的控制及信息处理单元，而电机和主轴箱则属于系统的驱动部分。( ) 3．机电一体化产品的变参数设计是指改变部分结构尺寸而形成系列产品的设计。 ( ) 4．驱动元件的选择及动力计算是机电一体化产品开发过程理论分析阶段的工作之一。( ) 5．传动轴在单向回转时，回程误差对传动精度没有影响。( ) 6．按输出轴的转角误差最小原则，减速链传动中，从输入到输出端的各级传动比应按“前大后小”分配。( ) 7．与交流同步伺服电机一样，笼型交流异步伺服电机也可由PWM变频技术实现速度的调节。( ) 8．微机系统中，在任何给定时刻，数据流都允许沿数据总线双向传输。( ) 9．STD总线可采用总线复用技术，但不支持多处理机系统。( ) 10．TTL电平接口不能用于驱动带电气隔离的继电器。( ) 11．重复性是传感器静态特性指标之一，反映传感器输入量按同一方向做全量程连续多次变动时，输出输入特性曲线的不一致性。( ) 12．增量式光电编码器的输出量为脉冲信号，可以同时用于位置和速度测量。( )二、简答题(每题6分。共30分) 1．机电一体化系统的基本结构要素有哪些?喷漆机器人的电液伺服系统和手臂手腕分别属于其中的哪个结构要素? 2．影响机电一体化系统传动机构动力学特性的主要因素有哪些? 3．什么是步进电机的步距角?它是由哪些参数确定的? 4．简述开关量输入模板的基本组成。 5．工业PC机与个人计算机的主要差别是什么? 三、分析题(15分) 系统如图昕示．试分析齿轮机构、传感器及丝杠螺母机构的误差对输出精度的影响。 四、计算题(15分) 伺服电机驱动系统如图所示，已知齿轮减速比i=5；丝杠螺距气t s=5mm；丝杠直径d=20mm；工作台的质量为m=200kg；工作台最大线速度v=0．025m／s；最大加速度a=10m／s2，工作台与导轨之间的摩擦系数为f=0．1，传动效率η=0·7。 试求： (1)电机的负载力矩 (2)折算到电机轴上的转动惯量(g·cm2)；(3)电机的最小额定转速。

机电控制系统课程设计

JIANG SU UNIVERSITY 机电系统综合课程设计 ——模块化生产教学系统的PLC控制系统设计 学院：机械学院 班级：机械 (卓越14002) 姓名：张文飞 学号： 3140301171 指导教师：毛卫平 2017年 6月

目录 一： MPS系统的第4站PLC控制设计 (3) 1.1第四站组成及结构 (3) 1.2 气动回路图 (3) 1.3 PLC的I/O分配表，I/O接线图（1、3、6站电气线路图） (4) 1.4 顺序流程图&梯形图 (5) 1.5 触摸屏控制画面及说明，控制、信息软元件地址表 (10) 1.6 组态王控制画面及说明 (13) 二： MPS系统的两站联网PLC控制设计 (14) 2.1 PLC和PLC之间联网通信的顺序流程图（两站）&从站梯形图 (14) 2.2 通讯软元件地址表 (14) 三：调试过程中遇到的问题及解决方法 (18) 四：设计的收获和体会 (19) 五：参考文献 (20)

一：MPS系统的第4站PLC控制设计 1.1第四站组成及结构： 由吸盘机械手、上下摆臂部件、料仓换位部件、工件推出部件、真空发生器、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、通讯接口板、多种类型电磁阀及气缸组成，主要完成选择要安装工件的料仓，将工件从料仓中推出，将工件安装到位。 1．吸盘机械手臂机构：机械手臂、皮带传动结构真空吸嘴组成。由上下摆臂装置带动其旋转完成吸取小工件到放小工件完成组装流程的过程。 2．上下摆臂结构：由摆臂缸（直线缸）摆臂机械装置组成。将气缸直线运动转化为手臂旋转运动。带动手臂完成组装流程。 3．仓料换位机构：由机构端头换仓缸带动仓位装置实现换位（蓝、黑工件切换）。 4．推料机构：由推料缸与机械部件载料平台组成。在手臂离开时将工件推出完成上料。 5．真空发生器：当手臂在工件上方时，真空发生器通气吸盘吸气。 5．I/O接口板：将桌面上的输入与输出信号通过电缆C1与PLC的I/O相连。 6．控制面板：完成设备启动上电等操作。（具体在按钮上有标签说明）。

机电一体化课程设计报告

机电一体化系统设计基础 课程设计报告 专业：机械电子工程 班级：机电0811 学号： 2008716022 姓名：陈智建 指导教师：刘云、柯江岩 2012 年 1 月 13 日

目录 第一节绪论 (3) 1.1课程设计目的意义 (3) 1.2课程设计任务描述 (3) 1.3数控铣床的性能指标设计要求 (3) 第二节总体方案设计 (4) 2.1主轴驱动系统设计方案 (4) 2.2 X/Y/Z轴控制系统方案设计 (4) 2.3电气系统设计方案 (4) 第三节传动系统设计 (5) 3.1主轴传动系统的设计 (5) 3.1.1主轴电机选择 (5) 3.1.2变频器的选择 (5) 3.1.3主轴传动系统设计 (5) 3.2伺服驱动系统设计 (6) 3.2.1伺服传动机构设计 (6) 3.2.2伺服电机选择 (6) 3.2.3 滚珠丝杠的选择 (6) 3.2.4滚珠丝杠支承的选择 (8) 3.3设计验算校核 (8) 3.3.1惯量匹配验算 (8) 3.3.2伺服电机负载能力校验 (9) 3.3.3系统的刚度计算 (9) 3.3.4固有频率计算 (10) 3.3.5死区误差计算 (11) 3.3.6系统刚度变化引起的定位误差计算 (11) 第四节电气系统设计 (12) 第五节总结 (15) 参考文献 (15) 附：6张系统框图和元器件图

第一节绪论 1.1课程设计目的意义 机电一体化是一门实践性强的综合性技术学科，所涉及的知识领域非常广泛，现代各种先进技术构成了机电一体化的技术基础。机电一体化系统设计基础课程设计属于机械电子工程专业的课程设计，培养学生综合应用所学的知识，进行机电一体化系统设计的能力。 1.2课程设计任务描述 本课程设计主要要求学生设计一数控铣床的传动系统跟控制系统，即在已有数控系统的基础上，根据实际加工要求，进行二次开发。由于生产数控系统，伺服电动机的驱动器，伺服电机的厂家很多，即使同一厂家，其生产的产品系统和型号也很多。为了避免在设计过程中选型过于宽广，并考虑到本设计的目的主要是为了训练从事设计的基本能力，数控系统规定选用Fanuc OI MATE MC。根据该数控系统控制性能，可控制3个伺服电动机轴和一个开环主轴（变频器），满足4轴联动数控铣床的控制要求。考虑到CNC控制器，驱动器和电机之间电器接口的相互匹配，在该设计中，要求3轴伺服驱动器，伺服电动机都采用Fanuc 公司生产的产品。 1.3数控铣床的性能指标设计要求 （1）主轴的转速范围：1000—24000 （rpm） （2）主轴电机功率：30/37 kw （3）X/Y/Z轴快速进给速度15/15/15m/min，X/Y/Z轴切削进给速度，1-10000 mm/min （4）系统分辨率：0.0005mm,重复精度0.02mm。

~机电一体化设计基础复习题及答案

复习题 一、是非判断 1、机电产品结构方案设计时遵循传动链最短原则的好处是使传动精度高，而传动性能稳定性降低。（×） 2、莫尔条纹具有使栅距的节距误差平均化的特点。（√） 3、滚珠丝杠传动的特点是传动效率高、运动具有可逆性、传动精度高、磨损小，使用寿命长、不能自锁。（×） 4、采用光电耦合器可以将前向通道、后向通道以及其他相关部分切断与电路的联系，从而有效地防止干扰信号进入微机。（√） 5、动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管，这种逐位点亮显示器的方式称为行扫描。 （×） 6、分辨率是D/A转换器对输入量变化敏感程度的描述，与输入数字量的位数有关。8位数的分辨率为1/256，10位数的分辨率为1/1024。（√） 7、在机电产品中若有检测元件，则该产品的控制系统一定是闭环的。（×） 8、无源滤波器常采用LC谐振电路或RC网络作为滤波器件。（√） 9、机电产品转动惯量大可使机械负载变大，灵敏度下降，但是不影响机械系统的响应速度。 （×）10、执行机构运动循环图可以表明各机构间的配合协调关系。（√） 11、机电产品结构设计是从：定量到定性，具体到抽象，粗略到精细的过程结构设计满足的目标：保证功能、提高性能、降低成本。（×）12、双频激光干涉仪是同一激光器发出的光分成幅值不同的两束光产生干涉。得到的是按幅值变化的交流调频信号，信噪比高，可实现高分辨率测量。（×）13、滚珠丝杠传动中，当丝杠改变转动方向时，间隙会使运动产生空程，从而影响机构的传动精度。（√）14、采用光电耦合器可以将前向通道、后向通道以及其他相关部分切断与电路的联系，从而有效地防止干扰信号进入微机。（√）15、键码识别就是判断闭合键的代码，通常有2种方法，一种是静态检测法——称为编码键盘；另一种是动态检测法——成为非编码键盘。（×） 16、选用D/A芯片时位数愈多精度愈高，其转换的时间愈长。（√） 17、在机电产品中若有检测元件，则该产品的控制系统不一定是闭环的。（√） 18、在微机检测系统的输入通道中，采样/保持（S/H）电路可有可无。（×） 19、双片薄齿轮错齿调整法以消除齿侧间隙，但反向时不会出现死区。（×） 20、采样时间是指对被测参数检测的时间。（√） 二、简答题 1、同步带传动主要失效形式有哪些？主要原因是什么？ (a) 承载绳断裂原因是带型号过小和小带轮直径过小等。 (b) 爬齿和跳齿原因是同步带传递的圆周力过大、带与带轮间的节距差值过大、带的初拉力过小等。 (c) 带齿的磨损原因是带齿与轮齿的啮合干涉、带的张紧力过大等。 (d) 其他失效方式带和带轮的制造安装误差引起的带轮棱边磨损、带与带轮的节距差值太大和啮合齿数过少引起的带齿剪切破坏、同步带背的龟裂、承载绳抽出和包布层脱落等。

机电系统设计

第一章 绪论 一、机电一体化产品 1、按机电结合程度和形式分类 （1）、功能附加型 （2）、功能替代型 （3）、机电融合型 2、机电系统的构成要素 机电一体化系统功能组成：系统必须具有以下三大“目的功能”：变换(加工、处理)功能、传递(移动、输送)功能和储存(保持、积累、记录)功能。 不管哪类系统（或产品），其系统内部必须具备如所示的五种内部功能，即主功能、动力功能、检测功能、控制功能、构造功能。 机电一体化系统的构成要素 1. 机械本体: 机身、框架、等。 2. 动力系统：电源、电机及电路等。 3. 传感与检测装置：传感器及检测电路 4. 信息处理及控制系统：计算机硬件、软件 5. 执行装置：机械传动、操作机构 相互补充，相互协调，共同完成产品功能。 3、传感检测技术 主要技术： (1)、可靠性、抗干扰性 (2)、提高灵敏度和精度 (3)、集成化 (4)、智能化 (5)、微型化 4、伺服驱动技术 伺服驱动技术的主要研究对象是执行元件及其驱动装置。 能源部 信息处理信息驱动部执行元机械本 检测部

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式执行元件． 驱动装置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。 所谓“伺服”（Servo）即“伺候服侍”的意思。 机械动作 在控制指令的指挥下，控制执行元件，使机械运动部件按照指令的要求进行运动，并具有良好的动态性能。 液压、气动驱动系统比较复杂。包括：泵、阀、油缸（气缸）、过滤器、管路等。目前存在着功能、可靠性、标准化以及减轻重量、减小体积等问题。电机作为驱动机构已被广泛采用。 5、机电一体化的特点 机械部分：可承受较大载荷；实现微小运动和复杂运动困难。 电子部件：利用传感器和计算机可实现复杂检测与控制；无法承受较大载荷。机电结合：可在重载条件下实现微小运动和复杂运动。 特点（1）体积小、质量轻 （2）速度快、精度高 （3）可靠性高 （4）柔性好 第二章机电一体化系统传感器与检测系统 1、传感器基本概念 传感器是借助检测元件将一种形式的信号转换成另一种形式的信号的装置。 2、相关概念 敏感元件：是一种能够将被测量转换成易于测量的物理 量的预变换装置。如弹性敏感元件将力转换 为位移或应变输出。 传感元件：将敏感元件输出的非电物理量转换成电信号 （如电阻、电感、电容等）形式。 基本转换电路：将电信号量转换成便于测量的电量, 如电压、电流、频率等。 3、分类： 1)、按被测物理量的性质分; 位移传感器、温度传感器、压力传感器等等； 2)、按工作机理分；电阻式、电感式、电容式、光电式； 3)、按照输出信号的性质分类；可分为开关型(二值型) 、数字型和模拟型.

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

机电一体化课程设计报告

机电一体化课程设计报 告

机电一体化系统设计基础 课程设计报告 专业：机械电子工程 班级：机电0811 学号： 2008716022 姓名：陈智建 指导教师：刘云、柯江岩 2012 年 1 月 13 日

目录 第一节绪论 (4) 1.1课程设计目的意义 (4) 1.2课程设计任务描述 (4) 1.3数控铣床的性能指标设计要求 (4) 第二节总体方案设计 (5) 2.1主轴驱动系统设计方案 (5) 2.2 X/Y/Z轴控制系统方案设计 (5) 2.3电气系统设计方案 (5) 第三节传动系统设计 (6) 3.1主轴传动系统的设计 (6) 3.1.1主轴电机选择 (6) 3.1.2变频器的选择 (6) 3.1.3主轴传动系统设计 (6) 3.2伺服驱动系统设计 (7) 3.2.1伺服传动机构设计 (7) 3.2.2伺服电机选择 (7) 3.2.3 滚珠丝杠的选择 (8) 3.2.4滚珠丝杠支承的选择 (9) 3.3设计验算校核 (9) 3.3.1惯量匹配验算 (9) 3.3.2伺服电机负载能力校验 (10) 3.3.3系统的刚度计算 (11) 3.3.4固有频率计算 (11) 3.3.5死区误差计算 (12) 3.3.6系统刚度变化引起的定位误差计算 (12) 第四节电气系统设计 (13) 后附6张系统框图和元器件图。 (15) 第五节心得体会 (16) 参考文献 (17)

第一节绪论 1.1课程设计目的意义 机电一体化是一门实践性强的综合性技术学科，所涉及的知识领域非常广泛，现代各种先进技术构成了机电一体化的技术基础。机电一体化系统设计基础课程设计属于机械电子工程专业的课程设计，培养学生综合应用所学的知识，进行机电一体化系统设计的能力。 1.2课程设计任务描述 本课程设计主要要求学生设计一数控铣床的传动系统跟控制系统，即在已有数控系统的基础上，根据实际加工要求，进行二次开发。由于生产数控系统，伺服电动机的驱动器，伺服电机的厂家很多，即使同一厂家，其生产的产品系统和型号也很多。为了避免在设计过程中选型过于宽广，并考虑到本设计的目的主要是为了训练从事设计的基本能力，数控系统规定选用Fanuc OI MATE MC。根据该数控系统控制性能，可控制3个伺服电动机轴和一个开环主轴（变频器），满足4轴联动数控铣床的控制要求。考虑到CNC控制器，驱动器和电机之间电器接口的相互匹配，在该设计中，要求3轴伺服驱动器，伺服电动机都采用Fanuc公司生产的产品。 1.3数控铣床的性能指标设计要求 （1）主轴的转速范围：1000—24000 （rpm） （2）主轴电机功率：30/37 kw （3）X/Y/Z轴快速进给速度15/15/15m/min，X/Y/Z轴切削进给速度，1-10000 mm/min

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，在一定的精度围，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 信息处理机 图8-2生物空间 图8-1机器人三要素

机电一体化课程设计报告书

机电一体化综合课程设计 《机电一体化课程设计任务书》普通格式 一．课程设计的目的 本次设计是机电一体化和计算机控制课程结束之后进行的一个重要的综合性、实践性教学环节，课程设计的基本目的是： 1、掌握机电一体化系统的设计过程和方法，包括参数的选择、传动设计、零件计算、结构设计、计算机控制等培养系统分析及设计的能力。 2、综合应用过去所学的理论知识，提高联系实际和综合分析的能力，进一步巩固、加深和拓宽所学的知识。

3、训练和提高设计的基本技能，如计算，绘图，运用设计资料、标准和规，编写技术文件（说明书）等。 二．设计任务及要求 设计题目：车辆出入库单片机自动控制系统 1.设计容包括：总体设计，机械系统的设计与计算，计算机控制系统设计，编写设计计算说明书； 2.课题容简介或设计要求：编制一个用单片机控制的车辆出入库管理控制程序，控制要求如下：1）入库车辆前进时，经过1# → 2#传感器后计数器加1，后退时经过2# → 1#传感器后计数器减1，单经过一个传感器则计数器不动作。2）出库车辆前进时经过2# → 1#传感器后计数器减1，后退时经过1# → 2#传感器后计数器加1，单经过一个传感器则计数器不动作。3）设计一个由两位数码管及相应的辅助元件组成的显示电路，显示车库车辆的实际数量。 3.机械部分的设计： 4.计算机控制的设计：设计显示电路图，并按图连接。画出单片机接线图，并按图接线。编制控制程序。 摘要 本次设计车辆出入库单片机自动控制系统的基本功能和设计思路，根据给定的条件，综合运用所学的基本理论、基本知识和相关的机械和电子方面的知识，完成车辆入库自动控制，并画好元器件的连接图，其中包括装置的原理方案构思和拟定；原理方案的实现，设计计算与说明。 车辆出入库单片机自动控制系统对我们生活很贴近，一个很实用的系统，可以有效地帮助我们管理车库，再加上如果用单片机来实现的话成本低，很实用，这是一个很有意义的设计。车辆入库单片机自动控制系统的难点在于,如何控制

机电一体化课程设计

专业：机电一体化 班级： 08—1班 老师：刘顺东 学号： ******** 姓名： **** 日期： 2013年2月

XY工作台部件及单片机控制设计 目录 1.序言 (3) 2.总体方案设计 (3) 2.1.设计任务 (3) 2.2.总体方案确定 (3) 3.机械系统设计 (4) 3.1.工作台外形尺寸及重量估算 (4) 3.2.滚动导轨的参数确定 (5) 3.3.滚珠丝杠的设计计算 (6) 3.4.步进电机的选用 (8) 3.5.确定齿轮传动比 (13) 3.6.确定齿轮模数及有关尺寸 (13) 3.7.步进电机惯性负载的计算 (13) 4.控制系统硬件设计 (14) 4.1.CPU板 (14) 4.2.驱动系统 (16) 4.3.控制系统软件的组成和结构 (18) 5.参考文献 (22)

1.序言 据资料介绍，我国拥有400多万台机床，绝大部分都是多年累积生产的普通机床。这些机床自动化程度不高，加工精度低，要想在短时期内用自动化程度高的设备大量更新，替代现有的机床，无论从资金还是从我国机床制造厂的生产能力都是不可行的。但尽快将我国现有的部分普通机床实现自动化和精密化改造又势在必行。为此，如何改造就成了我国现有设备技术改造迫切要求解决的重要课题。 在过去的几十年里，金属切削机床的基本动作原理变化不大，但社会生产力特别是微电子技术、计算机技术的应用发展很快。反映到机床控制系统上，它既能提高机床的自动化程度，又能提高加工的精度，现已有一些企业在这方面做了有益的尝试。实践证明，改造后的机床既满足了技术进步和较高生产率的要求，又由于产品精度提高，型面加工范围增多也使改造后的设备适应能力加大了许多。这更加突出了在旧机床上进行数控技术改造的必要性和迫切性。 由于新型机床价格昂贵，一次性投资巨大，如果把旧机床设备全部以新型机床替换，国家要花费大量的资金，而替换下的机床又会闲置起来造成浪费，若采用改造技术加以现代化，则可以节省50%以上的资金。从我国的具体情况来讲，一套经济型数控装置的价格仅为全功能数控装置的1/3到1/5，一般用户都承担得起。这为资金紧张的中小型企业的技术发展开创了新路，也对实力雄厚的大型企业产生了极大的经济吸引力，起到了事半功倍的积极作用。 据国内资料统计订购新的数控机床的交货周期一般较长，往往不能满足生产需要。因此机床的数控改造就成为满足市场需求的主要补充手段。 在机械工业生产中，多品种、中小批量甚至单件生产是现代机械制造的基本特征，占有相当大的比重。要完成这些生产任务，不外乎选择通用机床、专用机床或数控机床，其中数控机床是最能适应这种生产需要的。 从上述分析中不难看出数控技术用于机床改造是建立在微电子现代技术与传统技术相结合的基础之上。通过理论上的推导和实践使用的证明，把微机数控系统引入机床的改造有以下几方面的优点：1）可靠性高；柔性强；易于实现机电一体化；2）经济性可观。为此在旧的机床上进行数控改造可以提高机床的使用性能，降低生产成本，用较少的资金投入而得到较高的机床性能和较大的经济效益。 2.总体方案设计 2.1.设计任务 设计一个数控X-Y工作台及其控制系统。该工作台可用于铣床上坐标孔的加工和腊摸、塑料、铝合金零件的二维曲线加工，重复定位精度为±0.01mm，定位精度为0.025mm。 设计参数如下：负载重量G=150N；台面尺寸C3B3H＝145mm3160mm312mm；底座外形尺寸C13B13H1＝210mm3220mm3140mm；最大长度L=388mm；工作台加工范围X=55mm，Y=50mm；工作台最大快移速度为1m/min。 2.2.总体方案确定 2.2.1.系统的运动方式与伺服系统 数控系统按运动方式可分为点位控制系统，点位直线系统，连续控制系统。如果工件相对于刀具移动过程中不进行切削，可选用点位控制方式。由于工件在移动的过程中没有进行切削，故应用点位控制系统。对点位系统的要求是快速定位，保证定位精度。定位方式采用增量坐标控制。 为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环伺服系统驱动X-Y工作台。

数控工作台机电系统设计

数控工作台机电系 统设计

广西工学院机械工程系 《数控机床》课程设计说明书 设计题目: X-Y数控工作台机电系统设计 班级: 姓名: 指导教师: 广西工学院 机电一体化教研室 6 月

目录 一、《数控机床》课程设计目的……………………………………………… 3 二、设计任 务 (3) 三、设计主要步 骤 (3) 1、确定设计总体方 案 (4) ( 1) 、机械传动部件的选 择 (4) ( 2) 、控制系统的设 计 (4) 2、机械传动部件的计算与选 型 (5) ( 1) 、导轨上移动部件的重量估 算 (5) ( 2) 、计算切削力 (5)

( 3) 、滚珠丝杠传动的设计计算及校 验 (6) ( 4) 、步进电机的传动计算及电动机的选 用 (9) ( 5) 、滚动导轨的设计计 算 (15) 3、其余附件的选 择 (16) 四、控制系统的设 计 (17) 五、机械部分装配图的绘 制 (19) 六、参考文 献 (20) 七、总结体 会 (20) 一、设计的目的 《数控机床》课程设计是一个重要的时间性教学环节, 要求学生综合的运用所学的理论知识, 独立进行的设计训练, 主要目的:

1、 经过设计, 使学生全面地、 系统地了解和掌握数控机床的基本组成及其想怪知识, 学习总体的方案拟定、 分析与比较的方法。 2、 经过对机械系统的设计, 掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、 设计计算及选用的方式 3、 经过对机械系统的设计, 掌握常见伺服电机的工作原理、 计算控制方法与控制驱动方式 4、 培养学生独立分析问题和解决问题的能力, 学习并树立”系统设计”的思想 5、 锻炼提高学生应用手册和标准、 查阅文献资料及撰写科技论文的能力 二、 设计任务 设计一套供立式数控铣床使用的X-Y 数控工作台, 主要参数如下: 1、立铣刀最大直径的d=15mm, 立铣刀齿数 Z=3, 最大铣削宽度c a =15mm 最大背吃刀量p a =8mm, 加工材料为碳素钢或有色金属。 2、 X 、 Z 方向的定位精度均为±0.02mm 。 3、 工作台面尺寸为230mm 230mm ?, 加工范围为250mm 250mm ?; 4、 工作台空载进给最快移动速度: max max 3000mm /min x y V V ==, 工作台进给最快移动速度:max ymax 400mm /min x f f V V ==, 加减速0.4s 。 三、 设计主要步骤 1、 确定设计总方案

机电一体化设计实例论文(有参考文献)

回转工作台的设计 一、设计的目的： 1、掌握机电一体化系统的设计过程和方法，包括参数的选择、传动设计、零件计算、结构设计、计算机控制等培养系统分析及设计的能力。 2、综合应用过去所学的理论知识，提高联系实际和综合分析的能力，进一步巩固、加深和拓宽所学的知识。 3、训练和提高设计的基本技能，如计算，绘图，运用设计资料、标准和规，编写技术文件（说明书）等。 二、设计任务及要求 设计题目：数控回转工作台的设计 1. 设计容包括：总体设计，机械系统的设计与计算，计算机控制系统设计，编写设计计算说明书； 2. 设计要求包括：回转角度0～360°；最大回转半径400㎜；最大承载重量50㎏； 3. 机械部分的设计：装配工作图1（1号）； 4. 计算机控制的设计：控制系统接口图一； 5. 控制装置采用步进电机驱动，MCS-51或单片机FX2N-PLC控制系统，软件环分，由键盘输入实现开环控制。 三、机械系统设计 在数字回转工作台机械传动部分选用蜗轮蜗杆传动,因为蜗杆传动平稳,振动,冲击和噪声均较小;能以单级传动获得教大的传动比,结构紧凑,有利于实现回转工作台所要求的分度的实现.故选用蜗轮蜗杆传动. （一）、蜗杆类型的选择: 蜗杆选择为渐开线圆柱蜗杆.因为此种蜗杆不仅可车削还可以像圆柱齿轮那样用齿轮滚刀滚削,并可用但面或单锥面砂磨削.制造精度高.是普通圆柱蜗杆传动中较理想的传动.传动效率也高,在动力传动和机床精密传动中应用较为广泛. （二）、蜗杆蜗轮材料的选择:

由于蜗杆传动啮合摩擦较大,且由于蜗轮滚刀的形状尺寸不可能做得和蜗杆绝对相同,被加工出的蜗轮齿形难以和蜗杆精确共轭,必须依靠运转跑合才渐趋理想,因此材料副的组合必须具有良好的减摩和跑合性能以及抗胶合性能。所以蜗轮通常青铜或铸铁做齿圈，并尽可能与淬硬并经磨削的钢制蜗杆相匹配。故选择:蜗杆材料为：渗碳钢，表面淬硬56-62HRC 牌号为20GrMnTi.蜗轮材料为：铸造锡青铜，牌号为ZcuSn10Pb1 （三）、蜗杆蜗轮参数计算： 1. 蜗杆传动尺寸的确定： 由设计题目中要求可知：工作台回转直径最大为400mm/50千克. 由《齿轮手册》（上）表6.2-3取蜗杆蜗轮中心距标准a=225mm; 估取蜗杆分度圆直径: 为能获得较大的传动比,取蜗杆头数为: z =1;z =90 估取模数m: m=(1.4~1.7)a/ z =3.6 取m=4 q=d /m=80/4=20 6 tanγ= z /q 则γ=2.86° 2. 确定蜗轮蜗杆各参数值 蜗杆尺寸“ 1) 蜗杆轴向齿距:p =πm=3.14×4=12.56 2) 螺旋线导程:p =p ×z =15.4×4=12.56 3) 法向齿形角:对于ZI蜗杆αn=20°在分度传动中允许减小齿形角α =15° 4) 直径系数:q= d /m=80/4=20 5) 蜗杆分度圆(中圆)直径: d (d )= d =qm=80 6) 蜗杆分度圆(中圆柱)导程角: γ=2.86° 渐开线蜗杆: 基圆柱导程角: γcosγ =cosαncosγ γ =15.264° 7) 基圆直径:d d = z m/tanγ =14.16 8) 法向基节:p =πm cosγ =12.12 9) 蜗杆齿轮顶高:h =h m=1×4=4 10 蜗杆齿根高:h =1.2m=4.8

机电一体化课程设计C6140卧式车床数控化改造设计

目录 1设计任务 (2) 2设计要求 (2) 2.1总体方案设计要求 (2) 2.2其它要求 (3) 3进给伺服系统机械部分设计与计算 (3) 3.1进给系统机械结构改造设计 (3) 3.2进给伺服系统机械部分的计算与选型 (3) 3.2.1确定系统的脉冲当量 (3) 3.2.2纵向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 (4) 3.2.3横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 (4) 4步进电动机的计算与选型 (11) 4.1步进电动机选用的基本原则 (11) 4.1.1步距角α (11) 4.1.2精度 (11) 4.1.3转矩 (11) 4.1.4启动频率 (12) 4.2步进电动机的选择 (12) 4.2.1 C6140纵向进给系统步进电机的确定 (12)

4.2.2 C6140横向进给系统步进电机的确定 ................................................................... 12 5电动刀架的选择 .................................................................................................................... 12 6控制系统硬件电路设计 ...................................................................................................... 19 6.1控制系统的功能要求 ................................................................................................... 19 6.2硬件电路的组成： ........................................................................................................ 19 6.3电路原理图 ..................................................................................................................... 20 7总结 ........................................................................................................................................... 21 8参考文献 . (22) 1设计任务 设计任务:将一台C6140卧式车床改造成经济型数控车床。 主要技术指标如下： 1) 床身最大加工直径400mm 2) 最大加工长度1000mm 3) X 方向（横向）的脉冲当量 mm/脉冲，Z 方向（纵向）脉冲 当量 mm/脉冲 4) X 方向最快移动速度v xmax =3000mm/min ，Z 方向为v zmax =6000mm/min 5) X 方向最快工进速度v xmaxf =400mm/min ，Z 方向为v zmaxf =800mm/min 6) X 方向定位精度±0.01mm ，Z 方向±0.02mm 01 .0=x δ02 .0=z δ

机电一体化专业毕业设计

机电一体化专业毕业设计（论文）题目 1.数控内排屑深孔钻削机床-总体及钻削系统设计 2.游梁式抽油机机构的运动学分析 3.半自动薄壁铜管弯管机-夹紧装置及电气控制系统设计 4.珩磨头旋转式数控深孔强力珩磨机床设计 5.同步电机驱动螺杆泵地面装置设计 6.试油井下套管载荷与安全性分析 7.电火花深孔套料加工系统设计 8.半自动薄壁铜管弯管机-总体及空间弯头设计 9.钻井绞车液压盘式刹车系统设计 10.钻机自动送钻系统结构设计 11.井下套管损坏机理及围压和应力分析 12.技术套管磨损程度及剩余强度分析 13.标枪阀式防气抽油泵设计 14.磁力传动石化流程泵设计 15.高产气井完井管柱力学分析 16.J C-60D液压驱动钻井绞车设计 17.修井机井架三维特征建模及结构优化分析 18.非回转体零件深孔珩磨加工系统设计 19.整体石墨电极研磨机机身部分设计 20.钻井常见复杂情况机理分析与数据库设计 21.中大孔径内排屑深孔钻削系统设计

22.压后射流泵速排用地面泵设计 23.水平井钻头钻压加载器设计 24.环阀式防气抽油泵设计 25.齿轮箱振动信号频谱分析与故障诊断 26.数控枪钻机床-总体及钻削系统设计 27.Z J50电驱动钻机用新型齿轮传动绞车设计 28.前置型油梁式抽油机的设计 29.固定型液体驱动射流泵采油装置设计 30.液压反馈抽稠泵设计 31.海洋钻井平台钻杆自动排放及移动运系统设计 32.X J-350修井机绞车的设计计算 33.往复泵实验装置设计 34.40型液动顶驱装置设计 35.顶驱装置试验台设计 36.10型抽油机动力与减速系统设计 37.特厚壁套管及其抗挤强度分析 38.钻井岩屑清洗机设计 39.十字路口交通信号灯的PLC控制程序设计 40.离心式灌注泵设计 41.单级输油泵设计 42.工件旋转式数控深孔强力珩磨机床设计 43.数控内排屑深孔钻削机床数控工作台及冷却系统设计

机电系统设计课程设计任务

机电系统设计课程设计任务书 一、课程设计教学计划 1、基本要求 课程设计是“机电系统设计”课的实践教学环节，在教学计划中单独考核。要求学生按照老师的要求，认真完成课程设计每个环节布置的任务，按时参加课程设计辅导，做好设计笔记。严禁在课程设计中抄袭他人的设计，否则课程设计以零分计。 2、课程设计时间安排 课程设计分收集资料和准备阶段、方案设计阶段、详细设计阶段和答辩等四个阶段。机电系统课程设计从第13周开始，第15周截至。其中，第13周是准备周，第14-15周是设计周。 3、辅导时间及地点 辅导采取集中辅导和个别辅导的方式。集中辅导时间：周1下午7-8节、周3上午1-2节、周5下午5-7节。辅导地点：学院办公室 二、课程设计题目 题目一钢瓶生产线控制系统设计 钢瓶生产线是洁净能源汽车用天然气钢瓶的机加工生产线。生产线控制系统实现对钢瓶输送过程的自动控制。生产线的输送机构由三相异步电机驱动；钢瓶输送至下一工序的加工设备处，采用气缸驱动的翻转机构实现钢瓶的自动装、卸。生产线由各工序操作人员通过操作按钮控制。要求：根据提供的钢瓶生产线方案，确定控制要求，设计钢瓶生产线控制系统的电气原理图和控制程序。 题目二全自动洗衣机控制装置设计 全自动洗衣机的控制要求：按下启动按扭及水位选择开关，进水量达到要求后关水；暂停后开始洗涤；洗涤过程分正转、暂停两步，如此循环多次，然后排水；排水结束后开始清洗，清洗完成报警并自动停机。此外，按下停车按扭可手动排水和手动脱水。根据以上要求，设计全自动洗衣机的PLC控制装置，选择PLC和有关的液位检测元件，分配PLC的I/O点，绘制PLC接口线路图、设计PLC 控制程序。 题目三模压机控制系统设计 模压机用于塑料制品的生产。主要执行机构包括3个气缸和1个吹风装置，分别实现对制件的推进、模压、顶出和吹风。为保证正常运行，需采用检测装置检测推进器、模压器和顶出器的工作初始位置和到位位置，以及成型后的制件是否吹送到收集箱中。该机应具有手动操作和自动操作方式。要求：采用PLC为控制装置，设计模压机电气控制系统系统，绘制电气原理图、编写控制程序。 题目四定长切割设备控制系统设计

机电一体化课程设计

机电工程学院 课程设计（项目设计）说明书（2014 /2015学年第一学期） 课程名称：机电一体化课程设计 题目：机械手伸缩臂设计 专业班级： 学生姓名： 学号：110200408 指导教师： 设计周数：2周 设计成绩：

目录 第1章概论 1.1 我国机器人的发展状况 (3) 1.2工业机械手的组成及原理 (4) 1.3机械手的应用 (5) 第2章机械手伸缩臂机械部分设计计算 2.1设计方案论证以及确定 (6) 2.1.1设计参数 (6) 2.2机械手伸缩臂总体结构设计方案 (6) 2.3 执行装置的设计方案 (7) 2.3.1 滚珠丝杠的选择 (7) 2.3.2减速齿轮的有关计算 (13) 2.3.3 电动机的选择 (18) 第3章液压控制系统的设计与计算 3.1 设计方案 (20) 3.2 液压回路设计 (20) 3.3 油泵的选择设计 (21) 3.3.1油泵的选择设计 (21) 3.3.2泵驱动电机的选择设计 (22)

第一章概论 工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。业机器人机械手是模仿人的手部动作，按照给定的程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操纵的自动装置，它是机械化、自动化的重要手段。 机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。 机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。 工业机械手可以在高温、高压、危险、易燃、易爆、放射性等恶劣的环境，以及笨重、单调、频繁的操作中，代替人的工作，具有重要的意义。在机械加工中，冲压、铸造、锻造、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输、国防工业等各方面，也已愈来愈引起人们的重视。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。 1.1我国机器人的发展状况 我国工业机器人发展于20世纪70年代，经过30多年的发展，大致经历了三个阶段：70年代的萌芽期，80年代的开发期，90年代的适用化期。 20世纪70年代是世界科技发展的一个里程碑：人类登上了月球，实现了金星、火星的软着陆。我国也发射了人造卫星，世界范围内工业机器人的应用掀起了一个高潮，尤其在日本发展更为迅猛，它补充了日益短缺的劳动力。在这种情况下，我国于1972开始研究制造自己的机器人。 进入20世纪80年代后，随着改革开放的不断深入，在高科技浪潮的冲击下，我国机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持。“七五”期间，国家投入资金，对工业机械人及其零部件进行攻关，完成了工业机械人的成套技术的开发，研制出了喷漆取得了