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。

学习内容与要求

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与分析方法。

本章难点

机电一体化系统的设计与分析方法。

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工业机器人的组成与分类

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。是工业机器人直接与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。是连接手部与臂部的部件，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。

③臂部。是支承腕部、手部，实现较大范围运动的部件。

④机身。是用来支示臂部、安装驱动装置及其他装置的部件。

⑤行走机构。是扩大工业机器人活动范围的机构，有的是专门的行走装置，有的是轨道或滚轮机构。

(2)驱动系统

驱动系统的作用是向执行元件提供动力。按驱动源不同，驱动系统的传动方式可分为液动式、气动式、电动式和机械式4种。

(3)控制系统‘

控制系统是工业机器人的指挥系统，控制机器人按规定的程序运动。控制系统可记忆各种指令信息，如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间等，同时按指令信息向各执行元件发出指令；还可对机器人的动作进行监视，当动作有误或发生故障时，即发出警报信号。

(4)检测传感系统

检测传感系统主要检测工业机器人执行系统的运动位置和状态，并随时将执行系统的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行系统以一定的精度达到设定的位置。

(5)人工智能系统

该系统主要赋予工业机器人感官功能，以实现机器人对工件的自动识别和适应性操作。

2．工业机器人的分类

(1)按自动化功能层次分类

①专用机器人。以固定程序在固定地点工作的机器人，其动作少，工作对象单一，结构简单，造价低，适于在大型生产系统中工作。

②通用机器人。具有独立的控制系统，动作灵活多样，通过改变控制程序能完成多种作业的机器人。它工作范围大，定位精度高，通用性能强，但结构复杂，适用于柔性制造系统。

③示教再现机器人。具有记忆功能、能完成复杂动作的机器人，它在人的示教操作后，能按示教的顺序、位置、条件与其他信息反复重现示教作业。

（多智日B机器人。具有各种感觉功能和识别功能，能做出决策并自动进行反馈纠正的机器人。它采用计算机控制，依赖于识别、学习、推理和适应环境等智能决定其行动或作业。

(2)按驱动方式分类

按驱动方式不同，工业机器人可分为气压传动机器人、电气传动机器人、液压传动机器人以及复合传动机器人。

c3)按连接方式分类

按结构不同，工业机器人可分为串联机器九和并联机器人。

①串联机器人。目前应用的工业机器人大部分都是串联结构，即组成机器人的各杆件南关节依次连接成一个开链式机构。理论上，串联机构具育工作范围大、灵活性好等特点，但这种机构本身存在着承载能力弱、刚度低、操作速度慢及精度不高等特点，因而限制了机器人技术在某些领域内的应用。

②并联机器人。并联机器人是指将并联机构用于机器人本体结构中。并联机构的英文名为Parallel Mechanism，简称PM，可以定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上的自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。

和串联机器人相比较，并联机器人具有出下特点：第一，并联机构的运动平台与机架之间由多条运动支链连接，其末端件与串联的悬臂粱相比，刚度大得多，而且结构稳定；第二，由于刚度大，并联式较串联式在相同的自重或体积下有高得多的承载能力；第三，驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，这样运动部分质量轻，速度高，动态响应好；第四，无累积误差，精度较高。根据这些特点，并联机器人在需要高刚度、高精度或者大载荷而无