第七章机电一体化系统实例
机电一体化系统举例-数控机床
结论及参考资料
1 结论
2 参考资料
数控机床是机电一体化系统中应用最广泛 的一种，具有高效、高精度和高自动化程 度。
《机电一体化技术的基础与应用》梁栋、 汪珍主编，机械工业出版社。
机电一体化系统举例-数 控机床
数控机床是一种利用数控系统进行加工的机床设备，具有高效、高精度和高 自动化程度的特点。本文将从定义、原理、优势、组成、性能、趋势等方面 对其进行介绍。
数控机床的定义和概述
数控机床是一种在数控系统的控制下进行加工的机床设备，具有高自动化程度、高制造精度和良好的经 济效益。
刚性等。
3
节能环保
4
描述数控机床节能环保性方面的实际 性能、指标和评价标准。
加工精度
用于描述机床加工精度的主要指标， 如定位精度、重复精度等。
生产效率
包括分度时间、寻找工件时间、旋转、 换刀等工艺要素中的减少。
数控机床的发展趋势和前景
未来数控机床将会继续向高效、高智能的方向发展，其越来越广泛的应用领 域将会为工业自动化、数字化带来更加明显的效益。
数控机床的主要组成部分
数控系统
主要由硬件、软件和输入输出设备等组成。
机械部分
主要包括主轴、进给系统、工作台、刀库等。
液压系统
用于机械部分的进给和主轴的伺服控制。
电气系统
用于驱动主轴电机、伺服电机和控制系统中 的各种传感器、执行器等。
数控机床的性能指标和评价标准
1
稳定性
2
表征机床运行时的稳定性，如抗振性、
数控机床的工作原理
数控机床通过数控系统中的计算机程序，控制工具相对于工件的运动轨迹和 速度，实现加工物体的形状和尺寸控制等功能。
数控机床的优势和应用领域
机电一体化系统设计典型实例
1
优势
提高劳动效率，降低成本，增强品质和可靠性，利于维护和管理，并且有一定的 生态效益。
2
挑战
需要协调多个领域的专业技能和信息，需要对未来市场趋势和新技术有敏锐的洞 察力。
结论和总结
未来趋势
随着城市化进程加速，智慧城市崛起，机电一体 化技术将发挥更加重要的作用。
应用广泛
除了上述提到的几个行业，机电一体化技术还可 以广泛应用于医疗、农业、能源等领域。
利用机器视觉技术和高精度 地图，实现自动驾驶，减少 人为事故，提高交通规划的 效率。
智能设施
借助物联网技术和现代传感 器，交通设施变得更加智能 化，如自动收费、智慧路灯、 快速充电等。
流量管理
交通监测和分析系统可以帮 助城市管理者更好地解决交 通拥堵、路况状况和安全问 题。
机电一体化系统设计的优势和挑战
典型实例1：自动化生产线
质量控制
为了生产一致的高质量产品，生产线上使用了 各种传感器、机器视觉技术，以及即时数据处 理软件。
智能机械
生产线使用了各类高效率的机械装备，如机器 人和自动化部件来执行重复性工作。
实时监控
使用先进仪表和监控系统来跟生产量、质量， 及时发现和解决问题。
典型实例2：智能家居系统
提高质量
优秀的系统设计可以增加 可靠性和一致性，减少错 误率，提高产品质量。
机电一体化系统设计的基本原则
1
综合考虑
根据具体需求和环境条件，综合考虑
高效稳定
2
机械、电气、控制等因素。
设计系统要注重功能稳定性，保证机
电作用的高效协同。
3
安全实用
系统设计要符合安全要求，具有便于 维修、保养和更新升级的特点。
机电一体化第7章 实例
玩
智能化和系统化的方向发展。尤其是智能化机器人问题正
具
受到越来越多的关注。没有传感器的机器人仅是一台机械
机
设备，只能通过预先设定的动作顺序进行运动。它同其他 机电一体化产品一样，也是由机械本体、动力源、电子控
器
制单元、检测传感部分和执行机器（伺服系统）组成的。
人
机器人能够像智能生物一样根据环境的变化做出相应的反
应用实例
变频式空调
室 内 系 统 结 构 图
应用实例
变频式空调
室 外 系 统 结 构 图
应用实例
变频式空调
模糊 控制 变频 式空 调器 室内 机组 硬件 控制 系统 框图
应用实例
变频式空调
控 制 电 路 原 理 图
应用实例
数控机床
数控机床是典型的机电一体化产品，是集现代机械制造技术、 自动控制技术、检测技术、计算机信息技术于一体的高效率、 高精度、高柔性和高自动化的现代机械加工设备。数控机床 是典型的机电一体化产品，是现代制造业的主流设备，是体 现现代机床技术水平、现代机械制造业工艺水平的重要标志， 是关系国计民生、国防尖端建设的战略物资。
应用实例
数控机床的发展趋势
（1）高速度化。 （2）高精度化。 （4）高柔性化。 （5）高自动化。 （6）高可靠性。
应用实例
机器人
伴随着机械工程、电气工程、控制技术以及信息技术等相 关科技的不断发展，到20世纪80年代，机器人开始在汽车 制造业、电机制造业等工业生产中大量采用。现在，机器 人不仅在工业，而且在农业、商业、医疗、旅游、空间、 海洋、国防等诸多领域获得越来越广泛的应用。
应用实例
雷达无线伺服系统框图
应用实例
雷达控制状态框图
机电一体化实践案例
机电一体化实践案例一、机器人焊接在某汽车制造厂中，机器人焊接已成为重要的生产工艺。
通过计算机程序的控制，机器人可以精确地执行一系列焊接操作，包括点焊、弧焊、激光焊等。
这不仅提高了生产效率，也降低了工人的劳动强度，保证了焊接质量的一致性和稳定性。
二、自动化生产线在某半导体生产车间，自动化生产线已广泛应用于产品加工和组装。
通过使用机电一体化技术，生产线上的设备可以相互配合，实现产品的自动化检测、传输、加工和包装。
这大大减少了人工干预，提高了生产效率和产品质量。
三、电动自行车装配某电动自行车制造公司采用自动化装配线来组装电动车。
通过将机械、电子、信息等技术与传统制造工艺相结合，自动化装配线能够快速、准确地完成车架、电池、电机等各个部件的组装，并实现生产数据的实时监控和管理。
这大大提高了生产效率和产品质量。
四、工业机器人应用在某重型机械制造厂，工业机器人被广泛应用于生产过程中。
通过计算机程序的控制，机器人可以完成各种复杂、危险的任务，如切割、搬运、装配等。
这不仅提高了生产效率，也保障了工人的安全。
五、自动化包装机在某食品生产车间，自动化包装机已成为重要的生产设备。
通过机电一体化技术，包装机能够自动识别产品、包装材料，并执行包装操作。
这不仅提高了生产效率，也降低了人工成本，同时保证了包装质量的一致性。
六、数控机床操作在某机械加工厂，数控机床已成为重要的生产设备。
通过计算机程序的控制，数控机床可以精确地执行各种复杂加工操作，如车削、铣削、磨削等。
这不仅提高了加工精度和效率，也降低了工人的劳动强度。
七、智能电梯控制在某高层建筑中，智能电梯控制已成为重要的设施。
通过机电一体化技术，电梯能够根据楼层需求自动调度，并实现快速、平稳地运行。
这不仅提高了电梯的运行效率，也提高了乘梯的舒适度和安全性。
八、电力系统的监控与维护在某大型工厂中，电力系统的监控与维护已成为重要的环节。
通过机电一体化技术，电力系统能够实现实时监控、故障诊断、预防性维护等功能。
机电一体化系统设计实例
四、进给传动部件的计算和选型
纵、横向进给传动部件的计算和选型主要包括： 确定脉冲当量、计算切削力、选择滚珠丝杠螺母副、 设计减速箱、选择步进电动机等。以下详细介绍纵 向进给机构，横向进给机构与纵向类似，在此从略。
1．脉冲当量的确定 根据设计任务的要求，X方向（横向）的脉冲当 量为δx = 0.005 mm/脉冲，Z方向（纵向）为δz = 0.01 mm/脉冲。
2．切削力的计算 切削力的分析和计算详见第三章。以下是纵向车削力的详 细计算过程。 设工件材料为碳素结构钢，σb＝650 Mpa；选用刀具材料为 硬质合金YT15；刀具几何参数为：主偏角kr＝60°，前角γ0 ＝10°，刃倾角λs＝－5°；切削用量为：背吃刀量ap＝3 mm， 进给量f =0.6 mm/r，切削速度vc＝105 m/min。 CF＝ xF＝ 查表3-1，得： yF＝ c 2795， c 1.0， c 0.75， nFc ＝－0.15。 查表3-3，得：主偏角Кr的修正系 kkr F ＝ 0.94；刃倾角、前角 c 和刀尖圆弧半径的修正系数值均为1.0。 由经验公式（3-2），算得主切削力Fc＝2673.4 N。由经验 Fc:F f :F＝ 公式 1：0.35：0.4，算得纵向进给切削力 p N。 F＝ f 935.69 N，背向力 F=1069.36 p
3．滚珠丝杠螺母副的计算和选型（纵向） （1）工作载荷Fm的计算 已知移动部件总重量G=1300 N；车 削力Fc=2673.4 N， N。如图3-20所示， Fp=1069.36 N， F =935.69 f 根据 Fz =F ， F =F f的对应关系，可得： F =F ， c y p x Fx=935.69 N。 Fz=2673.4 N， Fy=1069.36 N， 选用矩形－三角形组合滑动导轨，查表3-29，取K= 1.15， = 0.16，代入Fm＝ ( Fz G) , 得工作载荷 KF+ x Fm ≈ 1712 N。
机电一体化系统举例-数控机床
03
数控机床的分类与特点
按加工方式分类
金属切削类数控机床
这类机床主要用于加工金属材料，如 车床、铣床、磨床等。它们能够实现 高精度的切削和加工，适用于大规模 生产。
金属成型类数控机床
特种加工类数控机床
这类机床采用非传统加工方式，如激 光切割、水切割、电火花加工等。它 们适用于加工复杂形状和高硬度材料。
现高精度加工。
数控磨床
数控磨床主要用于高精度磨削加 工，如平面磨削、外圆磨削等。 它可以通过控制砂轮的旋转和进
给来实现高精度加工。
04
数控机床的应用与发展趋势
数控机床的应用领域
机械加工
数控机床广泛应用于各 种机械零件的加工，如 车床、铣床、磨床等。
模具制造
数控机床的高精度和高 效率特性使其成为模具 制造领域的理想选择。
机电一体化系统举例-数 控机床
• 引言 • 数控机床的组成与工作原理 • 数控机床的分类与特点 • 数控机床的应用与发展趋势
01
引言
数控机床的定义与特点
01
数控机床是一种集计算机技术、 机械制造技术、电子技术、液压 气压技术等为一体的自动化加工 设备。
02
数控机床的主要特点包括高精度 、高效率、高可靠性、自动化程 度高等。
THANKS
感谢观看
为了满足高端制造业的需求，数控机床将 继续提高加工精度，采用更先进的误差补 偿技术和高精度伺服系统。
复合化
绿色环保
未来数控机床将朝着复合化方向发展，具 备多轴联动和复合加工能力，能够完成更 复杂的加工任务。
随着环保意识的提高，数控机床将更加注 重节能减排和资源循环利用，采用环保材 料和工艺，降低能耗和减少废弃物排放。
第七章 并条机机电一体化
1.了解并条机的工艺目的和工艺流程。
2.掌握高速并条机自调匀整装置的分类及工作原理。
3.了解USG PRO 自调匀整系统喂入和输出棉条检测方法、系统的组成及工作原理。
4.掌握开环自调匀整系统中死区长度、匀整标定、放大倍数的概念、确定方法及其对自调匀整的影响。
第七章并条机机电一体化第七章并条机机电一体化第一节并条机概述第二节并条机控制系统一、并条机控制系统的要求二、并条机自调匀整装置的结构与工作原理三、并条机自调匀整装置的发展状况——思考题第七章并条机机电一体化并条机的工艺过程1-输出条筒2-圈条器3-紧压罗拉4-喇叭口5-弧形导管6-牵伸罗拉7-吸风嘴8-给棉罗拉9-导条罗拉10-分条叉11-喂入条筒并条机一般都由喂入、牵伸、成型三部分组成，国产新型并条机的工艺过程如图。
条筒中的须条由导条罗拉引出，借助分条叉将条子隔开，经给棉罗拉，由塑料导条块聚拢后，并排喂入牵伸装置。
牵伸后的须条经导向胶辊、弧形导管(集束器)、喇叭口凝集成条，由紧压罗拉压紧后,通过圈条器将条子有规律地圈放在输出条筒内。
第一节并条机概述第七章并条机机电一体化在高速并条机上，为了防止纤维和杂质黏附在罗拉、胶辊表面而引起缠罗拉断条，采用上下吸风式自动清洁装置；为了对输出条子的中长片段不匀及短片段不匀实施匀整，一般第一道并条机设有自调匀整装置；为了减少换筒时间，减轻劳动强度，设有自动换筒装置。
第七章并条机机电一体化一、并条机控制系统要求第二节并条机控制系统（1）主控制器一般为可编程控制器或专用的以CPU为核心的控制器。
（2）主控制器一般不负责自调匀整控制而是留有与自调匀整控制器的接口，自调匀整由专用的控制器控制，与主控制器协调工作。
（3）主传动一般为变频调速，要求启动平稳，没有自调匀整装置时，由主电机传动所有的喂入、牵伸和成条部件，当有自调匀整装置时，则可以方便地断开由前罗拉向后的传动，二罗拉之后的传动由单独的电机在自调匀整控制器的控制下传动，当为双眼并条机时，每眼的二、三罗拉均分别独立传动。
机电一体化系统设计案例
机电一体化系统设计案例一、项目背景。
你想想啊，咱们平常的垃圾桶，就是个傻愣愣的大桶子，啥也不会，扔满了还得靠人去发现。
在这个高科技时代，这怎么能行呢？于是就有人想到，要是垃圾桶能变得聪明点，像个小机器人一样，那该多好啊。
比如说，它能自己知道什么时候满了，还能方便人们扔垃圾，甚至可以分类垃圾呢。
二、系统设计。
1. 机械结构部分。
垃圾桶的外壳设计得很有讲究。
它可不是普通的方形桶了，而是有一个流畅的曲线造型，这样既美观又方便清洁。
外壳采用了坚固又轻便的塑料材质，能承受一定的冲击力，毕竟有时候可能会被不小心撞到。
为了实现垃圾分类，这个垃圾桶内部被分成了几个小隔间，就像小房间一样。
每个隔间都有一个单独的入口，而且入口的大小和形状是根据不同类型的垃圾设计的。
比如说，可回收垃圾的入口比较大，可以让瓶子、纸张之类的轻松塞进去；而厨余垃圾的入口就小一些，防止大的非厨余垃圾混进去。
在垃圾桶的底部，还有一个特殊的机械装置。
这个装置就像一个小升降机，当垃圾桶满了的时候，它可以把垃圾慢慢往上顶，这样就可以提醒人们这个垃圾桶已经满了，需要清理了。
2. 传感器部分。
首先是满溢传感器。
这个小玩意儿可是个大功臣，它就安装在每个隔间的内壁上。
当垃圾堆积到一定高度，快要满出来的时候，满溢传感器就像一个小侦察兵一样，立马察觉到，然后把信号传给控制系统。
还有物体识别传感器，安装在入口处。
这个传感器可神奇了，它能识别出你扔进去的是什么垃圾。
比如说，你拿着一个塑料瓶靠近可回收垃圾入口，它能准确判断这是可回收物，然后打开入口的盖子让你扔进去。
要是你拿着个香蕉皮靠近可回收物入口，它就会“傲娇”地不让你扔，提示你要扔到厨余垃圾入口。
另外，还有气味传感器。
要是垃圾桶里的垃圾开始散发难闻的气味，气味传感器就会察觉到，然后启动一个小风扇，这个小风扇会把新鲜空气吹进垃圾桶里，同时把臭味通过特殊的通风管道排出去。
3. 控制系统部分。
这个控制系统就像是垃圾桶的大脑。
第7章 机电一体化系统实例
第7章 机电一体化系统实例
7.1 光电跟踪切割机 1.概述
2.光电跟踪传感器
3.电气控制系统
4 机械传动装置和执行装置
7.2 GCP-87电子皮带秤
1 GCP-87电子皮带秤的功能、性能
1）主要功能 2）主要参数
2.设计方案 1）设计方案
3 关键部件及动态校准方案 1）关键部件 （1）称重框架
（2）称重传感器 （3）速度传感器 （4）智能化显示仪表
2）动态校准方法
7.3 运动目标的模拟器和干扰器1Fra bibliotek概述
2 方案设计 1）机械本体设计 （1）结构形式选择
（2）传动方案选择 （3）机械外形结构
2）伺服电动机的选择与计算 （1）面向垂直运动单元的参数计算 3 系统的控制结构
(完整版)机电一体化典型实例
1198 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。
7机电一体化技术(实例)第七章
3） 室内红外遥控系统设计
红外遥控发射器设有LCD指示和若干功能键，其中 LCD可显示设定温度、定时方式和定时时间、风机风 速指示、风门工作方式、制冷／制热方式、超静／快 速工作等，其中功能键有：
电源开关 温度设置键
定时方式键
定时时间键 工作方式键
超静／快速键
风门控制键 风速设定键
f1<f2?
N Y
调用计算脉宽子程序
f2=f1-1
f2=f1+1
RETI
图7-16 室外机控制软件的主程序流程图
图7-17 PWM中断服务程序流程图
入口
根据指针取余弦表
调用计算脉宽 RETI
图7-18 脉冲宽度计算子程序流程图
本章小结
机电一体化技术的发展水平是一个国家技术
水平的标志，在一定程度上反映了该国的技 术经济实力。 机电一体化已经显示出了强大的生命力，并 正以空前的速度和力度冲击着传统的技术思 想、生产方式和方法以及传统的机电产品和 产业结构，国民经济的各个领域都将因此而 发生深刻变革。 机电一体化是科学技术发展的必然趋势，并 将成为2l世纪的主流技术之一。
红外遥控接收机
MC68HC705P9 去室外机箱
图7-9 模糊控制空词器室内控制系统框图
+12V 11 2 2 0 0 3 L1 13 SSR:TLP3526 68μH
风机
L
3
0.033μF/630V N
图7-10 风机移相控制电路
触发信号
0
ωt
ωt
0
图7-11 风机的移相控制电压波形(阴形部分)
调与室内机通信子程序
送ABC三相脉冲前沿值给 CMPU，CMPV,CMPW
第7章典型(机器人)机电一体化系统实例分析
第7章典型机电一体化系统设计及应用举例本章教学重点：机电一体化系统设计要点，数控机床及典型机器人系统设计方法。
本章教学难点：数控机床及典型机器人系统设计方法。
本章教学方式：多媒体教学、动画演示。
7.1 机电一体化系统设计要点7.1.1 基本开发思路机电一体化系统设计是根据系统论的观点，运用现代设计的方法构造产品结构、赋予产品性能并进行产品设计的过程。
图7-1所示为机电一体化产品设计的典型流程图。
机电一体化产品设计过程可划分为四个阶段：（一）准备阶段在这个阶段中首先对设计对象进行机理分析，确定产品的规格、性能参数；然后进行技术分析，拟定系统总体方案，划分组成系统的各功能要素和功能模块，最后对各种方案进行可行性研究对比，确定最佳总体方案。
（二）理论设计阶段在这个阶段中首先根据设计目标、功能要素和功能模块，画出机器工作时序图和机器传动原理图；计算各功能模块之间接口的输入输出参数，确定接口设计的任务归属。
然后以功能模块为单元，根据接口参数的要求对信号检测与转换、机械传动及工作机构、控制微机、功率驱动及执行元件等进行功能模块的选型、组配、设计；最后对所进行的设计进行整体技术经济评价、设计目标考核和系统优化，挑选出综合性能指标最优的设计。
（三）产品的设计实施阶段在这一阶段中首先根据机械、电气图纸，制造和装配各功能模块；然后进行模块的调试；最后进行系统整体的安装调试，复核系统的可靠性及抗干扰性。
（四）设计定型阶段该阶段的主要任务是对调试成功的系统进行工艺定型，整理出设计图纸、软件清单、零部件清单、元器件清单及调试纪录等；编写设计说明书，为产品投产时的工艺设计、材料采购和销售提供详细的技术档案资料。
纵观系统的设计流程，设计过程的各阶段均贯穿着围绕产品设计的目标所进行的。
图7.1 机电一体化产品设计流程图“基本原理—总体布局—细部结构”三次循环设计，每一阶段均构成一个循环体，即以产品的规划和讨论为中心的可行性设计循环；以产品的最佳方案为中心的概念性设计循环；以产品性能和结构优化为中心的技术性设计循环。
应用机电一体化的例子
应用机电一体化的例子应用机电一体化的例子：1. 自动售货机：自动售货机是应用机电一体化的典型例子。
它通过感应器感知用户选择，采用电机驱动货物的下落和推送，同时通过传感器检测货物的库存情况，从而实现自动售卖商品的功能。
2. 机器人：机器人是机电一体化的典型应用。
机器人结合了机械设备、电子控制和人工智能技术，能够完成各种复杂的工作任务，如生产制造、装配、包装等。
机器人能够通过感应器感知环境变化，并通过电机驱动机械臂等部件实现各种动作。
3. 智能家居：智能家居是机电一体化的应用之一。
通过集成电机、传感器和控制系统，智能家居可以实现自动化控制，如自动调节室内温度、自动开关灯光、自动打开窗帘等，提高家居的舒适性和便利性。
4. 无人驾驶车辆：无人驾驶车辆是机电一体化的典型应用之一。
无人驾驶车辆通过激光雷达、摄像头等传感器感知周围环境，并通过电机驱动车辆的转向、加速、刹车等动作，实现自动驾驶的功能。
5. 机电一体化的医疗设备：机电一体化在医疗设备中得到广泛应用，如手术机器人、电子血压计、心电图仪等。
这些设备通过电机驱动机械臂、传感器感知患者的生理参数，并通过电子控制系统实现精确的医疗操作。
6. 机电一体化的自动化生产线：在工业生产中，机电一体化的自动化生产线可以实现高效、精确的生产过程。
通过电机驱动机械装置和传送带，自动化生产线可以实现产品的装配、检测、包装等工序，提高生产效率和质量。
7. 智能电动车：智能电动车是机电一体化的应用之一。
电动车通过电机驱动车辆的运动，并通过传感器感知车辆的状态和环境变化，通过电子控制系统实现智能充电、智能驾驶等功能。
8. 机电一体化的物流设备：在物流行业中，机电一体化的设备被广泛应用，如自动分拣机、自动堆垛机等。
这些设备通过电机驱动机械臂、传送带等部件，实现物品的分拣、搬运等任务，提高物流效率和准确性。
9. 机电一体化的航空航天设备：机电一体化在航空航天领域得到广泛应用，如飞机、火箭等。
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。
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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。
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,并及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、条件及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及机架之间由多条运动支链连接,其末端件及串联的悬臂粱相比，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需很大工作空间的领域内得到了广泛应用。
采用并联机构，利用机器人技术实现高精度洌0量及加工,这是机器人技术向数控技术的拓展，并为将来实现机器人和数控技术的一体化奠定了基础。
由于串联机器人和并联机器人在结构及性能特点上是对偶美系，因此它们之间在应用上不是替代关系而是互补关系，它们各自都有其特殊的应用领域。
同时，也可以将这两种结构有机地结合起来，充分发挥它们各自的优点，以扩大机器人的应用范围.3．工业机器人的主要技术参数r、【k机器人的技术参数是说明机器人规格及性能的具体指标,主要有以下几方面：（1)握取重量(即臂力）握取重量表明了机器人的负荷能力.这项参数及机器人的运动速度有关，通常是指正常运行速度所能握取的工件重量.当机器人的运行速度可调时,低速运行时所能提取的T件的最大重量比高速运行时大.为安全起见，也有将高速时所能握取的_［件重量作为指标的1睛况，此时常指明运行速度。
(2)运动速度运动速度是反映机器人性能的一项重要技术参数。
它及机器人的握取重量、定位精度等参数都有密切关系，同时也直接影响机器人的运动周期。
（3)自由度工业机器人自由度越多，其动作越灵活，适应性越强，但结构也相应越复杂。
一般情况下．工业机器人具有4—6个自由度即满足使用要求.(4）定位精度定位精度即重复定位精度,是衡量机器人工作质量的又一项重要指标。
定位精度的高低取决于位置控制方式以及运动部件本身的制造精度和刚度，及握取重量、运动速度等也有密切关系。
(5）程序编制及存储容量该技术参数是用来说明机器人的控制能力的,存储容量越大,适应性越强，通用性越好，从事复杂作业的能力越强.7.1 2工业机器人系统组成实侧分析1．SCARA型机器人(装配机器人）SCARA是Sele.ti。
eC。
mpl．anc。
AsseⅡlblv Robot Arm的缩写，是指具有选择顺应性的装配机器人手臂。
这种机器人在水平方向具有顺应性,而在垂直方向则具有很大的刚性，最适合于装配作业使用。
该机器人装配系统可用于装配40火花式电雷管,代替人从事易燃易爆的危险作业。
40火花式电雷管的组成及料盘如图7—1所示，机器人完成的工作是：①将导电帽、弹簧组合件装在雷管体上;②将小螺钉拧到雷管体上，把导电帽、弹簧组合件和雷管体联成一体；③检测雷管体外径、总高度及雷管体及导电帽之间是否短路。
装配前雷管体倒立在10行×Io列的料盘5上,弹簧及导电帽的组合件插放在另一个10行×IO列的料盘6上，小螺钉散放在振动料斗8中，装配好的成品放在10行×10列的料盘7上，如图7 -l(b）所示。
机器人在装配点的重复定位精度可达±0 05 mm，电雷管重约100 9，一次装配过程约需20 8，、SCARA 型装配机器人有大臂回转、小臂回转、腕部升降和回转4个自由度，如图7 2所示。
下面以ZP —1型多手臂装配机器人为例简单介绍机器人系统这一典型机电产品的组成，包括机械本体、动力系统、检测传感系统、执行部件、信息处理及控制系统.(l)总体结构浚机器人装配系统主要由机器人本体和控制柜组成，其本体构成如图7 -3所示。
机器人本体由左、中、右三只手臂组成，左、右手臂的结构基本相同，大臂长为200 mm，小臂长（肘关节至手部中心)为160 mm,两立柱间距为710 mm，总高度约为820 mm（可适当调整）。
左(右)手臂各有大臂1（1 7)、小臂2(2’)、手腕3（3'）和手部4(4 7）；驱动大臂的为步进电动机5（5’）及谐渡减速器6（6’)及位置反馈用光电编码器7（7');驱动小臂的为步进电动机8（8'）及谐波减速器9（9’)及位置反馈用光电编码器10(10’），另外还有平行四连杆机械11（11’）；整个手臂安装在支架和立柱12 (12’)上,并由基座19（19’）支承。
手腕的升降、回转和手爪的开闭都是气动的，因此有相应的气缸和输气管路.右臂右侧为雷管料盘13',左臂左侧为导电帽及弹簧组合件料盘13.第三只手臂（中臂)为拧螺钉装置，放在左、右手臂中间的工作台上，装有摆动臂14和气动改锥15，它的左侧装有供螺钉用的振动料斗16。
成品料盘18安装在右手臂的右前方.(2）驱动系统该机器人的两个手臂在X-Y平面内的运动是由步进电动机驱劫的,所选用的步进电动机型号为70BFIO,六相，按2-3方式分配，共12拍，电动机的启动频率为600步／s，达到运行频率(24 000步／s)所需的启动时间为0 6 s。
一个关节的步进电动机驱动系统如图7 —4所示。
(3)控制、检测传感系统控制系统由7个CSA —816型电涡流传感器分别检测两个手臂到达装配点的位置、雷管的直径及高度、手爪是否抓住雷管体及弹簧组件以及雷管体及导电帽的短路状态等，然后将这些信号送到测量仪及设定值进行比较,确定是否合格或过或欠，再经过测量接口电路送到工业控制机进行处理,产生中断信号。