机电一体化系统典型机构
机电一体化系统设计
机电一体化系统设计一、概论1、机电一体化：是在机械的主功能、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。
2、对检测传感器的要求：要求检测传感器具有高精度、高灵敏度和高可靠性。
3、检测传感技术的主要难点：提高可靠性、精度和灵敏度。
需要研究的问题有：①提高各种敏感材料和元件灵敏度及可靠性②改进传感器结构，开发温度与湿度、视觉与触觉同时存在的符合传感器③研究在线检测技术，提高抗干扰能力④研究具有自动诊断与自动补偿功能的传感器。
4、自动控制：自动控制是指在没有人参与的情况下，通过控制装置使被控制的对象或控制过程自动的按照预定的规律运行。
5、系统总体技术：系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统的观点和方法将总体分解成若干功能单元，找出能完成各个功能的技术方案，再把功能与技术方案组合成方案组进行分析、评价和优选的综合应用技术。
6、系统总体技术包括：插件、接口转换、软件开发、微机应用技术、控制系统的成套性和成套设备自动化技术。
7、系统总体技术需要研究的问题：①软件开发与应用技术，包括过程参数应用软件、实时精度补偿软件②研究接插件技术，体改可靠性③通过接口和数据总线标准化④控制系统成套性和成套设备自动化⑤软件的标准化。
8、机电一体化系统由机械系统、信息处理系统、动力系统、传感检测系统、执行元件系统五个系统组成。
9、系统的五种内部功能：即主功能、动力功能、计策功能、控制功能、构造功能。
主功能是实现系统“目的功能”直接必须的功能，主要是对物质、能量、信息及其相互结合进行变换、传递和存储。
动力功能的作用是根据系统内部信息和外部信息对整个系统进行控制，使系统正常运转，实时“目的功能”。
而构造功能则是使构成系统的子系统及元、部件维持所定的时间和空间上的相互关系所必须的功能。
10、机电一体化系统设计的考虑方法同城有：几点互补法、融合法和组合法。
11、系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法。
机电一体化系统设计 学习指南
机电一体化系统设计学习指南一、理论教学第一章绪论[教学目的与要求]：1．掌握机电一体化的基本涵义。
2．掌握机电一体化系统及其组成。
3．了解机电一体化控制系统。
[本章主要内容]：1.1 什么是机电一体化?1.2 机电一体化实例—机器人介绍1.3 机电一体化系统基本组成1.4 机电一体化设计方法[本章重点]：1．机电一体化系统基本概念2．机电一体化系统基本组成[本章难点]：1．机电一体化系统基本组成第二章机电一体化系统总体设计[教学目的与要求]：1．了解机电一体化系统的总体设计方法2．掌握机电一体化产品的工程路线3．掌握几种典型机电一体化装置的基本组成[本章主要内容]：2.1 机电一体化产品设计过程2.2 机电一体化系统设计方法2.3 机电一体化产品设计实例[本章重点]：1．机电一体化总体设计的内容及方法2．典型机电装置的系统组成以及软、硬件结构[本章难点]：1．机电一体化系统设计的方法2．典型机电一体化装置数控机床或工业机器人的基本组成及设计方法第三章传感检测系统[教学目的与要求]：1．了解传感检测系统的基本组成和传感器的基本评价指标。
2．掌握机电一体化系统中常用传感器的基本原理与适用场合。
3．了解传感检测系统中常用信号预处理技术的基本原理。
[本章主要内容]：3.1 检测的基本概念3.2 传感器概述3.3 常见传感器原理及应用3.4 信号处理[本章重点]：1．各类传感器的工作原理2．传感器的功用和特性3．信号调理电路（滤波、相关、调制、解调）4．信号变换技术(传感器接口电路、放大电路、模数转换、数模转换)[本章难点]：1．各类传感器的工作原理2．传感器的功用和特性3．信号调理电路（滤波、相关、调制、解调）第四章机械系统设计[教学目的与要求]：1．掌握机电一体化系统中传动机构的种类、特点、基本要求。
2．了解常用工业机器人的基本构型。
3．掌握机电一体化系统常用精密传动机构的基本原理与设计方法。
[本章主要内容]：4.1 机电一体化系统典型机构4.2 机器人机构4.3 精密齿轮传动4.4 同步带传动4.5 滚珠丝杠传动4.6 导轨设计4.7 机械系统设计综合应用实例[本章重点]：1．滚珠丝杠副传动机构[本章难点]：1．传动机构的设计方法2．滚珠丝杠副传动机构3．谐波齿轮传动第五章伺服驱动系统[教学目的与要求]：1．了解伺服系统的一般组成、分类和基本组成形式。
机电一体化系统的基本组成
机电一体化系统的基本组成
传统的机械产品主要是解决物质流和信息流的问题，而机 电一体化产品除了解决物质流和能量流以外，还要解决信息流 的问题。机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质、能量 与信息（即所谓工业三大要素）按照要求进行处理，输出具有 所需特性的物质、能量与信息。
传
任何一个产品都是为满足人们的某种需求而开发和生产的， 因而都具有相应的目的功能。机电一体化系统的主功能包括变 换（加工、处理）、传递（移动、输送）、储存（保持、积蓄、 记录）三个目的功能。主功能也称为执行功能，是系统的主要 特征部分，完成对物质、能量、信息的交换、传递和储存。机 电一体化系统除了具备主功能外，还应具备动力功能、检测功 能、控制功能、构造功能等其他功能。
加工机是以物料搬运、加工为主，输入物质（原料、毛坯 等）、能量（电能、液能、气能等）和信息（操作及控制指令 等），经过加工处理，主要输出改变了位置和形态的物质的系 统（或产品）。如各种机床、交通运输机械、食品加工机械、 起重机械、纺织机械、印刷机械、轻工机械等。
动力机，其中输出机械能的为原动机，是以能量转换为主， 输入能量（或物质）和信息，输出不同能量（或物质）的系统 （或产品）。如电动机、水轮机、内燃机等。
以上这五部分我们通常称为机电一体化的五大构成要素，而在实际中 有时机电一体系统的某些构成要素是复合在一起的。机电一体化产品的 五大部分在工作时相互协调，共同完成所规定的目的功能。在结构上，各 组成部分通过各种接口及其相应的软件有机地结合在一起，构成一个内部 匹配合理、外部效能最佳的完整产品。
综上所述，机电一体化系统由许多要素或子系统构成，各要素或子系 统之间必须能顺利地进行物质、能量和信息的传递与交换。因此，各要素 或各子系统相接处必须具备一定的联系条件，这些联系条件称为接口。一 方面，机电一体化系统通过输入/输出接口将其与人、自然及其他系统相 连；另一方面，机电一体化系统通过许多接口将系统构成要素联系为一体。 因此，系统的性能在很大程度上取决于接口的性能。
典型的机电一体化系统
以六足爬虫机器人的设计来介绍典型的机电一体化系统姓名：朱尧班级：给排委培13-1学号：1323810122机电一体化系统的简介一、机电一体化的概念和内涵“机电一体化”是新生事物,由日本造英语Mechatronics (Mechanics和Electronics)翻译而来，关于它的确切含义，各国专家、学者的论点也各不相同，迄今国际上尚无统一标准。
较为人们接受的是由日本机械振兴协会经济研究所1981年提出的解释：1.机电一体化的概念机电一体化乃是在机械的主功能、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。
（如机床电器化不能称为机电一体化）2.机电一体化的内涵机电一体化的内涵包括产品和技术。
典型机电一体化产品：BKX-I并联机床二、机电一体化产品的分类1.生产用：数控机床、机器人、FMC、FMS、CIMS2.运输包装用：电梯、数控包装机械、数控运输机械3.销售及银行用：自动称量机、自动售货机、自动取款机4.家庭用：录音机、CD/VCD/DVD、全自动洗衣机、微波炉、儿童玩具5.办公用：打印机、复印机、传真机、磁盘驱动器6.医疗用：X-射线机此外，还有航空、航天、国防、天文等及其他民用机电一体化产品，如雷达跟踪系统、射电望远镜.机电一体化产品的分类并没有统一的标准，一件产品是否属于机电一体化产品应根据前述机电一体化定义来判断。
尽管机电一体化产品（系统）中引入了微电子（计算机）技术，但其中的机械本体仍然是主体，产品（系统）的主要功能必须由机械来完成，否则就不能称其为机电一体化产品。
如电子计算器，非指针式电子表等，其主要功能是由电子器件和电路等完成，机械退居次要地位，这类产品应归属于电子产品，而不是机电一体化产品。
三、机电一体化相关技术1.基础技术：机械技术（包括机械学、机械加工技术和精密机械技术）电工电子技术：逻辑代数技术、计算机技术（软/硬件，操作系统）、电路原理、电子技术。
机电一体化系统构成实验
实验一机电一体化系统组成实验实验目的1.通过了解物流生产线的结构及工作原理建立典型机电系统基本组成概念；了解机电系统五要素。
2.了解物流生产线的工作过程，体会各组成部分的作用以及相互间是如何通讯协调工作的。
实验设备：1－立体仓库系统单元 2－机械手搬运系统单元3－多工位加工系统4－多通道环行线系统单元 5－视觉检测系统单元其中巷式起重机基本结构;由丝杠驱动步进电机（5-1-1）、光杠（5-1-2）、气动储取货物机构（5-1-3）、X轴步进电机（5-1-4）、Ｘ轴光杠（5-1-5）、Ｚ轴气缸（5-1-6）、滚珠丝杠（5-1-7）组成。
巷式起重机(5-1)主要是实现货物在仓库内的自动存取机械手搬运系统单元四轴联动机械手机构结构:由伺服电机驱动可旋转角度=270°的气控机械手（具有光电传感器）（1-1-1）、②由步进电机驱动丝杠组件构成沿X、Y轴移动装置（含x、y轴限位开关）（1-1-2）、可回旋=270°的转盘机构（1-1-3）（其电气部分由直流无刷电动机、光电编码器、接近开关等）。
型材基体（1-1-4）组成。
四轴联动机械手机构主要实现空间货物的存取多工位加工系统单元4000E2多工位加工系统单元结构图如图 4-3 所示。
（2-1）－铣床（2-2）－钻床（2-3）－多工位工作台多工位工作台多工位工作台由Ｘ轴步进电机（2-3-1）、滚珠丝杠（2-3-2）、自动夹紧工作台（2-2-3）、直线导轨（2-3-4）、Ｙ轴步进电机（2-3-5）、Ｙ轴丝杠（2-3-6）、型材基体（2-3-7）组成，多工位工作台主要是通过Ｘ、Ｙ轴步进电机使自动夹紧工作台中的货箱到达预定的钻、铣工位，并对货箱进行钻、铣削加工。
见图4-3-3检测环节;在各站点均有检测环节，请根据运动控制需求分析各检测环节位置检测：接近开关、光电开关位移检测;光栅尺驱动：步进电机、负压吸盘柔性制造系统网络组成物流生产线是由主控单元1、仓储单元4、拾取单元2、加工单元3、检测单元5及传送单元和上位工控机构成。
机电一体化题库1(1)解析
宜宾职业技术学院《典型机电一体化控制系统分析与设计》试题库课程代码：1311303S课程性质：专业必修课适用专业：机电一体化技术学分：4负责人：温洪昌参与人：杨阳熊平二0一五年三月典型机电一体化控制系统分析与设计知识点课程试题库规划（B类）专业：机电一体化课程：典型机电一体化控制系统分析与设计负责人：温洪昌课程类别：B类主要知识点1：一个机电一体化系统组成结构划分(103)一、选择题1、一个典型的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：（）。
A 机械本体B 动力与驱动部分C 执行机构 D. 控制及信息处理部分【代码】10341018【答案】A、B、C、D2、机电一体化系统（产品）开发的类型（）。
A 开发性设计B 适应性设计C 变参数设计D 其它【代码】10331028【答案】A、B、C3、机电一体化系统（产品）设计方案的常用方法（）。
A 取代法B 整体设计法 C组合法 D其它【代码】10331038【答案】A、B、C4、机电一体化的高性能化一般包含（）。
A高速化 B高精度 C高效率 D高可靠性。
【代码】10341048【答案】A、B、C、D5、抑制干扰的措施很多，主要包括（）。
A屏蔽 B隔离 C滤波 D接地和软件处理等方法【代码】10341058【答案】A、B、C、D6、柔性制造系统的英文缩写是（）。
A FMSB CIMSC CAPPD MEMS【代码】10311068【答案】A7、微电子机械系统的英文缩写是（）。
A FMSB CIMSC CAPPD MEMS【代码】10311078【答案】D8、模拟/数字转换的英文缩写是（）。
A CAD/CAMB A/DC SMD/SMTD MEMS【代码】10311088 【答案】B9、表面贴装器件的英文缩写是（）。
A CADB CAMC SMD D SMT【代码】10311098 【答案】C10、齿轮传动中各级传动比的最佳分配原则有（）。
A 质量最小原则B 输出轴转角误差最小原则C 等效转动惯量最小原则D 输出扭矩最大原则【代码】10331108 【答案】A 、B 、C二、论述题1、论述多级齿轮传动总传动比是怎样确定的？【代码】10312116 【答案】一般根据驱动电动机的额定转速和负载所需的最大工作转速来确定，••••••===L mLm L m i θθθθθθ。
《机械零件与典型机构》课程标准doc
《机械零件与典型机构》课程标准doc课程代码：00120408适用专业：机电一体化技术、机械设计与制造、数控技术学时：78学分：4开课学期：第三学期或第四学期第一部分前言1.课程性质与地位《机械设计基础》是机电一体化技术专业的主干专业基础课。
依据专业基础课的定位及《机械设计基础》课相关内容的要求，在确定本课程在专业培养目标中的定位与目标时，我们立足于高职院校主要是培养高端技能型人才的办学定位思想，结合我院的具体情况，即生源来自于高中毕业生和中职毕业生，有一定的文化基础知识，但缺乏实践环节训练等特点，来设计本课程的理论教学内容及实践环节。
本课程的作用在于培养学生掌握机械设计的基本知识、基本理论和基本方法；培养学生具备机械设计中的一般通用零部件设计方法的能力，为后继专业课程学习和今后从事设计工作打下坚实的基础。
2.课程的基本理念摒弃“知识本位”的传统教学思想，突出以“学生发展为本位”的教学理念，不但注重知识的传授，也要满足学生的未来发展需要，以“学生是课程的核心”作为目标，注重学生的创新能力、实践能力、团结协作能力、创业意识等的培养。
3.课程标准的设计思路以专业教学计划培养目标为依据，以岗位需求为基本出发点，以学生发展为本位，设计课程内容。
让学生在了解常用机构及零部件的基本知识及设计方法和设计理论的基础上，能进行简单机械及传动装置的设计，培养学生初步解决工程实际问题的能力。
在课程实施过程中，充分利用课程特征，加大学生工程体验和情感体验的教学设计，激发学生的主体意识和学习兴趣。
第二部分课程目标1.知识目标通过本课程的学习，使学生获得正确分析、使用和维护机械的基本知识、基本理论及基本技能，初步具备运用手册设计简单机械的能力，为学习有关专业机械设备课程以及参与技术改造奠定必要的基础。
2.能力目标（1）掌握一般机械中常用机构和通用零件的工作原理、组成、性能特点，初步掌握选用和设计方法。
（3）能综合运用所学知识和实践技能，具有设计简单机械和简单传动装置及分析、解决一般工程问题的初步能力。
机电一体化知识点
一、机电一体化起源与定义：在机械的主功能、动力功能、信息功能、控制功能基础上引入微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机地结合所构成系统的总称.机电一体化一般包含机电一体化产品(系统）和机电一体化技术两层含义。
典型的机电一体化产品（系统）有：数控机床、机器人、工程机械、汽车、智能化仪器仪表、CAD／CAM系统等.P26间隙的影响三、机电一体化的目的（功能）使系统（产品)高附加值化，即多功能化、高效率化、高可靠性化、省材料化、省能源化,并使产品结构向轻、薄、短、小巧化方向发展,不断满足人们生活和生产的多样化需要和生产的省力化、自动化需要.四、机电一体化发展概况“萌芽阶段"“蓬勃发展阶段"“智能化阶段”1 智能化、2 模块化、3 网络化、4 微型化、5、绿色化、6、人格化五、机电一体化系统的构成1、执行元件(主功能）实现机电一体化系统主功能.主功能是系统的主要特征部分，完成对物质、能量、信息的交换、传递和储存。
主功能包括三个目的功能：（1）变换（加工、处理)功能；（2）传递（移动、输送）功能;（3）储存（保存、存储、记录）功能2、机械本体(构造功能）机械本体包括机架、机械连接、机械传动等，它是机电一体化的基础,起着支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用.3、动力源（动力功能）是机电一体化产品的能量供应部分,其作用是按照系统控制要求,为系统提供能量和动力，使系统正常运行.4、传感检测单元（计测功能）对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测.要求：体积小、精度高、抗干扰5、控制与信息处理单元（控制功能）将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、储存、分析、加工，根据信息处理结果,按照一定的程序和节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的地运行。
要求：高可靠性、处理速度快、智能化6、接口将各组成单元或子系统连接成一有机的整体。
各要素或子系统之间能顺利进行物质、能量和信息的传递和交换。
机电一体化技术--机械系统
2、采取的具体技术措施 、 1） 采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件。 ） 采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件。 2）缩短传动链，提高传动与支承刚度。 ）缩短传动链，提高传动与支承刚度。 3）选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率、减少 ）选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率、 等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量， 等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量，尽可能 提高加速能力。 提高加速能力。 4）缩小反向死区误差。 ）缩小反向死区误差。 5）改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减少振动、 ）改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减少振动、 降低噪声。 降低噪声。
二、基本要求
机械传动部件对伺服系统的伺服特性有很 大影响，特别是其传动类型、传动方式、 大影响，特别是其传动类型、传动方式、传动 刚性以及传动的可靠性对机电一体化系统的精 稳定性和快速响应性有重大影响。 度、稳定性和快速响应性有重大影响。
1、影响传动机构动力学特性的因素及其要求 、
1）阻尼 ）
内循环
1—丝杠 丝杠
2—螺母 螺母
3—滚珠 滚珠
4—回程引导装置 回程引导装置
滚珠在循环过程中始终与丝杠表面接触。 滚珠在循环过程中始终与丝杠表面接触。循环回路 流畅性好、效率高、螺母径向尺寸小。 短、流畅性好、效率高、螺母径向尺寸小。反向器加工困 装配调整不方便。 难，装配调整不方便。
外循环
插管式外循环结构 1-弯管 弯管 滚珠 螺纹滚道 丝杠 2-压板 3-丝杠 4-滚珠 5-螺纹滚道 压板
2）丝杠转动、螺母移动 ）丝杠转动、
要限制螺母的转动，故需导向装置。 要限制螺母的转动，故需导向装置。其特点是结构 紧凑、丝杠刚性较好。适用于工作行程较大的场合。 紧凑、丝杠刚性较好。适用于工作行程较大的场合。
机电一体化技术基础课件：典型机电一体化系统(产品)分析
典型机电一体化系统分析
(1) 什么是“插补”。 插补:就是在线段的起点和终点坐标值之间进行“数据点
的密化。
典型机电一体化系统分析
(2) 程序编制及程序载体。 ①数控程序 数控程序：是数控机床自动加工零件的工作指令。 编制程序的工作可由人工进行；对于形状复杂的零
件，则要在专用的编程机或通用计算机上进行自动编程 (APT)或CAD/CAM设计。
2) 机器人分类
工业机器人
机器人
特种机器人
服务机器人 水下机器人 娱乐机器人 军用机器人 农业机器人 机器人化机器
典型机电一体化系统分析
3) 工业机器人定义 工业机器人定义：就是面向工业领域的多关节机械手或多自
由度的机器人。
工业机器人按程序输入方式区分为编程输入型和示教输 入型两类。
示教输入型机器人的示教方法有两种：一种是由操作者 用手动控制器。另一种是由操作者直接引导执行机构。
典型机电一体化系统分析
7.1 了解数控机床 1. 数控机床的发展及其基本原理
1) 数控机床的发展 （1）数控技术：即NC(Numerical Control)技术，是指用数 字化信息(数字量及字符)发出指令并实现自动控制的技术。
1952年，麻省理工学院(MIT)发明了是世界上第一台数 控机床。
典型机电一体化系统分析
ABS的主要元件如图7-21所示。
ABS的主要组成部分如下： (1) 常规液压制动系统。 (2) 轮速传感器。 (3) 电子控制单元(ECU)。 (4) 制动压力调节器。 (5) 警告灯。
典型机电一体化系统分析 2) 电子控制单元(ECU) （1）ABS电子控制单元(ECU)功用：是接受轮速传感器 及其它传感器输入的信号，进行放大、计算、比较，按 照特定的控制逻辑，分析判断后输出控制指令，控制制 动压力调节器执行压力调节任务。 （2）ABS的 ECU主要包括：输入级电路、计算电路、 输出级电路及安全保护电路。
机电一体化基本概念
机电一体化基本概念
课外作业:
1.什么是机电一体化？其组成要素是什 么？
课后体会：
1.机电一体化相关的技术有哪些？
2.你的未来准备怎么应用机电一体化 技术
撰责主电制稿任子编作编教：辑师…：………（以姓氏为序）
机电一体化基本概念
2 简化结构
SKXT-1200铣镗钻机床
传动系统图
变频调速电机
d=37
d=71 m=3 z=58
m=3 z=23 m=3 z=46 β＝１５°
m=3 z=55 β＝１５°
p=12 p=12
回转工作台 m=3 z=46
m=3 z=23 交流伺服电机
m=3 z=48 β＝8° m=3 z=25 β＝8°
机电一体化基本概念
二、总体方案设计
1．产品方案构思 产品方案构思完成后，以方案图的形式将设计方案表达出来。 方案图应尽可能简洁明了，反映机电一体化系统各组成部分 的相互关系，同时应便于后面的修改。
2．方案的评价对多种构思和多种方案进行筛选，选择较好 的可行方案进行分析组合和评价，从中再选几个方案按照机 电一体化系统设计评价原则和评价方法进行深入的综合分析
机电一体化基本概念
1、机械本体 机身、框架、机械联接等产品支持机
构，实现构造功能。
要求：可靠、小型、美观
2、能源 提供能量，转换成需要的形式，实现动力 功能。 要求：效率高、可靠性好
机电一体化基本概念
3、检测传感装置 检测产品内部状态和外部环境，实现计测 功能。 要求：体积小、精度高、抗干扰
4、电子控制单元 处理、运算、决策，实现控制功能。 要求：高可靠性、柔性、智能化
机电一体化基本概念
3.90年代后期开始为第三阶段，“智能化阶段” ① 光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技 术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和 微机电一体化等新分支； ② 对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机 电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。 ③ 由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域 取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔 天地。这些研究，将促使机电一体化进一步建立完整的 基础和逐渐形成完整的科学体系。
机电一体化执行部件
• 液压执行部件应用广泛，特别在在驱 动大动力机床和机器人中得到了广泛 的应用。
液压系统的组成
•
液压系统的动力元件，即泵站，主要包括液
压泵和驱动电机；
• 控制元件有压力控制阀、方向控制阀、流量控制 阀和各类电液伺服阀等；
6. 电液伺服阀
电液伺服阀是一种可将小功率电信号转换为大功率的 液压信号，以实现对流量和压力控制的转换装置。电液伺 服阀为一种控制灵活、精度高、快速性好、输出功率大的 控制元件。
4.3气动执行部件
气动执行部件是将压缩空气的压力能转变为机械能的 能量转换装置，包括气缸和气马达。广泛应用于各种工业 机械和车辆、机器人、气动工具及测量仪器等领域。
•
其次，还应特别注意以下事项：
• （1）液压缸承受负载后，如果其输出速度达到一定的 值，为了避免或降低液压缸高速运动中忽然停车所产生的 液压冲击，应选用带有缓冲装置的液压缸；速度更高的，
还需在液压缸外加阻尼元件。
• （2）对于行程超过1000mm的液压缸，为了防止活塞杆 过载及活塞过快磨损，应该使用支承环。
• （3）一般来说，不同的液压油适用于不同材质的油封， 选择液压油或油封时应注意密封材料与液压油和工作温度 的关系，从而保障液压缸的寿命和使用性能。
4.2.2液压马达类型和主要参数
液压马达是将压力能转变成机械能（旋转力矩）并对外 做功的执行部件。
液压马达通常分为高速和低速两大类。
额定转速高于500 r/min的为高速液压马达，主要结构形式有齿 轮式、螺杆式、叶片式和轴向柱塞式。其特点是转速较高、功 率密度高、转动惯量小、排量小，启动、制动、调速及换向方 便，其输出扭矩不大，为几十到几百Nm。； 额定转速低于500 r／min的为低速液压马达．低速马达排量大， 体积也大，转速在低到每分钟几转时仍能输出几千到几万Nm的 扭矩．这就是通常所说的低速大扭矩液压马达。其主要形式有 多作用内曲线液压马达和径向柱塞型液压马达，它适用于直接 连接并驱动负载，且启动、加速时间短，性能好，所以在工程 实际中得到了广泛应用。
机电一体化系统的基本组成要素
机电一体化系统的基本组成要素一个典型的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、掌握及信息处理部分。
即结构组成要素、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、信息掌握、能量转换等有机融合的一个完整系统。
机电一体化系统的组成要素及功能如图1所示。
图1 机电一体化系统的组成要素及功能(a）机电一体化系统的组成要素; (b）机电一体化系统的功能 1.机械本体机电一体化系统的机械本体包括机身、框架、连接等。
2.动力与驱动动力部分的功能是根据系统掌握要求,为系统供应能量和动力,使系统正常运行。
用完可能小的动力输入获得尽可能大的功能输出,是机电一体化产品的显著特征之一。
驱动部分的功能是在掌握信息作用下供应动力,驱动各执行机构完成各种动作和功能。
3. 传感测试部分传感测试部分的功能是对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测,生成相应的可识别信号,传输到信息处理单元,经过分析、处理后产生相应的掌握信息。
这一功能一般由特地的传感器及转换电路完成。
4.执行机构执行机构的功能是依据掌握信息和指令,完成要求的动作。
执行机构是运动部件,一般采纳机械、电磁、电液等机构。
5. 掌握及信息单元掌握及信息单元的功能是将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、储存、分析、加工,依据信息处理结果,根据肯定的程序和节奏发出相应的指令,掌握整个系统有目的地运行。
6.接口耦合与能量转换（1）变换。
两个需要进行信息交换和传输的环节之间,由于信息的模式不同（数字量与模拟量、串行码与并行码、连续脉冲与序列脉冲等等）,无法直接实现信息或能量的沟通,需要通过接口完成信息或能量的统一。
（2）放大。
在两个信号强度相差悬殊的环节间,经接口放大,达到能量的匹配。
（3）耦合。
变换和放大后的信号在各环节间能牢靠、快速、精确地交换,必需遵循全都的时序、信号格式和规律规范。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
机械
传感器
辅助
驱动器 机电 设计
一体化
电气
计算机
控制
3 D
C4
• 运动学
– 不考虑引起运动的原 因—力的作用，只从几 何方面研究物体在空间 的位置随时间的变化规 律，确定运动过程中物 体的位置、速度、加速 度、转动角速度和角加 速度等。
– 运动的研究(不考虑力)
机械
传感器
辅助
驱动器 机电 设计
控制
4.7
机械系统设计综合应用实例
4.1 机电一体化系统典型机构
4.1.1 基本概念与术语 4.1.2 机构设计基础 4.1.3 连杆机构 4.1.4 凸轮机构 4.1.5 齿轮机构
机械
传感器
辅助
驱动器 机电 设计
一体化
电气
计算机
控制
4.1.1 基本概念与术语
运动
– 平移
• 3 DOF – 旋转
机电一体化机构的选型与设计 机电一体化机械系统的工程设计
机械
传感器
辅助
驱动器 机电 设计
一体化
电气
计算机
控制
第四章 机械系统设计
4.1 机电一体化系统典型机构
4.2 机器人机构
4.3 精密齿轮传动
4.4 同步带传动
4.5 滚珠丝杠传动
4.6 导轨设计
机械
传感器
辅助
驱动器 机电 设计
一体化
电气
计算机
机械
传感器
辅助
驱动器 机电 设计
一体化
电气
计算机
控制
机械
传感器
辅助
驱动器 机电 设计
一体化
电气
计算机
第四章 机控械制 系统设计
机械系统是机电一体化系统的最基本要素，是由计算 机协调与控制的，用于完成包括机械力、运动和能量流等 动力学任务的机械及机电部件相互联系的系统。
➢ 机电一体化对机械系统的要求
电气
计算机
控制
复合运动副：万向铰或虎克铰
球铰
4.1.2 机构设计基础
• 机构
– 运动转换器
• 连杆 - 复杂的运动 • 凸轮 - 旋转到线性 • 链，齿轮，滑轮 - 力或运
动放大 • 机器人机构
机械
传感器
辅助
驱动器 机电 设计
一体化
电气
计算机
控制
H
• 机构及其组成
– 由两个或两个以上构件通过活动联接形成的构件系统。
驱动器 机电 设计
一体化
电气
计算机
控制
➢动力学反问题：首先对机器人手部进 行轨迹规划，即给定手部的运动路径及 轨迹上各点的速度及加速度，然后，求 出应施加于各关节处的广义驱动力的变 化规律。
➢动力学正问题：已知各关节的驱动力 矩，求解手部的真实运动。
• 3 DOF – 无约束
• 6 DOF – 约束
机械
传感器
辅助
驱动器 机电 设计
一体化
电气
计算机
控制
• 1-5 DOF • 冗余
6自由度
➢ 空间物体的自由度（独立运动的数目）
机械
传感器
辅助
驱动器 机电 设计
一体化
电气
计算机
控制
空间物体的六个自由度
平面运动的构件有三个自由度
➢ 自由度和约束（构件独立运动所加的限制 ）
辅助
驱动器 机电 设计
一体化
电气
计算机
控制
移动副(低副） (自由度为1） 可以沿导路移动
常见平面运动副及其自由度
齿轮副，凸轮(高副） （自由度为2） 可以沿切线移动 可以绕接触点或线转动
高副
机械
传感器
辅助
驱动器 机电 设计
一体化
电气
计算机
控制
常见的空间运动副
机械
传感器
辅助
驱动器 机电 设计
一体化
• 原动件数＜F，各构件间无确定相对运动； • 原动件数>F，在机构的薄弱处易遭到破坏。 • 原动件数=F，机构具有确定运动。
机械
传感器
辅助
驱动器 机电 设计
一体化
电气
计算机
控制
• 机构运动简图
– 用国家标准规定的线条和符号表示构件与运动副、按 比例表示构件的运动尺寸，反映原机构运动情况的简化图 形。
• 机架 ：构件中的固定构件； • 原动件 ：机构中按给定的已知运动规律独立运动的构件； • 从动件 ：除原动件外其余活动构件。
– 组成机构的各构件都在相互平行的平面内运动的机构称 为平面机构，否则称为空间机构。
机械
传感器
辅助
驱动器 机电 设计
一体化
电气
计算机
控制
• 机构自由度数
– F＜0：超静定桁架，构件间无相对运动； – F=0：静定刚性桁架，构件间无相对运动； – F＞0：
1.高精度；
2.快速响应；
3.良好的稳定性。
➢机械传动系统的特性
转动惯量小 摩擦小 间隙小
机械
传感器
辅助
驱动器 机电 设计
一体化
电气
计算机
控制
阻尼合适
刚度大 抗振性能好
➢ 机电一体化机械系统主要组成
机械系统包括传动部件、导向支撑结构和执行机构 等，用于完成传递功率、运动和完成指定的动作。
➢ 机电一体化机械系统设计的主要任务
机械
传感器
辅助
驱动器 机电 设计
一体化
电气
计算机
控制
曲柄滑块机构
四连杆机构
• 平面运动副
➢ 转动副
➢ 移动副
➢ 平面高副
机械
传感器
辅助
驱动器 机电 设计
一体化
电气
计算机
控制
• 构件
➢ 机架 ➢ 两副构件
➢ 三副构件
机械
传感器
辅助
驱动器 机电 设计
一体化
电气
计算机
ห้องสมุดไป่ตู้控制
颚式破碎机主体机的机构运动简图
当偏心轴2绕其轴心连续转动时，动颚3作往复摆动，从而将处于动颚板3和定颚之间的矿石轧碎。
工作过程：
电动机
偏心轴2
大带轮5 V带
电动机
动颚板3
带传动
定颚板
偏心轴转动
小带轮
动颚板摆动，与定
机械
颚板一起压碎物料 传感器
辅助
驱动器 机电 设计
一体化
电气
计算机
控制
肘板4
颚式破碎机主体机的机构运动简图
当偏心轴2绕其轴心连续转动时，动颚3作往复摆动，从而将处于动颚板3和定颚之间的矿石轧碎。
在平面机构中，一个低副有两个约束条件，一个高副有 一个约束条件。
机械
传感器
辅助
驱动器 机电 设计
一体化
电气
计算机
控制
低副
高副
常见平面运动副及其自由度
转动副
机械
传感器
辅助
驱动器 机电 设计
一体化
电气
计算机
控制
转动副(低副） (自由度为1） 可以绕铰链轴转动
常见平面运动副及其自由度
移动副
机械
传感器
关节有: (a) 一个自由度；
机械
传感器
辅助
驱动器 机电 设计
一体化
电气
计算机
控制
(b) 两个自由度
➢ 运动副
运动副：两构件直接接触形成的可动连接；
平面运动副、空间运动副
球面副
转动副
机械
传感器
辅助
驱动器 机电 设计
一体化
电气
计算机
控制
万向副
运动副的分类
通常把面接触的运动副称为低副，点接触或线接触的运 动副称为高副。
一体化
电气
计算机
控制
• 动力学
– 机械动力学是研究机械在力 作用下的运动和机械在运动 中产生的力的科学。
• 动力学反问题（已知运 动求力）
• 动力学正问题（已知力 求运动）
– 分为分析和综合两个方面： • 分析：研究现有机械；
• 综合：设计新机械使之 达到给定的运动学、动 力学要求。
机械
传感器
辅助