机电一体化系统设计典型实例共58页文档
机电一体化系统总体设计-设计过程示例
P-N5 250t座式焊接变位机 德国诺威尔重型机器制造有限公司
HB-60t型焊接变位机 成都焊研威达自动焊接设备有限公司
两自由度变位机 意大利Innse-Berardi公司
加氢反应器的两自由度变位机 法国Framatome公司
b.概念设计
2）工艺可实现性
概念设计
5）避免不良 结构性
概念设计：通 过构思确定设 计任务和用简 图形式表达的 设计问题的一 个求解轮廓。
启 动 、
变 速
仪 表 显
照 明
其 他
换
递 与 分
铲 斗
推 压
移停
示
动止
）（
配
制
动
）
3、功能元组合——相容矩阵法
方案序号
1
2
分功能
A
推压
齿条
钢丝绳
B
铲斗
正铲斗
反铲斗
C
提升
油缸
绳索
D
回转
内齿轮传动 外齿轮传动
E
能量转换
柴油机
F 能量传递与分配 齿轮箱
油泵
G
制动
带式制动 阐瓦制动
H
变速
液压式
齿轮式
I
行走
θ3
K
F0 2 B
x3 GK α
1
y3
D η
G1：滑块的重力
F2 1 θ 2
x2 G2：引导螺丝的重力
GK：各运动部件的重力
C
θ1
F0 1
y2
G1
F1 2
G2 x0
x1
y0 y1
A
液压缸驱动曲柄摇块机构方案
液压缸驱动曲柄摇块机构方案
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。
机电一体化课程设计实例_全自动洗衣机
精选PPT
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波轮式全自动洗衣机
结构与工作特点
全自动洗衣机按 控制方式不同分为机 电式和微电脑式两类， 其总体结构基本相同， 如图8-13所示。
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13
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14
（一） 机械支撑系统
1.外箱体 2.弹性支承结构
全自动洗衣机采用的一种弹性支承结构 如图8-14所示。阻尼筒结构图如图8-15所示。
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• 3．电脑洗衣机的控制原理
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搅拌式洗衣机
搅拌式洗衣机通俗来 讲，就是通过波轮循 环搅拌衣物。一般搅 拌式洗衣机由内桶， 外桶，搅拌波轮，电 机还有电脑控制器等 组成。
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搅拌式洗衣机
搅拌式洗衣机内筒中央的一个搅拌棒和几片搅拌翼， 能够保持在360°之内依据不同衣物质地、脏污程 度、洗涤物质量等或快或慢地来回旋转，将衣物揽 在怀中来回揉搓，彻底清除污渍。因此，搅拌式洗 衣机具有不缠绕、不磨损、省电、洗涤力强等诸多 优点，兼具波轮式与滚筒式的优点，并且克服了两 者的不足。
液的外桶(盛水桶)。
• 洗涤时，进水电磁阀打开，自来水通过洗涤剂盒连同洗涤剂 冲进筒内，内桶在电动机的带动下以低速度周期性地正反向 旋转，衣物便在筒内翻滚揉搓，一方面衣物在洗涤液中与内 桶壁以及桶壁上的提升筋之间产生摩擦力，衣物靠近提升筋 部分与相对运动部分互相摩擦产生搓揉作用；另一方面滚筒 壁上的提升筋带动衣物一起转动，衣物被提升出液面并送到 一定高度，由于重力作用又重新跌入洗涤液中，与洗涤液撞 击，产生棒打、摔跌作用。这样内筒不断正转、反转，衣物 不断升起、跌落以及洗涤液的轻柔运动，都使衣物与衣物之 间，衣物与洗涤液之间，衣物与内筒之间产生摩擦、揉搓、 撞击，这些作用与手揉、板搓、刷洗、甩打等手工洗涤相似， 达到洗涤衣物的目的。
第6章 机电一体化系统设计及应用举例
1、步进电动机与丝杠联接
直连式示意图 1—车床支架 2—销钉 3—联轴套 4—步进电动机
齿轮连接示意图
6 机电一体化系统设计及应用举例
2、步进电动机与床身的联接
固定板联接示意图 1—床身 2—齿轮箱 3—变速齿轮 4—丝杠支架
变速箱联接示意图 1—床身 2—圆柱套筒 3—联接板 4—步近电动机 5—齿轮 6—丝杠托架 7—丝 杠
6 机电一体化系统设计及应用举例
六、制作与调试
制作与调试是系统设计方案实施的一项重要内容。根据循环设 计及系统设计的原理，制作与调试分为两个步骤：第一步是功 能模块的制作与调试；第二步是系统整体安装与调试。
6 机电一体化系统设计及应用举例
第二节 机电一体化系统设计应用举例 ———数控机床
一、数控机床的组成
控制软件是为完成机床数控而编制的系统软件，因为各数控系统的功能 设置、控制方案、硬件线路均不相同，因此在软件结构和规模上相差很 大，但从数控的要求上看，控制软件应包括输入数据预处理、插补运算、 速度控制、自诊断和管理程序等模块。
6 机电一体化系统设计及应用举例
1、数据输入模块 系统输入的数据主要是零件的加工程序 （指令），一般通过键盘、光电读带机或盒式磁带等输入， 也有从上一级微机直接传入的（如CAD/CAM系统）。系统中所 设计的输入管理程序通常采用中断方式。例如，当读带机读 入一个数据后，就立即向CPU发出中断，由中断服务程序将该 数据读入内存。每按一次键，键盘就向CPU发出一次中断请求， CPU响应中断后就转入键盘服务程序，对相应的按键命令进行 处理。 2、数据处理模块 输入的零件加工程序是用标准的数控语言 编写的ASCII字符串，因此，需要把输入的数控代码转换成系 统能进行运算操作的二进制代码，还要进行必要的单位换算 和数控代码的功能识别，以便确定下一步的操作内容。
毕业设计——机电一体化设计
机电一体化系统设计设计内容：自动售货机控制系统的设计姓名：院系：物理与机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：学号：一、设计题目 (3)二、设计要求 (4)1、设计要求 (4)2.设计内容描述 (4)三、设计作用与目的 (5)四、所用设备及软件 (5)五、系统设计方案 (5)1、系统总体设计 (5)六、系统硬件设计 (6)1.系统整体设计 (6)2.I/O分配 (7)七、系统软件设计 (8)1.主程序流程设计 (8)2.各子程序设计 (9)计币部分 (10)比较部分 (10)选择和饮料供应部分 (11)余额计算部分 (11)退币部分 (12)报警部分 (11)八、实验调试结果 (11)九、设计心得 (12)十、参考文献 (13)自动售货机是能根据投入的钱币自动付货的机器。
自动售货机是商业自动化的常用设备，它不受时间、地点的限制，能节省人力、方便交易。
是一种全新的商业零售形式，又被称为24小时营业的微型超市。
能分为三种：饮料自动售货机、食品自动售货机、综合自动售货机。
随收入水平的提高，人们追求灵活、方便、快捷以及自助式服务是自动售货机得以如此迅猛发展的主要原因。
在发达国家自动售货机已经成为零售业一个不可分割的部分，特别是对青年一代，这种伴随其成长的前卫零售方式更可谓是一种新的消费时尚。
自动售货机具有技术含量高、销售方式新、市场潜力大、商品货真价实等优点，决定了它广阔的发展前景。
一、设计题目自动售货机控制系统的设计二、设计要求1、设计要求（1）、根据控制要求，所需输入信号、输出信号的点数，选择适当型号的PLC；（2）、I/O地址分配，设计PLC外部接线图；（3）、根据系统的工作过程，画出工作流程图或时序图；（4）、根据工作流程图或时序图，设计满足控制要求的梯形图；（5）、根据梯形图编写程序，并在实验室模拟调试。
2、设计内容描述PLC控制的自动售货机系统主要有三个可以感受到投币量的传感器，六个按钮开关(分别为启动按钮、停止按钮、退币按钮、汽水选择按钮、花茶选择按钮和咖啡选择按钮）三个指示灯,(分别为汽水指示灯，花茶指示灯和咖啡指示灯），和两个七段数码管。
(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。
机电一体化课程设计课件：机电一体化综合设计实例-
2. 控制電路設計
圖7.12 PLC控制簡圖
圖7.13 液壓馬達驅動電機的控制電路圖
圖7.14 液壓電磁閥的控制電路圖
其他：圖7.15～圖7.19
7.2 SCARA機器人的設計
一、設計任務
1、設計題目
SCARA機器人設計
2、設計要求
總體方案設計 、機械傳動系統零部件的設 計與選型 、控制系統的設計、控制電機和 驅動器伺服控制卡的選用
➢滾珠絲杠的選擇與計算 ➢電機的選擇計算 ➢同步齒型帶的設計計算
四、機器人控制系統設計
上
运
位
动
计
控
算
制
机
器
驱动器1 编码器1 驱动器2 编码器2
驱动器3 编码器3 驱动器4 编码器4
伺服电机1
伺服电机2 伺服电机3
SCARA 机器人 机构
伺服电机4
圖7.28 控制系統連線圖
圖7.29 伺服驅動器控制信號連線
fmax
1000 vmax
60
1000 4 0.01 60
6666.7
ft
1000 vs
60
1000 1 0.01 60
1666.7
fL
fm
1 J Jm
1800
945.9
1 39.313 /15
六、控制系統的設計
1. 控制方案
以8031單片機為控制器 （圖7.47）
➢接收鍵盤數據，控制LED顯示； ➢接收操作面板的控制開關和按鈕信號； ➢接收車床限位開關信號； ➢接收編碼器信號； ➢控制X、Z向步進電機； ➢控制主傳動系統的啟停和正反轉； ➢其他。
F W f g F Fc F0 (W fg ) F0 0 (W fg )
机电一体化综合设计实例
四、机器人控制系统设计
上
运
位
动
计
控
算
制
机
器
驱动器1 编码器1 驱动器2 编码器2
驱动器3 编码器3 驱动器4 编码器4
伺服电机1
伺服电机2 伺服电机3
SCARA 机器人 机构
伺服电机4
图7.28 控制系统连线图
图7.29 伺服驱动器控制信号连线
Fz : Fx : Fy 1: 0.25 : 0.4 横切端面时的主切削力可取纵向切削力的1/2。
3. 计算丝杠的进给牵引力
Fm Fl W fg Fv Fc
fg
式中： ——导轨动摩擦系数
f g ——镶条紧固力
W ——拖板及刀架移动部分的重量
⒋ 计算丝杠的最大动载荷
Cam
3
60nm Lh
二、总体方案设计
1. 堆垛机的布置方式
直线式分布，堆垛机在巷道中取其左右单元内的货物
2. 堆垛机的机架结构
选用自重较轻的单立柱型堆垛机
3. 堆垛机水平行走机构
地面驱动式
4. 堆垛机起升机构
钢丝绳作为柔性件
5. 堆垛机的货叉机构
差动齿轮方式传动
三、堆垛机的机械系统设计
➢载荷 ➢循环寿命 ➢堆垛机伸缩货叉机构的设计计算 ➢堆垛机行走机构的设计计算 ➢堆垛机升降机构的设计计算 ➢堆垛机门架的结构设计计算
➢ 定位精度 X/Z：0.03/0.04mm。
➢ 重复定位精度 X/Z： 0.012/0.016mm。
➢ 最小进给单位 X方向（横向）：0.005mm/脉冲； Z方向（纵向）： 0.01mm/脉冲。
机电一体化技术综合应用实例
实例7: 能源机电一体化技术在智能能源管 理中的应用
通过应用能源机电一体化技术，可以实现能源的智能监测、控制和优化，提高能源利用效率和降低能源消耗。
机电一体化技术综合应用 实例
探索机电一体化技术在各领域的综合应用，解决问题和带来创新，改善生活 和提升效率。
实例1: 农业机电一体化技术在 智能温室中的应用
通过智能温室控制系统，机电一体化技术可以实现温度、湿度和光照的精确 控制，提高农作物的生长质量和产量。
实例2: 工业机电一体化技术在 智能制造中的应用
机电一体化技术可以应用于智能手术器械、智能康复设备等，提高医疗设备 的精确性和患者的治疗效果。
实例5: 建筑机电一体化技术在智能建筑中 的应用
通过智能建筑控制系统，建筑机电一体化技术可以实现节能环保、智能安全和舒适的建筑环境。
实例6: 环境保护机电一体化技 术在智能环保设备中的应用
机电一体化技术可以应用于智能污水处理设备、智能垃圾处理设备等，提高 环境保护的效率和可持续发展。
通过集成机电设备和自动化控制系统，工业机电一体化技术可以实现生产线 的智能化管理，提高生产效率和产品质量。
实例3: 交通机电一体化技术在 智能交通系统中的应用
交通机电一体化技术可以应用于智能交通信号灯、智能停车系统等，提高交 通流量的管控和车辆通行的安全性。
实例4: 医疗机电一体化技术在 智能医疗设备中的应用
机电一体化系统设计及应用实例
6.3
6.3.1 有轨小车（RGV） 有轨小车（RailGuideVehicle）是一种沿着铁轨行
走的运输工具，有自驱和它驱两种驱动方式。自驱动 有轨小车通过车上的小齿轮和安装在铁轨一侧的齿条 啮合，利用交、直流伺服电动机驱动。它驱式有轨小 车由外部链索牵引，在小车底盘的前、后各装一导向 销，地面上修有一组固定路线的沟槽，导向销嵌入沟 槽内，保证小车行进时沿着沟槽移动。
图6-2 柔性制造单元
图6-3所示是加工棱体零件的柔性制造单元。单元 主机是一台卧式加工中心，刀库容量为70把，采用双 机械手换刀，配有8工位自动交换托盘库。托盘库为环 形转盘，托盘库台面支承在圆柱环形导轨上，由内侧 的环链拖动而回转，链轮由电机驱动。
图6-3 带托盘库的柔性制造单元
6.1.3柔性制造系统(FMS) 柔 性 制 造 系 统 （ FlexibleManufacturingSystem ） 由
图6-1所示为加工曲拐零件的刚性自动线总体布局 图。该自动线年生产曲拐零件17000件，毛坯是球墨铸 铁件。由于工件形状不规则，没有合适的输送基面， 因而采用了随行夹具安装定位，便于工件的输送。
图6-1 (a)正视图；(b)俯视图
该曲拐加工自动线由七台组合机床和一个装卸工 位组成。全线定位夹紧机构由一个泵站集中供油。工 件的输送采用步伐式输送带，输送带用钢丝绳牵引式 传动装置驱动。
6.2 数控机床
6.2.1 一般数控机床通常是指数控车床、数控铣床、数
控镗铣床等，它们的下述特点对其组成自动化制造系 统是非常重要的。
1. 2.自动化程度高 3.加工精度高且质量稳定
4.生产效率较高
5.
6. 现代数控机床一般都具有通信接口，可以实现上层计 算机与数控机床之间的通信，也可以实现几台数控机床之 间的数据通信，同时还可以直接对几台数控机床进行控制。 通信功能是实现DNC、FMC、FMS的必备条件。 图6-10是数控装置的基本组成框图。图6-10中的4为数 控系统，它是数控机床的核心环节。
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36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
机电一体化系统设计典型实例
1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子