机电一体化系统设计典型实例
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。
新机电一体化典型实例
8 机电一体化系统典型实例8.4 计算机集成制造系统近年来世界各国都在大力开展计算机集成制造系统CIMS (Computer Intergrated Manufacturing System )方面的研究工作。
CIMS 是计算机技术和机械制造业相结合的产物,是机械制造业的一次技术革命。
(1) CIMS 的结构随着计算机技术的发展,机械工业自动化已逐步从过去的大批量生产方式向高效率、低成本的多品种、小批量自动化生产方式转变。
CIMS 就是为了实现机械工厂的全盘自动化和无人化而提出来的。
其基本思想就是按系统工程的观点将整个工厂组成一个系统,用计算机对产品的初始构思和设计直至最终的装配和检验的全过程实现管理和控制。
对于CIMS ,只需输入所需产品的有关市场及设计的信息和原材料,就可以输出经过检验的合格产品。
它是一种以计算机为基础,将企业全部生产活动的各个环节与各种自动化系统有机地联系起来,借以获得最佳经济效果的生产经营系统。
它利用计算机将独立发展起来的计算机辅助设计(CAD )、计算机辅助制造(CAM )、柔性制造系统(FMS ),管理信息系统(MIS )以及决策支持系统(DSS )综合为一个有机的整体,从而实现产品订货、设计、制造、管理和销售过程的自动化。
它是一种把工程设计、生产制造、市场分析以及其它支持功能合理地组织起来的计算机集成系统。
CIMS 是在柔性制造技术、计算机技术、信息技术和系统科学的基础上,将制造工厂经营活动所需的各种自动化系统有机地集成起来,使其能适应市场变化和多品种、小批量生产要求的高效益、高柔性的智能生产系统。
由此可见,计算机集成制造系统是在新的生产组织原理和概念指导下形成的生产实体,它不仅是现有生产模式的计算机化和自动化,而且是在更高水平上创造的一种新的生产模式。
从机械加工自动化及自动化技术本身的发展看,智能化和综合化是未来的主要特征,也是CIMS 最主要的技术特征。
智能化体现了自动化深度,即不仅涉及物质流控制的传统体力劳动自动化,还包括了信息流控制的脑力劳动自动化;而综合化反映了自动化的广度,它把系统空间扩展到市场、设计、制造、检验、销售及用户服务等全部过程。
机电一体化综合设计实例
第十页,共14页。
五、直流电机及其控制
可逆双向式PWM调速多采用桥式(H型)电路。
Ub1
Us
Ub3
0 t1 tf t Ub2
0 t1 tf t
b1
1
T1
D1
D3
b3 T3 0 t1 tf t
A
b2
T2Leabharlann D2B MD4
3
b4
Ub4
T4
2
0 t1 tf t
GND
肩俯仰
肩 大臂
隔离病房护理机器人
走线孔 力传感器
零位开关
肘俯仰
腕回转 腕俯仰
肘
手指
电机
小臂
超声传感器
接近开关
腕
带轮
夹 持 器
5-DOF串联手臂
第九页,共14页。
PWM调速的基本原理: 适用功率三极管作为功率驱动元件,三极管基极加入
频率固定的开关脉冲信号控制功率三极管的导通和截止。开 关脉冲信号的占空比(脉宽)按输入的指令中控制电压要求 来调节,从而改变加在直流电机电枢两端控制电压的大小和 极性,并调节直流电机的转速和转动方向。PWM调速电路 按其工作方式有可逆调速和不可逆调速两类:不可逆调速只能 控制直流电机一个方向旋转。
当: L 1(|E F||B C|)/ 0 时:
工作空间取得最大值:
S m a x (|E F | |B C |)2/(2)
第四页,共14页。
常见传动机构
移动基座设计
电机及齿形带
丝杠
导轨
横梁
丝杠
使用滚珠丝杠实现平动;
并联机构中,两丝杠平行布置,使用同一根导轨
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
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。
机电一体化系统设计专题:全自动波轮洗衣机案例分析
机电一体化系统设计专题:全自动波轮洗衣机案例分析1. 案例背景本案例分析旨在探讨机电一体化系统设计在全自动波轮洗衣机中的应用。
全自动波轮洗衣机是一种主要通过机电一体化系统实现洗涤、漂洗、脱水等功能的家电产品。
2. 系统设计原理全自动波轮洗衣机的机电一体化系统设计主要基于以下原理:- 传感器:通过安装在洗衣机中的传感器,实时感知洗涤过程中的各种参数,如水位、温度、转速等,从而调整系统的运行状态。
- 控制模块:洗衣机内部的控制模块根据传感器的反馈数据,控制电机、阀门、泵等装置的运行,实现不同洗涤阶段的自动切换。
- 电机:洗衣机内部的电机主要驱动波轮的旋转,实现洗涤和脱水功能。
- 水系统:机电一体化系统中的水系统包括水泵、水位传感器和阀门等,用于调节洗衣机内部的水位和水温,以及实现洗涤和漂洗功能。
- 漂洗和脱水系统:通过控制水泵和电机的运行,实现洗衣机的漂洗和脱水功能。
3. 设计优势机电一体化系统设计在全自动波轮洗衣机中具有以下优势:- 自动化程度高:通过传感器和控制模块的配合,实现全自动洗涤过程,减少用户操作的复杂性。
- 精确控制:传感器可以实时感知洗衣机内部的各种参数,控制模块可以根据这些数据进行精确的控制,提高洗涤效果。
- 节能环保:通过精确控制水位、水温和转速等参数,洗涤过程更加高效,节约水电资源,减少环境污染。
- 故障自诊断:机电一体化系统设计还可以通过传感器和控制模块的配合,实现故障自诊断功能,减少维修和维护成本。
4. 案例分析以某款全自动波轮洗衣机为例,其机电一体化系统设计实现了以下功能:- 洗涤过程中,通过水位传感器感知水位,控制水泵的运行,保持适当的水位;- 根据用户设定的洗涤程序,控制电机的转速,实现不同洗涤阶段的切换;- 通过温度传感器感知水温,调节热水和冷水的进水量,控制洗涤温度;- 在漂洗和脱水阶段,控制水泵的运行,实现漂洗和脱水功能。
5. 总结机电一体化系统设计在全自动波轮洗衣机中发挥了重要作用。
(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。
设计过程示例-机电一体化系统总体设计典型例题
1、用功能树法进行露天矿开采挖掘机的功能原理方案设计。
答:首先进行功能原理结构分析:由此推导,得出以下功能原理图:2、一数控系统如图所示,试说明图中的各个部分分别属于机电一体化系统的哪一基本结构要素。
总总总总总总1总总总1总总总n……总总总n……总总总n……总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总答:按照机电一体化系统的基本结构要素,图示数控机床的各个部分归类如下:(1)控制及信息处理单元: 键盘、计算机、显示(2)测试传感部分: 光电编码器、信号处理(3)能源: 电源(4)驱动部分: 功放、电机(5)执行机构: 联轴器、齿轮减速器、丝杠螺母机构、工作台3、已知某物料搬动机械手的结构与动作过程如图所示,要求机械手的操作方式分为手动方式和自动方式。
机械手有升降、水平移动、手爪夹持等3个自由度,采用电磁阀控制的气缸驱动,PLC控制。
要求写出物料搬动机械手设计和产品开发的详细工程路线。
左移答:系统设计的详细工程路线:1)确定目标及技术规范:机械手的用途:物料搬运。
工作方式:手动、自动方式主要技术参数:3自由度。
使用环境要求:生产线2)可行性分析:收集资料、市场分析、可行性分析、技术经济性分析3)总体方案设计:机械手总体结构方案设计制定研制计划;开发经费概算;开发风险分析。
4)总体方案的评审、评价。
5)理论分析阶段:机构运动学模型、作业空间分析;机构的力学计算;驱动元件的选择、动力计算;传感器选择、精度分析;建立控制模型、仿真分析。
6)详细设计:包括系统总体设计,业务的划分;控制系统设计;程序设计;后备系统设计;设计说明书、使用说明书。
7)详细设计方案评价。
8)试制样机:机械本体、动力驱动系统、供电系统、控制系统、传感器、检测系统。
9)机械手样机的实验测试:调试控制系统、控制性能测试、功能测试、精度、工作空间测试、动态指标测试、作业试验。
10)技术评价与审定:对样机及其性能进行综合评价,提供改进意见,对不满意的部分进行修改,直至样机合格后方可进人下一步骤。
机电一体化技术实例
热泵冷风型空调器制热工作原理
❖ 热泵冷风型空调器制热工作原理如图所示。图为热泵冷风型空调器制热 时制冷剂流动路线,由压缩机排出的高压高温蒸汽,经过换向阀进入室 内换热器(冷凝器功能),冷凝散热后经毛细管流入室外换热器吸热气化, 制冷剂蒸汽再经过换向阀进入压缩机的吸气口,经压缩进行再循环。结 果是从室内换热器送出的是热风—即制热。
三、模糊洗衣机的模糊推理
在模糊洗衣机中,浑浊度、布质、布量等都是 通过对现行状态的检测,再通过模糊推理得出 的。
在模糊推理中,需要考虑推理的前件和后件, 也即是推理的输入条件和输出结果,在模糊洗 衣机中,主要是要考虑布质、布量、水温和肮 脏程度这几种条件,而从这些条件求取水位, 洗涤时间和水流,漂洗方式和脱水时间等。
发
接发
接
射
收射
收
红外线传 感器
排水阀
(a)
(b)
图7-2 混浊度检测原理
(c)
透光度
透光度
t
透光度
(a)
油污
泥污 t
(c)
轻污 重污
透光度
(b)
液体洗涤剂 粉末洗涤剂 (d)
图7-3 洗涤过程中透光度变化情况
2.布量和布质的检测
布量和布质的检测是在洗涤之前进行的。在水 位为一定的时候,布量和布质的不同就会产生 不同的布阻抗。通过给定一定的水位,然后在 这个给定水位的条件下使方电机进行间断旋转, 则不同布阻抗就会使主电机制动的性能不同, 利用主电机在不同布阻抗时的制动特性就可以 推断出布质和布量。
18
触发
R10
电路
PC7
R9
PC6 触发电路
PC5 触发电路
PC4 触发电路
PC3
机电一体化设计案例
图1.1 球面并联机构
图1.2 改进型球面并联机构
曲柄滑杆机构方案
曲柄摇块机构方案
以翻转角度工作空间和驱动力性能为指标,以变位机高
度尺寸、机床主轴最大加工高度为约束条件,考虑各种实际
工况,设计出冗余同步驱动2-RPRR并联翻转变位机构。
θ3Байду номын сангаас
K
丝杠柔性体切削仿真
丝杠柔性体切削仿真瞬时丝杠应力分布图
翻转70度时最大工作载荷下翻转架应变分布图
变位器在现场使用情景
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
滑动丝杠驱动曲柄摇块机构方案
滑动丝杠驱动曲柄摇块机构方案
变位器虚拟样机的动力学仿真 变位机的Adams模型
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。
solidworks机电一体化设计实例
solidworks机电一体化设计实例一个典型的solidworks机电一体化设计实例可以是设计一个自动售货机。
这个自动售货机由一个结构框架、一个电气控制系统和一个商品储存系统组成。
下面我们将分别介绍设计这三个系统的具体过程。
第一步,设计结构框架。
首先,我们需要定义自动售货机的形状和尺寸,然后在solidworks中创建一个新的装配体来表示整个售货机。
我们从下往上设计,先设计底部的支架。
我们使用solidworks设计工具来创建3D图形来描述组成框架的零件,包括支架、自动门、储物箱、货道等。
我们可以使用solidworks的装配模块来组装零部件,并测试它们的运动和交互。
完成后,我们可以对整个售货机进行检查和优化,以确保其各部分之间的贴合度和其他相关性能。
第二步,设计电气控制系统。
电气控制系统通常由以下部分组成:传感器、执行器、电路板、控制面板等。
我们可以使用solidworks的电气模块来设计和集成这些电气元件。
例如,在控制面板上我们可以添加按钮和显示器,以及相应的电路板,完成自动售货机的电气控制系统设计。
第三步,设计商品储存系统。
商品储存系统实际上是整个自动售货机的核心部分。
在solidworks中,我们可以设计不同尺寸和形状的商品储物箱,包括数据收集器、货仓、货道、退款槽等。
我们可以将这些元件组装成一个整体,以确保零部件之间的贴合和运动的自由度。
总之,solidworks机电一体化设计可以用于设计各种机器和设备,而自动售货机只是其中一个典型的应用。
solidworks设计工具能够将结构、电气和机械部件集成到一个完整的系统当中,利用几何模型、虚拟装配和模拟功能进行测试和优化,让设计人员更快速、更高效地完成机械设计。
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。
机电一体化课程设计实例-全自动洗衣机
1
2.洗衣桶
洗衣桶内强制循环毛絮过滤结构如图8-3所示。
2
*
脱水桶 波轮 波轮一般采用聚丙烯塑料或ABS塑料注塑成形,如图8-4所示。
*
传动结构 传动结构中,波轮轴总成是关键部件,如图8-5所示。
*
密封圈的结构如图8-6所示。
*
电动机 洗涤电动机 洗涤电动机接线图如图8-7所示。
*
脱水电动机 脱水系统的刹车机构如图8-9所示。
洗衣机
按洗衣机自动化程度分类:普通洗衣机、半自动洗衣机、全自动洗衣机。 按照洗涤方式分类:波轮式、滚筒式、搅拌式。 按照结构型式分类:普通型单桶、双桶、半自动双桶、波轮式全自动、滚筒式全自动洗衣机。
概述
01
03
02
*
洗衣机的型号与规格 定时器指示误差 振动性能 噪声 制动性能
单击此处添加正文,文字是您思想的提炼,为了演示发布的良好效果,请言简意赅地阐述您的观点。
*
2.水位开关
水位开关结构及水压传递系统如图8-21所示。
*
水位开关的动作示意图如图8-22所示。
*
水位开关的电路连接如图8-23所示。
*
3.排水电磁阀
排水电磁阀由磁铁与排水阀组成,如图8-24所示。
*
电气控制系统
全自动洗衣机的电气控制系统主要包括程控器、水位开关、安全开关及其他功能选择开关等,防振型安全开关如图8-25所示。
*
洗净度和损衣率:
滚筒洗衣机可以加热,损衣率比较小(<0.10%),洗净率高(>0.75)。采用的是摔打式的洗法,相当于是我们的手洗方式,所以衣服不会缠绕,不会打结。 波轮式洗衣机采用摩擦式的洗涤,洗净度比较高(>0.7),但是磨损率较高(<0.15%)。 搅拌式洗衣机的洗净率一般是大于0.7。
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(六)管理程序
管理程序负责对数据输入、处理、插补运算等操作,对加工过程中的个程 序模块进行调度管理。管理程序还要对面板命令、脉冲信号、故障信号等引起的 中断进行处理。
(七)诊断程序
系统应对硬件工作状态和电源状况进行监视,在系统初始化过程中还需对 硬件的各个资源,如存储器,I/O等进行检测,使系统出现故障时能够及时停车 并指示故障类型和故障源。
六、数控软件
(一)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,对应的 按键名令进行处理。
第七章 机电一体化系统设计典型实例
第一节 车床的机电一体化改造 第二节 直流伺服电动机控制系统设计 第三节 用气动执行机构的传送装置的控制 第四节 简单自动门控制系统 第五节 步进电动机的控制 第六节 步进电动机的传动装置的控制系统
第一节 车床的机电一体化改造
图 开环控制系统框图
一、数控机床概述
9 n=100;od=0x1;
10 kaiten(n,od);
1、数控机床简介 2、数控机床的组成与研究对象
零件图
程序载体
数控微机系统
伺服驱动系统
机床本体
反馈系统
二、车床的机械传动系统简化
(一)改造前的结构介绍
(二)结构改进与简化
1、挂轮架系统
2、进给齿轮箱 3、溜板齿轮箱 4、横向拖板
5、刀架体→自动转位刀架(并列举四工位刀架) 图 自动转位刀架原理示意图
6、尾架→电动尾架
1—轴套 2—原尾架体 3—丝杠螺母 4—蝶形弹簧 5—顶杠 6—微型限位开关 7—调整螺钉8—电动机 9—减速箱
10—主动齿轮 11—从动齿轮 12—丝杠 13—顶尖推动丝杠
三、车床机电一体化改造的性能及精度选择
1、主轴 2、进给运动(进给速度、快速进给、脉冲当量) 3、刀架(自动转位刀架、工位数、重复定位精度) 4、其它性能指标的选择
FQ ? 3 L f H fW Fmax
? ? Fk ? f k? 2 EI
Kl
2 s
? Fmax
(3)刚度的验算
? L ? ? Fl0 ?
Ml
2 0
ES 2? ?IE
五、单片机控制系统设计( X-Y工作台)
(一)工作台组成及控制要求 1、步进电机选用四相八拍,其脉冲当量为0.01mm/step; 2、能用键盘输入控制命令,控制工作台的X、Y方向上的运动及实 现其功能,其运动范围为0~200mm; 3、能实现显示工作台的当前运动位置; 4、具有超程指示警报及停止功能; 5、采用硬件进行环形分配,字符发生及键盘扫描均由软件实现。
(四)速度控制模块
一条曲线的进给运动往往需要刀具或工作台在规定的时间内走许多步来完 成,因此除输出正确的插补脉冲外,为了保证进给运动的精度和平稳性,还应控 制进给的速度,在速度变化较大时,要进行自动加减速控制,以避免速度突变造 成伺服系统的驱动失步。
(五)输出控制模块
输出控制包括: 1、伺服控制:将插补运算出的进给脉冲转变为有关坐标的进给运动。 2、误差补偿:当进给脉冲改变方向时,根据机床精度进行反向间隙补偿处 理。 3、M、S、T等辅助功能的输出:在加工中,需要启动机床主轴、调整主轴 速度和换刀等,因此,软件需要根据控制代码,从相应的硬件输出口输出控制脉 冲或电平信号。
(二)设计计算:
1、纵向进给丝杠的负载分析
(1)切削负载 (2)摩擦阻力 (3)等效转动惯量 (4)丝杠摩擦力矩计算 (5)等效负载转矩计算 (6)启动惯性转矩计算 (7)步进电动机输出轴上总负载转矩的计算
2、步进电机的匹配选择
Tq ? ???
3、滚珠丝杠的校核
(1)承载能力选择 (2)压杆稳定性核算
(二)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。
(三)插补运算模块
数控系统必须按照零件加工程序中提供的数据,如曲线的种类、起点、终 点等,按插补原理进行运算,并向各坐标发出相应的进给脉冲。进给脉冲通过伺 服系统驱动刀具或工作台相应的运动,完成程序规定的加工。插补运算模块除实 现插补各种运算外,还有实时性要求,在数控过程中,往往是一边插补一边加工 的,因此插补运算的时间要尽可能短。
(二)控制系统硬件组成
微型计算机
计数器
专用控制程
8031
序EPROM
单
片
机
I/O
用户加工程 序外部RAM
光电 隔离
功放
X或Y向 步进电机
驱动电路
三相异步电机
车床
光栅
刀架 移动 刀
架 刀架 转动
键盘显 示驱动
计数器
零位脉冲 刀架进给脉冲
主轴 主轴脉冲编码器
图 车床闭环控制系统
(三)微处理器系统及接口
第二节 直流伺服电动机控制系统设计
一、直流伺服电动机的控制 1、连接
2、动作
二、控制程序
1 int kaiten(int n,int od);
2 main()
3{
4 unsigned int st,stp;
5 outp(0xd6,0x90);
6 do{
7
st=inp(0xd0)&0x10;
8 }while(st!=0x10);
(1)刀具补偿(磨损影响) (2)间隙补偿(间隙消除机构、微机控制) (3)显示(LED、LCD) (4)诊断功能(防止程序有误和机床的误动作)
四、进给系统的主要设计计算
(一)实例说明:(以数控车床纵向Z设计为例)
设某车床,其纵向(z)进给丝杠改用滚珠丝杠,其基本导程l0=6;纵向溜板 箱及横向工作台与刀架等可移动部件总质量为400kg(实际设计时应根据图纸进 行计算或拆卸称重);脉冲当量δ取0.01mm/脉冲(该值应根据被加工零件的最高 精度的尺寸公差来选定,一般取其公差的1/2);取工件进给速度为v溜= 60mm/min、快速进给速度取为v溜=2m/min;步进电机的步距角a预选为0.75(o) /step。