机电一体化典型实例
机电一体化技术在工业制造中的应用案例分享
机电一体化技术在工业制造中的应用案例分享机电一体化技术在工业制造中的应用案例分享随着科技的不断发展，机电一体化技术成为了现代制造业的重要趋势。
它可以将传统机械、电子、计算机等各类技术进行整合，以实现机械化、电气化、自动化、信息化等多种功能，从而提高生产效率，降低生产成本，优化产品质量。
本文将分享一些机电一体化技术在工业制造中的应用案例。
1. 机器人装配生产线机器人装配生产线是机电一体化技术中的典型应用，可以实现自动化生产。
以上海某汽车厂的机器人制造车间为例，该车间采用了5轴多自由度机器人作为装配生产线，实现了车门、车厢、车顶等部分的自动粘接和轨道定位。
这样一来，可以减少人为误差和工作强度，提高生产效率和产品质量，同时还能降低成本。
2. 智能仓储系统智能仓储系统是一种利用机电一体化技术的高效物流管理系统，可以实现自动存储、检索、装载等一系列操作。
例如，上海浦东国际机场货运中心就采用了该技术，同一仓库内有上千个货位，小车可以在仓库内自由移动，通过激光、声音等多种传感器技术精确定位商品。
并且系统还具备了预防火灾的特种设备，避免了灾害的发生。
3. 工业机器人去无人区勘测机电一体化技术在勘测领域应用，可以让机器人替代人工完成勘测任务，避免人员靠近危险区域。
例如，在一些危险的工矿行业中，通常会存在着一些高温、有毒、噪音大等危险无法进行人员勘测的情况，此时机器人就可以发挥出重要作用。
湖南威森工业自动化研究所研发了一套工业机器人无人区勘测系统，用于巡查、灭火、测量以及污水处理等工作。
4. 自动化生产线自动化生产线是机电一体化技术应用最广泛的领域之一。
例如，工厂某机械加工生产线就采用了该技术，自动化生产线可以实现不间断面料裁剪、自动缝合、自动贴边、自动包装等一系列流程。
通过自动化生产线，可以减少人工操作，提高生产效率和产品质量。
威克公司的自动化生产线集成了传感器、计算机、机械控制、机器视觉和机器人技术等多项技术，使得生产线性能完善，操作简单而且高效。
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。
未来工厂机电一体化的实践案例
未来工厂机电一体化的实践案例未来工厂机电一体化的实践案例机电一体化是指通过将机电设备与信息技术有效地融合在一起，实现机械设备的智能化、自动化和网络化。
未来工厂机电一体化的实践案例正日益增多，各行各业都在积极探索着如何运用机电一体化技术来提升生产效率和质量。
本文将介绍两个有代表性的未来工厂机电一体化实践案例。
案例一：某汽车工厂的生产线机电一体化改造某汽车工厂是一家大型汽车制造企业，为了应对市场竞争日益激烈的形势，他们决定进行生产线的机电一体化改造。
首先，他们引进了先进的机器人技术，将传统的人工作业过程全面改为机器人自动操作。
这不仅提高了生产效率，还大大降低了人为因素对产品质量的影响。
其次，他们通过增加传感器和网络技术，实现了对设备运行状态的实时监控和数据采集。
这样一来，他们可以迅速发现设备故障，并采取相应措施进行及时维修，有效降低了设备故障率，提高了设备的可靠性和稳定性。
最后，他们实施了智能化的生产调度系统，通过信息技术与机械设备的连接，实现了对生产过程的全面掌控。
生产调度系统可以根据订单情况和设备状况，自动优化生产计划并实时分配生产任务，从而最大程度地提高生产线的生产效率和灵活性。
通过这次机电一体化改造，某汽车工厂不仅提高了生产效率和质量，还显著降低了生产成本和能耗，进一步增强了企业的竞争力。
案例二：某食品加工厂的智能化仓储系统某食品加工厂是一家市场需求量大的食品加工企业，为了应对订单量的大幅增长，他们决定进行智能化仓储系统的建设。
首先，他们利用机械设备和传感器技术，实现了货物的智能分拣和存储。
通过机械臂等自动化设备，可以将货物快速准确地分拣到指定的存储区域，大大提高了货物的处理效率。
其次，他们建立了与供应链管理系统和生产调度系统的信息连接，实现了对库存情况和生产需求的实时监控和智能调度。
当订单量增加或下降时，仓储系统可以根据实际情况自动调整储备货物的数量和存储区域的分配，从而保证了生产线的连续运作和订单的及时交付。
机电一体化课程设计实例_全自动洗衣机
概述
1.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。 2.按照洗涤方式分类：波轮式、滚筒式、搅 拌式。 3.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。
1
洗衣机的型号与规格 洗衣机的主要技术指标
1.洗净性能 2.漂洗性能 3.脱水率 4.磨损率 5.排水性能 6.定时器指示误差 7.振动性能 8.噪声
3.电容器
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（四）进水、排水系统
1.进水电磁 阀 进水阀由 电磁线圈、 可动铁心、 橡皮膜、弹 簧等组成， 其结构如图 8-20所示。
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2.水位开关 水位开关结构及水压传递系统如图8-21所示。
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水位开关的动作示意图如图8-22所示。
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水位开关的电路连接如图8-23所示。
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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。
9.制动性能
2
普通波轮式洗衣机
普通双桶波轮式洗衣机 主要由箱体、洗衣桶、脱 水桶、波轮、电动机、传 动机构、控制机构（包括 定时）排水机构等部分构 成，如图8-1所示。
3
4
1.箱体 2.洗衣桶 洗衣桶内 强制循环毛絮 过滤结构如图 8-3所示。
5
3.脱水桶 4.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。
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3.排水电磁阀 排水电磁阀由电磁铁与排水阀组成，如图5所示。电磁铁和排 水阀是两个独立的部件，两者之间以电磁铁拉杆联接起来。
图5
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排水阀是由排水阀座1、橡胶阀2、内外弹簧3与4、导套5和阀 盖6等组成。排水阀门采用橡胶材料制成，内有一个由硬质塑料制作的导套5。 导套5内装有内弹簧3，它一端卡在导套左边槽口，另一端钩挂在电磁铁拉杆7上， 内弹簧3处于拉紧状态。在导套5外装有一个外弹簧4，它的刚度比内弹簧3小, 它的一端与阀盖6接触．另一端与导套5的基座接触．外弹簧4处在压缩变形状态。 电磁铁有交流和直流两种，机械式全自动洗衣机一般采用交流电磁铁，而 电脑式全自动洗衣机一般采用直流电磁铁。交流电磁铁的主要技术参数如表1所 示，直流电磁铁的主要技术参数如表2所示。
微型化机电一体化技术例子
微型化机电一体化技术例子微型化机电一体化技术是一种将微型化技术和机电一体化技术相结合的新型技术，它可以将机械、电子、计算机等多种技术融合在一起，实现微型化、高效化、智能化的目标。
下面，我们将列举一些微型化机电一体化技术的例子。
1. 微型化机器人微型化机器人是一种可以在微观尺度下进行操作的机器人，它可以在微观尺度下进行精确的操作，如微型加工、微型组装等。
微型化机器人通常由微型电机、微型传感器、微型控制器等组成，可以实现高精度、高效率的微型化操作。
2. 微型化传感器微型化传感器是一种可以在微观尺度下进行测量的传感器，它可以测量微小的物理量，如温度、压力、湿度等。
微型化传感器通常由微型电子元件、微型机械元件等组成，可以实现高精度、高灵敏度的测量。
3. 微型化电机微型化电机是一种可以在微观尺度下进行驱动的电机，它可以驱动微型机械、微型器件等进行运动。
微型化电机通常由微型电子元件、微型机械元件等组成，可以实现高效率、高精度的驱动。
4. 微型化液压系统微型化液压系统是一种可以在微观尺度下进行液压传动的系统，它可以实现微型机械的驱动、控制等功能。
微型化液压系统通常由微型液压元件、微型电子元件等组成，可以实现高精度、高效率的液压传动。
5. 微型化气动系统微型化气动系统是一种可以在微观尺度下进行气动传动的系统，它可以实现微型机械的驱动、控制等功能。
微型化气动系统通常由微型气动元件、微型电子元件等组成，可以实现高精度、高效率的气动传动。
6. 微型化机械臂微型化机械臂是一种可以在微观尺度下进行操作的机械臂，它可以实现微型物体的抓取、移动、放置等功能。
微型化机械臂通常由微型电机、微型传感器、微型控制器等组成，可以实现高精度、高效率的微型化操作。
7. 微型化机械加工系统微型化机械加工系统是一种可以在微观尺度下进行加工的系统，它可以实现微型零件的加工、制造等功能。
微型化机械加工系统通常由微型电机、微型传感器、微型控制器等组成，可以实现高精度、高效率的微型化加工。
(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。
机电一体化技术综合应用实例
气动手指松开。
任务二：加工单元 ——气动控制回路
气缸的初始状态：
物料夹紧气缸松开，料台伸缩气缸伸出，
冲压气缸缩回。
加工单元气动控制回路工作原理图
当气源接通后，料台 伸出气缸的初始状态 是伸出位置。
任务二：加工单元
——PLC的 I/O 接线图
加 工 单 元 的 I / O 接 线 图
任务二：加工单元 ——顺序功能图
物料有 物料台无 Q0.1 推料 I0.2 推料到位
M0.2 I0.3 M0.3 推料复位 Q0.0 顶料缩回 I0.1 顶料复位 M0.4 I0.0 顶料到位
图4 供料站的顺序功能图
任务一：供料单元
5、参考程序
图5 供料站参考程序
任务二：加工单元
加工单元的基本功能：把该单元物料台上的工件送 到冲压机构下面，完成一次冲压加工动作，然后再送回 到物料台上.
夹紧检 Q0.1 测 M0.3 料台缩 I0.3 回 缩回到 Q0.2 位 M0.4 加工 I0.5 加工下 Q0.0 限 M0.5 夹紧 I0.4 加工上 Q0.0 限 M0.6 夹紧 I0.2 伸出到 M0.7 位 I0.0 物料无
Q0.1
料台缩 回
物料台重新伸出→到位后机
械手指松开
加工单元的顺序功能图
蓝负、棕正
棕
黑
蓝
蓝
棕
图3 供料单元的I功能图
SM0.1 首次扫描 M0.0 I0.5 M0.1 I0.6
在料仓中有工件，各个执 行机构都在初始位置情况下， 顶料气缸的活塞杆推出，压住 次下层工件，推出气缸将把存 放在料仓中的工件推出到物料 台。在推料气缸返回后，顶料 气缸返回，料仓中的工件下移。 只要料仓中有工件，物料台上 的工件被取走，此工作就继续。 在运行过程中，料仓中无工件 或者物料台工件没取走，停止 运行。
机电一体化产品实例
统出现故障无法正常工作时，只要微机本身能继续运
行，它就自动停止正常程序，转而执行故障诊断程序， 按预定的顺序搜索故障部位，并在屏幕上显示出来， 从而大大缩短了检修周期。
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8.2.1 概述
图8-17 测试系统硬件结构原理图
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图8-10 DGP16/6等压灌装封盖机开阀机构结构图 1—滑块 2—销轴 3—开口销 4—角支架 5—侧板 6—支架 7—连杆 8—活塞杆 9—气缸 10—终端接头
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8.1.2 控制部分
(1)气控部分 DGP16/6的扩展气动控制功能原理如
图8-12所示。
(2)DGP16/6灌装封盖机的电器原理 DGP16/6灌装 封盖机的接近开关和电磁阀的位置如图8-4所示。
1.传动部分
(1)输送流程(图8-4为瓶子工作流程及接近开关布置图) 洗净的瓶子 由左边输入进入灌装，封盖后从右边输送链送出。 (2)螺旋进给机构(图8-5为螺旋进给机构简图) 其作用是使输送机链 板上洗净的紧密相连的空瓶被螺旋推进器分开为一定距离，以便同 步进入进瓶拨盘(图8-4中2)。
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低、体积小、质量轻、功耗低、易于携带和移动等 特点。 (2)设计灵活性高 只需更改少数硬件接口，通过修 改软件就可以改变功能，从而使产品按需要发展成 不同的系列，降低研制费用，缩短研制周期。 (3)操作方便 使用人员可通过键盘来控制系统的运
行。
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8.2.1 概述
(4)有强大的运算功能 计算机运算速度快，所以能
1.传动部分
图8-2 DGP16/6等压灌装封盖机传动系统示意图 1—电动机 2—电动机皮带轮 3—灌装大齿圈 4—进瓶拨盘齿轮 5—主动链轮 6—套筒滚子链 7— 张紧链轮 8—螺旋推进器链轮 9—中间拨盘链轮 10—三角胶带A型 14270E
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
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。
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。
通电就转的电风扇是机电一体化应用的例子
通电就转的电风扇是机电一体化应用的例子电风扇是一种常见的家用电器，它采用电能和机械能相互转换的原理，将电能转化为机械能，带动叶片旋转，从而产生风力。
而电风扇的通电就转也是一种机电一体化的应用，下面就来列举一些例子。
1. 洗衣机：洗衣机是一种使用电能和机械能相互转换的机电一体化产品。
它通过电机带动筒体旋转，从而实现清洗衣物的目的。
2. 空调：空调是一种将电能转化为机械能的机电一体化产品。
它通过压缩机将气体压缩成高压气体，再通过膨胀阀将高压气体膨胀成低压气体，从而实现制冷或制热的目的。
3. 烤箱：烤箱也是一种机电一体化产品。
它通过电能将加热管加热，从而将热能传递给食物，实现烤制食物的目的。
4. 电动剪刀：电动剪刀是一种将电能转化为机械能的机电一体化产品。
它通过电机带动剪刀刀片运动，从而实现切割的目的。
5. 电动车：电动车是一种使用电能和机械能相互转换的机电一体化产品。
它通过电机带动车轮旋转，从而实现驱动车辆的目的。
6. 电动工具：电动工具是一种将电能转化为机械能的机电一体化产品。
例如电动钻、电动磨头等，它们通过电机带动钻头或磨头旋转，从而实现加工的目的。
7. 电子琴：电子琴是一种机电一体化的产品。
它通过电子元件和电机组成，实现乐曲演奏的目的。
8. 电子秤：电子秤也是一种机电一体化的产品。
它通过电子元件和传感器组成，实现称重的目的。
9. 电动窗帘：电动窗帘是一种将电能转化为机械能的机电一体化产品。
它通过电机带动窗帘布料运动，从而实现开合窗帘的目的。
10. 电动遮阳伞：电动遮阳伞也是一种机电一体化的产品。
它通过电机带动遮阳伞伸缩运动，从而实现遮阳的目的。
机电一体化应用已经成为现代科技发展的重要方向，它将电能和机械能相互转换，实现了许多智能化、自动化的产品，方便了人们的生活，提高了生产效率。
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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8 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，在一定的精度围，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。
某些工程机械有移动性，占有空间不固定性，因而是二元机械。
计算机等信息处理机，除物理能之外，还有若干智能，因而也属于二元机械。
而一般机械都只有物理能，所以都是一元机械。
8.1.2 机器人的组成及基本机能机器人一般由执行系统、驱动系统、控制系统，检测传感系统和人工智能系统等组成，各系统功能如下所述。
① 执行系统。
执行系统是完成抓取工件（或工具）实现所需运动的机械部件，包括手部、信息处理机 图8-2生物空间图8-1机器人三要素腕部、臂部、机身以及行走机构。
② 驱动系统。
驱动系统的作用是向执行机构提供动力。
随驱动目标的不同，驱动系统的传动方式有液动、气动、电动和机械式四种。
③ 控制系统。
控制系统是机器人的指挥中心，它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。
必要时还可对机器人动作进行监视，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。
它主要检测机器人执行系统的运动位置、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状态。
⑤ 人工智能系统。
该系统主要赋予机器人自动识别、判断和适应性操作。
8.1.4 BJDP-1型机器人该机器人是全电动式、五自由度、具有连续轨迹控制等功能的多关节型示教再现机器人，用于高噪声，高粉尘等恶环境的喷砂作业。
该机器人的五个自由度，分别是立柱回转（L ）、大臂回转（D ）小臂回转（X ）、腕部俯仰（W1）和腕部转动（W2），其机构原理如图8-3所示，机构的传动关系如图8-4所示。
8.2视觉传感式变量喷药系统简介 在农业方面，近年来发达国家（如美国、英国）都投入大量资金进行现代农业技术的开发。
先后开发出了精确变量播种机、精确变量施肥机以及精确变量喷药机等。
它们都是与机器人极为相似的自动化系统，是高新技术在农业中的应用。
视觉传感变量喷药系统，是以较少药剂而有效控制杂草、提高产量、减少成本的一种自动化药物喷撒机械。
近年来，随着杂草识别的视觉感知技术与变量喷药控制等技术的成熟，这种视觉传感式变量喷药机械也趋于成熟。
下面就以这种系统为例，对它的组成及工作原理作一简要介绍。
（1） 系统的组成一般地说，这种机器由图像信息获取系统、图像信息处理系统、决策支持系统、变量喷撒系统等组成（图8-5）。
各子系统的主要功能如下所述。
① 图像信息获取系统。
主要由彩色数码像机（如PULNIX ， TMC-7ZX 等）和高速图像数据采集卡（如CX100，IMAGENATION ，INC 等）组成。
采集卡一般置于机载计算机中。
图8-3机器人的结构原理R 2 图8-4机器人机构传动关系 谐波减速器R 小臂M 2②图像信息处理系统。
是一种基于影像信息的提取算法，由计算机高级语言（如C++等）开发出的一种软件系统。
它能够快速准确地提取出影像数据中包含的人们所需的信息（如杂草密度，草叶数量，无作物间距区域面积等）。
③决策支持系统。
也是由高级语言开发出的一种软件系统。
它能够基于信息处理系统，把得到的有用信息与人们的决策要求作综合判断，最后作出所需的决策。
④变量喷撒系统。
是基于视觉信息的控制器，由若干可调节喷药流量与雾滴大小的变量喷头组成。
⑤机器行走系统。
有发动机、机身、车轮等组成（图中省略）。
图8-5精确变量喷药系统（2）工作原理当机器在田间行走时，置于机器上离地面具有一定高度的彩色数码像机就会扫描一定大小的地面。
一般彩色数码像机可覆盖2.44m ⨯ 3.05m围分辨率可达到0.005m⨯0.005m。
与此同时，高速图像数据采集卡将彩色数码像机获取的信息存入计算机中。
然后，由图像信息处理系统快速地将地面杂草的密度、草叶数量、作物密度以及无植被区域面积等信息提取出来，并由决策支持系统调用这些信息，经过数据处理得到所需的行走速度、药液流量和雾滴大小等的决策。
这些决策被传输给药滴大小控制器以及流量控制器，随之它们就控制管路中的压力和PWM脉宽调制变量喷头。
从而实现了精确变量喷药。
这样一方面减少了药量、降低了成本，另一方面保护作物、减少对环境的污染。
据报道，与传统的喷撒方法比较，变量喷药系统在杂草高密区可节约药液18 %，在杂草低密区可节约药液17 %。
8.3 数控机床数控机床是由计算机控制的高效率自动化机床。
它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量和新型机械结构等多方面的技术成果，是今后机床控制的发展方向。
随着数控技术的迅速发展，数控机床在机械加工中的地位将越来越重要。
8.3.1 数控机床的工作原理和组成(1) 数控机床的工作原理数控机床加工零件时，是将被加工零件的工艺过程、工艺参数等用数控语言编制成加工程序，这些程序是数控机床的工作指令。
将加工程序输入到数控装置，再由数控装置控制机床主运动的变速、起停，进给运动的方向、速度和位移量，以及其它辅助装置严格地按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作，从而加工出符合要求的零件。
为了提高加工精度，一般还装有位置检测反馈回路，这样就构成了闭环控制系统，其加工过程原理如图8-6所示。
（2）数控机床的组成从工作原理可以看出，数控机床主要由控制介质、数控装置、伺服检测系统和机床本体等四部分组成，其组成框图如图8-7所示。
① 控制介质。
用于记载各种加工信息（如零件加工的工艺过程、工艺参数和位移数据等），以控制机床的运动，实现零件的机械加工。
常用的控制介质有磁带、磁盘和光盘等。
控制介质上记载的加工信息经输入装置输送给数控装置。
常用的输入装置有磁盘驱动器和光盘驱动器等，对于用微处理机控制的数控机床，也用操作面板上的按钮和键盘将加工程序直接用键盘输入，并在CRT 显示器显示。
② 数控装置。
数控装置是数控机床的核心，它的功能是接受输入装置输送给的加工信息，经过数控装置的系统软件或电路进行译码、运算和逻辑处理后，发出相应的脉冲指令送给伺服系统，通过伺服系统控制机床的各个运动部件按规定要求动作。
③ 伺服系统及位置检测装置。
伺服系统由伺服驱动电机和伺服驱动装置组成，它是数控系统的执行部分。
由机床的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统，它根据数控装置发来的速度和位移指令控制执行部件的进给速度、方向和位移量。
每个进给运动的执行部件都配有一套伺服系统。
伺服系统有开环、闭环和半闭环之分，在闭环和半闭环伺服系统中，还需配有位置测量装置，直接或间接测量执行部件的实际位移量，④ 机床本体及机械部件。
数控机床的本体及机械部件包括：主动运动部件、进给运动执行部件（如工作台、刀架）、传动部件和床身立柱等支承部件，此外还有冷却，润滑、转位和夹紧等辅助装置，对于加工中心类的数控机床，还有存放刀具的刀库，交换刀具的机械手等部件。
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图8-7 数控机床的组成人化而提出来的。
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。