機(jī)電一體化 課件

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1、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì),機(jī)電一體化構(gòu)成要素,目 錄,緒論 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 傳感檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 控制電動(dòng)機(jī)及其選擇計(jì)算 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及接口設(shè)計(jì) 應(yīng)用舉例,緒 論,第一節(jié) 機(jī)電一體化概念 一、機(jī)電一體化概念 Mechatronics=Mechanics+Electronics 機(jī)械工程和電子工程相結(jié)合的技術(shù)，以及應(yīng)用這些技術(shù)的機(jī)械電子裝置（產(chǎn)品）。,二、機(jī)電一體化產(chǎn)品,錄像機(jī),,數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備 生產(chǎn)用機(jī)電一體化產(chǎn)品 柔性生產(chǎn)單元、自動(dòng)組合生產(chǎn)單元 FMS、無(wú)人化工廠、CIMS 微機(jī)控制汽車、機(jī)車等交通運(yùn)輸工具 運(yùn)輸、包裝及工程用機(jī)電

2、一體化產(chǎn)品 數(shù)控包裝機(jī)械及系統(tǒng) 數(shù)控運(yùn)輸機(jī)械及工程機(jī)械設(shè)備 自動(dòng)倉(cāng)庫(kù) 儲(chǔ)存、銷售用機(jī)電一體化產(chǎn)品 自動(dòng)空調(diào)與制冷系統(tǒng)及設(shè)備 自動(dòng)稱量、分選、銷售及現(xiàn)金處理系統(tǒng) 自動(dòng)化辦公設(shè)備 社會(huì)服務(wù)性機(jī)電一體化產(chǎn)品 動(dòng)力、醫(yī)療、環(huán)保及公共服務(wù)自動(dòng)化設(shè)備 文教、體育、娛樂(lè)用機(jī)電一體化產(chǎn)品 微機(jī)或數(shù)控型耐用消費(fèi)品 家庭用機(jī)電一體化產(chǎn)品 炊事自動(dòng)化機(jī)械 家庭用信息、服務(wù)設(shè)備 測(cè)試設(shè)備 科研及過(guò)程控制用機(jī)電一體化產(chǎn)品 控制設(shè)備

3、 信息處理系統(tǒng) 農(nóng)、林、牧、漁及其它民用機(jī)電一體化產(chǎn)品 航空、航天、國(guó)防用武器裝備等機(jī)電一體化產(chǎn)品,,,,,,,三、機(jī)電一體化產(chǎn)品的表現(xiàn)形式,1.機(jī)械的電子化 （1）在原有機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)上采用微型計(jì)算機(jī)控制裝置，使系統(tǒng)的性能提高，功能增強(qiáng)。例如，模糊控制洗衣機(jī)能根據(jù)衣物的潔凈度自動(dòng)控制洗滌過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電、節(jié)時(shí)、節(jié)洗衣粉的功能；機(jī)床的數(shù)控化是另一個(gè)典型的例子。 （2）用電子裝置局部替代機(jī)械傳動(dòng)裝置和機(jī)械控制裝置，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)控制靈活性。例如，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)采用伺服系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了傳動(dòng)鏈，提高了進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能；將傳統(tǒng)電機(jī)的電刷用電子裝置替代形成的無(wú)刷電機(jī)，具有

4、性能可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸減小等優(yōu)點(diǎn)。 （3）用電子裝置完全替代原來(lái)執(zhí)行信息處理功能的機(jī)構(gòu)，既減化了結(jié)構(gòu)，又極大地豐富了信息傳輸?shù)膬?nèi)容，提高了速度。例如，石英電子鐘表、電子秤、按鍵式電話等。 （4）用電子裝置替代機(jī)械的主功能，形成特殊的加工能力。例如，電火花加工機(jī)床、線切割加工機(jī)床、激光加工機(jī)床等。 2.機(jī)電技術(shù)完全融合形成新型機(jī)電一體化產(chǎn)品 生產(chǎn)機(jī)械中的激光快速成形機(jī)；信息機(jī)械中的傳真機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)；檢測(cè)機(jī)械中的CT（計(jì)算機(jī)斷層掃描診斷裝置）掃描診斷儀、掃描隧道顯微鏡等。,,C650臥式車床外形圖 1 主軸變速箱 2溜板與刀架 3尾座 4床身 5絲杠 6光杠 7溜板箱 8進(jìn)給箱 9

5、掛輪箱,效益分析,,第二節(jié) 機(jī)電一體化構(gòu)成要素及相關(guān)技術(shù)一、構(gòu)成要素,,二、相關(guān)技術(shù),機(jī)械技術(shù) 機(jī)電一體化的機(jī)械產(chǎn)品與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品的區(qū)別在于：機(jī)械結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、機(jī)械功能更強(qiáng)、性能更優(yōu)越?，F(xiàn)代機(jī)械要求具有更新穎的結(jié)構(gòu)、更小的體積、更輕的重量，還要求精度更高、剛度更大、動(dòng)態(tài)性能更好。 在設(shè)計(jì)和制造機(jī)械系統(tǒng)時(shí)除了考慮靜態(tài)、動(dòng)態(tài)剛度及熱變形等問(wèn)題外，還應(yīng)考慮采用新型復(fù)合材料和新型結(jié)構(gòu)以及新型的制造工藝和工藝裝置。 2 .傳感檢測(cè)技術(shù) 傳感檢測(cè)技術(shù)的內(nèi)容，一是研究如何將各種被測(cè)量（包括物理量、化學(xué)量和生物量等）轉(zhuǎn)換為與之成比例的電量；二是研究對(duì)轉(zhuǎn)換的電信號(hào)的加工處理，如放大、補(bǔ)償、標(biāo)度變換等

6、。 機(jī)電一體化系統(tǒng)要求傳感檢測(cè)裝置能快速、準(zhǔn)確、可靠的獲取信息,3 信息處理技術(shù) 實(shí)現(xiàn)信息處理的主要工具是計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)技術(shù)包括計(jì)算機(jī)的軟件技術(shù)、硬件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通訊技術(shù)和數(shù)據(jù)技術(shù)。機(jī)電一體化系統(tǒng)中主要采用工業(yè)控制機(jī)（包括可編程控制器，單、多回路調(diào)節(jié)器，單片微控制器，總線式工業(yè)控制機(jī)，分布式計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)）進(jìn)行信息處理。信息處理的發(fā)展方向是提高信息處理的速度、可靠性和智能化程度。人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等都屬于計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)的范疇。4 自動(dòng)控制技術(shù) 自動(dòng)控制所依據(jù)的理論是自動(dòng)控制原理（包括經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論），自動(dòng)控制技術(shù)就是在此理論的指導(dǎo)下對(duì)具體控制裝置或

7、控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)后進(jìn)行系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試；最后使研制的系統(tǒng)可靠地投入運(yùn)行。 機(jī)電一體化系統(tǒng)中的自動(dòng)控制技術(shù)主要包括位置控制、速度控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制以及模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。 5 伺服傳動(dòng)技術(shù)伺服傳動(dòng)包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等各種類型的傳動(dòng)裝置常見的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要有電氣伺服（如步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)等）和液壓伺服（如液壓馬達(dá)、脈沖油缸等）兩類。6 系統(tǒng)總體技術(shù) 機(jī)電一體化系統(tǒng)是一個(gè)技術(shù)綜合體，它利用系統(tǒng)總體技術(shù)將各有關(guān)技術(shù)協(xié)調(diào)配合、綜合運(yùn)用而達(dá)到整體系統(tǒng)的最佳化。,,三、學(xué)科構(gòu)成,四、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法,1. 取代法 取代法就是用電氣控制取代原系統(tǒng)中的機(jī)械控

8、制機(jī)構(gòu)。該方法是改造舊產(chǎn)品、開發(fā)新產(chǎn)品或?qū)υ到y(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造常用的方法,也是改造傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品的常用方法。,,2. 整體設(shè)計(jì)法 整體設(shè)計(jì)法主要用于新產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)時(shí)完全從系統(tǒng)的整體目標(biāo)出發(fā),考慮各子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 3.組合法 組合法就是選用各種標(biāo)準(zhǔn)功能模塊組合設(shè)計(jì)成機(jī)電一體化系統(tǒng)。例如,設(shè)計(jì)一臺(tái)數(shù)控機(jī)床,可以依據(jù)機(jī)床的性能要求,通過(guò)對(duì)不同廠家的計(jì)算機(jī)控制單元、伺服驅(qū)動(dòng)單元、位移和速度測(cè)試單元及主軸、導(dǎo)軌、刀架、傳動(dòng)系統(tǒng)等產(chǎn)品的評(píng)估分析,研究各單元間接口關(guān)系和各單元對(duì)整機(jī)性能的影響,通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)確定機(jī)床的結(jié)構(gòu)組成。,第三節(jié) 機(jī)電一體化發(fā)展方向,一、機(jī)電一體化特點(diǎn) 1、體積小，重量輕 2、

9、速度快，精度高 3、可靠性高 4、柔性好 二、發(fā)展方向 1、復(fù)合化 2、小型化，輕量化 3、高速化 4、移動(dòng)化 5、智能化 6、層次化和系統(tǒng)化 7、全盤化 總之，性能上:向高精度、高效率、高性能、智能化方向發(fā)展； 功能上：向小型化、輕型化、多功能方向發(fā)展; 層次上：向系統(tǒng)化、復(fù)合集成化方向發(fā)展。,機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì),機(jī)械系統(tǒng)是機(jī)電一體化系統(tǒng)的最基本要素，主要包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和支承部件。機(jī)械的主要功能是完成機(jī)械運(yùn)動(dòng)，一部機(jī)器必須完成相互協(xié)調(diào)的若干機(jī)械運(yùn)動(dòng)。每個(gè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)可由單獨(dú)的控制電機(jī)、傳動(dòng)件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的若干個(gè)子系統(tǒng)來(lái)完成，若干個(gè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)由計(jì)算機(jī)來(lái)協(xié)調(diào)與控制。 第一節(jié) 機(jī)械

10、傳動(dòng)系統(tǒng)的特性 一、機(jī)電一體化對(duì)機(jī)械傳動(dòng)的要求 1、高精度 2、快速響應(yīng) 3、良好的穩(wěn)定性 二、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小 摩擦小 阻尼合適 剛度大 抗振性能好 間隙小 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大會(huì)是機(jī)械負(fù)載增大、系統(tǒng)響應(yīng)性能變慢、靈敏度降低、固有頻率下降，容易諧振。同時(shí)，使電氣驅(qū)動(dòng)部件諧振頻率降低，阻尼增大。 阻尼越大，最大振幅越小，衰減越快。但定位精度降低，易產(chǎn)生爬行；穩(wěn)態(tài)誤差大，精度降低。 剛度大，失動(dòng)量小。提高剛度可增加閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。,第二節(jié) 機(jī)械傳動(dòng)裝置,1 齒輪 2 同步齒形帶傳動(dòng) 3 滾珠絲杠 4 滾珠花鍵 5 諧波齒輪減速器,提高傳動(dòng)精度的結(jié)構(gòu)措施,提高傳動(dòng)精度的結(jié)構(gòu)措施有： (1)

11、適當(dāng)提高零部件本身的精度； (2)合理設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈，減少零部件制造、裝配誤差對(duì)傳動(dòng)精度的影響 3)采用消隙機(jī)構(gòu)以減少或消除空程。 合理設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈方法 (1)合理選擇傳動(dòng)型式 (2)合理確定級(jí)數(shù)和分配各級(jí)傳動(dòng)比 (3)合理布置傳動(dòng)鏈,合理確定級(jí)數(shù)和分配各級(jí)傳動(dòng)比,合理布置傳動(dòng)鏈,齒輪傳動(dòng)間隙的消除措施由于數(shù)控設(shè)備進(jìn)給系統(tǒng)經(jīng)常處于自動(dòng)變向狀態(tài)，反向時(shí)如果驅(qū)動(dòng)鏈中的齒輪等傳動(dòng)副存在間隙，就會(huì)使進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的反向滯后于指令信號(hào)，從而影響其驅(qū)動(dòng)精度。因此必須采取措施消除齒輪傳動(dòng)中的間隙，以提高數(shù)控設(shè)備進(jìn)給系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)精度。 1. 圓柱齒輪傳動(dòng)(1) 雙片薄齒輪錯(cuò)齒法,,,(2) 偏心軸套調(diào)整法,電機(jī)1是通過(guò)偏心

12、軸套2裝到殼體上，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)偏心軸套的轉(zhuǎn)角，就能夠方便地調(diào)整兩嚙合齒輪的中心距，從而消除了圓柱齒輪正、反轉(zhuǎn)時(shí)的齒側(cè)隙。,,(3) 錐度齒輪調(diào)整法,在加工齒輪1和2時(shí)，將假想的分度圓柱面改變成帶有小錐度的圓錐面，使其齒厚在齒輪的軸向稍有變化（其外形類似于插齒刀）。裝配時(shí)只要改變墊片3的厚度就能調(diào)整兩個(gè)齒輪的軸向相對(duì)位置，從而消除了齒側(cè)間隙。,,2. 斜齒輪傳動(dòng),圖7-29是墊片錯(cuò)齒調(diào)整法，薄片齒輪由平鍵和軸連接，互相不能相對(duì)回轉(zhuǎn)。斜齒輪1和2的齒形拼裝在一起加工。裝配時(shí)，將墊片厚度增加或減少t，然后再用螺母擰緊。這時(shí)兩齒輪的螺旋線就產(chǎn)生了錯(cuò)位，其左右兩齒面分別與寬齒輪的齒面貼緊，從而消除了間隙。,

13、,軸向壓簧錯(cuò)齒調(diào)整法，,其特點(diǎn)是齒側(cè)隙可以自動(dòng)補(bǔ)償，但軸向尺寸較大，結(jié)構(gòu)不緊湊。,,同步齒形帶傳動(dòng),同步齒形帶傳動(dòng)，是一種新型的帶傳動(dòng)，如圖所示，它利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次相嚙合傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，因而兼有帶傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)及鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，即無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)精度高，而且齒形帶的強(qiáng)度高，厚度小，重量輕，故可用于高速傳動(dòng)；齒型帶無(wú)需特別張緊，故作用在軸和軸承等上的載荷小，傳動(dòng)效率高，在數(shù)控機(jī)械上亦有應(yīng)用。,,滾珠絲杠螺母副機(jī)構(gòu),（1）滾珠絲杠副的工作原理及特點(diǎn) 滾珠絲杠副是一種新型的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠作為中間傳動(dòng)件，以減少摩擦，如圖7-13所示

14、。圖中絲杠和螺母上都磨有圓弧形的螺旋槽，這兩個(gè)圓弧形的螺旋槽對(duì)合起來(lái)就形成螺旋線滾道，在滾道內(nèi)裝有滾珠。當(dāng)絲杠回轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠相對(duì)于螺母上的滾道滾動(dòng)，因此絲杠與螺母之間基本上為滾動(dòng)摩擦。為了防止?jié)L珠從螺母中滾出來(lái)，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有回程引導(dǎo)裝置，使?jié)L珠能循環(huán)流動(dòng)。,,滾珠絲杠副的特點(diǎn),1）傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率0.920.96，比常規(guī)的絲杠螺母副提高34倍。因此，功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)的絲杠螺母副的1/41/3。 2）給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時(shí)就可以消除空行程死區(qū)，定位精度高，剛度好。 3）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。 4）運(yùn)動(dòng)具有可逆性，可以從

15、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，也可以從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即絲杠和螺母都可以作為主動(dòng)件。 5）磨損小，使用壽命長(zhǎng)。 6）制造工藝復(fù)雜。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。 7）不能自鎖。特別是對(duì)于垂直絲杠，由于自重慣力的作用，下降時(shí)當(dāng)傳動(dòng)切斷后，不能立刻停止運(yùn)動(dòng)，故常需添加制動(dòng)裝置。,滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整,(a)墊片調(diào)隙式（圖7-18） 通常用螺釘來(lái)連接滾珠絲杠兩個(gè)螺母的凸緣，并在凸緣間加墊片。調(diào)整墊片的厚度使螺母產(chǎn)生軸向位移，以達(dá)到消除間隙和產(chǎn)生預(yù)拉緊力的目的。 這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、可靠性好、剛度高以及裝卸方便。但調(diào)整費(fèi)時(shí)，并且在工作中不能隨意調(diào)

16、整，除非更換厚度不同的墊片。,,(b)螺紋調(diào)隙式（圖7-20）其中一個(gè)螺母的外端有凸緣而另一個(gè)螺母的外端沒(méi)有凸緣而制有螺紋，它伸出套筒外，并用兩個(gè)圓螺母固定著。旋轉(zhuǎn)圓螺母時(shí)，即可消除間隙，并產(chǎn)生預(yù)拉緊力，調(diào)整好后再用另一個(gè)圓螺母把它鎖緊。,,,(c)齒差調(diào)隙式（圖7-20）在兩個(gè)螺母的凸緣上各制有圓柱齒輪，兩者齒數(shù)相差一個(gè)齒，并裝入內(nèi)齒圈中，內(nèi)齒圈用螺釘或定位銷固定在套筒上。調(diào)整時(shí)，先取下兩端的內(nèi)齒圈，當(dāng)兩個(gè)滾珠螺母相對(duì)于套筒同方向轉(zhuǎn)動(dòng)相同齒數(shù)時(shí)，一個(gè)滾珠螺母對(duì)另一個(gè)滾珠螺母產(chǎn)生相對(duì)角位移，從而使?jié)L珠螺母對(duì)于滾珠絲杠的螺旋滾道相對(duì)移動(dòng)，達(dá)到消除間隙并施加預(yù)緊力的目的。,,,滾珠絲杠副的標(biāo)注方法

17、, 循環(huán)方式 預(yù)緊方式 公稱直徑 基本導(dǎo)程 負(fù)荷滾珠總?cè)?shù) 精度等級(jí) 螺紋旋向 浮動(dòng)式 F 雙螺母齒差預(yù)緊 C 內(nèi)循環(huán) 雙螺母墊片預(yù)緊 D 固定式 G 預(yù)緊方式 雙螺母螺紋預(yù)緊 L 單螺母變導(dǎo)程自預(yù)緊B 插管式 C 外循環(huán) 螺旋槽式 L 螺旋旋向?yàn)樽?、右旋，只?biāo)左旋代號(hào)為L(zhǎng)H，右旋不標(biāo)。 例 CTC63103.53.5/20001600 表示為插管突出式外循環(huán)（CT），雙螺母齒差預(yù)緊（C）的滾珠絲杠副，公稱直徑63mm，基本導(dǎo)程10mm，負(fù)荷滾珠總?cè)?shù)3.5圈，精度等級(jí)3.5級(jí)，螺紋旋向?yàn)?/p>

18、右旋，絲杠全長(zhǎng)為2000mm，螺紋長(zhǎng)度為1600mm。,,,,傳感檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì),第一節(jié) 傳感器 一、傳感器分類,,二、機(jī)電一體化對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的基本要求： 精度、靈敏度、分辨率高； 線性、穩(wěn)定性和重復(fù)性好； 抗干擾能力強(qiáng)； 靜、動(dòng)態(tài)特性好。 此外，要求體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、便于安裝與維修，耐環(huán)境性能好等。 三、傳感器特性： 靜態(tài)特性：1、線性度：傳感器實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的偏差 2、靈敏度：輸出變化對(duì)輸入變化的比值 3、遲滯性：在正反行程期間輸入輸出特性曲線不重合程度 4、重復(fù)性：輸入量按同一方向多次測(cè)試時(shí)所得特性曲線的不重合程度 動(dòng)態(tài)特性：傳遞函數(shù)、時(shí)間響

19、應(yīng)函數(shù)、頻率響應(yīng)函數(shù)、脈沖響應(yīng)函數(shù)。,四、傳感器選用原則,快速、準(zhǔn)確、可靠、經(jīng)濟(jì)的獲取信號(hào) 1）足夠的量程 2）與測(cè)量或控制系統(tǒng)匹配、轉(zhuǎn)換靈敏度高 3）精度適當(dāng)、穩(wěn)定性高 4）反應(yīng)速度快、工作可靠 5）實(shí)用性和適應(yīng)性強(qiáng) 6）使用經(jīng)濟(jì),第二節(jié) 位移測(cè)量傳感器,一、電容傳感器 1. 變極距型電容傳感器 ： 當(dāng)動(dòng)極板因被測(cè)量變化而向上移動(dòng)使減小時(shí)，電容量增大 。 注意：傳感器輸出特性是非線性的，規(guī)定在較小間隙變化范圍內(nèi)工作。 2. 變面積型電容傳感器 ： 原理：它與變極距型不同的是，被測(cè)量通過(guò)動(dòng)極板移動(dòng)，引起兩極板有效覆蓋面積A改變，從而得到電容的變化。 這種傳感器的輸出特性呈線性。因而其量程不受

20、線性范圍的限制，適合于測(cè)量較大直線位移和角位移。,,3變介質(zhì)型電容傳感器 原理結(jié)構(gòu)如圖。圖中兩平行極板固定不動(dòng)，極距為，相對(duì)介電常數(shù)為的電介質(zhì)以不同深度插入電容器中，從而改變電容。 應(yīng)用：這種電容傳感器有較多的結(jié)構(gòu)形式，可以用來(lái)測(cè)量紙張、絕緣薄膜等的厚度，也可以用來(lái)測(cè)量糧食、紡織品、木材或煤等非導(dǎo)電固體的物質(zhì)的濕度。,二、電感式傳感器將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電感量變化的裝置。變換原理：電磁感應(yīng)原理。按變換方式的不同分為自感型（可變磁阻式與渦流式)與互感型(差動(dòng)變壓器）。1、自感型（一）可變磁阻式,1線圈 2鐵心 3銜鐵 由此可見：只要改變空氣隙厚度或改變氣隙截面積，即可改變線圈的電感量。 注意：改變空

21、氣隙厚度傳感器輸出特性是非線性的，規(guī)定在較小間隙變化范圍內(nèi)工作。,,（二）渦流式 原理：金屬板在交變磁場(chǎng)中的渦電流效應(yīng)。金屬板置于一線圈附近，相互間距為。當(dāng)線圈中有高頻交流電流通過(guò)時(shí)，便產(chǎn)生磁通。此交變磁通通過(guò)相鄰近的金屬板，金屬板上便產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流在金屬體內(nèi)是閉合的，稱為渦流。這種渦流將產(chǎn)生交變磁通1，根據(jù)楞次定律，渦流的交變磁場(chǎng)與線圈的磁場(chǎng)變化方向相反。由于渦流磁場(chǎng)的作用使原線圈的等效阻抗發(fā)生變化，變化程度與距離有關(guān)。 影響因素：線圈與金屬板間距離；金屬板的電阻率；磁導(dǎo)率；線圈激磁園頻率等。 變化線圈與金屬板間距離，可作為位移、振動(dòng)測(cè)量。變化金屬板的電阻率、磁導(dǎo)率，可作為材質(zhì)鑒別或

22、探傷等。 應(yīng)用：可用于動(dòng)態(tài)非接觸測(cè)量。用作渦流式位移計(jì)、振動(dòng)測(cè)量?jī)x、無(wú)損探傷儀、測(cè)厚儀等。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，不受油污等介質(zhì)的影響。,,2、互感型： 差動(dòng)變壓器式 原理：將被測(cè)位移轉(zhuǎn)換成線圈互感變化。 注意：1、輸出交流電壓、幅值與鐵心位移成正比。只反映鐵心位移大小，不反映移動(dòng)極性。 2、零點(diǎn)殘余電壓。原因：兩次級(jí)線圈結(jié)構(gòu)不對(duì)稱；初級(jí)線圈銅損電阻、鐵磁材質(zhì)不均勻、線圈間分布電容等形成。鐵心處在中間位置時(shí)，輸出不為零。 解決辦法：后接電路。 應(yīng)用：位移測(cè)量?jī)x。,光柵,光柵是一種新型的位移檢測(cè)元件，它的持 點(diǎn)是測(cè)量精確高、響應(yīng)速度快和量程范圍大

23、等。,,把指示光柵平行地放在標(biāo)尺光柵上面，并且使它們的刻線相互傾斜 一 個(gè)很小的角度，這時(shí)在指示光柵上就出現(xiàn)幾條較粗的明暗條紋，稱為莫爾條絞。它們是沿著與光柵條紋幾乎成垂直的方向排列，如圖3-18所示。,,主光柵和被測(cè)物體相連，他隨被測(cè)物體的直線位移而產(chǎn)生位移。當(dāng)主光柵產(chǎn)生位移時(shí)，莫爾條紋便隨著產(chǎn)生上、下位移，若用光電器件記錄下莫爾條紋通過(guò)某點(diǎn)的數(shù)目，便可知主光柵移動(dòng)的位移，也就測(cè)得了被測(cè)物體的位移量。,感應(yīng)同步器,,在兩個(gè)相對(duì)放置的板上刻有如圖所示的繞組，當(dāng)在滑尺的兩個(gè)繞組中分別加上激勵(lì)電壓時(shí)，則在定尺繞組中就產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，其幅值決定于繞組的相對(duì)位置。,光電編碼器,將機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的模擬量轉(zhuǎn)換成旋

24、轉(zhuǎn)角度的數(shù)字電信號(hào)，進(jìn)行角位移檢測(cè)的傳感器稱為編碼器。編碼器的種類很多，根據(jù)檢測(cè)原理，它可以分為電磁式、電刷式、電磁感應(yīng)式及光電式等。由 于光電編碼器具有非接觸和體積小的特點(diǎn)，且分辨率很高，在旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)已能產(chǎn)生數(shù)百萬(wàn)個(gè)脈沖，因此，它是目前應(yīng)用最為廣泛的一種編碼器。光電編碼器在數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人的位置控制、機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的控制以及角度的測(cè)量、通訊及自動(dòng)化控制等方面部發(fā)揮著重要的作用。,第三節(jié) 速度、加速度傳感器,一、直流測(cè)速機(jī) 直流測(cè)速機(jī)是一種測(cè)速元件，實(shí)際上它就是臺(tái)微型的直流發(fā)電機(jī)。直流測(cè)速機(jī)的持點(diǎn)是輸出斜率大、線性好，但由于有電刷相換向器，構(gòu)造和維護(hù)比較復(fù)雜，摩擦轉(zhuǎn)矩較大。 測(cè)速機(jī)的結(jié)構(gòu)有多

25、種，但原理基本相同。圖所示為永磁式測(cè)速機(jī)原理電路圖。 恒定磁通由定子產(chǎn)生，當(dāng)轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組中即產(chǎn)生交變的電勢(shì)，經(jīng)換向器和電刷轉(zhuǎn)換成與轉(zhuǎn)子速度成正比的直流電勢(shì)。 直流測(cè)速機(jī)在機(jī)電控制系統(tǒng)中，主要用作測(cè)速和校正元件。在使用中，為提高檢測(cè)靈敏度、盡量把它連接到電機(jī)軸上，有的電機(jī)本身就已安裝了測(cè)速機(jī)。,二、光電式轉(zhuǎn)速傳感器,光電式轉(zhuǎn)速傳感器是由裝在被測(cè)軸(或與被測(cè)軸相連接的輸入軸)上的帶縫隙圓盤、光源、光電器件及指示縫隙盤組成，如圖3-25所示。光源發(fā)出的光通過(guò)縫隙圓盤和指示縫隙照射到光電器件上。 當(dāng)縫隙圓盤隨被測(cè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于圓盤上的縫隙間距與指示縫隙的間距相同，因此圓盤每轉(zhuǎn)一周，光電

26、器件輸出與指示縫隙數(shù)相等的電脈沖，根據(jù)測(cè)量時(shí)間t內(nèi)的脈沖數(shù)N，可測(cè)出轉(zhuǎn)速為 n=60N/Zt Z一一圓盤 上的縫隙數(shù)； n轉(zhuǎn)速(rmin)； t測(cè)量時(shí)間(s)。,第四節(jié) 位置傳感器,位置傳感器和位移傳感器不一樣，它所測(cè)量的不是一段距離的變化量，而是通過(guò)檢 測(cè)，確定是否已到某一位置。因此、它只需要產(chǎn)生能反映某種狀態(tài)的開關(guān)量就可以了。位置傳感器分接觸式和接近式兩種。所謂接觸式傳感器就是能獲取兩個(gè)物體是否己接觸的信息的一種傳感器；而接近式傳感器是用來(lái)判別在某一范圍內(nèi)是否有某物體的一種傳感器。 一、接觸式位置傳感器 這類傳感器用微動(dòng)開關(guān)之類的觸點(diǎn)器件便可構(gòu)成。 二、接近式位置傳感器 接近式位置傳感器按

27、其上作原理主要分：電磁式；光電式；靜電容式；氣壓 式；超聲波式。其基本工作原理可用圖338表示出來(lái)。,,接近傳感器在工業(yè)自動(dòng)化控制、航天、航海技術(shù)、日常生活中都有廣泛的應(yīng)用。在安全防盜方面，如資料、財(cái)會(huì)、倉(cāng)庫(kù)、博物館、金庫(kù)等重要場(chǎng)合也都裝有各式各樣的接近傳感器。在一般工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)控制中大都采用渦流式或電容式接近傳感器。在環(huán)境比較好的場(chǎng)合，可采用光電式接近傳感器。而在防盜系統(tǒng)中，大都使用紅外熱釋電接近傳感器、超聲波接近傳感器和微波接近傳感器。有時(shí)為了提高識(shí)別的可靠性，幾種接近傳感器可以復(fù)合使用。,圖325是生產(chǎn)線工件計(jì)數(shù)裝置的示意圖。接近傳感器設(shè)置在工件傳送帶的一側(cè)，當(dāng)傳送帶運(yùn)行時(shí)，一個(gè)個(gè)工件經(jīng)

28、過(guò)接近傳感器，當(dāng)工件靠近接近傳感器時(shí)，傳感器輸出脈沖開關(guān)信號(hào)，該信號(hào)可直接送往計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。,第五節(jié) 傳感器信號(hào)處理,測(cè)量放大器,在許多檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)合傳感器輸出的信號(hào)往往較弱，而且其中還包含工頻、靜電和電磁耦合等共模干擾，對(duì)這種信號(hào)的放大就需要放大電路具有很高的共模抑制比以及高增益、低噪聲和高輸入阻抗。習(xí)慣上將具有這種特點(diǎn)的放大器稱為測(cè)量放大器或儀表放大器。,程控增益放大器,經(jīng)過(guò)處理的模擬信號(hào)，在送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理前，必須進(jìn)行量化，即進(jìn)行模擬一數(shù)字變換，變換后的數(shù)字信號(hào)才能為計(jì)算機(jī)接收和處理。當(dāng)模擬信號(hào)送到模數(shù)變換器時(shí)為減少轉(zhuǎn)換誤差一般希望送來(lái)的模擬信號(hào)盡可能大，如采用AD變換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)

29、換時(shí)，在AD輸入的允許范圍內(nèi)，希望輸入的模擬信號(hào)盡可能達(dá)到最大值；然而，當(dāng)被測(cè)參量變化范圍較大時(shí)，經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后的模擬小信號(hào)變化也較大，在這種情況下、如果單純只使用一個(gè)放大倍數(shù)的放大器，就無(wú)法滿足上述要求；在進(jìn)行小信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)，可能會(huì)引入較大的誤差。為解決這個(gè)問(wèn)題，工程上常采用通過(guò)改變放大器增益的方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)不同幅度信號(hào)的放大，如萬(wàn)用表、示波器等許多測(cè)量?jī)x器的量程變換等。 選擇不同的開關(guān)閉合，即可實(shí)現(xiàn)增益的變換。 如果利用軟件對(duì)開關(guān)閉合進(jìn)行選擇，即 可實(shí)現(xiàn)程控增益變換。,圖為利用AD521測(cè)量放大器與模擬開關(guān)結(jié)合組成的程控增益放大器，通過(guò)改變其外接電阻RG的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)增益控制。,隔離放大器 在有

30、強(qiáng)電或強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境中，為了防止電網(wǎng)電壓等對(duì)測(cè)量回路的損壞，其信號(hào)輸入通道采用隔離技術(shù)，能完成這種任務(wù)，具有這種功能的放大器稱為隔離放大器。,傳感器接口技術(shù),控制電動(dòng)機(jī)及其選擇計(jì)算第一節(jié) 執(zhí)行元件分類,液壓系統(tǒng),氣壓系統(tǒng),氣壓系統(tǒng)的基本組成,直線氣缸 擺動(dòng)氣缸 氣馬達(dá) 氣爪,檢測(cè)部分,,氣壓系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)的比較,( 1)空氣可以從大氣中取之不竭且不易堵塞；將用過(guò)的氣體排入大氣，無(wú)需回氣管路處理方便；泄漏不會(huì)嚴(yán)重的影響工作，不污染環(huán)境。 (2)空氣粘性很小，在管路中的沿程壓力損失為液壓系統(tǒng)的干分之一，易于遠(yuǎn)距離控制。 (3)工作壓力低可降低對(duì)氣動(dòng)元件的材料和制造精度要求。 (4)對(duì)開環(huán)控制系統(tǒng)

31、，它相對(duì)液壓傳動(dòng)具有動(dòng)作迅速、響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)。 (5)維護(hù)簡(jiǎn)便，使用安全，沒(méi)有防火、防爆問(wèn)題；適用于石油、化工、農(nóng)藥及礦山機(jī)械 的特殊要求。對(duì)于無(wú)油的氣動(dòng)控制系統(tǒng)則特別適用于無(wú)線電元器件生產(chǎn)過(guò)程，也適用于 食品和醫(yī)藥的生產(chǎn)過(guò)程。 氣壓系統(tǒng)與電氣、液壓系統(tǒng)比較有以下缺點(diǎn)： (1)氣功裝置的信號(hào)傳遞速度限制在聲速范圍之內(nèi)，所以它的工作頻率和響應(yīng)速度遠(yuǎn)不如電氣裝置并且信號(hào)產(chǎn)生較大失真和延遲，也不便于構(gòu)成十分復(fù)雜的回路。但這個(gè)缺點(diǎn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程不會(huì)造成困難。 (2)空氣的壓縮性遠(yuǎn)大干液壓油的收縮性，精度較低。 (3)氣壓傳動(dòng)的效率比液壓傳動(dòng)還要低，且噪聲較大。 (4)工作壓力較低，不易獲得大的推力。氣壓

32、傳動(dòng)出力不如液壓傳動(dòng)大；,執(zhí)行元件特點(diǎn),應(yīng)用：液壓系統(tǒng)用于需大的功率重型設(shè)備 氣動(dòng)用于工件夾緊、輸送等自動(dòng)化生產(chǎn)線 電動(dòng)應(yīng)用最廣泛,伺服電機(jī)控制方式,,伺服電機(jī)比較,第二節(jié) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī),一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 它與普通電動(dòng)機(jī)一樣，也是由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，其中定子又分為定子鐵心和定子繞組。定子鐵心由電工鋼片疊壓而成，定子繞組是繞置在定子鐵心6個(gè)均勻分布的齒上的線圈，在直徑方向上相對(duì)的兩個(gè)齒上的線圈串聯(lián)在一起，構(gòu)成一相控制繞組。圖6-1所示的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可構(gòu)成A、B、C三相控制繞組，故稱三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 1-繞組 2-定子鐵心 3-轉(zhuǎn)子鐵心 圖6-1 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖,,

33、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理實(shí)際上是電磁鐵的作用原理。當(dāng)A相繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子的齒與定子AA上的齒對(duì)齊。若A相斷電，B相通電，由于磁力的作用，轉(zhuǎn)子的齒與定子BB上的齒對(duì)齊，轉(zhuǎn)子沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)，如果控制線路不停地按ABCA的順序控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組的通斷電，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子便不停地逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。若通電順序改為ACBA，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)30。這種通電方式稱為三相三拍，而通常的通電方式為三相六拍，其通電順序?yàn)锳ABBBCCCAA及AACCCBBBAA，相應(yīng)地，定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)15。,,步進(jìn)電機(jī)特點(diǎn),（1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，它的轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)

34、過(guò)一個(gè)確定的角度，即步距角； （2）改變步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞組的通電順序，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向隨之改變； （3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞組通電狀態(tài)的改變速度越快，其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度越快，即通電狀態(tài)的變化頻率越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越高； （4）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角與定子繞組的相數(shù)m、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)z、通電方式k有關(guān)，可用下式表示： = 360/mzk 式中m相m拍時(shí)，k=1；m相2m拍時(shí)，k=2。 對(duì)于圖6-1所示的單定子、徑向分相、反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，當(dāng)它以三相三拍通電方式工作時(shí)，其步距角為=360/341=30 若按三相六拍通電方式工作，則步距角為=360/342=15 步距角：常見的步距角0.60/1.20 , 0

35、.750/1.50 , 0.90/1.80 ,10/20, 1.50/30 等。,,例：某步進(jìn)電機(jī)有80個(gè)齒, 采用3相6拍方式驅(qū)動(dòng), 經(jīng)絲杠螺母副驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)做直線運(yùn)動(dòng), 絲杠的導(dǎo)程為6mm。求: 1、步進(jìn)電機(jī)的步矩角。 2、當(dāng)脈沖當(dāng)量要求為0.01mm時(shí),試設(shè)計(jì)此傳動(dòng)系統(tǒng),i=Z2/Z1=L/360,=L/360i,,1、k=6/3=2 = 360/mzk =360/3802=0.75。 2、I=Z2/Z1=L/360=0.756/3600.01=2/1 可選Z1=20，Z2=40，模數(shù)=1.5的齒輪傳動(dòng)副,,例 將改造一臺(tái)C620車床，其縱向絲杠的螺距t=12mm，采用110BF003型步

36、進(jìn)電動(dòng)機(jī)，步距=0.75，系統(tǒng)規(guī)定的縱向步進(jìn)當(dāng)量=0.01mm，計(jì)算步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與縱向絲杠之間的聯(lián)接傳動(dòng)比。 解：根據(jù)式（7-1） 可選 ，模數(shù)m=1.5的齒輪傳動(dòng)副。當(dāng)i為小數(shù)時(shí)，則可采用掛輪。,例：三相變磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子80個(gè)齒。 (1)要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為60r/min,單雙拍制通電，輸入脈沖頻率為多少? (2)要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為100r/min，單拍制通電，輸入脈沖頻率為多少?,步進(jìn)電機(jī)分類,反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)：定子轉(zhuǎn)子均有鐵心組成，轉(zhuǎn)子無(wú)繞組，步進(jìn)運(yùn)行由定子繞組通電歷磁產(chǎn)生的反應(yīng)力矩作用實(shí)現(xiàn)。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，運(yùn)行頻率高，步距角小。 應(yīng)用：數(shù)控設(shè)備，機(jī)器人。 永磁式步

37、進(jìn)電機(jī)：轉(zhuǎn)子用永磁鐵，靠與定子產(chǎn)生電磁力 特點(diǎn)：控制功率小，效率高，造價(jià)低，但步距角大。 應(yīng)用：記錄儀，空調(diào)機(jī)。 混合式步進(jìn)電機(jī)：轉(zhuǎn)子有齒，帶固定極性。 特點(diǎn)：步距角小，工作頻率高，控制功率小。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。,步進(jìn)電機(jī),步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源,脈沖分配,脈沖分配,軟件脈沖分配,軟件環(huán)形分配器的設(shè)計(jì)方法有很多，如查表法、比較法、移位寄存器法等，它們各有特點(diǎn)，其中常用的是查表法。,,,四、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的功率放大,1單電壓功率放大電路 此電路的優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不足之處是Rc消耗能量大，電流脈沖前后沿不夠陡，在改善了高頻性能后，低頻工作時(shí)會(huì)使振蕩有所增加，使低頻特性變壞。,,,2高低電壓功率放大電路

38、,電源U1為高電壓，電源大約為80150V，U2為低電壓電源，大約為520V。在繞組指令脈沖到來(lái)時(shí)，脈沖的上升沿同時(shí)使VT1和VT2導(dǎo)通。由于二極管VD1的作用，使繞組只加上高電壓U1，繞組的電流很快達(dá)到規(guī)定值。到達(dá)規(guī)定值后，VT1的輸入脈沖先變成下降沿，使VT1截止，電動(dòng)機(jī)由低電壓U2供電，維持規(guī)定電流值，直到VT2輸入脈沖下降沿到來(lái)VT2截止。 不足之處是在高低壓銜接處的電流波形在頂部有下凹，影響電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性。,該電路的特點(diǎn)是工作時(shí)Vin端輸入方波步進(jìn)信號(hào)：當(dāng)Vin為“0”電平，由與門A2輸出Vb為“0”電平，功率管（達(dá)林頓管）VT截止，繞組W上無(wú)電流通過(guò)，采樣電阻上R3上無(wú)反饋電壓

39、，A1放大器輸出高電平；而當(dāng)Vin為高電平時(shí)，由與門A2輸出的Vb也是高電平，功率管VT導(dǎo)通，繞組W上有電流，采樣電阻上R3上出現(xiàn)反饋電壓Vf，由分壓電阻R1、R2得到設(shè)定電壓與反饋電壓相減，來(lái)決定A1輸出電平的高低，來(lái)決定Vin信號(hào)能否通過(guò)與門A2。若VrefVf時(shí)Vin信號(hào)通過(guò)與門，形成Vb正脈沖，打開功率管VT；反之，Vref

40、脈沖供電，且按一定工作方式輪流作用于各相勵(lì)磁線圈上。 2、步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)是靠給各相勵(lì)磁線圈通電順序變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 3、速度控制是靠改變控制脈沖的頻率實(shí)現(xiàn)的。 4、在通電脈沖內(nèi)使勵(lì)磁線圈的電流能快速建立，而在斷電時(shí)電流能快速消失。,五、步進(jìn)電機(jī)的選擇,,1、步距角的選擇 電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場(chǎng)上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機(jī)）、0.9度/1.8度（二、四相電機(jī)）、1.5度/3度 （三相電機(jī)）等。 2、靜力矩的選擇 （1）根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)草圖計(jì)算

41、機(jī)械傳動(dòng)裝置及負(fù)載折算到電動(dòng)機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 （2）計(jì)算各種工況下所需的等效力矩。 （3）根據(jù)步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)、運(yùn)行矩頻特性。 TL/TMax0.5 JL/Jm4 3、電流的選擇 靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流（參考驅(qū)動(dòng)電源、及驅(qū)動(dòng)電壓）,第三節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī),直流伺服電動(dòng)機(jī)具有良好的調(diào)速特性，較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，相對(duì)功率大及快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，在機(jī)電控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件還是獲得了廣泛的應(yīng)用。 直流伺服電動(dòng)機(jī)按激磁方式可分為電磁式和永磁式兩種。電磁式的磁場(chǎng)由激磁繞組產(chǎn)生；永磁式的磁場(chǎng)

42、由永磁體(永久磁鐵)產(chǎn)生。電磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)是一種目前巳普遍使用的伺服電動(dòng)機(jī)，特別是在大功率范圍內(nèi)(100w以上)。永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)由于尺寸小、重量輕、效率高、出力大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需激磁等一系列優(yōu)點(diǎn)而被越來(lái)越重視。 一、 特點(diǎn) 1、穩(wěn)定性好 2、可控性好 3、響應(yīng)迅速 4、控制功率低，損耗小 5、轉(zhuǎn)矩大,直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與一般的電機(jī)結(jié)構(gòu)相似，也是由定子、轉(zhuǎn)子和電刷等部分組成，在定子上有勵(lì)磁繞組和補(bǔ)償繞組，轉(zhuǎn)子繞組通過(guò)電刷供電。由于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)和定子磁場(chǎng)始終正交，因而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。,直流伺服電機(jī)控制,二、 驅(qū)動(dòng)與控制,一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能的好壞，不僅取決于電機(jī)本身的特性，而且還取決于驅(qū)動(dòng)

43、電路的性能以及兩者之間的相互配合。對(duì)驅(qū)動(dòng)電路一般要求頻帶寬、效率高、能量能回授等。目前常用晶體管驅(qū)動(dòng)和晶閘管直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)，廣泛采用的直流伺服電機(jī)的晶體管驅(qū)動(dòng)電路有線性直流伺服放大器和脈寬調(diào)制放大器(PwM)。 一般，寬頻帶低功率系統(tǒng)選用線性放大器(小于幾百瓦)，而脈寬調(diào)制放大器常用在較大的系統(tǒng)中，尤其是那些要求在低速和大轉(zhuǎn)矩下連續(xù)運(yùn)行的場(chǎng)合。 一、晶閘管直流調(diào)速驅(qū)動(dòng),,二、脈寬調(diào)制放大器(PwM),PWM放大器的優(yōu)點(diǎn)是功率管工作在開關(guān)狀態(tài)，管耗小。它的基本原理是：利用大功率晶體管的開關(guān)作用，將直流電源電壓轉(zhuǎn)換成一定頻率(例如2000HZ)的方波電壓，加在直流電動(dòng)機(jī)的電樞上，通過(guò)對(duì)方波脈沖寬度的

44、控制，改變電樞的平均電壓，從而調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，如圖418所示。鋸齒波發(fā)生器的輸出電壓vA和直流控制信號(hào)vIN進(jìn)行比較。同時(shí)，在比較器的輸入端還加入一個(gè)調(diào)零電壓v0，當(dāng)控制電壓vIN為零時(shí)，調(diào)節(jié)vo使比較器的輸出電壓為正、負(fù)脈沖寬度相等的方波信號(hào)，如圖419(a)所示。當(dāng)控制信號(hào)vIN為正或負(fù)時(shí)，比較器輸入端處的鋸齒波相應(yīng)地上移或下移，比較器的輸出脈沖也隨著相應(yīng)改變，實(shí)現(xiàn)了脈寬調(diào)制，如圖419(b)、(c)所示。,第四節(jié) 交流伺服電動(dòng)機(jī),與普通直流伺服電動(dòng)機(jī)相比較，普通交流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是：它不需要電刷和換向器，因而避免了由于存在電刷和換向器而引起的一系列弊病。此外，它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、體積和重量一

45、般來(lái)說(shuō)也較小。缺點(diǎn)是：輸出功率和轉(zhuǎn)矩較?。晦D(zhuǎn)矩特性和調(diào)節(jié)特性的線性度不及直流伺服電動(dòng)機(jī)好；其效率也較直流伺服電動(dòng)機(jī)為低。 銀狐工控網(wǎng) 自動(dòng)化、企業(yè)信息化中國(guó)工控網(wǎng)-運(yùn)動(dòng)控制專欄-中國(guó)工業(yè)控制及自動(dòng)化領(lǐng)域權(quán)威咨詢、資訊傳媒! 一、交流伺服電動(dòng)機(jī)種類 1、同步型（SM）：采用永磁結(jié)構(gòu)的同步電動(dòng)機(jī)，又稱無(wú)刷直流伺服電動(dòng)機(jī)。 特點(diǎn)：無(wú)接觸換向部件 需要磁極位置檢測(cè)器（如編碼器） 具有直流伺服電動(dòng)機(jī)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)。 2、感應(yīng)型（IM）：籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 特點(diǎn)：對(duì)定子電流的激勵(lì)分量和轉(zhuǎn)矩分量分別控制 具有直流伺服電動(dòng)機(jī)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)。,用于自動(dòng)焊機(jī)中保持電弧長(zhǎng)度穩(wěn)定，其原理如圖434所示。交流伺服電機(jī)sL經(jīng)

46、減速器2帶動(dòng)焊條8的移動(dòng)裝置3。為保證焊接質(zhì)量，要求自動(dòng)焊機(jī)在整個(gè)焊接過(guò)程中能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)電弧長(zhǎng)度，使電弧穩(wěn)定地燃燒。當(dāng)電弧長(zhǎng)度符合要求時(shí)，反饋的弧壓up和給定電壓u相等，通過(guò)比較器4得偏差信號(hào)o，伺服電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)。如果外界干擾使弧長(zhǎng)變長(zhǎng)或變短，反饋弧壓up相當(dāng)于增大或減小，偏差信號(hào)經(jīng)放大器1送入電機(jī)sL的控制電壓的相序發(fā)生改變，使控制伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，經(jīng)移動(dòng)裝置3帶動(dòng)焊條8上下移動(dòng)，以保持電弧長(zhǎng)度恒定。,應(yīng)用舉例,二、交流伺服電動(dòng)機(jī)調(diào)速,變頻調(diào)速,間接變換方式 （交直交變頻） 變頻方式 直接變換方式（交交變頻） 交直交變頻是把交流電通過(guò)整流器變?yōu)橹绷麟?，再用逆變器將直流電變?yōu)?/p>

47、頻率可變的交流電供給異步電動(dòng)機(jī)。目前常用的通用變頻器即屬于交直交變頻，其基本結(jié)構(gòu)原理如圖412。由圖可知，變頻器主要由主回路（包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器）和控制回路組成。變頻器還有豐富的軟件，各種功能主要靠軟件來(lái)完成。 交流電源 交流電源 電壓頻率可變,,,變頻器的分類方式很多，除了按電源變換方式分類外，還可以按逆變器開關(guān)方式來(lái)分類，即PAM方式和PWM方式。PAM控制是Pulse Amplitude Modulation（脈沖振幅調(diào)制）控制的簡(jiǎn)稱； PWM控制是Pulse Wi

48、dth Modulation（脈沖寬度調(diào)制）控制的簡(jiǎn)稱，是在逆變電路部分同時(shí)對(duì)輸出電壓（電流）的幅值和頻率進(jìn)行控制的控制方式。在這種控制方式中，以較高頻率對(duì)逆變電路的半導(dǎo)體開關(guān)元器件進(jìn)行開閉，并通過(guò)改變輸出脈沖的寬度來(lái)達(dá)到控制電壓（電流）的目的。目前在變頻器中多采用正弦波PWM控制方式，即通過(guò)改變PWM輸出的脈沖寬度，使輸出電壓的平均值接近正弦波，這種方式也被稱為SPWM控制。 變頻器還可以按控制方式分為V/F（電壓/頻率）控制、轉(zhuǎn)差頻率控制和矢量控制三種。其中，V/F控制屬于開環(huán)控制，而轉(zhuǎn)差控制和矢量控制屬于閉環(huán)控制，二者的主要區(qū)別在于V/F控制方式中沒(méi)有進(jìn)行速度反饋，而在轉(zhuǎn)差頻率控制方式和

49、矢量控制方式利用了速度傳感器的速度閉環(huán)控制。,三、 交流伺服電動(dòng)機(jī)的選擇,1、交流伺服電動(dòng)機(jī)的初選擇 (1)首先考慮電動(dòng)機(jī)能夠提供負(fù)載所需的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。就是能夠提供克服峰值負(fù)載所需的功率。 Pm=(1.52.5)TLPnLP/159 其次，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的工作周期可以與其發(fā)熱時(shí)間常數(shù)相比較時(shí)，必須考慮電機(jī)的熱額定問(wèn)題，通常用負(fù)載的均方根功率作為確定電機(jī)發(fā)熱功率的基礎(chǔ)。 Pm=(1.52.5)TLrnLr/159,(2)發(fā)熱校核TNTLr,(3)轉(zhuǎn)矩過(guò)載校核,(TL)max(Tm)max過(guò)載轉(zhuǎn)矩 (Tm)max=Tn額定力矩 2.伺服系統(tǒng)慣量匹配原則 1）慣量較小的系統(tǒng) 1

50、大的系統(tǒng) 0.25Jl/Jm1,變頻器種類,通用變頻器：節(jié)能，節(jié)電20%，用于壓縮機(jī)、泵、攪拌機(jī)、擠壓機(jī)等； 提高控制性能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，用于運(yùn)輸機(jī)械、起重機(jī)等。 紡織專用變頻器：改善傳動(dòng)特性，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。紡織、化纖機(jī)械。 矢量控制變頻器：提高傳動(dòng)精度及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集散控制。冶金、印刷、造紙。 要求高精度的轉(zhuǎn)矩控制，加速度大，能與上位機(jī)進(jìn)行通訊。 機(jī)床專用變頻器：用于機(jī)床主軸傳動(dòng)控制，以滿足工藝上要求得大加減速轉(zhuǎn) 矩，寬廣的恒功率控制及高精度的定位控制，提高機(jī)床自動(dòng)化。 電梯專用矢量變換控制變頻器：實(shí)現(xiàn)緩慢平穩(wěn)的升降速。 高頻變頻器：用于超精密加工、高速電動(dòng)機(jī)。如專用脈沖調(diào)幅型

51、變頻器，頻率達(dá)3kHZ，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速 18 104r/min。,變頻器選擇,分析控制對(duì)象的負(fù)載特性選擇電動(dòng)機(jī)的容量 根據(jù)用途選擇合適的變頻器類型 確定變頻器容量 （1）選擇變頻器具體型號(hào)是以電動(dòng)機(jī)額定電流值為依據(jù)，以電動(dòng)機(jī)的額定功率為參考值。變頻器最大輸出電流應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)的額定電流值。 （2）變頻器與電動(dòng)機(jī)的距離過(guò)長(zhǎng)時(shí)，為防止電纜對(duì)地耦合與變頻器輸出電流中諧波疊加而造成的電動(dòng)機(jī)端子處電壓升高的影響，應(yīng)在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。 （3）變頻器選擇時(shí)，要考慮電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率在什么功率范圍內(nèi)。在低速范圍內(nèi)，應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)的溫升情況，是否需加裝風(fēng)扇給電動(dòng)機(jī)散熱。 （4）變頻器選擇時(shí)，一定要注意

52、其防護(hù)等級(jí)應(yīng)與現(xiàn)場(chǎng)情況相匹配，防止現(xiàn)場(chǎng)的粉末或水分影響變頻器的長(zhǎng)久運(yùn)行。,變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例,ABB變頻器在恒壓供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 恒壓供水是指不論用戶端水量大小，總保持管網(wǎng)水壓基本恒定。這樣，既可以滿足各部位用戶的用水的需要，又不使電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)，造成電能的浪費(fèi)。因此，由變頻器得到給定壓力信號(hào)和實(shí)際反饋信號(hào)，利用變頻器內(nèi)部固有的功能進(jìn)行比較計(jì)算，通過(guò)頻率輸出的變化調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，從而控制管網(wǎng)中水壓力恒定。 變頻器恒壓供水系統(tǒng)如圖4-13所示。,,,本系統(tǒng)僅舉出一個(gè)簡(jiǎn)單例子，即一臺(tái)變頻器帶一臺(tái)水泵運(yùn)行。主要構(gòu)成為ABB ACS600系列變頻器一臺(tái)，由于ABB公司ACS600系列變頻器均帶有PID

53、調(diào)節(jié)器，所以可以根據(jù)給定壓力（設(shè)定壓力）和壓力傳感器返回的實(shí)際壓力信號(hào)進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)（比例積分微分調(diào)節(jié)），變頻器根據(jù)用戶水量大小而引起的水壓變化，相應(yīng)地調(diào)節(jié)水泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制水壓的恒定，另外變頻器可以輸出相應(yīng)的電流信號(hào)給顯示控制器，可直接顯示出變頻器的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)具有過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、過(guò)載等全部故障保護(hù)功能。恒壓供水系統(tǒng)的控制原理圖如圖4-14所示。 變頻器的功能參數(shù)設(shè)定主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和廠家提供的用戶手冊(cè)進(jìn)行設(shè)定，主要有：?jiǎn)?dòng)/停止參數(shù)、信號(hào)選擇參數(shù)、PID控制參數(shù)與加/減速時(shí)間等幾組參數(shù)，其余均可遵照變頻器出廠值。 在本系統(tǒng)主電路中，變頻器的前端加入空氣斷

54、路器與快速熔斷器進(jìn)行前端過(guò)電流保護(hù)與短路保護(hù)，以避免變頻器整流部分的損壞。后端直接與水泵電動(dòng)機(jī)相連。,,,在本系統(tǒng)控制電路中，變頻器接受的壓力給定信號(hào)與壓力反饋信號(hào)均為電流信號(hào)（4-20mA），變頻器接受的啟/停信號(hào)為無(wú)源開關(guān)量信號(hào)，其運(yùn)行指示信號(hào)輸出也為無(wú)源開關(guān)量信號(hào)。 需要指出的是，在系統(tǒng)中如果水泵為離心式水泵，那么變頻器在選擇時(shí)可按照平方轉(zhuǎn)矩選擇；如果水泵為潛水泵，那么變頻器在選擇時(shí)應(yīng)按照恒轉(zhuǎn)矩選擇。這是因?yàn)闈撍秒妱?dòng)機(jī)的額定電流比通常電動(dòng)機(jī)的額定電流要大，所以選擇變頻器時(shí)，變頻器的連續(xù)輸出電流要大于潛水泵電動(dòng)機(jī)的額定電流。,工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及接口第一節(jié) 工業(yè)控制計(jì)算機(jī),微機(jī)構(gòu)成,微機(jī)系統(tǒng)

55、,二、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本要求,具有完善的過(guò)程輸入/輸出功能 具有實(shí)時(shí)控制功能 具有可靠性 具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性和抗干擾能力 具有豐富的軟件 三、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)分類及特點(diǎn) 1.可編程控制器 2.總線型工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 3.單片機(jī),PLC構(gòu)成,PLC特點(diǎn),程序可變，柔性好。 可靠性強(qiáng)，適于工業(yè)環(huán)境。 編程簡(jiǎn)單，使用方便。 功能完善。 體積小，重量輕，易于裝入機(jī)器內(nèi)部。,總線型工控機(jī),總線型工控機(jī)特點(diǎn),提高設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)和制造周期。 提高系統(tǒng)可靠性。 便于調(diào)試和維修 。 能適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的需要。,單板機(jī),單片機(jī),單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成,單片機(jī)特點(diǎn),受集成度的限制，片內(nèi)存儲(chǔ)器容量較小。 可靠性高。 易擴(kuò)

56、展。 控制功能強(qiáng)。 一般單片機(jī)內(nèi)無(wú)監(jiān)控程序或系統(tǒng)通用管理程序。,控制系統(tǒng)比較,一、信息采集接口1、轉(zhuǎn)換形式,數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換接口DA轉(zhuǎn)換器是指將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的電路，它由權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、參考電壓、電子開頭等組成，典型的R2R網(wǎng)絡(luò)DA原理圖如圖521所示。從圖中可見，不管電子開關(guān)接在2點(diǎn)還是接地，流過(guò)每個(gè)支路的2R上的電流都是固定不變的，從參考電壓端看其輸入電阻為R，從參考電源流入的總電流為J，則每個(gè)支路流經(jīng)2R電阻)的電流依次為：J2，J4，J8J16，而I=VREFR。故輸出電壓為 vOUTVREF24 d323+d222+d121+d020 式中 d3d0為輸入代碼，d“o”，則開關(guān)接

57、地； d“1” ，則開關(guān)接到輸出上。如果采月n個(gè)電子開關(guān)組成的網(wǎng)絡(luò)，那么 vOUTVREF2n dn-12n-1++d020式中 n指DA電路能夠被轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制位數(shù)，如有8位、10位、12位等，有時(shí)也稱為分辨率。,直流伺服電機(jī)控制接口,第三節(jié) 可編程控制器,二、PLc與通用微處理機(jī)的區(qū)別,掃描工作機(jī)制是PLc與通用微處理機(jī)的基本區(qū)別。 在理論上，微機(jī)可以編程，形成PLc的多數(shù)功能，然而通用微機(jī)不是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用設(shè)計(jì)的； 微機(jī)與外部世界連接時(shí)需要專門的接口電路板，而PIC帶有各種IO模塊可供直 接利用，且輸入輸出線可多至數(shù)百條； PLc具有多種診斷能力，模塊式結(jié)構(gòu)，易于維修； PLC可采用梯

58、形圖編程，編程語(yǔ)言直觀簡(jiǎn)單，容易學(xué)握； 雖然許多PLc能夠接收模擬信號(hào)和進(jìn)行簡(jiǎn)單的算術(shù)運(yùn)算，但是，當(dāng)數(shù)學(xué)運(yùn)算復(fù)雜時(shí)，PLc是無(wú)法與通用微機(jī)相競(jìng)爭(zhēng)。,三、PLC生產(chǎn)廠家及代表產(chǎn)品,日本立石（OMRON，歐姆龍）公司 C系列 日本三菱公司 F、FX、A系列 德國(guó)西門子（SIEMENS）公司 S5、S7、TI系列 法國(guó)TE公司 TSX7系列 美國(guó)通用電氣（GENERAL ELECTRIC）公司，簡(jiǎn)稱GE公司 GE、SR系列 美國(guó)艾倫布拉德利（ALLENBRADLEY)公司，簡(jiǎn)稱AB公司 SLC、 PLC系列,三菱系列可編程控制器特點(diǎn)： 指令速度快，系統(tǒng)配

59、置靈活，功能強(qiáng)大。具有豐富的擴(kuò)展模塊及特殊功能模塊， 可實(shí)現(xiàn)PLC于上位機(jī)之間完善的網(wǎng)絡(luò)通訊，具有網(wǎng)絡(luò)控制功能。,第一講 機(jī)械手及其控制,一、機(jī)械手 機(jī)械手是一種能模仿人手的某些工作技能，按要求抓取和搬運(yùn)工件，或完成某些勞動(dòng)作業(yè)機(jī)械化、自動(dòng)化的裝置。自動(dòng)線上的機(jī)械手能完成簡(jiǎn)單的抓取、搬運(yùn)，實(shí)現(xiàn)上、下料動(dòng)作，尤其適合幾何形狀不規(guī)則、不對(duì)稱的雜件，通過(guò)選取合適的手爪，可選用較少的抓取和輸送基準(zhǔn)面而保持上、下料及輸送的穩(wěn)定性和可靠性。 二、機(jī)械手的分類 目前，我國(guó)對(duì)機(jī)械手尚無(wú)較為統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)。一般可分為專業(yè)機(jī)械手和通用機(jī)械手兩大類。 1專用機(jī)械手 這種機(jī)械手僅由手爪、腕部和手臂構(gòu)成，是輔助設(shè)備，其

60、動(dòng)作必須與機(jī)械的工作循環(huán)相配合，多數(shù)動(dòng)作由控制系統(tǒng)來(lái)完成，大多數(shù)生產(chǎn)線的機(jī)械手都屬專業(yè)機(jī)械手。 2通用機(jī)械手 這是一種獨(dú)立的自動(dòng)化裝置。工業(yè)機(jī)器人就是一種通用機(jī)械手，又稱工業(yè)機(jī)械手，其功能完善，自由度較多能模仿人的某些工作機(jī)能與控制機(jī)能，能實(shí)現(xiàn)多種工件的抓取、定向和搬運(yùn)工作，并能使用不同工具完成多種勞動(dòng)作業(yè)。,1機(jī)械手手爪類型 機(jī)械手的手爪，又稱機(jī)械手或機(jī)器人的末端執(zhí)行器，是直接執(zhí)行作業(yè)任務(wù)的裝置。手爪結(jié)構(gòu)和尺寸是根據(jù)其不同作業(yè)任務(wù)來(lái)設(shè)計(jì)的，從而形成多種多樣的結(jié)構(gòu)形式。用于搬運(yùn)裝卸作業(yè)的機(jī)械手的手爪主要是機(jī)械夾持式（又稱為機(jī)械夾持器或夾鉗）、氣吸式或磁吸式。它們安裝在機(jī)械手的手腕（如果配置有

61、手腕的話）或手臂的機(jī)械接口上，較簡(jiǎn)單的可用法蘭盤作為機(jī)械接口處的接換器，為實(shí)現(xiàn)快速和自動(dòng)更換，也可采用電磁吸盤或氣動(dòng)鎖緊的換接器。 機(jī)械夾持式多為雙指手爪式，按其手爪的運(yùn)動(dòng)方式可分為平移型和回轉(zhuǎn)型。回轉(zhuǎn)型手爪又可分為單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型。按夾持方式又可分為外夾式和內(nèi)撐式。按驅(qū)動(dòng)方式又可分為電動(dòng)（或電磁）式、液壓式和氣動(dòng)式等。 1）電動(dòng)式 用各種電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源直接驅(qū)動(dòng)手爪，常用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流或交流伺服電動(dòng)機(jī)以及直線電動(dòng)機(jī)等。電動(dòng)式的工作載荷一般小于10kg，使用和維修十分方便。 2）液壓式 利用液壓泵供給壓力油驅(qū)動(dòng)手爪以運(yùn)動(dòng)，其優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)力大，執(zhí)行機(jī)構(gòu)體積小，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，調(diào)整簡(jiǎn)單方便，是

62、應(yīng)用最多的驅(qū)動(dòng)方式；其缺點(diǎn)是液壓系統(tǒng)較復(fù)雜，成本高。 3）氣動(dòng)式 利用壓縮空氣來(lái)驅(qū)動(dòng)手爪，其優(yōu)點(diǎn)是氣體的黏滯性低，運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦阻力小，可獲得快速運(yùn)動(dòng)；無(wú)燃燒、著火問(wèn)題，可用于條件惡劣的工作環(huán)境；維修簡(jiǎn)單，成本較低。但快速時(shí)平穩(wěn)性差，沖擊力大，因此要在氣路系統(tǒng)中設(shè)置緩沖裝置，特別是液壓緩沖裝置；此外，由于空氣壓縮性大，控制性能較差。,,三、機(jī)械手控制形式,1、繼電接觸器控制 2、可編程控制器（PLC）控制 機(jī)械手是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)所組成的，各部分關(guān)系如圖所示： 機(jī)械手組成框圖 執(zhí)行機(jī)構(gòu)由抓取部分（手部）、腕部、臂部和行走機(jī)構(gòu)等運(yùn)動(dòng)部件組成。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)有氣動(dòng)、液動(dòng)、電動(dòng)、和機(jī)

63、械式四種形式。氣動(dòng)式速度快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。采用點(diǎn)位控制或機(jī)械擋塊定位時(shí)，有較高的重復(fù)定位精度，但臂力一般在300N以下。此課題所用機(jī)械手就是用氣動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)。液動(dòng)式的出力大。臂力可達(dá)1000N以上，且可用電液伺服機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，使機(jī)械手的通用性更廣，定位精度一般在1mm范圍內(nèi)。目前常用的是氣動(dòng)和液動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式。電動(dòng)式用于小型，機(jī)械式只用于動(dòng)作簡(jiǎn)單的場(chǎng)合?？刂葡到y(tǒng)有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)采用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位程序控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計(jì)算機(jī)數(shù)字控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性。,四、搬運(yùn)工件機(jī)械手PLC控制 機(jī)械

64、手的動(dòng)作要求如下： 對(duì)機(jī)械手的控制主要是位置識(shí)別、運(yùn)動(dòng)方向控制和物料是否存在的判別。它的任務(wù)是將傳送帶A上的工件搬運(yùn)到傳送帶B上。機(jī)械手的左工位、右工位、伸出、縮回、上升、下降都用雙線圈三位電磁閥氣動(dòng)缸完成，機(jī)械手的放開用單螺線管的電磁閥。設(shè)備上裝有上、下、左、右、伸、縮、松開7個(gè)傳感器，控制對(duì)應(yīng)工步的結(jié)束。傳輸帶上設(shè)有一個(gè)光電開關(guān)，監(jiān)視工件是否到位。,,,,工件搬運(yùn)裝置示意圖,,五、氣動(dòng)系統(tǒng)工作原理： 本課題要求四個(gè)氣缸能夠自動(dòng)回位，并且能夠自鎖，使用電控開關(guān)，電磁閥控制。 氣動(dòng)原理圖如下所示：

65、 氣 動(dòng) 原 理 圖,六、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),1. PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則有： （1）最大限度的滿足生產(chǎn)過(guò)程的控制要求； （2）在滿足控制要求的前提下，盡量使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)； （3）保證控制系統(tǒng)安全可靠； （4）在選擇PLC容量時(shí)，應(yīng)考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝改進(jìn)，必須留有余地。 2. PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟： （1）熟悉控制對(duì)象的工藝條件確定輸入輸出設(shè)備及Io點(diǎn)數(shù) （2）選擇合適的PLC類型 （3）畫輸入輸出接線圖 （4）PLC的編程,,3確定所需的用戶輸入輸出設(shè)備及Io點(diǎn)數(shù) (1)設(shè)備的輸入信號(hào) 操作方式轉(zhuǎn)換開關(guān)：手動(dòng)、單步、單周期、連續(xù)； 手動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)選擇開關(guān)：上下、左右、夾松； 位置檢測(cè)元件：機(jī)械手的上、下、左、有的限位行程開關(guān) 無(wú)工件檢測(cè)元件：右工作臺(tái)無(wú)工件用光電開關(guān)檢測(cè)。 (2)設(shè)備的輸出信號(hào) 氣缸運(yùn)動(dòng)電磁閥：上升、下降、右移、左移、夾緊； 指示燈：機(jī)械手處干原點(diǎn)指示。 據(jù)上面分析可知、PC共需l 5點(diǎn)輸入、6點(diǎn)輸出。,3選擇PLC 該機(jī)械手的控制為純開關(guān)量控制所需的Io點(diǎn)數(shù)不多，因此選擇一般的小型低檔機(jī)即可。假定F系列可編程控制器資料齊全、供貨方便、設(shè)計(jì)者對(duì)其比較熟悉根據(jù)上面IO點(diǎn)數(shù)可選F40M，其主機(jī)IO點(diǎn)數(shù)為2416點(diǎn)。 4分配PLCI0點(diǎn)的編號(hào),