機(jī)電整合技術(shù)及應(yīng)用

機(jī)電整合技術(shù)及應(yīng)用 部門：CA-ATM 主管：賴建宏副理 制作人：王沛玉時(shí)間：2006/08Foxconn機(jī)電一體化概述機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)傳感器檢測(cè)及其接口電路控制電動(dòng)機(jī)及其選擇工業(yè)控制計(jì)算機(jī)器接口技術(shù)DENSO六軸機(jī)械手介紹Contents機(jī)電一體化概述機(jī)電一體化最早起源于日本，去英文Mechanics的前南部和Electronics的后半部拼合而成，在大陸稱為機(jī)電一體化或機(jī)械電子學(xué)，而在臺(tái)灣則稱為機(jī)電整合技術(shù)。數(shù)控機(jī)床的問世微電子技術(shù)的發(fā)展可編程序控制器、"電力電子"激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)

發(fā)展歷程發(fā)展趨勢(shì)光機(jī)電一體化

自律分配系統(tǒng)化—柔性化

“生物一軟件”化—仿生物系統(tǒng)化

全息系統(tǒng)化—智能化

微型機(jī)電化—微型化

————————————————————控制單元工作指令傳感檢測(cè)單元外界信息機(jī)械本體驅(qū)動(dòng)單元?jiǎng)恿卧獔?zhí)行單元所需的機(jī)械運(yùn)動(dòng)——————————————————————— 機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成及工作原理————————————————————————————— 機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)系統(tǒng)總體技術(shù)機(jī)電一體化相關(guān)技術(shù)機(jī)械技術(shù)傳感檢測(cè)技術(shù)信息處理技術(shù)技術(shù)控制自動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)————————————————————————————————————————————————— 機(jī)械系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立M機(jī)械移動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程拉普拉斯變換---傳遞函數(shù)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程拉普拉斯變換---傳遞函數(shù)T(t)Jθ(t)————————————————————————————— 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)特性轉(zhuǎn)動(dòng)慣量磨擦諧振頻率阻尼剛度間隙轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，機(jī)械負(fù)載增大，系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢，靈敏度降低，固有頻率下降易產(chǎn)生諧振。粘性摩擦力、庫倫摩擦力、靜摩擦力，靜摩擦力盡可能小，動(dòng)摩擦力小正斜率。伺服系統(tǒng)失動(dòng)量，剛度大，失動(dòng)量??；穩(wěn)定性：對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)影響較大。間隙使傳動(dòng)系統(tǒng)中間隙產(chǎn)生回程誤差，影響伺服系統(tǒng)中位置環(huán)的穩(wěn)定性。對(duì)彈性系統(tǒng)的影響，降低定位精度，降低機(jī)械性能。當(dāng)外界的激蕩頻率接近或等于系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，系統(tǒng)將產(chǎn)生諧振而不能正常工作，具有一階、n階諧振頻率?！?機(jī)械傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置不僅是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變速器，而且是死腹系統(tǒng)的重要組成部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，磨擦小，阻尼合理，剛性大，抗振性好，間隙小齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)總傳動(dòng)比的選擇：通常采用負(fù)載角加速度最大原則選擇總傳動(dòng)比，以提高伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度。齒輪傳動(dòng)鏈的級(jí)數(shù)和各級(jí)傳動(dòng)比的分配：（1）最小等效轉(zhuǎn)動(dòng)量原則；（2）質(zhì)量最小原則；（3）輸出軸的轉(zhuǎn)交誤差最小原則；滾珠花鍵特點(diǎn)：外援均布三條突起軌道，配有六條符合滾珠列，承載時(shí)三條負(fù)荷滾珠列自動(dòng)定位，反轉(zhuǎn)時(shí)，另三條負(fù)載列自動(dòng)定位。外筒與花鍵軸之間既可以作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，又可以做相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)，所以即是傳動(dòng)裝置，又是直線運(yùn)動(dòng)支撐。諧波齒輪諧波齒輪傳動(dòng)既可用做減速器，也可用做增速器。柔輪、剛輪、波發(fā)生器三者任何一個(gè)均可固定，其余二個(gè)一為主動(dòng)，另一個(gè)為從動(dòng)。傳動(dòng)比大，且外形輪廓小，零件數(shù)目少，傳動(dòng)效率高。效率高達(dá)92％~96％，單級(jí)傳動(dòng)比可達(dá)50~4000。承載能力較高：柔輪和剛輪之間為面接觸多齒嚙合，且滑動(dòng)速度小，齒面摩損均勻。柔輪和剛輪的齒側(cè)間隙是可調(diào)：當(dāng)柔輪的扭轉(zhuǎn)剛度較高時(shí)，可實(shí)現(xiàn)無側(cè)隙的高精度嚙合。諧波齒輪傳動(dòng)可用來由密封空間向外部或由外部向密封空間傳遞運(yùn)動(dòng)。傳感器檢測(cè)及其接口電路————————————————————傳感器定義：傳感器是借助于被測(cè)元件接受一種形式的信息，并按一定規(guī)律將它轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置；控制對(duì)象：伺服驅(qū)動(dòng)單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu)；應(yīng)用：檢測(cè)位移、速度、加速度、運(yùn)動(dòng)軌跡、及其操作和加工過程參數(shù)等機(jī)械運(yùn)動(dòng)參數(shù)；分類：分類法形式說明構(gòu)成原理結(jié)構(gòu)型物理型以其轉(zhuǎn)換元件結(jié)構(gòu)參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換以其轉(zhuǎn)換元件物理特性變化實(shí)現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換基本效應(yīng)物理型、化學(xué)型、生物型分別以轉(zhuǎn)換中的物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)等命名能量關(guān)系能量轉(zhuǎn)換型能量控制型傳感器輸出量能量有外援供給，但受被測(cè)輸入量控制作用原理應(yīng)變式、電容式、壓電式等以傳感器對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換的作用原理命名————————————————————————————— 傳感器性能與選用原則傳感器性能選用原則靜態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性線性度：實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的偏差；靈敏度：特性曲線斜率；遲滯性：輸入輸出特性曲線不重合程度；重復(fù)性：全程多次測(cè)量特性曲線不一致性；動(dòng)態(tài)特性：傳感器對(duì)輸入信號(hào)響應(yīng)的特性；動(dòng)態(tài)誤差：輸入輸出信號(hào)的時(shí)間函數(shù)之間的差異；快速、準(zhǔn)確、可靠、經(jīng)濟(jì)（1）足夠的容量；（2）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，可靠性好；（5）適用性和適性強(qiáng)；（6）使用經(jīng)濟(jì)；————————————————————————————— 位移測(cè)量傳感器位移測(cè)量傳感器是線性位移和角位移測(cè)量的總稱。電容傳感器線性位移傳感器：電感傳感器、電容傳感器、感應(yīng)同步器、光柵傳感器；角位移傳感器：電容傳感器、光電編碼盤；電感式傳感器光柵將被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高分辨率、非接觸測(cè)量，可在高溫、輻射、強(qiáng)烈振動(dòng)等惡劣條件下工作；將被測(cè)位移量變化成線圈自感或互感變化的裝置；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出功率大、輸出阻抗小、抗干擾能力強(qiáng)，但動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢，不宜作快速動(dòng)態(tài)測(cè)量；光柵是一種新型的位移檢測(cè)元件，它的特點(diǎn)是測(cè)量精確度高（可達(dá)±1um）、響應(yīng)速度快和量程范圍大等；————————————————————————————— 速度、加速度、位置傳感器速度加速度傳感器位置傳感器直流測(cè)速機(jī)光電式轉(zhuǎn)速傳感器接近式位置傳感器接觸式位置傳感器實(shí)質(zhì)：微型直流發(fā)電機(jī)；特點(diǎn)：輸出些率大、線性好、構(gòu)造維護(hù)復(fù)雜，摩擦轉(zhuǎn)矩較大；組成：帶縫隙圓盤、光源、光電器件、指示縫隙盤；n=60N/Zt；分類：由微動(dòng)開關(guān)制成的位置傳感器、二維矩陣式配置的位置傳感器；分類：電磁式傳感器、電容式傳感器、光電式傳感器；控制電動(dòng)機(jī)————————————————————控制電動(dòng)機(jī)是伺服控制系統(tǒng)的動(dòng)力部件，它是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，由于其可在很寬的速度和負(fù)載范圍內(nèi)進(jìn)行連續(xù)、精確的控制，因而在各種機(jī)電一體化系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。控制電動(dòng)機(jī)有回轉(zhuǎn)和直線驅(qū)動(dòng)兩種，通過電壓、電流、頻率（包括指令脈沖）等控制，實(shí)現(xiàn)定速、變速驅(qū)動(dòng)或反復(fù)啟動(dòng)、停止的增量驅(qū)動(dòng)以及復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)?！?步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是將電脈沖控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的執(zhí)行元件每接受一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個(gè)相應(yīng)的步距角，轉(zhuǎn)子角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的控制電脈沖數(shù)及其頻率成正比，并在時(shí)間上與輸入脈沖同步受數(shù)字脈沖信號(hào)控制；轉(zhuǎn)速與輸入脈沖頻率成正比；轉(zhuǎn)向可通過改變通電順序改變；具有自鎖能力；不易受干擾；不會(huì)長期積累步距角誤差；易于微機(jī)接口；（1）步距角；（2）靜態(tài)特性；（3）動(dòng)態(tài)特性；（1）轉(zhuǎn)矩和慣量匹配條件；（2）步距角的選擇和精度；

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性及性能指標(biāo)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選用————————————————————————————— 交直流伺服電動(dòng)機(jī)及其控制直流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)（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?。唬?）轉(zhuǎn)矩大；同步型：（1）無接觸換向部件；（2）需要磁極位置檢測(cè)器；（3）具有直流伺服動(dòng)機(jī)全部?jī)?yōu)點(diǎn)；感應(yīng)型：（1）對(duì)定子電流的激勵(lì)分量和轉(zhuǎn)矩份量分別控制；（2）具有直流伺服動(dòng)機(jī)全部?jī)?yōu)點(diǎn)；驅(qū)動(dòng)方式：直流伺服電動(dòng)機(jī)用直流供電，為調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和方向需要對(duì)其直流電壓的大小和方向進(jìn)行控制；直流伺服系統(tǒng)組成：包括PWM功率放大器，速度負(fù)反饋，位置負(fù)反饋；控制方法：（1）SM型，采用永久磁鐵場(chǎng)的同步電動(dòng)機(jī)不需要磁化電流控制，只要檢測(cè)磁鐵轉(zhuǎn)子的位置即可；（2）IM型，矢量控制、變頻調(diào)速控制；工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及其接口技術(shù)————————————————————分類可編程序控制器總線型工業(yè)控制計(jì)算機(jī)單片機(jī)特點(diǎn)（1）控制程序可變，具有很好的柔性；（2）可靠性強(qiáng)，適用于工業(yè)環(huán)境；（3）編程簡(jiǎn)單，使用方便；（4）功能完善；（5）體積小、重量輕、易于裝入及其內(nèi)部；（1）提高設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)和制造周期；（2）提高了系統(tǒng)的可靠性；（3）便于調(diào)試和維修；（4）能適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的需要；（1）受集成度限制，片內(nèi)存儲(chǔ)器容量較?。唬?）可靠性高；（3）易擴(kuò)展；（4）控制功能強(qiáng)；（5）一般的單片機(jī)內(nèi)無監(jiān)控程序或系統(tǒng)通用管理軟件，軟件開發(fā)工作量大；————————————————————————————— 可編程控制器硬件組成編程器CPU存儲(chǔ)器輸入接口輸出接口輸入狀態(tài)寄存器輸出狀態(tài)寄存器IN1IN2IN3OUT1COMCOMOUT2OUT3輸入信號(hào)電源—————————————————————————————可編程控制器工作流程圖開始自診斷與編程器通信讀現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)執(zhí)行用戶程序程序掃描結(jié)束PLC基本工作過程：（1）讀取現(xiàn)場(chǎng)信息；（2）執(zhí)行用戶程序；（3）輸出控制信號(hào)；上述過程完成后，重新開始循環(huán)執(zhí)行，PLC的掃描周期通常為10-40ms。PLC整個(gè)過程如右圖所示?！狿LC外電路設(shè)計(jì)一般原則外電路設(shè)計(jì)，主要是指輸入、輸出設(shè)備與PLC以及各運(yùn)行方式、強(qiáng)電電路、電源電路、控制柜內(nèi)電路等。1.系統(tǒng)配套電器的選用原則（1）提高工作可靠性；（2）采用小型化低壓電器；（3）采用新型低壓電器；（4）采用卡軌式安裝和裝配形式；2.中間繼電器的配置原則（1）連接手動(dòng)電路、緊急停車電路，以備系統(tǒng)異常；（2）配線距離長，或與高噪聲源設(shè)備相連，以產(chǎn)生干擾場(chǎng)合；（3）除PLC，另有其他控制電路使用該信號(hào)；（4）大負(fù)載頻繁通斷；3.熔斷器使用原則4.輸入/輸出連鎖觸電的接入方法5.限位開關(guān)接入方法6.設(shè)備接地方法—————————————————————————————

Denso六軸機(jī)械手有關(guān)六軸機(jī)械手需注意有關(guān)其坐標(biāo),設(shè)定坐標(biāo)可分兩種:1. 軸角度值每一位置,可根據(jù)不同的軸角度表示使用此方式的坐標(biāo)值,優(yōu)點(diǎn)是可容易知道是否接近或超出工作范圍,但缺點(diǎn)是不容易把坐標(biāo)值轉(zhuǎn)為實(shí)際的X,Y,Z坐標(biāo)—————————————————————————————

Denso六軸機(jī)械手2. 絕對(duì)坐標(biāo)值以機(jī)械手底座中心為0點(diǎn)(X=0,Y=0,Z=0),另再加X軸,Y軸及Z軸的旋轉(zhuǎn).每位置可由不同的軸角度組合而成,但同樣的位置可由不同的角度組合而成,如下圖:第一軸,第二軸及第三軸不同組合,但對(duì)X,Y,Z及Rx,Ry,Rz的坐標(biāo)是相同在教導(dǎo)點(diǎn)時(shí),為方便教導(dǎo),運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)根據(jù)不同的對(duì)應(yīng)點(diǎn)運(yùn)動(dòng),分別是JointMode,X-Ymode及ToolmodeJointMode:是根據(jù)六軸的獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)模式中選擇Joint按M-MOD,選擇運(yùn)動(dòng)模式—————————————————————————————