光機電一體化論文

課程名稱:光機電一體化技術導論學院： 專業(yè)： 年級：2012 學生姓名： 指導教師： 2014年6月6日光機電一體化論文前言：光機電一體化技術是由機械技術與激光一微電子等技術揉合融匯在一起的新興技術。光機電一體化是一個總的技術指導思想，它不僅體現(xiàn)在一些機電一體化的單機產(chǎn)品之中，而且貫穿于工程系統(tǒng)設計之中。光機電一體化技術以及裝備是諸多發(fā)展領域的基礎，是現(xiàn)階段國民經(jīng)濟面臨的重要課題和發(fā)展的戰(zhàn)略點。今后五年到十五年，是我國實施第三步戰(zhàn)略部署的重要時期。要提高人民生活水平，要迅速提高人民生存和生活質量的重要物質基礎，就必須加快裝備制造業(yè)的發(fā)展。要緊緊抓住擴大內(nèi)需，發(fā)展市場的機遇，抓住西部大開發(fā)的機遇，抓住加入WTO參與國際分工的機遇，抓住加大加快發(fā)展高新技術的機遇，努力提高裝備水平，迅速改變裝備產(chǎn)業(yè)嚴重滯后生產(chǎn)建設需要的狀況，這就為光機電一體化產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了廣闊的市場前景。科技發(fā)展趨勢表明，光電技術將成為影響所有生產(chǎn)制造業(yè)的關鍵技術。光電子產(chǎn)業(yè)有可能在21世紀成為全球最大的、最有前途的產(chǎn)業(yè)，對世紀人類文明將由電子時代步入光電子時代。誰在這個領域取得主動權，誰就會在市場競爭中取得優(yōu)勢地位。1、光機電一體化技術的發(fā)展1.1發(fā)展歷程20世紀90年代后期，機電一體化進入了深入發(fā)展時期。光學、通信技術、微細加工技術等進入了機電一體化，出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化的新分支。同時對機電一體化系統(tǒng)的建模設計、分析和集成方法，以及學科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。人工智能技術、神經(jīng)網(wǎng)絡技術及光纖技術也為機電一體化技術開辟了廣闊的發(fā)展天地。1.2發(fā)展情況機電一體化產(chǎn)品幾乎遍及所有制造業(yè)領域。在工業(yè)發(fā)達國家，數(shù)控機床占機床總數(shù)的30%?40%。工業(yè)機器人正向智能化和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展，智能機器人將逐步進入辦公、管理、娛樂、家庭等各個領域。機電一體化從單機向整個制造業(yè)的集成化過渡。計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)是當今世界制造業(yè)發(fā)展的總趨勢，它打破原有部門之間的界線以制造為基干來控制“物流”和“信息流”，實現(xiàn)從經(jīng)營決策、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)準備、生產(chǎn)實驗到生產(chǎn)經(jīng)營管理的有機結合。激光技術進入機電一體化領域。光機電一體化是激光技術與機械、電子技術相結合，不僅大大擴展了機電一體化的應用領域，而且使一些行業(yè)出現(xiàn)重大變革，是當今信息業(yè)與制造業(yè)的最佳結合點。2、光機電一體化的應用情況2.1設計中的運用2.1.1信息處理技術光電子技術：光存儲技術、光電數(shù)據(jù)采集技術用于計算機輔助設計。信息傳遞媒體：光纖，比頭發(fā)絲還細的光纖用一束激光理論上可以同時傳遞100億路電話和1000萬路電視節(jié)目；信息采集：使用圖像傳感器和圖像識別與處理技術，對設計資料和數(shù)據(jù)進行采集，利用計算機軟件進行逆向設計。如利用激光掃描儀對零件、文物、裝置外形等進行掃描，得到物體的外形和色彩數(shù)據(jù)，在計算機軟件的處理下，在電腦中生成立體的影像，并且生成相關的數(shù)據(jù)庫。現(xiàn)代汽車的逆向工程設計方法就是典型的應用。2.1.2傳感檢測技術利用激光的方向性和單色性可提供各種基準，如長度、時間、頻率等。如大型設備的安裝、準直，水壩應力檢測(通過測變形換算成應力)機場夜間導航，長隧道開挖導航、海上鉆井平臺的準直定位。2.2制造中的應用2.2.1激光加工技術激光具有高相干性、高單色性、高方向性和高亮度的特點，可在億萬分之一秒內(nèi)聚集數(shù)百萬億千瓦的能量，溫度高達數(shù)千萬攝氏度。利用激光進行加工的方法廣泛應用于汽車、航空、航天、通信、微電子等行業(yè)。有如此下應用特點：

激光強化金屬表面：利用激光進行淬火，可精確控制淬硬層深度，能夠進行自冷淬火，易于實現(xiàn)數(shù)控。如汽車生產(chǎn)中缸套、曲軸、活塞環(huán)和齒輪等的淬火2.2.2激光快速成型基本思想將傳統(tǒng)的材料去除和變形成型轉變?yōu)橹饾u增加材料的方法，將三維實體按照一定方向平面化，然后分層疊加，最后得出快速成形體?；竟ぷ髟硎请x散/堆積，首先將零件物理模型由概念設計或事物模型反求，得出相應的CAD模型，再將CAD模型轉換成各類光成型機所能接受的數(shù)據(jù)信息，用分層軟件將計算機三維實體模型Z方向離散，形成一系列具有一定厚度的薄片，激光束在計算機的控制下有選擇地固化或黏結某一區(qū)域，從而形成零件實體的一個層面，逐漸形成一個三維實體。2.2.3激光塑性成形無需任何模具和任何機械接觸就可以產(chǎn)生出金屬板料制品。如激光彎曲成形和沖壓成形。3、高層建筑噴涂機器人系統(tǒng)高層建筑噴涂機器人是一種應用于高層建筑外墻壁表面裝飾材料噴涂作業(yè)的新型爬壁機器人該機器人主要由機器人支援系統(tǒng)、機器人本體、機器人控制系統(tǒng)和噴涂作業(yè)系統(tǒng)四個部分組成。3.1機器人支援系統(tǒng)圖1噴涂機器人系統(tǒng)構成3.1.1圖1噴涂機器人系統(tǒng)構成在噴涂作業(yè)中機器人支援系統(tǒng)置于建筑物的頂部平臺上由移動小車！卷纜部件和懸掛裝置組成主要起運輸提升機器人本體！纏繞鋼絲繩和電纜的功能并由上位機與機器人本體進行通訊實現(xiàn)運動控制和噴涂作業(yè)管理，見圖1。3.1.2機器人支援系統(tǒng)結構為了適應建筑噴涂高空作業(yè)的需要我們按照模塊化、結構化的設計思想使機器人支援系統(tǒng)的各個組成部分既功能獨立又相互聯(lián)系構成一個統(tǒng)一的整體便于裝卸、方便運輸，減輕了噴涂作業(yè)過程中工人拆卸和安裝的工作量。3.2噴涂機器人本體設計噴涂機器人本體是機器人的核心部件。要完成機器人在墻面的吸附功能、機人沿墻面的行走功能、執(zhí)行噴涂作業(yè)管理，并通過下位機與機器人支援系統(tǒng)上的上位機進行通訊。3.2.1噴涂機器人吸附方式及吸附力(1)噴涂機器人吸附方式噴涂機器人本體是機器人的核心部件。要完成機器人在墻面的吸附功能、機人沿墻面的行走功能、執(zhí)行噴涂作業(yè)管理，并通過下位機與機器人支援系統(tǒng)上的上位機進行通訊。3.2.1噴涂機器人吸附方式及吸附力(1)噴涂機器人吸附方式螺旋槳電機螺旋獎真空吸板氣流運動方向圖2圖2噴涂機器人吸附裝置磁吸附爬壁機器人用于鐵磁性壁面的作業(yè)。由于墻面為非鐵磁性壁面，故噴涂機器人采用真空吸附。噴涂機器人采用負壓吸附和空氣推力吸附的吸附方式。其吸附裝置主要由螺旋槳、螺旋槳電機、空氣涵道、真空吸板等部件構成。如圖2所示。噴涂機器人處于工作狀態(tài)時，螺旋槳電機帶動螺旋槳高速旋轉，在真空吸板和墻面之間的氣流通道內(nèi)產(chǎn)生較強的負壓吸力。同時螺旋槳也對噴涂機器人本體產(chǎn)生壓向壁面的推力，從而使噴涂機器人本體貼壓在墻面上。(2)吸附力為使機器人實現(xiàn)正常的噴涂作業(yè)，機器人本體的吸附裝置必須具備足夠的吸附力，從而在機器人工作過程中保證其能夠安全可靠地吸附在壁面上，吸附力計算主要是建立機器人本體空氣涵道氣流的動力學模型，分析計算機器人本體在壁面上吸附所需的最小吸附力，并由此計算空氣涵道的斷面尺寸、螺旋槳各截面的弦長、槳葉角和曲率半徑，確定螺旋槳電機的輸入功率、電機轉速和輸出扭矩。3.2.2噴涂機械手設計噴涂機械手是噴涂機器人的具體執(zhí)行部件。按照噴涂作業(yè)的工藝要求，噴涂機械手應具有以下基本功能：往復運動功能：盡可能擴大噴涂機器人一次噴涂作業(yè)面積，提高機器人的工作效率。避障功能：噴涂機械手應具備一定的感知能力。從而在噴涂作業(yè)的過程中避過窗戶、空調等障礙物。在噴涂過程中，主要的要求是達到噴涂的均勻性這要求噴涂機械手必須以均速帶動噴頭定向移動。3.3噴涂機器人控制系統(tǒng)高層建筑噴涂是高空作業(yè)。作業(yè)環(huán)境差、溫度和濕度變化大。為此，噴涂機器人采用可靠性高、適應性好、抗干擾能力強的可編程序邏輯控制器進行運動控制。3.4噴涂作業(yè)系統(tǒng)噴涂作業(yè)系統(tǒng)是用于噴涂作業(yè)的裝置。主要由噴霧泵、噴霧泵電機、涂料輸送管路、電磁閥、噴槍組成。在噴涂過程中，噴槍的噴嘴軸線始終垂直于壁面，噴嘴與壁面的距離可事先由人工調整固定。由電磁開關閥控制噴槍的開閉，調節(jié)噴霧泵的壓力和流量以控制涂料的流量和噴涂的厚度。4、 光機電一體化的應用展望1.1全息系統(tǒng)化一一智能化今后的機電一體化產(chǎn)品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要收益于模糊技術、信息技術（尤其是軟件及芯片技術）的發(fā)展。除此之外，其系統(tǒng)的層次結構，也變簡單的“從上到下”的形勢而為復雜的、有較多冗余度的雙向聯(lián)系。1.2微型機電化——微型化目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。當將這一成果用于實際產(chǎn)品時，就沒有必要區(qū)分機械部分和控制器了。屆時機械和電子完全可以“融合”，機體、執(zhí)行機構、傳感器、CPU等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型機械學是機電一體化的重要發(fā)展方向。1.3可持續(xù)發(fā)展一一綠色化如今，綠色與環(huán)保是世界發(fā)展的必要前提，如何保證可持續(xù)發(fā)展，歸根到底還是需要依靠科技。因此，設計綠色的光機電一體化產(chǎn)品，具有遠大的發(fā)展前途。5、 感想與體會上了一個學期的光機電一體化課后，我的感觸頗深。在此想提出一些對于授課的建議，我希望老師讓我們觀看更多的關于光機電前沿應用技術方面的視頻，同時給我們深入的講解。在光機電這個多種技術共同作用的領域里，我們需要結合專業(yè)知識，運用光機電先進的技術、設備來取得專業(yè)上的突破。眾所周知，機電產(chǎn)品和相應的生產(chǎn)裝備種類與水平是衡量一個國家工業(yè)基礎能力的重要標志之一。光機電一體化技術使產(chǎn)品微型化、智能化、綠色化，使產(chǎn)品具備更良好的性能；或降低高科技成本，讓更多的人能感受到新科技、新產(chǎn)品的力量 一件事物的變革，實質上是自身進化的標志，是更具競爭力的象征。光機電一體化設備的進步往往帶來一個具體生產(chǎn)領域的升級換代，工業(yè)生產(chǎn)與人民生活產(chǎn)生質的變化、甚至是革命性的飛躍。支持和發(fā)展這一技術、領域的目的在于：提高和改變傳統(tǒng)機電產(chǎn)品的性能、質量、品種結構和配套現(xiàn)狀，開發(fā)新一代具有國際競爭能力的智能型產(chǎn)品，促進傳統(tǒng)機電產(chǎn)品的升級換代；開發(fā)高度自動化、高精度制造裝備，滿足國民經(jīng)濟各部門技術裝備的需要。因此，我認為我們應該重視光機電一體化這門學科，充分發(fā)揮其作用?，F(xiàn)在光機電一體化的任務可以概括在另句話：一句話是廣泛深入地用機電一體化技術改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)；另一句話是大張旗鼓地開發(fā)機電一體化產(chǎn)品，促進機電產(chǎn)品的更新?lián)Q代?？偟哪康氖谴龠M機電一體產(chǎn)業(yè)的形成、為我國產(chǎn)業(yè)結構和產(chǎn)品結構調整作貢獻。參考文獻：龔振邦，機器人機械設計，北京：電子工