机电一体化技术及应用.doc

第一篇：机电一体化技术及应用.doc

第1章绪论

第一节机电一体化的定义

1、机电一体化是机电一体化技术及其产品的统称，并把柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS）等先进制造技术的生产线和制造过程也包括在内，发展了机电一体化的含义。

2、机电一体化包括六大共性关键技术：精密机械技术、伺服驱动技术、传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术和系统总体技术。

3、名词解释：机电一体化产品

在机械产品的基础上应用微电子技术和计算机技术产生出来的新一代的机电产品。

第二节机电一体化系统的基本功能要素及相应功能

1.机械本体机械本体包括机械传动装置和机械结构装置。其主要功能是使构造系统的各子系统、零部件按照一定的空间和时间关系安置在一定的位置上，并保持特定的关系。

2.动力部分功能是按照机电一体化系统的控制要求，为系统提供能量和动力以保证系统的正常运行。机电一体化的显著特征之一，是用尽可能小的动力输入获得尽可能大的功能输出。

3.传感检测部分 功能是对系统运行过程中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，并装换成可识别信号，传输到信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。其功能通常由专门的传感器和仪器仪表完成。

4.执行部分功能是根据控制和指令完成所要求的动作。执行部分是运动部件，一般采用机械、电磁、电液等机构。它将输入的各种形式的能量转换为机械能。

5.驱动部分功能是在控制信息作用下，驱动各种执行机构完成各种动作和功能。

6.控制与信息处理部分功能是将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、存储、分析、加工，根据信息处理结果，按照一定的程序发出相应的控制信号，通过输出接口送往执行部分，控制整个系统有目的地运行，并达到预期的性能。控制与信息处理单元一般由计算机、可编程控制器（PLC）、数控装置以及逻辑电路A/D与的、D/A转换、I/O接口和计算机外部设备等组成。

7.接口一是交换；二是放大；三是传递。机电一体化系统的组成及工作原理

第三节机电一体化的相关技术（六大方面）

1．机械技术：是机电一体化的基础

2．传感检测技术：是机电一体化系统的感觉器官

3．信息处理技术：包括信息的交换、存取、运算、判断和决策。机电一体化主要采用工业

4．自动控制5.伺服传动技术6.系统总体技术

第2章机械传动与支承技术机械系统是机电一体化系统的基本要素，主要用于执行机构、传动机构、支承部件。

第一节机械系统数学模型的建立

1．机械移动系统

机械移动系统的基本元件是质量、阻尼器和弹簧。

第二节机械传动系统的特性、影响机电一体化系统中传动链的动力学性能的因素：（1）负载的变化（2）传动链惯性（3）传动链固有频率（4）间隙、摩擦、润滑和温升

2．机械传动系统的特性（公式—选择）P22-23

(1)阻尼线性阻尼下的振动为实模态，非线性阻尼下的振动为复模态阻尼比§= C/2√mkc:粘性阻尼系数m—系统的质量 k—系统的刚度（2）刚度对于伺服系统的失动

量来说，系统的刚度越大，失动量越小。对于伺服系统的稳定性来说，刚度对开环系统的稳定性没有影响，而对闭环系统的稳定性有很大影响，提高刚度可增加闭环系统的稳定性。

（3）谐振频率（4）间隙（1）齿轮传动的齿侧间隙的消除 1)刚性消隙法2）柔性消隙法 3）丝杠螺母间隙的调整垫片式调隙机构、螺纹式调隙机构、齿差式调隙机构

第三节机械传动装置齿轮传动使用最多的原因是：瞬时传动比为常数、传动精确、强度大、能承受重载、结构紧凑、摩擦力小、效率高。

谐波齿轮减速器原理若将钢轮固定，外装柔性轴承4的波发生器凸轮3装入柔轮2中，是原形为圆环形的柔轮产生弹性变形，柔轮两端的齿与钢轮的齿完全脱开，长袖与短袖间的齿测逐渐齿入齿出。与一般齿轮传动相比有下列特点(1)传动比大单级50~500多级可达3000以上（2）承载能力大（3）传动精度高（4）齿侧间隙小（5）结构简单、体积小、重量轻

第四节回转运动支承主要由滚动轴承、动压轴承、静压轴承、磁轴承等承担。直线运动轴承主要是指直线运动导轨副起作用是保证各零件之间的相对位置和相对运动精度。机电一体化系统常用的直线运动支承有滑动导轨滚动导轨液体和气体静压导轨

第三章检测技术

第一节 传感器的性能（1）静态特性指标：线性度、灵敏度、迟滞、重复性。（2）动态特性传感器的使用原则1）足够容量2）与测量或控制系统的匹配性好，装换灵敏度高3）精度适当且稳定性高4）反应速度快，工作可靠性好5）适用性和适应性强6）使用经济

第二节光栅 由标尺光栅和指标光栅组成。是位移监测器，特点精确高、响应速度快、和量程范围大。P=0.001mm把摩尔条纹调大10mm则放大倍数相当于1000倍

感应同步器是一种应用电磁传感器原理制造的高精度检测元件，直线式和圆盘式。分别检测位移和转角。

第三节光电式速度传感器是由装在被测轴上的带缝隙圆盘、光电器件、和指示缝隙盘组成。

第四节接触式位置传感器1）由微动开关制成的位置传感器2）二维矩阵是配置的位置传感器。接近式位置传感器按其工作原理主要分电磁式、光电式、静电容式、气压式、超声波式。

第五节 测量放大器需要电路具有横高的共模抑制比以及高增益、低噪声和高输入阻抗。程控增益放大器经过处理的模拟型号，在送入计算机处理前，必须进行量化，及进行模拟数字变换，变换后的数字信号才能为计算机接受处理。在计算机自动测控系统中往往不希望、有时也不能利用手动办法来实现增益而希望利用计算机采用软件控制来实现增益的自动变化。隔离放大器在有强电或电磁干扰的环境中为了防止电网电压等对测量回路的损坏，其信号输入通道采用隔离技术。能完成这种任务、具有这种功能的放大器。

第七节用软件线性化处理的方法有：计算法、查表法、插值法。

第四章伺服传动技术伺服的意思是伺候服侍，就是在控制指令的指挥下，控制驱动元件，是机械系统的运动部件按照指令要求进行运动。伺服系统的结构组成：控制器、功率放大器、执行机构、和检测装置。通常伺服电动机应符合以下基本要求：具有宽广而和平的调速范围、具有较硬的机械特性和良好的调节特性、具有快速响应特性、空载使动电压小。步进电动机是一种将脉冲信号装换成位移角的执行元件。对这种电动机施加一个脉冲后，其转轴就装过一个角度，称第一步。脉冲数增加位移角随之增加，脉冲频率高装速快，相序改变，电动机反转。

第二节直流伺服系统结构：相敏放大器、位置调节器、速度放大器、pwm功率放大器、伺服电动机、减速器、位置检测

脉宽调制型pwm功率放大器基本原理：利用开关功率器件作用，将直流电压换成一定频率的方波电压，通过方波脉冲宽度调制，改变输出电压的平均值。

Pwm控制电路脉冲调制器、逻辑延时环节、晶体管基极驱动器。

第三节异步电动机变频调速器 6个功率开关、12个晶体管。

Spwm变频调速系统：绝对值运算器、函数发生器、逻辑控制器。

环节分配器：三相三拍、三相六拍、双三拍

电液伺服系统是由电信号处理部分和液压的功率输出部分组成的控制系统，系统的输入是电信号。电液位置伺服控制系统常用于机床工作台的位置控制、机械手的定位、稳定平台水平位置控制等。电液速度伺服控制系统：若系统的输出量为速度，将此速度反馈到输入端，并与输入量比较，就可以实现对系统的速度控制。

第五章计算机控制技

1.直接数字控制系统（DDC）

这类系统中计算机的运算和处理结果直接输出作用于被控制对象，故称为直接数字控制系统 2分布控制系统式

分布式综合了计算机技术 通信技术和控制技术，采用多层分级结构的构成，从下而上的分为控制级，控制管理级和经营管理级

3传送的方式

无条件传送 查询式传送 中断式传送D/A转换器是指将数字量转换位模拟量的电路DAC0883主要是有两个8位寄存器和一个8位D/A转换器组成的。使用两个寄存器的优点是可以进行两次缓冲操作，使该器件的应用有更大的灵活性。A/D模数转换器是将模拟电压转换为数值量的器件。实现的方法a逼近法b双积分法。7 STD总线的技术特点a小板结构b严格的标准化c面向I/O设计d高可靠性STD总线工业控制计算机

a Z80系列STD总线工业是最早开发的一种机型，特点可靠性高 价格便宜 普及面 等优点，目前占有很大市场

b 单片机系列本身就是工业控制机，集成密度较高，作为控制应用其功能比较齐全，可靠性和抗干扰能力强数值PID调节器的设计

PID能够较好的兼顾动态控制系能和稳态控制系能

第六章简单的机电一体化

1全自动洗衣机

工作时单面片机通过检测待洗衣物的浑浊度 布质 布量和水温等作为模糊推理的输入条件。

第七章工业机器人

1.工业机器人的组成 操作机 驱动系统 控制系统 人工智能系统

2.工业机器人的分类 a按操作机坐标形式分为 直角坐标型工业机器人 圆柱型 球坐 多

关节型平面关节型机器人b按控制方式分类 点位控制 连续轨道控制c 按驱动方式分类 气动式 液压式 电动式

3.手腕是由弯曲式关节和转动式关节组成。两自由度腕关节来说有RR和BR两个结构，对于三个自由度 BBR BRR RBR RRR RBB五种表示p表示俯仰Y表示摆动R表转动

4.手部很据其结构和用途不同可以分为机械夹持器 专用工具和万能手三类

5.机械夹持器分为 回转式 移动式 内撑式

6.研究工业机器人的目的是建立工业机器人个运动构建与手部在空间位置之间的关系，建

立机器人的手臂运动的数学模型，为控制工业机器人的运动提供分析的方法和手段，为仿真研究手臂的运动特性和设计控制器实现预定功能提供依据。

7.工业机器人的力学分析分为静态力学分析和动态力学分析。静态力学是研究操作机在静

态条件下，手臂受力情况；动力学分析是研究操作机各主动关节驱动力与手臂的关系，从而得出工业机器人的动力学方程。

第八章柔性制造系统和计算机集成制造系统

1．柔性制造系统的定义和适用范围

FMS是指可变的 制动的化程度较高的制造系统，主要包括若干数控机床加工中心，用一套自动物料搬运系统连接起来，由布级多级计算机系统进行综合管理与控制。

适用范围：能解决单件 小批量生产的自动化问题，也能适应大批量 多种产品的自动化问题，它把高柔性 高质量 高效率结合起来，在当前具有较强的生命力

2柔性制造系统的组成和结构

组成：加工系统 物料系统 能量系统 信息系统。

第二篇：机电一体化技术的应用

机电一体化技术的应用

摘要：现阶段，随着我国全面改革的深化，各个领域发展都加快了步伐，机电一体化的技术层面也有了优化，对生产领域起到了很大促进作用。机电一体化技术的发展经历了长时间积淀，发展至今已经在应用生产力层面得到了提高，对我国的经济发展起到了积极促进作用。本文对机电一体化技术的应用进行了简要分析。

关键字：机电一体化；技术；应用 1机电一体化技术的发展现状

至今，机电一体化技术的应用主要在四个方面，分别是工业机器人的开发和利用、数控机床应用、分布式控制系统应用。工业机器人的产生能够在一定程度上代替人类，经历了三个发展阶段，第一代机器人因为不具备高智能化水平，只能依据简单的程序执行简易的工作；第二代机器人可以依据内部传感器获取、分析环境中的信息，做出具体的动作；第三代机器人可以在不同环境下工作。机电一体化技术的应用最成功的案例就属数控机床，目前数控机床是一个机床是可以同时进行多个任务的操控，让提高工作效率在很大程度上得到提高。分布控制系统的安全和功能水平极高，随着测控技术的发展，分布式控制系统能够在干生产过程中实现调度、处理等多种功能。

2机电一体化的应用 2.1计算机的集成

计算机集成过程中的机电一体化，其意义主要是通过对各系统进行整合的方式，达到将全局动态进行综合展示的目的，因此，可以说计算机的集成在一定程度上满足了对产品研制、生产和经营等各个流程进行有机结合的要求，为产品的开发提供了相应的信息。随着各企业对自身集成的程度进行不断提升，不同生产要素所具有的相关配置也得到了一定的优化，这对于将生产要素的功效进行最大化发挥具有非常重要的意义。

2.2数控机床

研究结果表明，机电一体化在对数控机床操控的精确度进行提升过程中，起到了非常重要的作用，数控机床的模块化结构也正是依托于该技术而产生的，除此之外，数控机床所具有的智能化技术和软件研制也无法离开机电一体化而独自生存，上述研究成果的发表和应用，不仅保证了数控机床功能性的有效提升，还在很大程度上为产品生产速度的提高提供了理论依据。

2.3工业机器人中的应用

将机电一体化技术应用在工业机器人当中可以细化成三个阶段：①工业机器人能够根据具体的规定要求对某一动作进行重复性地操作，而且在适应工作环境和对象变化方面能力偏弱；②工业机器人已经具备了传感系统，可以及时获取并处理与工作环境相关的状况与信息。及时反馈，有效地控制动作。在此过程中，工业机器人也具备了低水平智能特征，可以达到实用化目标；③工业机器人与时俱进，呈现出智能化的发展趋势，并且具备感知能力，而且形成了逻辑思维，可以判断并决策，自身的环境适应力与行动力已经相对成熟。

2.4在汽车行业的应用

2.4.1汽车的打火系统使用机电一体化技术

原来的汽车打火系统接收到的打火指令信号较弱，使用时间一长，打火会很困难，影响汽车的启动，采用机电一体化技术通过数字模式增强打火信号，提升电路传感能力，系统自动对空气和燃料质量之间进行对比，减少它们的比例，使燃料的含量提升，打火容易很多，实现发动机的快速反应。

2.4.2汽车的雷达系统使用了机电一体化技术

它的应用不仅使人们的生活更加方便，而且减少了危险因素。生活中，汽车在倒车、行驶、停车的时候，我们虽然也会减速对周围的环境进行观察，防止发生意外，但总会有视觉死角，在这种情况下，汽车的雷达系统检测到障碍物就会自动发出警报，给驾驶员已提醒，有效的避免了事故的发生。

2.4.3汽车的制动系统使用了机电一体化技术

之前，汽车的制动是靠车后轮安装的制动系统来完成的，是为了及时停车，保证安全，但是，随着汽车行驶速度的提升，原来的制动作用已经难以满足现代汽车的需要，因此，运用了机电一体化技术，能够减轻汽车质量，提升车速，使得车辆在行驶状态下遇到紧急情况也能够实现快速平稳的制动，汽车的安全性更强，制动效果更好，防止了交通事故的发生。

3机电一体化技术的发展趋势 3.1智能化

在21世纪机电一体化的主要研究就是智能化，智能化主要针对的是机器行为，是基于控制理论，综合运用人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学等一些新技术，让机器能够具有人的基础能力，例如判断推理、罗辑思维和自主决策的能力，通过不断的研究，最终可以达到更高的控制要求。研究出来的机电一体化产品虽然不具备和人一样的能力，然而微处理器具备高速度和高性能的特点，这使机电一体化的产品能够具备低级智能或者人的部分智能完全可以在未来实现。

3.2微型化

微型化主要针对的是外形尺寸为毫米，元件尺寸为微米的机电装置，从在该理论指导诞生的技术被广泛投入使用至今，人们对微电装置的追求始终没有停止，这是因为该类装置具有小巧、灵活等诸多优点，因此，在军事和医疗领域对其进行合理运用，可以取得事半功倍的效果。

3.3绿色化发展趋势

新形势下，科学技术发展的速度不断加快，一定程度上完善了人们物质生活质量，同时也提高了居住环境的要求。因而，环境问题也逐渐成为了人们所关注的重点内容，希望可以减少对于自然生态环境的破坏。为此，在实际发展的过程中，生产产品的绿色发展逐渐成为社会目标。其中，绿色机电一体化技术备受关注与认可，能够将自身的价值充分发挥出来，对城市生态环境予以全面保护，进一步推动城市的建设与发展。

3.4网络化发展趋势

随着网络化技术的发展与应用，一定程度上促进人们生产与生活质量的提升。网络技术在工业生产和科学技术中的应用不断增加，而在网络技术发展的同时，也形成了多种多样的高新技术，对人们生活产生了影响。对机电一体化技术的应用制造远程监控终端设备，在各领域中广泛应用。而在家庭中，同样可将机电一体化技术的优势充分发挥出来。由此可见，必须要重视机电一体化技术的网络化应用。

结束语：综上所述，机电一体化的发展中，技术的升级进步对机电一体化设备的优化起到了很大促进作用。我国在机电一体化的发展中有了长足进步，但是在发展中存在着诸多不足。从理论上对机电一体化的技术进行研究分析，就能为实际机电一体化发展提供理论支持，带动我国机电一体化领域的可持续发展。

参考文献：

[1]姜新嘉.浅析机电一体化技术的应用及发展趋势[J].电子制作,2013,08:231.[2]孟庆春.机电一体化技术的应用与发展[J].科技情报开发与经济,2012,01:115-116.[3]刘耀海.浅谈机电一体化技术的应用与发展趋势[J].信息系统工程,2012,10:89+95.

第三篇：机电一体化技术的应用及发展趋势

机电一体化技术的应用及发展趋势

摘 要：随着我国工业生产水平的不断提高，机电一体化技术的应用也日趋广泛，成为现代工业技术发展的重要?酥局?一，了解和掌握机电一体化技术的应用和未来发展前景，也是当前机械工程领域关注和研究的重点课题之一。本文从机电一体化技术的发展入手，分析了机电一体化的发展前景趋势，希望能借此给同行们提供一些有价值的参考。

关键词：机电一体化 技术应用 发展趋势

1.机电一体化的技术应用

机电一体化技术是面向应用的跨学科技术，是机械、微电子、信息和控制技术等有机融合、相互渗透的结果。

机电一体化技术的应用领域十分广泛，主要应用在数控机床、计算机集成制造系统、柔性制造系统、工业机器人等方面。它在应用技术方面主要包括软件和硬件两个大的方面，其在不同领域中的具体应用的核心技术包括：

1.1在现代机械制造业中的应用

机械制造业的市场竞争局面紧张，而在传统的机械制造行业中，规模和经济基础是决定市场占有率的关键，而社会发展到今天，制造业已经打破了单纯依靠人力生产的技能传统，取而代之的是电子计算机技术、敏捷制造、柔性制造、并行工程和计算机数字控制技术等高新技术制造系统占据了信息竞争主导地位，起到了促进生产模式创新和发展的作用。

1.2在钢铁行业中的应用

机电一体化技术在钢铁企业中的应用主要是计算机集成制造系统，是将人、生产经营、生产管理和整个生产管理过程的全方面有效连接的一种控制系统。从原料进入生产企业，到原料的加工生产和成品的发货等全方面加以监控的新技术应用。

1.3在饮料食品行业中的应用

机电一体化作为一种应用发展最快的新技术，在饮料食品行业的包装机械开发、设计和制造等方面也被广泛引入，大大提高了生产加工的自动化水平，提升了生产能力和管理效率，为企业在行业中的优势竞争地位奠定了基础。

此外，机电一体化的技术应用还包括在现场总线技术方面和交流传动技术方面的应用。现场总线技术其实就是将新型的信号传输技术替换成现场总线技术的一种方法，在有效控制的基础上实现双向的信息传送。而交流传动技术则是将矢量控制技术进行实用化应用的代表，是数字技术发展的产物，在未来，还将取代直流传动技术。

2.机电一体化技术的未来发展趋势

当前，光机电一体化技术作为一种新兴的学科，在多年的发展后逐步形成了一种新兴产业，并逐渐受到人们的重视。同时这也决定了当代机电一体化技术的未来发展趋势：

2.1 模块化

模块化是一项重要而艰巨的工程，这一重要发展趋势将给所有机电一体化企业带来光明的发展前景。使得产品种类和生产厂家繁多、单元复杂的机电一体化产品更好的被整合，对开发研制新产品和进一步扩大生产规模都将有极强的推动作用。而为了更好的避免利益冲突，还应该相应的制定相关必要的国际或国内生产标准。相关标准的制定，对生产标准机电一体化单一的企业和对生产机电一体化产品的企业来说，都会有利无害。

2.2智能化

在21世纪智能化已然成为机电一体化技术发展的一个重要方向。这一时期的人工智能应用在机电一体化技术应用研究中备受关注，其中最为典型的技术应用代表当属机器人和数控机床的智能化应用。尽管在当前的技术条件下，机器人不可能达到与人完全相同的智能，但是其智能化的拟人应用是完全有可能，并在现实的生产生活中也有必要的，如何在理论控制的基础上行，达到更高的控制目标，将是机电一体化技术智能化应用的一个重点。

2.3微型化

在20世纪80年代末期，机电一体化技术已经开始朝着微型及其和微观领域发展，国外更是兴起了一种较为微电子机械系统的机电一体化产品，这种体积小、耗能少、而且运动灵活的这款新产品逐渐朝着微米、纳米级发展，并彰显其在生物医疗、军事和信息等方面应用的巨大优势，势必成为未来的一大发展趋势。但需要注意的是，这一技术的突破发展也存在一定的技术瓶颈。

2.4网络化

20世纪90年代，计算机技术应用方面开始出现了网络技术，其在工业生产和科学技术及各领域的广泛应用，极大地影响了人们的日常生活，同时也加剧了企业间的全球化竞争趋势，使得各企业在面临严峻挑战的同时也带来了极大的发展机遇。这也就预示着，一旦研制出质量可靠、功能独特的新的机电一体化产品，其畅销度将快速覆盖全球。特别是在网络日益普及并形成了计算机技能家电系统的今天，家电已经和家庭网络密切相连，这也就预示着机电一体化产品只有朝着网络化方向发展，才能在高科技技术的应用中满足人们的便利需求和使用快乐。

2.5绿色化

工业的发展给人们的生活带来了巨大的影响，在提高舒适生活和物质满足的同时，也衍生出了资源短缺和环境污染加剧等系列问题。因此，回归自然、绿色环保健康的产品概念也开始成为社会需求的主流和时代发展的趋势。这就要求产品在其设计、制造、使用和销毁的全过程中，都应以尽量减少对人体健康的损伤和提高产品利用率为前提，不污染、能回收利用的新型机电一体化产品的绿色设计理念，其未来的发展前途将极其远大。

3.结束语

众所周知，在市场经济体制不断完善和竞争加剧的今天，科学技术不断朝着整体化、交叉化、数字化和微电子技术信息技术的方向发展，机电一体化技术的应用范围也不断增加。只有了解其应用现状，认清其未来发展趋势大力推广和发展，才能让机电一体化技术在各行业中的应用，来进一步提升产品的质量和工作效率，更好的服务人们的生产生活，从而推动机械工业的发展与振兴。

参考文献

[1]王霞.机电一体化的发展与应用[J].科技资讯，2013（27）.[2]钟六平.浅议机电一体化之控制系统[J].科技资讯，2013（34）.[3]李建勇.机电一体化技术[M].北京：科学出版社，2004.

第四篇：机电一体化技术及应用.doc

第五章计算机控制技

1.直接数字控制系统（DDC）

这类系统中计算机的运算和处理结果直接输出作用于被控制对象，故称为直接数字控制系统 2分布控制系统式

分布式综合了计算机技术 通信技术和控制技术，采用多层分级结构的构成，从下而上的分为控制级，控制管理级和经营管理级

3传送的方式

无条件传送 查询式传送 中断式传送D/A转换器是指将数字量转换位模拟量的电路DAC0883主要是有两个8位寄存器和一个8位D/A转换器组成的。使用两个寄存器的优点是可以进行两次缓冲操作，使该器件的应用有更大的灵活性。A/D模数转换器是将模拟电压转换为数值量的器件。实现的方法a逼近法b双积分法。7 STD总线的技术特点a小板结构b严格的标准化c面向I/O设计d高可靠性STD总线工业控制计算机

a Z80系列STD总线工业是最早开发的一种机型，特点可靠性高 价格便宜 普及面 等优点，目前占有很大市场

b 单片机系列本身就是工业控制机，集成密度较高，作为控制应用其功能比较齐全，可靠性和抗干扰能力强数值PID调节器的设计

PID能够较好的兼顾动态控制系能和稳态控制系能

第六章简单的机电一体化

1全自动洗衣机

工作时单面片机通过检测待洗衣物的浑浊度 布质 布量和水温等作为模糊推理的输入条件。

第七章工业机器人

1.工业机器人的组成 操作机 驱动系统 控制系统 人工智能系统

2.工业机器人的分类 a按操作机坐标形式分为 直角坐标型工业机器人 圆柱型 球坐 多

关节型平面关节型机器人b按控制方式分类 点位控制 连续轨道控制c 按驱动方式分类 气动式 液压式 电动式

3.手腕是由弯曲式关节和转动式关节组成。两自由度腕关节来说有RR和BR两个结构，对于三个自由度 BBR BRR RBR RRR RBB五种表示p表示俯仰Y表示摆动R表转动

4.手部很据其结构和用途不同可以分为机械夹持器 专用工具和万能手三类

5.机械夹持器分为 回转式 移动式 内撑式

6.研究工业机器人的目的是建立工业机器人个运动构建与手部在空间位置之间的关系，建

立机器人的手臂运动的数学模型，为控制工业机器人的运动提供分析的方法和手段，为仿真研究手臂的运动特性和设计控制器实现预定功能提供依据。

7.工业机器人的力学分析分为静态力学分析和动态力学分析。静态力学是研究操作机在静

态条件下，手臂受力情况；动力学分析是研究操作机各主动关节驱动力与手臂的关系，从而得出工业机器人的动力学方程。

第八章柔性制造系统和计算机集成制造系统

1．柔性制造系统的定义和适用范围

FMS是指可变的 制动的化程度较高的制造系统，主要包括若干数控机床加工中心，用一套自动物料搬运系统连接起来，由布级多级计算机系统进行综合管理与控制。

适用范围：能解决单件 小批量生产的自动化问题，也能适应大批量 多种产品的自动化问题，它把高柔性 高质量 高效率结合起来，在当前具有较强的生命力

2柔性制造系统的组成和结构

组成：加工系统 物料系统 能量系统 信息系统。

第五篇：30453自考机电一体化技术及应用小抄

1机电一体化：应用机械技术、传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服传动技术和系统总体技术等多学科技术领域综合交叉的技术密集型系统工程 2滚珠花键：一种传动装置又是直线运动支撑 3传感器：借助于检测元件接收一种形式的信息，并按一定规律将它转换成另一种信息的装置 4电容传感器：将被测非电量的变化转换为电容量变化的一种传感器 5电感式传感器：把被测量变化转换成线圈自感或互感变化的装置 6同步感应器：一种应用电磁感应原理制造的高精度检测原件 7鉴相式：根据感应电势的相位来鉴别位移量

8直流测速机：一种测速元件，实际上就是一台微型的直流发电机 9接触式传感器：获取两个物体是否已接触的信息的传感器

10接近式传感器：判别在某一范围内是否有某一物体的传感器

11程控增益放大器：利用计算机采用软件控制的办法来实现增益的自动变换

12隔离放大器：具有防止电网电压等对测量回路损坏的功能的放大器

13采样/保持器：使输入信号处于采样状态的器件

14软件数字量非线性校正：利用计算机软件进行非线性补偿

15数字滤波：通过一定的计算或判断来提高信噪比

16中值滤波法：在三个采样周期内连续采样读入三个检测信号，从中选择一个居中的数据作为有效信号

17伺服：在控制指令的指挥下，控制驱动原件，使机械系统的运动部件按照指令要求进行运动

18直流伺服系统：采用直流伺服电动机作为执行元件的伺服系统

19旋转变压器：一种输出电压随转角变化的角位移测量装置 20相敏放大器（鉴幅器）：将交流电压转换为与之成正比的直流电压，并使它的极性与输入的交流电压的相位相适应的放大器

21占空比：高电平在一个周期之内所占的时间比率

22检测误差：由检测元件引起的误差 23原理误差：由系统结构和输入信号引起的误差

24扰动误差：负载扰动引起的误差 25交流伺服系统：采用交流伺服电动机作为执行元件的伺服系统

26变频调速：改变异步电动机的供电频率，可以改变其同步转速，实现调速运行

27恒磁通变频调速：保持电动势与频率之比为常数进行控制

28恒功率变频调速：保持电动机的额定功率不变，改变负载的速度

29调制波和载波：以所期望的波形作为调制波，而受它调制的信号称为载波

30载频比：三角载波的频率跟正弦调制波的频率之比

31同步调制：改变正弦调制波频率的同时成正比的改变三角载波的频率，是载频比保持不变

32异步调制：改变正弦调制波频率的同时，三角载波频率保持不变，使载频比不断变化

33步距角：步进电动机每步转过的角度

34最高起动频率：空载时，步进电动机由静止突然起动，并不失步地进入稳速运行，所允许的起动频率的最高值

35最高工作频率：步进电动机连续运行时所能接受的最高频率

36电液速度伺服控制系统：系统的输出量为速度，将此速度反馈到输入端，并与输入量比较，实现对系统的速度控制的系统 37电液力伺服控制系统：以力或压力为被控制物理量的控制系统

38D/A转换器：将数字量转换成模拟量的电路

A/D转换器：将模拟电压转换成数字量的器件

40集散控制系统（DCS）：由计算机技术、信号处理技术、检测技术、控制技术、通信技术和人机接口技术相互发展、渗透而产生的新型工业计算机控制系统。对生产过程进行集中监视、操作、管理、和分散控制

STD总线：一个通用工业控制的8位微型机总线

42单片微计算机：将CPU、RAM、ROM、定时/计数、多功能I/O、通信控制器，甚至图形控制器、高级语言、操作系统等都集成在一块大规模集成电路芯片上的计算机

43模糊推理：从不精确的前提集合中得出可能不精确结论的推理

44工业机器人：一种机械装置，具有通用性；可以再编程；有自动控制系统，可在无人参与下自动完成动作。45柔性制造系统（FMS）：可变的、自动化程度较高的制造系统

46计算机集成制造系统（CIMS）：是运用系统工程的整体优化观点，在人的核心作用下将现代信息技术与生产技术结合起来，从信息技术和组织上将全生产过程的各项工作系统和信息系统连接起来的生产系统 47 DDC：直接数字控制系统 48 SCC：监督控制系统 49 DCS：分布式控制系统 50 PWM：脉宽调制型

1.机电一体化的理论基础和物质基础 系统工程、控制论和信息论是理论基础。微电子技术的发展，半导体大规模集成电路制造技术的进步是物质基础。

2.机电一体化系统的基本要素与各要素的作用

（1）机械本体（2）动力部分（3）传感检测部分（4）执行部分（5）驱动部分（6）控制与信息处理部分（7）接口

3.机电一体化六个关键技术及作用（1）机械技术：是机电一体化的基础（2）传感检测：是机电一体化系统的感官（3）信息处理技术：信息的交换、存取、运算、判断和决策（4）自动控制技术：实现机电一体化系统的目标最佳化（5）伺服传动技术：在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械的运动部件按照指令要求运动，并具有良好的动态性能（6）系统总体技术：将各有关技术协调配合、综合运用而达到整体系统的最佳化

4.现代机械的机电一体化目标

（1）提高精度（2）增强功能（3）提高生产效率，降低成本（4）节约能源，降低能耗（5）提高安全性、可靠性（6）改善操作性和实用性（7）减轻劳动强度，改善劳动条件（8）简化结构，减轻重量（9）降低价格（10）增强柔性应用功能

5影响机电一体化系统中传动链的动力学性能的因素

（1）负载的变化（2）传动链惯性（3）传动链固有频率（4）间隙、摩擦、润滑和温升

6主要间隙类型和消隙措施

齿侧间隙、传动间隙、轴向间隙、扭转间隙。齿侧间隙：刚性消隙法、柔性消隙法。轴向间隙：调整垫片的厚度。

7传感器的选用原则

（1）足够的容量（2）与测量或控制系统的匹配性好，转换灵敏度高（3）精度适当，稳定性高（4）反应速度快，工作可靠性好（5）适用性和适应性强（6）使用经济

8光电式转速传感器的结构和测速原理

由带缝隙圆盘、光源、光电器件和指示缝隙盘组成。光源发出的的光通过缝隙圆盘和指示缝隙照射到光电器件上，圆盘转动时，圆盘每转一周，光电器件输出与圆盘缝隙数相等的电脉冲，根据测量时间内的脉冲数，可测出转速

9接近式位置传感器的分类

（1）电磁式（2）光电式（3）静电容式（4）气压式（5）超声波式 10测量放大器的特点

（1）具有很高的共模抑制比（2）高增益（3）低噪声（4）高输入阻抗 11隔离放大器的特点

（1）能保护系统元件不受高共模电压的损害，防止高压对低压信号系统的损坏（2）泄漏电流低，对于测量放大器的输入端无须提供偏流返回通路（3）共模抑制比高，能对直流和低频信号进行准确安全的测量

12常用的集成采样/保持器系列

用于一般目的：AD582、AD583、LF198。用于高速场合：HTS-0025、HTS-0010、HTC-0300。用于高分辨率场合：SHA1144 13数字滤波的优点

（1）由程序实现，不需要增加任何硬件设备，也不存在阻抗匹配问题，可以多个通道共用，节约投资，提高可靠性、稳定性（2）可以对频率很低的信号实现过滤（3）灵活性好，可用不痛的滤波程序实现不痛的滤波方法，或改变滤波器的参数 14常用的数字滤波方法

（1）算术平均值法（2）中值滤波法（3）防脉冲干扰平均值法（4）程序判断滤波法

15伺服系统的结构组成

（1）控制器（2）功率放大器（3）执行机构（4）检测装置 16PWM控制电路的组成

（1）脉冲调制器（2）逻辑延时环节（3）晶体管基极驱动器 17直流测速机的输出特性

当负载电阻趋于无穷大时，输出电压与转速成正比。随着负载电阻变小，输出电压下降，而且输出电压与转速之间并不能严格保持线性关系。18永磁式测速机原理

恒定磁通由定子产生，当转子在磁场中旋转时，电枢绕组中即产生交变的电势，经换向器和电刷转换成与转子速度成正比的直流电路

19步进电机功率放大器的功能

将环形分配器的输出信号进行功率放大，得到步进电动机控制绕组所需的脉冲电流及所需的脉冲波形 20集成采样/保持器的特点

采样速度快、精度高、下降速度慢 L398的特点

采样速度高、保持电压下降慢、精度高

22常用非线性软件处理方法及应用场合

（1）计算法：当输出电信号与传感器的参数之间有确定的数字表达式时，可采用计算法进行。（2）查表法：用汇编语言编写程序运算都比较复杂，甚至无法建立相应的数学模型的参数计算。（3）插值法：占用内存单元多，表格编制麻烦的运算用插值法减少列表点和测量次数。

23插值法的计算机实现步骤

（1）用实验法测出传感器的变化曲线（2）将上述曲线进行分段，选取各插值基点（3）确定并计算出各差指点的值，及两相邻插值点的拟合直线的斜率，并存放在存储器中（4）计算取出X-Xi（5）找出X所在的区域，并取出该段的斜率（6）计算Ki（X-Xi）（7）计算结果y

24伺服电动机的基本要求

（1）宽广而平滑的调速范围（2）较硬的机械特性和良好的调节特性（3）快速响应（4）空载始动电压小

25永磁直流伺服电动机特点应用范围 体积小、转矩大、力矩和电流成比例、伺服性能好、反应速度快、功率体积比大、功率重量比大、稳定性好。应用于办公自动、化工厂自动化、国防工业、家用电器、仪表

26无槽电枢直流伺服电动机特点应用范围

转动惯量小、机电时间常数小、换向良好。用于需快速动作、功率较大的伺服系统

27空心杯电枢直流伺服电动机特点应用范围

转动惯量小、机电时间常数小、转向好、低速运转平滑、快速响应、寿命长、效率高。用于快速动作的伺服系统。如机器人的腕、臂关节

28印刷绕组直流伺服电动机特点应用 转向好、旋转平稳、机电时间常数小、快速响应、低速运转性能好、能承受频繁的可逆运转。试用于低速和起动、反转频繁的伺服系统

29反应式步进电动机特点

（1）气隙小（2）步距角小（3）励磁电流较大（4）电动机内部阻尼较小（5）断电时没有定位转矩

30永磁式步进电动机特点

（1）步距角大（2）控制功率较小，效率高（3）电动机内部阻尼较大，单步运行振荡时间短（4）断电时有一定的定位转矩

31永磁感应式步进电动机（混合式步进电动机）特点

（1）步距角小（2）响应频率高（3）励磁功率小（4）效率高 32晶闸管SCR特性

（1）具有正反向阻断能力（2）阳极和控制极同时加正向电压时晶闸管导通

33功率晶体管GTR工作的三种状态 截至、有源、放大饱和状态

34绝缘栅双极晶体管IGBT特性

（1）高电流密度（2）低饱和电压（3）高输入阻抗（4）高速特性

SPWM变频调速系统的组成及各部分的作用

（1）绝对值运算器：根据电动机的要求给定电位器输出电压（2）函数发生器：实现调速过程中电压和频率的协调关系（3）逻辑控制器：根据定电位器送来的电压，经逻辑开关，使控制系统的SPWM波输出相应的相序送到逆变器，实现电动机的正反转及停止。还要完成各种保护控制 36电液伺服系统的特点

响应速度快、输出功率大、结构紧凑37计算机控制系统的硬件组成

主机、外围设备、过程输入输出设备、人机联系设备和通信设备等 38计算机控制系统的软件组成

（1）系统软件：汇编语言、高级语言、控制语言、数据结构、操作系统、数据库系统、通信网络软件（2）应用软件：输入程序、输出程序、控制程序、人机接口程序、打印显示程序、各种公共子程序

39计算机控制系统的类型

（1）操作指导控制系统（2）直接数字控制系统（3）监督控制系统（4）分布式控制系统

40计算机控制技术的发展方向

可靠性不断提高，成本不断降低，功能模块化，控制智能化。41接口方式的种类

（1）人机通道及接口技术（2）检测通道及接口技术（3）控制通道及接口技术（4）系统间通道及接口技术 42并行接口传输数据类型和传输方法 数字量、开关量。无条件传送、查询式传送、中断传送

43可编程序控制器PLC的特点

（1）工作可靠（2）可与工业现场信号直接连接（3）积术式组合（4）编程操作容易（5）易于安装及维修 44单回路调节器特点

（1）实现了仪表和微机一体化（2）具有丰富的运算和控制功能（3）有专用的系统组态器（4）人机接口灵活（5）便与级间通信（6）有继电保护和自珍断功能

8255芯片的端口及功能

（1）数据总线驱动器：与系统总线相连，实现CPU与接口之间的信息传递（2）并行I/O端口：功能由程序决定（3）读/写控制逻辑：用于管理所有的数据或状态字的传送（4）A组和B组控制：接收来自读/写控制逻辑的命令和内部数据总线的控制字，并向对应端口发出适当的命令

8255芯片的三种工作方式

方式0：基本输入/输出方式。方式1：选通输入/输出方式。方式2：带选通双向总线I/O方式 47常用现场总线（1）PC总线工业控制计算机（2）STD总线工业控制计算机（3）Q-BUS（4）Multibus（5）VME bus 48 STD总线的特点

（1）小板结构（2）严格的标准化（3）面向I/O的设计（4）高可靠性

49对工业机器人控制系统的基本要求（1）实现对工业机器人的位姿、速度、加速度等控制功能（2）方便的人机交互动能（3）具有对外部环境的检测和感觉功能（4）具有诊断、故障监视等功能