機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程作業(yè)解答(四)

1、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程作業(yè)解答（四）一、填空題1敏感元件轉(zhuǎn)換元件 基本轉(zhuǎn)換電路2靈敏度線性度 重復(fù)性 遲滯3臨界速度4廣義輸入阻抗靜態(tài)剛度5撓性手腕分離活塞式油缸 旋轉(zhuǎn)變壓器6 80888086伺服系統(tǒng) 受控設(shè)備7輸入輸出設(shè)備計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置8點(diǎn)位控制裝置直線控制裝置輪廓控制裝置二、簡(jiǎn)答題1簡(jiǎn)述光電編碼器式傳感器的工作原理和主要特點(diǎn)。 光電編碼器式傳感器主要由旋轉(zhuǎn)孔盤和光電器件組成。它的輸出是與孔盤轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)角 增量成正比例關(guān)系的脈沖信號(hào)，通過對(duì)脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，即可測(cè)定孔盤轉(zhuǎn)過的角度。光電編 碼器式傳感器又分為絕對(duì)式和增量式，前者轉(zhuǎn)角范圍小于360 0,用于低速端角位置測(cè)量；后者無轉(zhuǎn)角范圍限制，

2、可用于高速端角位置測(cè)量或轉(zhuǎn)速測(cè)量。光電編碼器式傳感器的主要特 點(diǎn)是測(cè)量精度高；輸出量為脈沖信號(hào)，抗干擾能力強(qiáng)；可以同時(shí)用于位置和速度的測(cè)量， 使用方便；但高精度的光電編碼器價(jià)格比較貴，成本高。2選擇傳感器應(yīng)主要考慮哪幾方面的因素？ 選擇傳感器的主要依據(jù)是傳感器的性能指標(biāo)： （ 1）基本參數(shù) 量程、靈敏度、靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)特性。（ 2）環(huán)境參數(shù) 環(huán)境溫度、濕度、沖擊、振動(dòng)；抗干擾能力。（ 3）可靠性 工作壽命、平均無故障時(shí)間。（4）使用條件 電源、外形尺寸、安裝方式。（ 5）經(jīng)濟(jì)性 價(jià)格和價(jià)格性能比。 此外，選擇傳感器時(shí)還必須考慮其輸入輸出特性。3簡(jiǎn)述 HRGP 1A 噴漆機(jī)器人的示教與再現(xiàn)過程。

3、HRGP1A 噴漆機(jī)器人的工作分示教和再現(xiàn)兩個(gè)過程。示教過程由工作人員用手操縱操作機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)和手腕，根據(jù)噴漆工件表面的形狀進(jìn)行示教操作，此時(shí)中央處理器通過反饋元件（旋轉(zhuǎn)變壓器）將示教過程中測(cè)試的參數(shù)存入存儲(chǔ)器，即把示教過程執(zhí)行機(jī)構(gòu)的空間軌跡記錄下來。再現(xiàn)過程由計(jì)算機(jī)控制機(jī)器人的動(dòng)作，中央處理器將示教時(shí)記錄的空間軌跡信息從存儲(chǔ)器中取出，經(jīng)過插補(bǔ)運(yùn)算與采樣得到的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，將其插值調(diào)節(jié) 后輸出，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照示教時(shí)的軌跡運(yùn)動(dòng)。4簡(jiǎn)述數(shù)控設(shè)備中計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置的組成和功能。在數(shù)控設(shè)備中，計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置是設(shè)備的核心部分，一般由專用計(jì)算機(jī)（或通用計(jì)算 機(jī)）、輸入輸出接口以及機(jī)床控制器等部分構(gòu)成。計(jì)

4、算機(jī)數(shù)控裝置根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)和程序，完成數(shù)據(jù)運(yùn)算、邏輯判斷、輸入輸出控制等 功能；機(jī)床控制器主要用于機(jī)床的輔助功能，主軸轉(zhuǎn)速的選擇和換刀功能的控制。5簡(jiǎn)述 CK3225 型機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的組成。CK3225 型機(jī)床有主驅(qū)動(dòng)、伺服驅(qū)動(dòng)兩大控制環(huán)節(jié)。主驅(qū)動(dòng)主要是機(jī)床主軸的速度控 制，伺服驅(qū)動(dòng)除對(duì)進(jìn)給速度進(jìn)行控制外，還需要對(duì)刀架的行程（位置）進(jìn)行控制。機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)由操作系統(tǒng)、機(jī)床控制機(jī)、主驅(qū)動(dòng)單元、伺服驅(qū)動(dòng)單元和其它功能控 制單元。工作時(shí)從操作系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)，由機(jī)床控制機(jī)（經(jīng)過內(nèi)裝的 PC 處理）對(duì)兩大驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)進(jìn)行控制。三、分析題1試分析比較直流測(cè)速發(fā)電機(jī)和光電編碼器做轉(zhuǎn)速測(cè)量的特點(diǎn)。 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)

5、由永久磁鐵與感應(yīng)線圈組成，用電樞獲取速度信號(hào)。它具有靈敏度 高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，常用于高精度低速伺服系統(tǒng)，也可與永磁式直流電動(dòng)機(jī)組成低速脈 寬調(diào)速系統(tǒng)。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出信號(hào)是與輸入軸的轉(zhuǎn)速成正比的直流電壓信號(hào)，信號(hào) 幅度大，信號(hào)調(diào)理電路簡(jiǎn)單。由于輸出電壓信號(hào)有波紋，一般需要配置濾波電路。光電編碼器（增量式）主要由旋轉(zhuǎn)孔盤和光電器件組成。它具有體積小、使用方便、測(cè)量精度高等特點(diǎn)，常與直流電機(jī)配合使用構(gòu)成脈寬調(diào)速系統(tǒng)。增量式光電編碼器輸出的 是與轉(zhuǎn)角成比例的增量脈沖信號(hào)，可以通過脈沖計(jì)數(shù)獲得角位置信號(hào)，也可以定時(shí)取樣脈 沖數(shù)的增量實(shí)現(xiàn)角速度測(cè)量。因此，可以同時(shí)測(cè)量轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。2畫圖說明 HRG

6、P 1A 噴漆機(jī)器人電液伺服系統(tǒng)的組成和工作特點(diǎn)。HRGP1A 噴漆機(jī)器人電液伺服系統(tǒng)的組成如圖所示。電液伺服系統(tǒng)框圖噴漆機(jī)器人具有6個(gè)自由度，每個(gè)自由度都由一套上圖所示的電液伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。電液伺服系統(tǒng)為多輸入、多輸出的變量系統(tǒng)，各系統(tǒng)之間具有負(fù)載效應(yīng)，以適應(yīng)機(jī)器 人運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)的變化；各電液伺服系統(tǒng)的快速響應(yīng)特性一致，使各個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng) 相互協(xié)調(diào)，并具有較高的速度剛度，使操作機(jī)具有運(yùn)動(dòng)速度高、工作穩(wěn)定性好、位置精度 高等特點(diǎn)，以滿足噴漆工藝的要求。3 .試分析比較閉環(huán)控制系統(tǒng)與半閉環(huán)控制系統(tǒng)的主要區(qū)別。指令值+速度控-1伺眼較電辭制電路電機(jī)-! I位矍反惱I速度反域閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖A為C

7、將工作閉環(huán)控制系統(tǒng)的位置測(cè)量元件直接對(duì)工作臺(tái)的實(shí)際位移量進(jìn)行檢測(cè)。如圖所示，速度測(cè)量元件，C為位置測(cè)量元件，由 A將速度反饋信號(hào)送到速度控制電路，由 臺(tái)實(shí)際位移量反饋至位置比較電路，系統(tǒng)通過與指令值比較后的差值進(jìn)行控制。閉環(huán)控制 系統(tǒng)可以消除包括工作臺(tái)傳動(dòng)鏈在內(nèi)的誤差，定位精度高，調(diào)節(jié)速度快。但由于工作臺(tái)慣 量大，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性不利，且系統(tǒng)較復(fù)雜、成本高。推算出半閉環(huán)控制系統(tǒng)通過測(cè)速發(fā)電機(jī) A和光電編碼器 B間接測(cè)量伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角, 工作臺(tái)的實(shí)際位移量。系統(tǒng)通過此值與指令值進(jìn)行比較，以差值實(shí)現(xiàn)控制。半閉環(huán)控制系 統(tǒng)沒有把工作臺(tái)傳動(dòng)鏈包括在控制回路內(nèi)，這類系統(tǒng)的控制方式介于開環(huán)與閉環(huán)之間，精 度沒

8、有閉環(huán)高，但成本較低，調(diào)試方便，因此得到了廣泛的應(yīng)用。4試分析比較液壓馬達(dá)和直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)輸出驅(qū)動(dòng)的不同特點(diǎn)。使用液壓馬達(dá)一般不需要中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，馬達(dá)軸與負(fù)載軸直接連接，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單， 結(jié)構(gòu)緊湊；而直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)為得到合適的運(yùn)動(dòng)速度和負(fù)載能力，一般要使用較大傳動(dòng)比的 減速器，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺寸較大。在相同的負(fù)載條件下，液壓馬達(dá)比直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的負(fù)載剛 度大、快速性好；液壓馬達(dá)對(duì)環(huán)境條件要求不高，可在需要防水、防爆的條件下工作，需 要使用電液伺服閥和專門的液壓動(dòng)力源，對(duì)環(huán)境有污染；而直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)要求有較好的工 作環(huán)境，也不會(huì)污染環(huán)境。四、計(jì)算題已知某工作臺(tái)采用直流電機(jī)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，已知工作臺(tái)的行程

9、L=250mm,絲杠導(dǎo)程t=4mm,齒輪減速比為i=5,要求工作臺(tái)位移的測(cè)量精度為0.005mm，采用高速端測(cè)量方法，試確定旋轉(zhuǎn)編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。（忽略齒輪和絲杠的傳動(dòng)誤差）解：設(shè)傳感器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為ns ,每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)工作臺(tái)的位移為int4n160L L 5 0.005選取n=200光電編碼器，則測(cè)量精度為I0.004 ： 0.0055200滿足題目要求。五、綜合題已知五自由度機(jī)器人，采用直流電機(jī)控制，關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的測(cè)量采用增量式編碼器，具有 手動(dòng)示教和再現(xiàn)功能，試確定其控制計(jì)算機(jī)及控制方案?？刂葡到y(tǒng)原理圖如下手動(dòng)示教盒是一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，它由單片機(jī)、RAM、串行通信口、鍵盤、LED顯示器等組成。它承擔(dān)命令輸入、狀態(tài)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、通過與關(guān)節(jié)控制單片機(jī)通信給關(guān)節(jié)