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）HRGP 1A 噴漆機(jī)器人電液伺服系統(tǒng)的組成如圖所示。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臨界速度靜態(tài)剛度4廣義輸入阻抗5撓性手腕分離活塞式油缸 旋轉(zhuǎn)變壓器6 808880867輸入輸出設(shè)備8點(diǎn)位控制裝置計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置直線控制裝置伺服系統(tǒng)受控設(shè)備輪廓控制裝置二、簡答題1簡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， 通過對脈沖信號計(jì)數(shù)， 即可測定孔盤轉(zhuǎn)過的角度。 光電編碼器式傳感器又分為絕對式和增量式，前者轉(zhuǎn)角范圍小于36

2、00，用于低速端角位置測量；后者無轉(zhuǎn)角范圍限制， 可用于高速端角位置測量或轉(zhuǎn)速測量。 光電編碼器式傳感器的主要特點(diǎn)是測量精度高； 輸出量為脈沖信號， 抗干擾能力強(qiáng)； 可以同時用于位置和速度的測量， 使用方便；但高精度的光電編碼器價格比較貴，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)精度和動態(tài)特性。（ 2）環(huán)境參數(shù)環(huán)境溫度、濕度、沖擊、振動；抗干擾能力。（ 3）可靠性工作壽命、平均無故障時間。（ 4）使用條件電源、外形尺寸、安裝方式。（ 5）經(jīng)濟(jì)性價格和價格性能比。此外，選擇傳感器時還必須考慮其輸入輸出特性。3簡述HR

3、GP 1A 噴漆機(jī)器人的示教與再現(xiàn)過程。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， 此時中央處理器通過反饋元件 （旋轉(zhuǎn)變壓器） 將示教過程中測試的參數(shù)存入存儲器， 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)器人的動作， 中央處理器將示教時記錄的空間軌跡信息從存儲器中取出，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)按照示教時的軌跡運(yùn)動。4簡述數(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)算機(jī)數(shù)控裝置根據(jù)輸入的

4、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、 伺服驅(qū)動兩大控制環(huán)節(jié)。 主驅(qū)動主要是機(jī)床主軸的速度控制，伺服驅(qū)動除對進(jìn)給速度進(jìn)行控制外，還需要對刀架的行程（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)動單元、 伺服驅(qū)動單元和其它功能控制單元。工作時從操作系統(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）對兩大驅(qū)動系統(tǒng) 進(jìn)行控制。三、分析題1試分析比較直流測速發(fā)電機(jī)和光電編碼器做轉(zhuǎn)速測量的特點(diǎn)。直流測速發(fā)電機(jī)由永久磁鐵與感應(yīng)

5、線圈組成，用電樞獲取速度信號。它具有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)， 常用于高精度低速伺服系統(tǒng)， 也可與永磁式直流電動機(jī)組成低速脈寬調(diào)速系統(tǒng)。直流測速發(fā)電機(jī)的輸出信號是與輸入軸的轉(zhuǎn)速成正比的直流電壓信號，信號幅度大，信號調(diào)理電路簡單。由于輸出電壓信號有波紋，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， 可以通過脈沖計(jì)數(shù)獲得角位置信號， 也可以定時取樣脈沖數(shù)的增量實(shí)現(xiàn)角速度測量。因此，可以同時測量轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。2畫圖說明 HRGP 1A 噴漆

6、機(jī)器人電液伺服系統(tǒng)的組成和工作特點(diǎn)。電液伺胭聚統(tǒng)根圖噴漆機(jī)器人具有6個自由度，每個自由度都由一套上圖所示的電液伺服系統(tǒng)驅(qū)動。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)動參數(shù)和動力參數(shù)的變化； 各電液伺服系統(tǒng)的快速響應(yīng)特性一致， 使各個機(jī)構(gòu)的運(yùn)動相互 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。©南環(huán)控例系統(tǒng)植圖閉環(huán)控制系統(tǒng)的位置測量元件直接對工作臺的實(shí)際位移量進(jìn)行檢測。如圖所示，A為速度測量元件，C為位置測量元件，由

7、A將速度反饋信號送到速度控制電路，由 C將工作臺 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)半閉環(huán)控制系統(tǒng)植圖可以消除包括工作臺傳動鏈在內(nèi)的誤差，定位精度高，調(diào)節(jié)速度快。但由于工作臺慣量大 對系統(tǒng)穩(wěn)定性不利，且系統(tǒng)較復(fù)雜、成本高。較電路半閉環(huán)控制系統(tǒng)通過測速發(fā)電機(jī) A和光電編碼器B間接測量伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角，推算出工作臺的實(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)沒有把工作臺傳動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 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

8、機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動輸出驅(qū)動的不同特點(diǎn)。使用液壓馬達(dá)一般不需要中間傳動機(jī)構(gòu)，馬達(dá)軸與負(fù)載軸直接連接，傳動機(jī)構(gòu)簡單，結(jié)構(gòu)緊湊；而直流電機(jī)驅(qū)動為得到合適的運(yùn)動速度和負(fù)載能力，一般要使用較大傳動比的減速器，傳動機(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)動的負(fù)載剛度大、快速性好；液壓馬達(dá)對環(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力源，對環(huán)境有污染；而直流電機(jī)驅(qū)動要求有較好的工作環(huán)境，也不會污染環(huán)境。四、計(jì)算題已知某工作臺采用直流電機(jī)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動，已知工作臺的行程 L=250mm,絲杠導(dǎo)程t=4mm,齒輪減速比為i=5,要求工作臺位移白測量精度為 0.0

9、05mm,采用高速端測量方法，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誤差）解：設(shè)傳感器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為ns ,每個脈沖對應(yīng)工作臺的位移為ins則t 4n 160i L 5 0.005選取n=200光電編碼器，則測量精度為l 0.004 0.0055 200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)角的測量采用增量式編碼器，具有手動示教和再現(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 ：手動示教盒是一個單片機(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、通過與關(guān)節(jié)控制單片機(jī)通信給關(guān)節(jié)單