項(xiàng)目10傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、1項(xiàng)目項(xiàng)目10 10 傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用2機(jī)電一體化系統(tǒng)機(jī)電一體化系統(tǒng)( (或產(chǎn)品或產(chǎn)品) )用傳感器分類用傳感器分類 310.1 10.1 傳感器在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用傳感器在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用控制和控制和信息融信息融合計(jì)算合計(jì)算機(jī)機(jī)自主移動(dòng)裝配機(jī)器人自主移動(dòng)裝配機(jī)器人裝配機(jī)械手裝配機(jī)械手力覺傳感器力覺傳感器觸覺傳感器觸覺傳感器視覺傳感器視覺傳感器超聲波傳感器超聲波傳感器激光測(cè)距傳感器激光測(cè)距傳感器 多傳感器信息融合多傳感器信息融合自主移動(dòng)裝配機(jī)器人自主移動(dòng)裝配機(jī)器人410.1.1 10.1.1 零位和極限位置的檢測(cè)零位和極限位置的檢測(cè) 1 1、零位的

2、檢測(cè)精度直接影響工業(yè)機(jī)器人的重復(fù)定位精度、零位的檢測(cè)精度直接影響工業(yè)機(jī)器人的重復(fù)定位精度和軌跡精度；和軌跡精度； 2 2、極限位置的檢測(cè)起保護(hù)機(jī)器人和安全動(dòng)作的作用。、極限位置的檢測(cè)起保護(hù)機(jī)器人和安全動(dòng)作的作用。 機(jī)器人關(guān)節(jié)的零位確定：機(jī)器人關(guān)節(jié)的零位確定： 在機(jī)器人的每個(gè)關(guān)節(jié)上各安裝一種接觸式或非接觸式傳在機(jī)器人的每個(gè)關(guān)節(jié)上各安裝一種接觸式或非接觸式傳感器及與其對(duì)應(yīng)的死擋塊。感器及與其對(duì)應(yīng)的死擋塊。 在接近極限位置時(shí)，傳感器先產(chǎn)生限位停止信號(hào)，如果在接近極限位置時(shí)，傳感器先產(chǎn)生限位停止信號(hào)，如果限位停止信號(hào)發(fā)出之后還未停止，由死擋塊強(qiáng)制停止。當(dāng)無限位停止信號(hào)發(fā)出之后還未停止，由死擋塊強(qiáng)制停止

3、。當(dāng)無法確定機(jī)器人某關(guān)節(jié)的零位時(shí)，可采用位移傳感器的輸出信法確定機(jī)器人某關(guān)節(jié)的零位時(shí)，可采用位移傳感器的輸出信號(hào)確定。號(hào)確定。510.1.2 10.1.2 位移量的檢測(cè)位移量的檢測(cè) 6關(guān)節(jié)型機(jī)器人采用的光電編碼器關(guān)節(jié)型機(jī)器人采用的光電編碼器 710.1.3 10.1.3 速度、加速度的檢測(cè)速度、加速度的檢測(cè) 機(jī)器人中使用速度傳感器是為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人各關(guān)節(jié)的速度閉環(huán)控制。在用直流、交流伺服電動(dòng)機(jī)作為工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)元件時(shí)，一般采用測(cè)速發(fā)電機(jī)作為速度的檢測(cè)器。它與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不同時(shí)，輸出的電壓值也不同，將其電壓值輸入到速度控制閉環(huán)反饋回路中，以提高電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能。 也可以用位移傳感器代替速度

4、傳感器，此時(shí)必須對(duì)位移進(jìn)行時(shí)間微分。如利用光電碼盤代替速度傳感器時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)即為速度。利用頻率電壓轉(zhuǎn)換器將光電碼盤的脈沖頻率轉(zhuǎn)換成電壓值，輸入給伺服電動(dòng)機(jī)的伺服系統(tǒng)中的速度反饋回路。8910.2 10.2 傳感器在傳感器在CNCCNC機(jī)床與加工中心中的應(yīng)用機(jī)床與加工中心中的應(yīng)用 針對(duì)車削、銑削、磨削、鉆削和刨削等金屬切削加工工藝及電加工、激光加工等特種加工工藝的需求，開發(fā)有各種門類的數(shù)控加工機(jī)床。 模具制造常用的數(shù)控加工機(jī)床也包含數(shù)控銑床、數(shù)控電火花成型機(jī)床、數(shù)控電火花線切割機(jī)床、數(shù)控磨床及數(shù)控車床等。 數(shù)控機(jī)床通常由控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)組成。

5、控制系統(tǒng)用于數(shù)控機(jī)床的運(yùn)算、管理和控制，通過輸入介質(zhì)得到數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋和運(yùn)算并對(duì)機(jī)床產(chǎn)生作用； 伺服系統(tǒng)的作用是把來自數(shù)控裝置的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)，它根據(jù)控制系統(tǒng)的指令驅(qū)動(dòng)機(jī)床，使刀具和零件執(zhí)行數(shù)控代碼規(guī)定的運(yùn)動(dòng)；檢測(cè)系統(tǒng)則是用來檢測(cè)機(jī)床執(zhí)行件(工作臺(tái)、轉(zhuǎn)臺(tái)、滑板等)的位移和速度變化量，并將檢測(cè)結(jié)果反饋到輸入端，與輸入指令進(jìn)行比較，根據(jù)其差別調(diào)整機(jī)床運(yùn)動(dòng)。1010.2.1 10.2.1 傳感器在位置反饋系統(tǒng)中的應(yīng)用傳感器在位置反饋系統(tǒng)中的應(yīng)用 在機(jī)床x軸、y軸和z軸的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，按傳感器安裝位置的不同有半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制，按反饋信號(hào)的檢測(cè)和比較方式不同有脈沖比較

6、伺服系統(tǒng)、相位比較伺服系統(tǒng)和幅值比較伺服系統(tǒng)。 圖10.9所示為半閉環(huán)脈沖比較伺服系統(tǒng)框圖。它采用安裝在傳動(dòng)絲杠一端的光電編碼器產(chǎn)生位置反饋信號(hào)PF，與指令脈沖F比較，以取得位移的偏差信號(hào)e進(jìn)行位置伺服控制。1110.2.2 10.2.2 傳感器在速度反饋系統(tǒng)中的應(yīng)用傳感器在速度反饋系統(tǒng)中的應(yīng)用 圖10.11所示為由測(cè)速發(fā)電機(jī)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行速度反饋的伺服系統(tǒng)框圖。圖中位置傳感器為光電編碼器，其檢測(cè)的位移信號(hào)直接送給CNC裝置進(jìn)行位置控制，而速度信號(hào)則直接反饋到伺服放大器，以改善電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能。 1210.3 10.3 傳感器在汽車機(jī)電一體化中的應(yīng)用傳感器在汽車機(jī)電一體化中的應(yīng)用 隨著微電

7、子技術(shù)和傳感器技術(shù)的應(yīng)用，汽車的機(jī)電一體化使汽車煥然一新。當(dāng)今對(duì)汽車的控制已由發(fā)動(dòng)機(jī)擴(kuò)大到整車，例如實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速換擋、防滑制動(dòng)、雷達(dá)防碰撞、自動(dòng)調(diào)整車高、全自動(dòng)空調(diào)、自動(dòng)故障診斷及自動(dòng)駕駛等。 自動(dòng)駕駛技術(shù)是主動(dòng)式安全電子學(xué)(ASE)合乎邏輯的發(fā)展方向。在ASE中，通過傳感器和算法來預(yù)測(cè)事故，并在車輛的物理和動(dòng)力限制內(nèi)主動(dòng)避免事故。 自主式車輛需要部署多個(gè)傳感器和電子子系統(tǒng)，用來實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、駕駛、操縱、導(dǎo)航、剎車和停車等。 汽車機(jī)電一體化的中心內(nèi)容是以微機(jī)為中心的自動(dòng)控制系統(tǒng)取代原有純機(jī)械式控制部件，從而改善汽車的性能，增加汽車的功能，汽車降低油耗，減少排氣污染，提高汽車行駛的安全性、可靠性、操

8、作性和舒適性。1310.3.1 10.3.1 汽車用傳感器汽車用傳感器 14非發(fā)動(dòng)機(jī)用汽車傳感器非發(fā)動(dòng)機(jī)用汽車傳感器 項(xiàng) 目傳 感 器防打滑的制動(dòng)器液壓轉(zhuǎn)向裝置速度自動(dòng)控制系統(tǒng)輪胎死角報(bào)警自動(dòng)空調(diào)亮度自動(dòng)控制自動(dòng)門鎖系統(tǒng)電子式駕駛對(duì)地速度傳感器、車輪轉(zhuǎn)數(shù)傳感器車速傳感器、油壓傳感器車速傳感器、加速踏板位置傳感器壓力傳感器超聲波傳感器、圖像傳感器室內(nèi)溫度傳感器、吸氣溫度傳感器、風(fēng)量傳感器、濕度傳感器 光傳感器車速傳感器磁傳感器、氣流速度傳感器1510.3.2 10.3.2 傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)中的典型應(yīng)用傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)中的典型應(yīng)用 1 1曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)位置及轉(zhuǎn)速檢測(cè)傳感器曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)位置及轉(zhuǎn)速檢測(cè)傳感器 圖10

9、.15所示為曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)位置傳感器。這類傳感器一般安裝在曲軸端部飛輪上或分電器內(nèi)，由磁電型、磁阻型、霍爾效應(yīng)型、威耿德磁線型或光電型信號(hào)發(fā)生器測(cè)定曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)位置及轉(zhuǎn)速。1610.3.3 10.3.3 傳感器在汽車空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用傳感器在汽車空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用 1710.3.4 10.3.4 公路交通用傳感器公路交通用傳感器 1 1電感式傳感器電感式傳感器 電感式傳感器如圖10.20所示，其主要部件是埋設(shè)在公路下幾厘米深的環(huán)狀絕緣電線。當(dāng)有高頻電流通過電感時(shí)，公路面上形成圖中虛線所示的高頻磁場(chǎng)。當(dāng)汽車進(jìn)入這一高頻磁場(chǎng)區(qū)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生渦流損耗，環(huán)狀絕緣電線的電感開始減少。當(dāng)汽車正好在該環(huán)上方時(shí)，環(huán)的電感減到最小值。當(dāng)汽車離開這一高頻磁場(chǎng)區(qū)時(shí)，環(huán)電感逐漸復(fù)原到初始狀態(tài)。1810.4 10.4 傳感器在家用電器中的應(yīng)用傳感器在家用電器中的應(yīng)用 現(xiàn)代家用電器中普遍使用傳感器。 傳感器在電子爐灶、自動(dòng)電飯鍋、空調(diào)器、電子熱水器、熱風(fēng)取暖爐、風(fēng)干器、報(bào)警器、電熨斗、電風(fēng)扇、電子驅(qū)蚊器、洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、照相機(jī)、電冰箱、彩色電視機(jī)、錄像機(jī)、錄音機(jī)、收音機(jī)等各個(gè)方面有著廣泛的應(yīng)用。 隨著人們生活水平的不斷提高，對(duì)提高家用電器產(chǎn)品功能及自動(dòng)化程度的要求極為強(qiáng)烈，為滿足這些要求，首先要使用高精度的模擬量傳感器，以獲取正確的控制信息，并由微機(jī)進(jìn)行控制，使家用電器的