機電整合技術(shù)及應用

機電整合技術(shù)及應用 部門：CA-ATM 主管：賴建宏副理 制作人：王沛玉時間：2006/08Foxconn機電一體化概述機械系統(tǒng)設(shè)計傳感器檢測及其接口電路控制電動機及其選擇工業(yè)控制計算機器接口技術(shù)DENSO六軸機械手介紹Contents機電一體化概述機電一體化最早起源于日本，去英文Mechanics的前南部和Electronics的后半部拼合而成，在大陸稱為機電一體化或機械電子學，而在臺灣則稱為機電整合技術(shù)。數(shù)控機床的問世微電子技術(shù)的發(fā)展可編程序控制器、"電力電子"激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)

發(fā)展歷程發(fā)展趨勢光機電一體化

自律分配系統(tǒng)化—柔性化

“生物一軟件”化—仿生物系統(tǒng)化

全息系統(tǒng)化—智能化

微型機電化—微型化

————————————————————控制單元工作指令傳感檢測單元外界信息機械本體驅(qū)動單元動力單元執(zhí)行單元所需的機械運動——————————————————————— 機電一體化系統(tǒng)的組成及工作原理————————————————————————————— 機電一體化的相關(guān)技術(shù)系統(tǒng)總體技術(shù)機電一體化相關(guān)技術(shù)機械技術(shù)傳感檢測技術(shù)信息處理技術(shù)技術(shù)控制自動機械系統(tǒng)設(shè)計————————————————————————————————————————————————— 機械系統(tǒng)數(shù)學模型建立M機械移動系統(tǒng)運動方程拉普拉斯變換---傳遞函數(shù)機械轉(zhuǎn)動系統(tǒng)運動方程拉普拉斯變換---傳遞函數(shù)T(t)Jθ(t)————————————————————————————— 機械傳動系統(tǒng)的特性機械傳動系統(tǒng)特性轉(zhuǎn)動慣量磨擦諧振頻率阻尼剛度間隙轉(zhuǎn)動慣量大，機械負載增大，系統(tǒng)響應速度變慢，靈敏度降低，固有頻率下降易產(chǎn)生諧振。粘性摩擦力、庫倫摩擦力、靜摩擦力，靜摩擦力盡可能小，動摩擦力小正斜率。伺服系統(tǒng)失動量，剛度大，失動量小；穩(wěn)定性：對閉環(huán)系統(tǒng)影響較大。間隙使傳動系統(tǒng)中間隙產(chǎn)生回程誤差，影響伺服系統(tǒng)中位置環(huán)的穩(wěn)定性。對彈性系統(tǒng)的影響，降低定位精度，降低機械性能。當外界的激蕩頻率接近或等于系統(tǒng)的固有頻率時，系統(tǒng)將產(chǎn)生諧振而不能正常工作，具有一階、n階諧振頻率。————————————————————————————— 機械傳動裝置傳動裝置不僅是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變速器，而且是死腹系統(tǒng)的重要組成部分轉(zhuǎn)動慣量小，磨擦小，阻尼合理，剛性大，抗振性好，間隙小齒輪傳動齒輪傳動總傳動比的選擇：通常采用負載角加速度最大原則選擇總傳動比，以提高伺服系統(tǒng)的響應速度。齒輪傳動鏈的級數(shù)和各級傳動比的分配：（1）最小等效轉(zhuǎn)動量原則；（2）質(zhì)量最小原則；（3）輸出軸的轉(zhuǎn)交誤差最小原則；滾珠花鍵特點：外援均布三條突起軌道，配有六條符合滾珠列，承載時三條負荷滾珠列自動定位，反轉(zhuǎn)時，另三條負載列自動定位。外筒與花鍵軸之間既可以作回轉(zhuǎn)運動，又可以做相對直線運動，所以即是傳動裝置，又是直線運動支撐。諧波齒輪諧波齒輪傳動既可用做減速器，也可用做增速器。柔輪、剛輪、波發(fā)生器三者任何一個均可固定，其余二個一為主動，另一個為從動。傳動比大，且外形輪廓小，零件數(shù)目少，傳動效率高。效率高達92％~96％，單級傳動比可達50~4000。承載能力較高：柔輪和剛輪之間為面接觸多齒嚙合，且滑動速度小，齒面摩損均勻。柔輪和剛輪的齒側(cè)間隙是可調(diào)：當柔輪的扭轉(zhuǎn)剛度較高時，可實現(xiàn)無側(cè)隙的高精度嚙合。諧波齒輪傳動可用來由密封空間向外部或由外部向密封空間傳遞運動。傳感器檢測及其接口電路————————————————————傳感器定義：傳感器是借助于被測元件接受一種形式的信息，并按一定規(guī)律將它轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置；控制對象：伺服驅(qū)動單元和執(zhí)行機構(gòu)；應用：檢測位移、速度、加速度、運動軌跡、及其操作和加工過程參數(shù)等機械運動參數(shù)；分類：分類法形式說明構(gòu)成原理結(jié)構(gòu)型物理型以其轉(zhuǎn)換元件結(jié)構(gòu)參數(shù)變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換以其轉(zhuǎn)換元件物理特性變化實現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換基本效應物理型、化學型、生物型分別以轉(zhuǎn)換中的物理效應、化學效應等命名能量關(guān)系能量轉(zhuǎn)換型能量控制型傳感器輸出量能量有外援供給，但受被測輸入量控制作用原理應變式、電容式、壓電式等以傳感器對信號轉(zhuǎn)換的作用原理命名————————————————————————————— 傳感器性能與選用原則傳感器性能選用原則靜態(tài)特性動態(tài)特性線性度：實際特性曲線與擬合直線之間的偏差；靈敏度：特性曲線斜率；遲滯性：輸入輸出特性曲線不重合程度；重復性：全程多次測量特性曲線不一致性；動態(tài)特性：傳感器對輸入信號響應的特性；動態(tài)誤差：輸入輸出信號的時間函數(shù)之間的差異；快速、準確、可靠、經(jīng)濟（1）足夠的容量；（2）轉(zhuǎn)換靈敏度高；（3）精度適當，穩(wěn)定性高；（4）反應速度快，可靠性好；（5）適用性和適性強；（6）使用經(jīng)濟；————————————————————————————— 位移測量傳感器位移測量傳感器是線性位移和角位移測量的總稱。電容傳感器線性位移傳感器：電感傳感器、電容傳感器、感應同步器、光柵傳感器；角位移傳感器：電容傳感器、光電編碼盤；電感式傳感器光柵將被測非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器；結(jié)構(gòu)簡單、高分辨率、非接觸測量，可在高溫、輻射、強烈振動等惡劣條件下工作；將被測位移量變化成線圈自感或互感變化的裝置；結(jié)構(gòu)簡單、輸出功率大、輸出阻抗小、抗干擾能力強，但動態(tài)響應慢，不宜作快速動態(tài)測量；光柵是一種新型的位移檢測元件，它的特點是測量精確度高（可達±1um）、響應速度快和量程范圍大等；————————————————————————————— 速度、加速度、位置傳感器速度加速度傳感器位置傳感器直流測速機光電式轉(zhuǎn)速傳感器接近式位置傳感器接觸式位置傳感器實質(zhì)：微型直流發(fā)電機；特點：輸出些率大、線性好、構(gòu)造維護復雜，摩擦轉(zhuǎn)矩較大；組成：帶縫隙圓盤、光源、光電器件、指示縫隙盤；n=60N/Zt；分類：由微動開關(guān)制成的位置傳感器、二維矩陣式配置的位置傳感器；分類：電磁式傳感器、電容式傳感器、光電式傳感器；控制電動機————————————————————控制電動機是伺服控制系統(tǒng)的動力部件，它是將電能轉(zhuǎn)換為機械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，由于其可在很寬的速度和負載范圍內(nèi)進行連續(xù)、精確的控制，因而在各種機電一體化系統(tǒng)中得到了廣泛的應用?？刂齐妱訖C有回轉(zhuǎn)和直線驅(qū)動兩種，通過電壓、電流、頻率（包括指令脈沖）等控制，實現(xiàn)定速、變速驅(qū)動或反復啟動、停止的增量驅(qū)動以及復雜的驅(qū)動?！?步進電動機及其控制步進電動機是將電脈沖控制信號轉(zhuǎn)換成機械角位移的執(zhí)行元件每接受一個電脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個相應的步距角，轉(zhuǎn)子角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的控制電脈沖數(shù)及其頻率成正比，并在時間上與輸入脈沖同步受數(shù)字脈沖信號控制；轉(zhuǎn)速與輸入脈沖頻率成正比；轉(zhuǎn)向可通過改變通電順序改變；具有自鎖能力；不易受干擾；不會長期積累步距角誤差；易于微機接口；（1）步距角；（2）靜態(tài)特性；（3）動態(tài)特性；（1）轉(zhuǎn)矩和慣量匹配條件；（2）步距角的選擇和精度；

步進電動機運行特性及性能指標步進電動機選用————————————————————————————— 交直流伺服電動機及其控制直流伺服電動機交流伺服電動機（1）穩(wěn)定性好；（2）可控性好；（3）響應迅速；（4）控制功率低，損耗??；（5）轉(zhuǎn)矩大；同步型：（1）無接觸換向部件；（2）需要磁極位置檢測器；（3）具有直流伺服動機全部優(yōu)點；感應型：（1）對定子電流的激勵分量和轉(zhuǎn)矩份量分別控制；（2）具有直流伺服動機全部優(yōu)點；驅(qū)動方式：直流伺服電動機用直流供電，為調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速和方向需要對其直流電壓的大小和方向進行控制；直流伺服系統(tǒng)組成：包括PWM功率放大器，速度負反饋，位置負反饋；控制方法：（1）SM型，采用永久磁鐵場的同步電動機不需要磁化電流控制，只要檢測磁鐵轉(zhuǎn)子的位置即可；（2）IM型，矢量控制、變頻調(diào)速控制；工業(yè)控制計算機及其接口技術(shù)————————————————————分類可編程序控制器總線型工業(yè)控制計算機單片機特點（1）控制程序可變，具有很好的柔性；（2）可靠性強，適用于工業(yè)環(huán)境；（3）編程簡單，使用方便；（4）功能完善；（5）體積小、重量輕、易于裝入及其內(nèi)部；（1）提高設(shè)計效率，縮短設(shè)計和制造周期；（2）提高了系統(tǒng)的可靠性；（3）便于調(diào)試和維修；（4）能適應技術(shù)發(fā)展的需要；（1）受集成度限制，片內(nèi)存儲器容量較?。唬?）可靠性高；（3）易擴展；（4）控制功能強；（5）一般的單片機內(nèi)無監(jiān)控程序或系統(tǒng)通用管理軟件，軟件開發(fā)工作量大；————————————————————————————— 可編程控制器硬件組成編程器CPU存儲器輸入接口輸出接口輸入狀態(tài)寄存器輸出狀態(tài)寄存器IN1IN2IN3OUT1COMCOMOUT2OUT3輸入信號電源—————————————————————————————可編程控制器工作流程圖開始自診斷與編程器通信讀現(xiàn)場信號執(zhí)行用戶程序程序掃描結(jié)束PLC基本工作過程：（1）讀取現(xiàn)場信息；（2）執(zhí)行用戶程序；（3）輸出控制信號；上述過程完成后，重新開始循環(huán)執(zhí)行，PLC的掃描周期通常為10-40ms。PLC整個過程如右圖所示?！狿LC外電路設(shè)計一般原則外電路設(shè)計，主要是指輸入、輸出設(shè)備與PLC以及各運行方式、強電電路、電源電路、控制柜內(nèi)電路等。1.系統(tǒng)配套電器的選用原則（1）提高工作可靠性；（2）采用小型化低壓電器；（3）采用新型低壓電器；（4）采用卡軌式安裝和裝配形式；2.中間繼電器的配置原則（1）連接手動電路、緊急停車電路，以備系統(tǒng)異常；（2）配線距離長，或與高噪聲源設(shè)備相連，以產(chǎn)生干擾場合；（3）除PLC，另有其他控制電路使用該信號；（4）大負載頻繁通斷；3.熔斷器使用原則4.輸入/輸出連鎖觸電的接入方法5.限位開關(guān)接入方法6.設(shè)備接地方法—————————————————————————————

Denso六軸機械手有關(guān)六軸機械手需注意有關(guān)其坐標,設(shè)定坐標可分兩種:1. 軸角度值每一位置,可根據(jù)不同的軸角度表示使用此方式的坐標值,優(yōu)點是可容易知道是否接近或超出工作范圍,但缺點是不容易把坐標值轉(zhuǎn)為實際的X,Y,Z坐標—————————————————————————————

Denso六軸機械手2. 絕對坐標值以機械手底座中心為0點(X=0,Y=0,Z=0),另再加X軸,Y軸及Z軸的旋轉(zhuǎn).每位置可由不同的軸角度組合而成,但同樣的位置可由不同的角度組合而成,如下圖:第一軸,第二軸及第三軸不同組合,但對X,Y,Z及Rx,Ry,Rz的坐標是相同在教導點時,為方便教導,運動時會根據(jù)不同的對應點運動,分別是JointMode,X-Ymode及ToolmodeJointMode:是根據(jù)六軸的獨立轉(zhuǎn)動運動模式中選擇Joint按M-MOD,選擇運動模式—————————————————————————————