什么是“机电一体化”？以打夯机为例，内含机械与电器，问这是不是机电1.一体化产品？的一种，英语称为与自动化机电一体化又称机械电子工程，是机械工程答：ElectronicsMechanics的前半部分与电子学Mechatronics，它是由英文机械学的后半部分组合而成。它属于打夯机不属于机电一体化产品。因为打夯机只是普通的机械加电器，不能满足大面积硬连接或者称为机械连接只能应用在就地或者小范围场合使用，机械连接还有软连接。它不光有硬连接、和远程控制。而机电一体化就不一样了，计算机和自动控制等多种技术为一仪表、机电一体化属于同时运用机械、电子、还可以大面积使用操作，小范围应用，体的一种复合技术。它不光可以就地操作，远程监测、控制。机电一体化的技术构成是什么？2.答：机械技术、微电子技术、信息技术3.产品实现机电一体化后，可以取得那些成效？
答：产品实现机电一体化后可以取得的成效：产品性能提高、功能增强、结构简化、可靠性提高、节约能源、改善操作、提高灵活性等。
4.数字量传感具有哪三种类型？他们有什么区别？
数字传感器按结构可分成三种类型：
1.直接式数字量传感器——其分辨率决定于数字量传感器的位数。
被测物理量→数字编码器→信息提取装置→数字量输出
2.周期计数式数字传感器
它的结构示意图如下图1所示。此种结构的位移分辨率对低精度的周期计数式数字传感器而言，仅由周期信号发生器的性质决定。例如，光栅当长1mm有100
条刻线时，其分辨率即为0.01mm;对高精度的周期计数式数字传感器而言，还要考虑到电子细分数。如在100倍电子细分数下，此光栅的分辨率就是0.1μm。此种结构属于增量式结构，结构的特点(位移方向的要求)决定它不但备有辨向电
3.频率式数字传感器可将此种数字传感器分成带有晶所示。2按振荡器的形式，其结构示意图如下图又分作用在石前者，体谐振器的和不带晶体谐振器的两种。按被测量的作甩点，英谐振器上的石英晶体谐振式数字传感器和作用在谐振器中储能元件上的带有．
和晶体谐振器的调频式数字传感器。按采用敏感元件的形式，又可分为简单的)差动的两种。
f?
f频率式数字量传感器的结构方框图图2
它们都具有抗干扰能力强以从上述三种类型数字传感器的结构图可以看出，
环境温度波动和非线性等因如考虑到对电源电压的波动，及数字量输出的特点。诸如补如果采用单片微型计算机去进行信息处理，素的补偿，则精度还可提高。还可使分辨频倍(细分)和数字转换等硬件线路可软件化，不仅使线路简化，偿、率，测量精度和工作可靠性进一步调高。数字检测方法有哪三种？三者有什么区别？2.
三种分别为： M法数字检测①
T法数字检测②
法数字检测M/T③
法数字检测测量装置的分辨率在不同的区段是不同的。在低段M区别：（1）。的分辨率低（精度低），而在高段的分辨率高（精度高）法数值检测测量装置的分辨率在不同的区段是不同的，在低段T（2）的分辨率高（精度高），而在高段的分辨率低（精度低）。法数字检测测量装置的分辨率是一个常数，与转速的高低无3）M/T（关。简述反射传感器的传感原理，为什么带偏振片的反射传感器在被测物体为反3.
射体时不会产生误振动？光源发出的光经过待测物体的传感原理：自带一个光源和一个光接收装置，可以用来检测反射被光敏元件接收，再经过相关电路的处理得到所需要的信息。地面明暗和颜色的变化，也可以探测有无接近的物体。并加偏振反射式光电传感器是把发射器和接收器装入同一个装置内，原因：装偏振滤光系统，在其前方装一块棱镜反光板，以保证当光线遇偏振滤光片时，防止高反射率物体将光线仅使偏振滤光片格栅平行方向上振动的光线能够通过，从而使高反射率物体进入检测反射回光电传感器的接收器造成传感器的误动作，区域时能够被可靠检测带偏振片的反射传感器：无论是否反射体在遮住光通路后就一定能被检出。与常规反射传感器的区别： (1)在发射器与接收器的光通道上分别安装互成直角的偏振片；°。90采用三角反射镜，经它反射的偏振光其振荡面旋转
(2)．
带偏振片的反射传感器工作原理及电气结构图7
中四种相位调制型光纤传感器干涉系统的工作原理？4.简述图2-8-2的平行平面所示，G1 G2是两块有半反射面A1 A2马赫泽德干涉仪如下图8是两块反射镜四个反射面通常平行放置，并且各自中心位于一个玻璃板，M1 M2S置于透镜L1的焦点上，2m平行四边形的四个角上，典型尺寸是1～。光源S反射、A2反射和M2发出的光束经L1准直后在A1上分为两束，他们分别由M1、焦平面位置的照相机拍两束光的干涉图样可用于置于L2A2透射，进入透镜L2。未了解仪器所产如果采用短时间曝光技术，即可得到条纹的瞬间照相。摄下来，的A1是一个单色点光源，因而入射到半反射面生的干涉条纹性质，假设光源S反M2反射的平面波的波前为W1.，而经A1和是单色平面波。设透过A1并经M1中的虚像。，它是W1在半反射A2；引入虚波前射的平面波的相应波前为W2W1上将形成W2是互相倾斜的，形成一个空气楔，因此，在W2W1一般情况下，和如果W1所形成的空气楔的楔楞平行。W2平行等距的直线条纹，条纹的走向与和将发生形变，因而干涉图样的变化就可以测量出所通过被研究的气流，W2使W2 研究区域的折射率或密度的变化。
8 马赫泽德干涉仪图迈克耳逊干涉仪的原理是一束入射光分为两束后各自
被对应的平面镜反射回来，这两束光从而能够发生干涉。干涉中两束光的不同光程可以通过调节干涉臂长度以及改变介质的折射率来实现，从而能够形成不同的干涉图样。干涉条纹必求出相干光的光程要分析某种干涉产生的图样，因此，是等光程差点的轨迹，
差位置分布的函数。若干涉条纹发生移动，一定是场点对应的光程差发生了变化，引起光程差变化的原因，可能是光线长度L发生变化，或是光路中某段介质的折射率n发生了变化，或是薄膜的厚度e发生了变化。
G2是一面镀上半透半反膜，G1为补偿板，M1、M2为平面反射镜，M1是固定的，M2和精密丝相连，使其可以向前后移动，最小读数为10-4mm，可估计到10-5mm, M1和M2后各有几个小螺丝可调节其方位。当M2和M1'严格平行时，M2会移动,表现为等倾干涉的圆环形条纹不断从中心“吐出”或向中心“吞进”。两平面镜之间的“空气间隙”距离增大时，中心就会“吐出”一个个条纹；反之则“吞进”。M2和M1'不严格平行时，则表现为等厚干涉条纹，在M2移动时，条纹不断移过视场中某一标记位置，M2平移距离 d 与条纹移动数 N 的关系满足：d=Nλ/2，λ为入射光波长。
经M2反射的光三次穿过G2分光板，而经M1反射的光通过G2分光板只一次。G1补偿板的设置是为了消除这种不对称。在使用单色光源时，可以利用空气光程来补偿，不一定要补偿板；但在复色光源时，由于玻璃和空气的色散不同，补偿板则是不可或缺的。
如果要观察白光的干涉条纹，臂基本上完全对称，也就是两相干光的光程差要非常小，这时候可以看到彩色条纹；假若M1或M2有略微的倾斜，就可以得到等厚的交线处（d=0）的干涉条纹为中心对称的彩色直条纹，中央条纹由于半波损失为暗条纹。
图9 迈克尔逊干涉仪示意图
萨格纳克干涉仪：1913年萨格纳克发明了一种可以旋转的环形干涉仪。将同一光源发出的一束光分解为两束，让它们在同一个环路内沿相反方向循行一周后会合，然后在屏幕上产生干涉，当在环路平面内有旋转角速度时，屏幕上的干涉条纹将会发生移动，这就是萨格纳克效应。
萨格纳克效应中条纹移动数与干涉仪的角速度和环路所围面积之积成正比。
萨格纳克效应已经得到广泛的应用，由萨格纳克效应研制出的光纤陀螺已成功地用于航空、航天等领域，是近20年发展较快的一种陀螺仪。
定义1：
光纤陀螺工作原.效应SAGNAC由光敏感转动的效应称为,这一在惯性空间中
所示.由光源发出的光,经藕合器传输到1Y一波导调制器.Y一波导理框图如图调制器将其输入光分成顺时针和逆时针传输的两束,进人保偏光纤环圈,以实现SAGNAC效应
定义2：
这种现象称为Sagnac效应,光纤陀螺仪实质上就是一种Sagnac干涉仪.对于光纤陀螺仪的性能测试主要涉及以下几个技术参数:标度因数K(scalefactor)陀螺仪输出量与输入角速率的比值
图10 萨格纳克干涉仪图
法布里-珀罗干涉仪：光谱分辨率极高的多光束干涉仪。由法国物理学家C.法布里和A.珀罗于1897 年发明。其结构如下左图，M和M'是两块具有很小楔角的平板玻璃，相对两面互相平行，并涂有高反射率涂层，两板间用殷钢环隔离并固定。这种间距固定不变的干涉仪常称作标准具。入射光在相对两面上反复反射和折射后产生多束相干反射光和透射光，透射光束在透镜 L′的焦面上叠加，形成等倾圆环状干涉条纹。
图11 法布里-珀罗干涉仪图
5.接近传感器共有几种类型？简述感应式接近传感器与电容式接近传感器测量原理的共同点与不同点？
三种类型，分别为感应式接近传感器，电容式接近传感器，及电磁式接近传感器。共同点：都是通过使振荡器停振来检测金属物体。．
当金属进入该不同点：感应式接近传感器的振荡器在探头端部产生磁场作用区，两极间产生电引起振荡器停振，而电容式接近传感器是测量加电后，作用区时，场，当与大地连接的金属物体靠近电容器时引起振荡器停振。常用的图像传感器有几种？，传真中用的是什么图像传感器？，机器人用什9.
么图像传感器，简述其工作原理。
有CCD图像传感器和红外线图像传感器。CCD图像传感器又可分为线型（Linear）与面型（Area）两种，其中线型应用于影像扫瞄器及传真机上，面型CCD图像传感器适用于工业监视及工业机器人。
工作原理：CCD图像传感器是通过将光学信号转换为数字电信号来实现图像的获取、存储、传输、处理和复现。光学信号转化为数字信号主要由CCD感光片完成。CCD感光片由三部分组成，即镜片，彩色滤镜和感应电路，如下图。镜片和彩色滤镜主要是对接受的光线（即图像）进行一定的预处理，感应电路为CCD传感器的核心，它又可分为光敏元件阵列和电荷转移器件两部分。
CCD移位寄存器→电子图像：成像在CCD上的景物→感光部电信号→过
程→放大器→输出
图12 CCD图像传感器工作原理图
线阵CCD图像传感器：中间是一列感光单元（光电二极管阵），两侧分别设置了CCD移位寄存器。感光单元按位置的奇偶性，分别把其所存储的电荷向两侧移位寄存器传送，最后在输出部汇合输出。在其感光部和两侧CCD移位寄存器之间设有转移栅。移位寄存器停顿时，转移栅开放，光电二极管所积累的电荷可以送到两侧的CCD移位寄存器中。接着转移栅关闭，感光部的光电二极管开始进行下一次读出的电荷积累。线阵CCD图像传感器广泛应用于传真等场合。
面阵CCD图像传感器：400×500像素和800×500像素的面阵CCD图像传感器适用于工业监视及工业机器人。
在帧传送方式垂直消影期中，感光部所积累的信号电荷快速转送到存储部，然后由输出寄存器顺次读出。在行间传送方式中积累的电荷一次转送到邻接的垂直移位寄存器，以后从输出移位寄存器中读出信
号。．
图像传感器结构 13位线阵CCD图
行间传送面阵图图像传感器的结构帧传送面阵图14 CCD 15 CCD图像传感器的结构
填空题 1. 机电一体化技术的内涵是微电子技术和机械技术渗透过程中形成的一个新概念。 2. 机电一体化系统（产品）是机械技术和微电子技术的有机结合。 3. 工业三大要素是物质、能量、信息；机电一体化工程研究所追求的三大目标是：省能源、省资源、智能化。 4. 机电一体化研究的核心技术是接口问题。 5. 机电一体化系统（产品）构成的五大部分（或子系统）是：机械系统、电子信息处理系统、能源系统、传感信息系统、执行控制系统。 6. 机电一体化接口按输入/输出功能分类机械接口、物理接口、信息接口、环境接口。 7. 机电一体化系统（产品）按设计类型分为：开放性设计、适应性设计、变异性设计。 8. 机电一体化系统（产品）按机电融合程度分为机电一体化系统（产品）按机电融合程度分为：机电互补法、机电结合（融合）法、机电组合法。 9. 机电一体化技术是在机械的主功能、动力功能、信息功能、控制功能基础上引入微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机地结合所构成系统的总称。 10.机电一体化系统实现三大功能应具有的两大重要特征（转换作用方式）： 以能源转换为主和以信息转换为主。 11. 丝杠螺母机构的基本传动形式有：螺母固定丝杆转动并移动、丝杆转动螺母移动、螺母转动丝杆移动、丝杆固定螺母转动并移动四种形式种形式。 12. 滚珠丝杠副按螺纹滚道截面形状分为单圆弧和双圆弧两类；按滚珠的循环方式分为外循环和内循环两类。 13. 滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧的基本方法有：双螺母螺纹预紧调整、双螺母齿差预紧调整、双螺母垫片调整预紧、弹簧自动调整预紧四种方式。14. 滚珠丝杠副常选择的支承方式有：单推——单推式、双推——双推式、双推——简支式、双推——自由式。 15. 机电一体化系统（产品）常用齿轮传动形式有定轴轮系、行星轮系和谐波轮系三种形式三种形式。 16. 在机电一体化系统机械传动中，常用的传动比分配原则有：重量最轻原则、转动惯量最小原则、传动精度最优原则等。 17. 常用导轨副的截面形式有：三角形导轨、矩形导轨、燕尾形导轨、圆形导轨四种形式。 18. 导轨刚度主要指：结构刚度、接触刚度和局部刚度。 19. 机电一体化系统（产品）中，常可选择的执行元件：电磁式、液压式、气压式和其他形式的执行元件。 20. 电动机的工作特性分为恒转矩工作和恒功率工作两个阶段，其转折点的转速和功率分别称为：额定转速和额定功率；伺服电动机用于调速控制时，应该工作在恒转矩工作阶段。 21. 步进电机按转子结构形式可分为：反应式（变磁阻式）步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机三种。 22. 步进电机的工作方式有：单拍工作方式和倍拍工作方式。
习题一答案 1-1、什么是机电一体化？ 机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、信息处理技术、自动控制技术、检测技术、电力电子技术、接口技术及系统总体技术等群体技术，在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。 1-2、什么是机电一体化的变参数设计？ 在设计方案和结构原理不变的情况下，仅改变部分结构尺寸和性能参数，使之适用范围发生变化的设计方式。例如，同一种产品不同规格型号的相同设计。 1-3、机电一体化技术与传统机电技术的区别。 传统机电技术的操作控制主要以电磁学原理的各种电器来实现，如继电器、接触器等，在设计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系。机械本体和电气驱动界限分明，整个装置是刚性的，不涉及软件和计算机控制。机电一体化技术以计算机为控制中心，在设计过程中强调机械部件和电器部件间的相互作用和影响，整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。 1-4、试分析机电一体化技术的组成及相关关系。 机电一体化系统是多学科技术的综合应用，是技术密集型的系统工程。其技术组成包括：机械技术、检测技术、伺服传动技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术和系统总体技术等。现代的机电一体化产品甚至还包含了光、声、化学、生物等技术等应用。 1-5、一个典型的机电一体化系统，应包含哪些几个基本要素？ 机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。我们将这些部分归纳为：结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素；这些组成要素内部及其之间，形成通过接口耦合来实现运动传递、信息控制、能量转换等有机融合的一个完整系统。 1-6、试简述机电一体化系统的设计方法。 机电一体化系统的设计过程中，一直要坚持贯彻机电一体化技术的系统思维方法，要从系统整体的角度出发分析研究各个组成要素间的有机联系，从而确定系统各环节的设计方法，并用自动控制理论的相关手段，进行系统的静态特性和动态特性分析，实现机电一体化系统的优化设计。1-7、机电一体化系统（产品）开发的类型。
------单选 滚珠丝杠螺母副结构类型有外循环插管式和_________等类型. 收藏 A. 内循环反向器式 B. 外循环反向器式 C. 内、外双循环 D. 内循环插管式 回答错误!正确答案： B PWM指的是________. 收藏 A. 计算机集成系统 B. 可编程控制器 C. 机器人 D. 脉宽调制 回答错误!正确答案： D 检测环节能够对输出进行测量,并转换成比较环节所需要的量纲,一般包括传感器和_______. 收藏 A. 转换电路 B. 调制电路 C. 控制电路 D. 逆变电路 回答错误!正确答案： A 下列关于机电一体化的说法中正确的是________. 收藏 A. 机电一体化设计主要是指产品的设计,不需要系统论方面的知识 B. 机电一体化技术是由传统机械技术及电子技术两方面技术构成 C. 机电一体化是指机电一体化技术,而不包含机电一体化产品 D. 机电一体化技术是以机械为主体 回答错误!正确答案： D 伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和_________等个五部分.
收藏 A. 换向结构 B. 检测环节 C. 存储电路 D. 转换电路 回答错误!正确答案： B 电压跟随器的输出电压________输入电压. 收藏 A. 大于等于 B. 大于 C. 小于 D. 等于 回答错误!正确答案： D 滚珠丝杠螺母副结构类型有两类:外循环插管式和________. 收藏 A. 内循环反向 B. 内循环插管式 C. 外循环反向器式 D. 内、外双循环 回答错误!正确答案： A 受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称________. 收藏 A. 伺服系统 B. 工业机器人 C. 顺序控制系统 D. 数控机床 回答错误!正确答案： A 下列关于机电一体化系统的伺服系统稳定性说法中错误的是________. 收藏 A.
实验目的 1.通过了解物流生产线的结构及工作原理建立典型机电系统基本组成概念；了解机电 系统五要素。 2.了解物流生产线的工作过程，体会各组成部分的作用以及相互间是如何通讯协调工 作的。 实验机电一体化系统组成实验 实验设备： 1-立体仓库系统单元 4-多通道环行线系统单元2 -机械手搬运系统单元 5-视觉检测系统单元 3—多工位加工系统 其中巷式起重机基本结构； 由丝杠驱动步进电机（5-1-1 ）、光杠（5-1-2 ）、气动储取货物机构机（5-1-4 ）、X轴光杠（5-1-5 ）、Z轴气缸（5-1-6 ）、滚珠丝杠（机（5-1）主要是实现货物在仓库内的自动存取（5-1-3）、X轴步进电5-1-7）组成。巷式起重
机械手搬运系统单元 四轴联动机械手机构结构：由伺服电机驱动可旋转角度=270°的气控机械手（具有光电传感器）（1-1-1 ）、②由步进电机驱动丝杠组件构成沿X、Y轴移动装置（含X、y轴 限位开关）（1-1-2）、可回旋=270。的转盘机构（1-1-3）（其电气部分由直流无刷电动机、光电编码器、接近开关等）。型材基体（1-1-4）组成。四轴联动机械手机构主要实现空间货物的存取 (1-1) (5-1-1) (5-1-2) (5-1-6) (5-1-3) (5-1-7) (5-1-4) (5-1-5) ? Dm.! 费 ： 耳 fl b； ■Ilin II ■MHOl ■iiiii'P i -J
多工位工作台 多工位工作台由X 轴步进电机（ 2-3-1）、滚珠丝杠（2-3-2 ）、自动夹紧工作台（2-2- 3）、 直线导轨（2-3-4 ）、Y 轴步进电机（2-3-5 ）、Y 轴丝杠（2-3-6 ）、型材基体（2-3-7）组成， 多工位工作台主要是通过X 、Y 轴步进电机使自动夹紧工作台中的货箱到达预定的钻、 铳工 多工位加工系统单元 4000E2多工位加工系统单元结构图 如图4-3所示。 (2-1) (2-1)—铳床 (2-2) SUE" (2-3) (2-2)—钻床 （2-3）—多工位工作台 ijn ---- d r ----- ctr
机电一体化系统设计期末复习题
机电一体化系统设计期末复习题 一、选择题（每题2分，共50分） 1.那些不是结构型传感器 A.弹簧管 B.双金属片 C.水银温度计 D. 电感电容 2.那些不是物理型传感器的特点 A.无中间转换机构 B.固体传感 C.集成 D.体积大 3.哪一项不是传感器指标 A.类型 B. 容量 C.体积 B.线性度 4.下列哪项对热电偶的说法不正确 A.不能测量绝对温度 B.利用的是温差效应 C.铂电阻属于热电偶 D.需要冷端补偿 5.传感器的环境参数不包括什么 A.环境温度 B.湿度 C.冲击 D.噪音 6.传感器的基本性能参数不包括什么 A.量程 B. 灵敏度 C.动态特性 D.尺寸 7.半闭环伺服结构的特点不包括： A.系统简单 B.稳定性好 C.调试困难 D.成本较低 8.际转速1350r/min、电源频率50Hz的交流感应电动机，其转差率是多少？ A.0.05 B.0.1 C.0.15 D.0.2 9.某步进电动机三相单三拍运行时步距角为3°，三相六拍运行时步距角是多少？
A. 3° B. 6° C. 2° D.1.5° 10.采用PWM驱动系统的优点不包括 A.频率高、频带窄 B.电流脉动小 C.电源的功率因数高 D.动态硬度好 11.设丝杠导程5mm，2/4相步进电机的步距角为1.8度，半步驱动时的脉冲当量为多少？ A. 0.00625mm B.0.0125mm C.0.025mm D.0.05mm 12.下列哪一项不是机电一体化系统的主要构成装置 A.电子装置 B.控制装置 C.驱动装置 D.机械装置 13.下列把一项是出现低速爬行现象不稳定的主要原因 A.电压不稳定 B.非线性摩擦力 C.负载扭矩不稳定 D.润滑不良 14.滚动导轨预加负载的目的是什么 A.防止超速 B.消除间隙 C.降低噪音 D.提高刚度 15.哪项不是滚珠丝杠副的主要尺寸参数 A.公称直径 B.长度 C.导程 D.行程 16.哪项不是机械传动要满足伺服控制的主要要求 A.传动精度 B.寿命长 C. 稳定性 D.快速响应性 17.下列哪一项属于变异性设计 A.没有参照样板的设计 B.根据故障查找故障原因 C.部更改，适应性变动 D.适应于量的方面变更要求，方案功能结构不变 18.哪项不是机电一体化产品概念设计的核心内容
机电一体化复习题(附答案)
机电一体化复习题 一、名词解释 1机电一体化 2伺服控制 3闭环控制系统 4逆变器 5 SPWM 6单片机 7 I/O接口 8 I/O通道 9 串行通信 10直接存储器存取（DMA） 二、判断题： 1 在计算机接口技术中I/O通道就是I/O接口。 （×） 2 滚珠丝杆不能自锁。（√） 3 无论采用何种控制方案，系统的控制精度总是高于检测装置的精度。（×） 4 异步通信是以字符为传输信息单位。（√） 5 同步通信常用于并行通信。（×） 6 无条件I/O方式常用于中断控制中。（×）7从影响螺旋传动的因素看，判断下述观点的正确或错误 （1）影响传动精度的主要是螺距误差、中径误差、牙型半角误差（√） （2）螺杆轴向窜动误差是影响传动精度的因素（√）
（3）螺杆轴线方向与移动件的运动方向不平行而形成的误差是影响传动精度的因素（√）（4）温度误差是影响传动精度的因素（√） 三、单项选择题 1. 步进电动机，又称电脉冲马达，是通过（ B ）决定转角位移的一种伺服电动机。 A 脉冲的宽度 B 脉冲的数量 C 脉冲的相位 D 脉冲的占空比 2. 对于交流感应电动机，其转差率s的范围为（B）。 A.1 . 8 机电一体化系统典型实例 8.1 机器人 8.1.1 概述 机器人是能够自动识别对象或其动作，根据识别，自动决定应采取动作的自动化装置。 它能模拟人的手、臂的部分动作，实现抓取、搬运工件或操纵工具等。它综合了精密机械技 术、微电子技术、检测传感技术和自动控制技术等领域的最新成果，是具有发展前途的机电 一体化典型产品。机器人技术的应用会越来越广，将对人类的生产和生活产生巨大的影响。 可以说，任何一个国家如不拥有一定数量和质量的机器人，就不具备进行国际竞争所必需的 工业基础。 机器人的发展大致经过了三个阶段。 第一代机器人为示教再现型机器人，为了让机器人 完成某项作业，首先由操作者将完成该作业所需的各种知识（如运动轨迹、作业条件、作业 顺序、作业时间等）通过直接或间接的手段，对机器人进行示教，机器人将这些知识记忆下 来，然后根据再现指令，在一定的精度围，忠实地重复再现各种被示教的动作。第二代机器 人通常是指具有某种智能（如触觉、力觉、视觉等）的机器人，即由传感器得到的触觉、听 觉、视觉等信息经计算机处理后，控制机器人完成相应的操作。第三代机器人通常是指具有 高级智能的机器人，其特点是具有自学习和逻辑判断能力，可以通过各类传感器获取信息， 经过思考做出决策，以完成更复杂的操作。 一般认为机器人具备以下要素：思维系统（相当于脑），工作系统（相当于手），移动系 统（相当于脚），非接触传感器（相当于耳、鼻、目）和接触传感器（相当于皮肤）（图8-1）。 如果对机器人的能力评价标准与对生物能力的评价标准一样，即从智能、机能和物理能三个 方面进行评价，机器人能力与生物能力具有一定的相似性。图8-2是以智能度、机能度和物 理能度三座标表示的“生物空间”，这里，机能度是指变通性或通用性以及空间占有性等；物 理能度包括力、速度、连续运行能力、均一性、可靠性等；智能度则指感觉、知觉、记忆、 运算逻辑、学习、鉴定、综合判断等。把这些概括起来可以说，机器人是具有生物空间三座 标的三元机械。某些工程机械有移动性，占有空间不固定性，因而是二元机械。计算机等信 息处理机，除物理能之外，还有若干智能，因而也属于二元机械。而一般机械都只有物理能， 所以都是一元机械。 8.1.2 机器人的组成及基本机能 信息处理机 图8-2生物空间 图8-1机器人三要素 一、简答题 1. 机电一体化技术（或产品）的定义。 定义：在机械的主功能，动力功能，信息功能，控制功能基础上引入微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机的结合所构成的系统的总称。 2. 机电一体化系统或产品设计的目的是什么？ 主要目的：增加机械系统或产品的附加值和自动化程度 3. 机电一体化系统（产品）的主要构成单元或组成部分有哪些？ 机械系统，电子信息处理系统，动力系统，传感系统，执行控制系统 4、简述机电一体化系统或产品的机电结合（融合）设计方法。 机电结合设计方法是将个组成要素有机的结合为一体而构成专用或通用的功能部件，其要素之间机电参数的有机匹配比较充分 5、简述机电一体化系统（产品）的机电组合设计方法，特点是什么？。 机电一体化系统的机电组合设计方法是将用结合法制成的功能部件，功能模块，像积木那样组合成各种机电一体化系统，特点是可以缩短设计与研制周期，节约工装设备费用，且有利于生产管理，使用和维修。 6. 机械传动系统在机电一体化系统（产品）中的基本功能和作用是什么？ 机械传动系统在机电一体化系统中的基本功能是传递力/转矩和速度/转速。实质上是一种转矩，转速变换器。作用是使执行原件与负载之间在转矩和转速方面达到合理的匹配。 7. 简答机电一体化机械传动的主要功能，目的，基本要求。 功能：传递力/转矩和速度/转速 目的：使执行元件与负载之间在转矩和转速方面达到合理的匹配。 基本要求：转动间隙小，精度高，体积小，重量轻，运动平稳，传动转矩大。 8. 机电一体化系统（产品）的机械部分与一般机械系统相比，应具备哪些特殊要求？ 1.较高的定位精度。 2.良好的动态响应特性－响应快，稳定性好，收敛时间合理。3。无间隙，低摩擦，低惯量，高刚度。4。高的消振频率，合理的阻尼比。 9. 简述滚珠丝杠传动装置的组成，结构和应用特点。 滚珠丝杠传动装置的组成由带螺旋槽的丝杆，螺母，滚动元件，回珠装置组成。 一、名词解释(每小题2分,共10分) 1、测量 2、灵敏度 3、压电效应 4、动态误差 5、传感器 二、填空题(每小题2分,共20分) 1、滚珠丝杆中滚珠的循环方式: _内旋换与外循环 2、机电一体化系统,设计指标与评价标准应包括___ _______, __________, __________ , __________。 3、顺序控制系统就是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统, 顺序控制器通常用________。 4、某光栅的条纹密度就是50条/mm,光栅条纹间的夹角θ=0、001孤度, 则莫尔条纹的宽度就是_______________________。 5、连续路径控制类中为了控制工具沿任意直线或曲线运动,必须同时控制 每一个轴的______________________,使它们同步协调到达目标点。 6、某4极交流感应电机,电源频率为50Hz,转速为1470r/min,则转差率为_____________。 7、齿轮传动的总等效惯量与传动级数__________________________________________。 8、累计式定时器工作时有_____________________________________________________。 9、复合控制器必定具有__________________________________。 10、钻孔、点焊通常选用_______________________________________类型。 三、选择题(每小题2分,共10分) 1、一般说来,如果增大幅值穿越频率ωc的数值,则动态性能指标中的调整时间ts ( ) A、产大 B、减小 C、不变 D、不定 2、加速度传感器的基本力学模型就是( ) A、阻尼—质量系统 B、弹簧—质量系统 C、弹簧—阻尼系统 D、弹簧系统 3、齿轮传动的总等效惯量与传动级数( ) A、有关 B、无关 C、在一定级数内有关 D、在一定级数内无关 4、顺序控制系统就是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统,顺序控制器通常用( ) A、单片机 B、2051 C、PLC D、DSP 5、伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节与检测环节等个五部分。 A 换向结构 B 转换电路 C 存储电路D检测环节 四、判断题(每小题2分,共10分) 1、伺服控制系统的比较环节就是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较,以获得输出与输入间的偏差信号。( ) 2、电气式执行元件能将电能转化成机械力,并用机械力驱动执行机构运动。如交流电机、直流电机、力矩电机、步进电 机等。( ) 3、对直流伺服电动机来说,其机械特性越硬越好。( ) 4、步进电机的步距角决定了系统的最小位移,步距角越小,位移的控制精度越低。( ) 5、伺服电机的驱动电路就就是将控制信号转换为功率信号,为电机提供电能的控制装置,也称其为变流器,它包括电压、 电流、频率、波形与相数的变换。( ) 五、问答题(每小题10分,共30分) 1、步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型? 2、什么就是步进电机的使用特性? 3、机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面? 一、名词解释(每小题2分,共10分) 1、就是人们借助于专门的设备,通过一定的方法对被测对象收集信息,取得数据概念的过程。 2、指在稳态下,输出的变化量ΔY与输入的变化量ΔX的比值。即为传感器灵敏度。 S=dy/dx=ΔY/ΔX 3、某些电介质,当沿着一定的方向对它施加力而使它产生变形时,内部就会产生极化现象,同时在它的两个表面上将产生 符号相反的电荷。当外力去掉后,它又重新恢复到不带电的状态,这种现象被称为压电效应。 4、动态误差在被测量随时间变化过程中进行测量时所产生的附加误差称为动态误差。 机电一体化系统 多选题 CNC控制体统综合应用了（）技术。正确答案：ABCD CNC控制系统的基本组成包括（）。正确答案：ABCDE FR-A500变频器常用的外置选件可能有（）。正确答案：ABCDE PLC常用的编程元件有（）。正确答案：ABCDE PLC可以分为（）结构形式。正确答案：ABCDE PLC指令分为（）。正确答案：ABCD 步进电机可以为（）。正确答案：ABCDE 采用PWM技术的逆变器具具有（）特点。正确答案：ABCD 齿轮传动的优点有（）。正确答案：ABCDE 当PLC用于开关量逻辑程序控制时，其执行过程可分为（）。正确答案：ABCDE 电力电子器件有（）特点。正确答案：ABCDE 电气控制系统设计的步骤包括（）。正确答案：ABCDE 多选题 工业上所使用的机电一体化控制系统一般由（）组成。正确答案：ABCD 光电编码器的信号输出形式有（）。正确答案：ABCDE 光电编码器的信号输出形式有（）。正确答案：ABCDE 光栅内部由（）组成，正确答案：ABCDE 滚珠丝杠副的有点有（）。正确答案：ABCDE 恒量PLC性能的主要技术指标有（）。正确答案：ABCD 机电一体化包括（）。正确答案：ABCDE 机电一体化的优点有（）。正确答案：ABCD 基本单元加扩展型PLC是机电一体化产品常用的PLC，它由（）组成。正确答案：ABCDE 交流电机具有（）优点。正确答案：ABCDE 交流伺服驱动器常用的DO信号有（）。正确答案：ABCDE 交流伺服驱动系统硬件组成包括（）。正确答案：ABCDE 开环CNC属于经济性产品，一般无内置PLC，I/O信号直接连接到CNC的接口上，通常需要（）基本输入信号。正确答案：ABCDE 气动控制系统有一些基本的回路组成，包括（）。正确答案：ABCDE 数控机床种类繁多，包括（）。正确答案：ABCDE 无论就爱那个一个系统分解为多少子系统，都必须具备（）基本要素，才能称之为“机电一体化系统”，否则只能是一正确答案：ABCD 下列哪些属于FX系列PLC计数器（）。正确答案：ABCDE 现代工业自动化技术的4大支柱是（）。正确答案：ABCD 直线滑动导轨的截面形状常用的有（）。正确答案：ABCD 单选题： ∑Ⅱ操作单元分为（）个区域。正确答案：B ∑Ⅱ操作单元分为（）种显示模式。正确答案：D ∑Ⅱ系列驱动器报警显示为A.02，其对应报警名称为（）。正确答案：A ∑Ⅱ系列驱动器报警显示为A.03，其对应报警名称为（）正确答案：B ∑Ⅱ系列驱动器报警显示为A.04，其对应报警名称为（）正确答案：C ∑Ⅱ系列驱动器报警显示为A.05，其对应报警名称为（）。正确答案：D ∑Ⅱ系列驱动器报警显示为A.30，其对应报警名称为（）。正确答案：A ∑Ⅱ系列驱动器报警显示为A.32，其对应报警名称为 1.什么是“机电一体化”？以打夯机为例，内含机械与电器，问这是不是机电 一体化产品？ 答：机电一体化又称机械电子工程，是机械工程与自动化的一种，英语称为Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics 的后半部分组合而成。 打夯机不属于机电一体化产品。因为打夯机只是普通的机械加电器，它属于硬连接或者称为机械连接只能应用在就地或者小范围场合使用，不能满足大面积和远程控制。而机电一体化就不一样了，它不光有硬连接、机械连接还有软连接。机电一体化属于同时运用机械、电子、仪表、计算机和自动控制等多种技术为一体的一种复合技术。它不光可以就地操作，小范围应用，还可以大面积使用操作，远程监测、控制。 2.机电一体化的技术构成是什么？ 答：机械技术、微电子技术、信息技术 3.产品实现机电一体化后，可以取得那些成效？ 答：产品实现机电一体化后可以取得的成效：产品性能提高、功能增强、结构简化、可靠性提高、节约能源、改善操作、提高灵活性等。 4.数字量传感具有哪三种类型？他们有什么区别？ 数字传感器按结构可分成三种类型： 1.直接式数字量传感器——其分辨率决定于数字量传感器的位数。 被测物理量→数字编码器→信息提取装置→数字量输出 2.周期计数式数字传感器 它的结构示意图如下图1所示。此种结构的位移分辨率对低精度的周期计数式数字传感器而言，仅由周期信号发生器的性质决定。例如，光栅当长1mm有100条刻线时，其分辨率即为0.01mm;对高精度的周期计数式数字传感器而言，还要考虑到电子细分数。如在100倍电子细分数下，此光栅的分辨率就是0.1μm。此种结构属于增量式结构，结构的特点(位移方向的要求)决定它不但备有辨向电路，而且周期计数器还具有可逆性质。 图1 周期计数式数字量传感器的结构方框图 3.频率式数字传感器 其结构示意图如下图2所示。按振荡器的形式，可将此种数字传感器分成带有晶体谐振器的和不带晶体谐振器的两种。前者，按被测量的作甩点，又分作用在石英谐振器上的石英晶体谐振式数字传感器和作用在谐振器中储能元件上的带有 1、机电一体化系统中的计算机接口电路通常使用光电耦合器，光电耦合器的作用有哪些 1. （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(电压或电流)进行准确、安全的测量。 2、什么是三相六拍通电方式 2. 如果步进电动机通电循环的各拍中交替出现单、双相通电状态，这种通电方式称为单双相轮流通电方式。如A → AB → B → BC →C → CA →… 3、简述PWM 脉宽调速原理。 3. 在一个周期T 内闭合的时间为τ，则一个外加的固定直流电压U 被按一定的频率开闭的开关S 加到电动机的电枢上，电枢上的电压波形将是一列方波信号，其高度为U 、宽度为τ，如右图所示。电枢两端的平均电压为： U U Udt U T T T d ρτ=== ?01 式中 ρ=τ/T=U d /U ，(0<ρ<1) ρ为导通率（或称占空比） 。 当T 不变时，只要改变导通时间τ，就可以改变电枢两端的平均电压Ud 。当τ从0~T 改变时，Ud 由零连续增大到U 。 5．传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的，便于应用的某种物理量 的测量装置。敏感元件、转换元件、基本电路。 2、滚珠丝杠副的轴向间隙对系统有何影响如何处理 答。如果滚珠螺旋副中有轴向间隙或在载荷作用下滚珠与滚道接触处有弹性变形，则当螺杆反向转动时，将产生空回误差。为了消除空回误差，在螺杆上装配两个螺母1和2，调整两个螺母的轴向位置，使两个螺母中的滚珠在承受载荷之前就以一定的压力分别压向螺杆螺纹滚道相反的侧面，使其产生一定的变形，从而消除了轴向间隙，也提高了轴向刚度。常用的调整预紧方法有下列三种。垫片调隙式 螺纹调隙式 齿差调隙式 答。1机电一体化--从系统的观点出发，将机械技术 、微电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程基础上有机地加以综合，以实现整个系统最佳化的一门新科学技术。 2、柔性制造系统：柔性制造系统（Flexible Manufacturing System ）是由两台或两台以上加工 中心或数控机床组成，并在加工自动化的基础上实现物料流和信息流的自动化 5、感应同步器: 感应同步器是一种应用电磁感应原理制造的高精度检测元件，有直线和圆盘式两种，分别用作检测直线位移和转角。 ２、伺服电动机是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度及动 力输出电动机 1．试分析图示传动系统中，齿轮减速器的传动误差对工作台输出精度的影响 解答： 《机电一体化系统设计》模拟题 一、填空题： 1 机电一体化系统的五大组成要素是(结构组成要素)、(动力组成要素)、(运动组成要素)、(感知组成要素)和(智能组成要素)。 2 机电系统中常用的负载综合方法有( )和( )。 3 按滚珠的循环方式分，滚珠螺旋传动分为( 内循环)和(外循环)两种形式。 4 根据主轴回转精度的定义，其误差表现为三种形式，即( 轴向窜动)、(径向跳动)和(同轴度)。 5 根据摩擦性质分，导轨主要分为：( 滑动摩擦导轨副)、(滚动摩擦导轨副)和(流体摩擦导轨副)。 6支承件的静刚度主要包括(水平支撑)、( 垂直支撑 )和(系杆)三种形式。 7步进电机的主要通电方式有(三相三拍通电方式)、(三相六拍通电方式)和(五相十拍通电方式)三种形式 8 伺服系统按照控制原理分为(直流伺服系统 )、(交流伺服系统)和(交直流伺服系统)。 二、名词解释 1 回差：回差指在固定输入信号量下，从量程起点加至该值与由量程终点至该值时仪表的读数与实际输入信号之差。 2 阿贝误差原理：在长度测量中，应将标准长度量(标准线)安放在被测长度量(被测线)的延长线上。 3分辨率：分辨率就是屏幕图像的精密度，是指显示器所能显示的点数的多少。 4灵敏度：灵敏度指检测仪器示值相对于被测量参数变化的位移率，灵敏度是衡量物理仪器的一个标志 三、思考题 1 说明同步带的设计计算过程。 首先落实电机的额定功率P0、主动轮转速n1、中心距a、工作情况（查取修正系数k0） 1、计算设计功率P，P=k0*P0 2、确定带的型号和节距，根据计算得到的P及主动轮转速n1从相关图表中落实带的型 号及节距 3、选择小带齿轮数，根据主动轮转速n1和确定的带型号从相关表中查取最小许用齿轮 数Z1，根据Z0=i*Z1（i=n1/n2）得到大轮齿轮数，从标准带齿轮数中选取标准值。 4、确定带轮节圆半径d1=Z1*P/∏ d2=Z0*P/∏（圆周率） 5、确定同步带节线长度L=2acos￠+∏（d1+d2）/2+∏￠（d1-d2）/180 ￠=sin-1 （d2-d1）/2a 6、计算同步带齿数Z=L/P 7、计算传动中心距a0=P（Z0-Z1）/2∏cos∮ 8、确定同步带所需带宽：计算基准额定功率P0=（Ta-mv2）v/1000 Ta、m 从表中查 取计算小带轮啮合齿数Zm，计算b0，根据ISO5296-78圆整为标准带宽 9、进行工作能力验算，确定所选参数是否合格。 2简述提高齿轮传动精度的主要措施。 3通过合理的设计丝杠的支撑形式，可以使丝杠副在无论受到哪个方向的轴向力，丝杠只受拉力而不受压，说明这种支撑的形式，并简要说明其原理。 可采用两端单方向确定结构，课本P102页3-51图，由于丝杠两端分别确定一个轴向，丝杠工作时永远处于受拉状态，轴向力也右一个轴承承受，并可以实施预紧等措施。 4简述采用矩形和三角形导轨组合时应注意的问题。 矩形和三角形导轨组合导向性优于双矩形组合，承载能力优于双三角形组合，工艺性介于二者之间，应用广泛。但要注意，若两条导轨上的载荷相等，则摩擦力不等，使摩擦量不同，破坏了两导轨的等高性。结构设计时应考虑，在两导轨面上摩擦力相等的前提下使载荷非对称布置，并使牵引力通过两导轨面上摩擦力合力的作用线。若因结构布置等原因不能做到，则应使牵引力与摩擦力形成的力偶尽量减小。 一、了解机电一体化系统中的关键技术以及机电一体化系统的构成要素及其功能。 （1）１．精密机械技术２．检测传感技术３信息处理技术 ４．自动控制技术５．伺服传动技术６．系统集成技术 (2) 1.机械本体:作用：用于支撑和连接其他要素，并把这些要素合理地结合起来，形成有机整体。包括机械传动装置和机械结构装置。 2.动力部分:其功能是按照机电一体化系统的要求为系统提供能量和动力使系统正常运行。用尽可能小的动力输入获得尽可能大的输出，是机电一体化系统的显著特征 3.检测部分:其功能是将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境 的各种参数及状态转换成可以测定的物理量，同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电系统提供运行控制所需的各种信息。 4.执行机构:功能：执行机构是运动部件，它： ?将输入的各种形式的能量转换为机械能。 ?根据控制信息和指令完成所要求的动作。 5.控制器:控制器是机电一体化系统的核心部分。它根据系统的状态信息和系统的 目标，进行信息处理，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机构，控制整个系统有目的地运行，并达到预期的性能。 6.接口: 1). 交换：需要进行信息交换和传输的环节之间,若信号的模式不同(如数字量与模拟 量、串行码与并行码、连续脉冲与序列脉冲等），就无法直接实现信息或能量的交流。 需要通过接口来完成信号或能量的统一。 2). 放大：在两个信号强度相差悬殊的环节间，经接口放大，达到能量的匹配。 3). 传递：变换和放大后的信号在环节间能可靠、快速、准确地交换，必须遵循协调 一致的时序、信号格式和逻辑规范。 二、掌握传感器的静、动态特性参数及其含义。掌握机电一体化系统中传感器的选择原则。（在3第三章传感检测技术(09)） （1）静态特性： 1.测量范围：线性范围或动态线性范围是指机械输入量与传感器输出量之间 维持线性比例关系的测量范围 2.量程(满量程输出)：测量范围的上限与下限之代数差 3.线性范围：线性范围或动态线性范围是指机械输入量与传感器输出量之间 维持线性比例关系的测量范围。 4.非线性度δL ：被测值处于稳定状态时，传感器输出与输入之间的关系曲 线(称校准或标定曲线)对拟合直线的接近程度： 式中：δL—非线性度； ΔLmax—标定曲线对拟合曲线的最大偏差； Y－－满量程输出值 5.灵敏度K0 ：传感器的输出变化量ΔY与引起此变化的输入量的变化量Δ X之比，K0=ΔY/ΔX （不恒定） 灵敏度误差：rs=(ΔK/K0)×100％ 第一章 1、机电一体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与微电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。可以说，机电一体化是机械技术、微电子技术及信息技术相互交叉、融合（有机结合）的产物。 2、机电一体化系统的五大要素及其相应的五大功能 3、机电一体化的目的是提高系统（产品）的附加价值，所以附加价值就成了机电一体化系统（产品）的综合评价指标。 4、机电一体化系统的设计类型:（1）开发性设计它是没有参照产品的设计，仅仅根据抽象的设计原理和要求，设计出在质量和性能方面满足目的要求的产品（系统）。（2）适应性设计它是在总的设计方案、原理基本保持不变的情况下，对现有产品进行局部更改，或用微电子技术代替原有的机械结构或为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品在性能和质量上增加某些附加价值。（3）变异性设计它是在设计方案和功能结构不变的情况下，仅改变现有产品的规格尺寸使之适应于量的方面有所变更的需求。 5、机电一体化系统的设计准则主要考虑人、机、材料、成本等因素，而产品的可靠性、适用性与完善性设计最终可归结于在保证目的功能要求与适当寿命的前提下不断降低成本。 6、并行工程与串行工程的差异就在于在产品的设计阶段就要按并行、交互、协调的工作模式进行系统（产品）设计，就是说，在设计过程中对系统（产品）生命周期内的各个阶段的要求要尽可能地同时进行交互式的协调。 7、简述计算机辅助设计与并行工程、虚拟设计、快速响应设计、绿色设计、反求设计等的含义。答：1、计算机辅助设计是设计机电一体化产品的有力工具，用来设计一般机械产品的CAD的研究成果。2、并行工程是把产品的设计、制造及其相关过程作为一个有机整体进行综合协调的一种工作模式。3、虚拟设计是虚拟环境中的产品模型，是现实世界中的产品在虚拟环境中的映像，是基于虚拟现实技术的新一代计算机辅助设计。4、快速响应设计是实现快速响应工程的重要环节，快速响应工程是企业面对瞬息万变的市场环境，不断迅速开发适应市场的新系统，快速响应设计的关键是有效开发和利用各种系统信息资源。5、绿色设计是从并行工程思想发展而出现的一个新概念。绿色设计就是在新系统的开发阶段，就考虑其整个生命周期内对环境的影响，从而减少对环境的污染、资源的浪费、使用安全和人类健康等所产生的副作用。6、反求设计是以现代设计理论、方法和技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有的系统进行剖析、重构、再创造的设计。 7、网络合作设计是现代设计最前沿的一种方法。其核心是利用网络工具来汇集设计知识、资源以及知识获取的方法进行设计。 第二章 1、机械传动部件通常有螺旋传动、齿轮传动、同步带传动、高速带传动、各种非线性传动 实验一机电一体化系统组成实验 实验目的 1.通过了解物流生产线的结构及工作原理建立典型机电系统基本组成概念；了解机电 系统五要素。 2.了解物流生产线的工作过程，体会各组成部分的作用以及相互间是如何通讯协调工 作的。 实验设备： 1－立体仓库系统单元 2－机械手搬运系统单元3－多工位加工系统4－多通道环行线系统单元 5－视觉检测系统单元 其中巷式起重机基本结构; 由丝杠驱动步进电机（5-1-1）、光杠（5-1-2）、气动储取货物机构（5-1-3）、X轴步进电机（5-1-4）、Ｘ轴光杠（5-1-5）、Ｚ轴气缸（5-1-6）、滚珠丝杠（5-1-7）组成。巷式起重机(5-1)主要是实现货物在仓库内的自动存取 机械手搬运系统单元 四轴联动机械手机构结构:由伺服电机驱动可旋转角度=270°的气控机械手（具有光电传感器）（1-1-1）、②由步进电机驱动丝杠组件构成沿X、Y轴移动装置（含x、y轴限位开关）（1-1-2）、可回旋=270°的转盘机构（1-1-3）（其电气部分由直流无刷电动机、光电编码器、接近开关等）。型材基体（1-1-4）组成。四轴联动机械手机构主要实现空间货物的存取 多工位加工系统单元 （2-1）－铣床（2-2）－钻床（2-3）－多工位工作台 多工位工作台 多工位工作台由Ｘ轴步进电机（2-3-1）、滚珠丝杠（2-3-2）、自动夹紧工作台（2-2-3）、直线导轨（2-3-4）、Ｙ轴步进电机（2-3-5）、Ｙ轴丝杠（2-3-6）、型材基体（2-3-7）组成，多工位工作台主要是通过Ｘ、Ｙ轴步进电机使自动夹紧工作台中的货箱到达预定的钻、铣工位，并对货箱进行钻、铣削加工。见图4-3-3 一、名词解释(每小题2分，共10分) 1. 测量 2.灵敏度 3. 压电效应 4. 动态误差 5. 传感器 二、填空题（每小题2分，共20分) 1. 滚珠丝杆中滚珠的循环方式：__________，________________。 2. 机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括__________，__________， __________ ，__________。 3. 顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统， 顺序控制器通常用___________________________________。 4. 某光栅的条纹密度是50条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度， 则莫尔条纹的宽度是_______________________。 5. 连续路径控制类中为了控制工具沿任意直线或曲线运动，必须同时控制 每一个轴的 ______________________ ，使它们同步协调到达目标点。 6. 某4极交流感应电机，电源频率为50Hz，转速为1470r/min，则转差率为_____________。 7. 齿轮传动的总等效惯量与传动级数__________________________________________。 8. 累计式定时器工作时有_____________________________________________________。 9. 复合控制器必定具有__________________________________。 10. 钻孔、点焊通常选用_______________________________________类型。 三、选择题（每小题2分，共10分） 1. 一般说来，如果增大幅值穿越频率ωc的数值，则动态性能指标中的调整时间ts ( ) A. 产大 B. 减小 C. 不变 D. 不定 2. 加速度传感器的基本力学模型是( ) A. 阻尼—质量系统 B. 弹簧—质量系统 C. 弹簧—阻尼系统 D. 弹簧系统 3. 齿轮传动的总等效惯量与传动级数( ) A. 有关 B. 无关 C. 在一定级数内有关 D. 在一定级数内无关 4. 顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，顺序控制器通常用( ) A. 单片机 B. 2051 C. PLC D. DSP 5、伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和（）等个五部分。 A 换向结构 B 转换电路 C 存储电路D检测环节 四、判断题（每小题2分，共10分) 1、伺服控制系统的比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号。（ ） 2、电气式执行元件能将电能转化成机械力，并用机械力驱动执行机构运动。如交流电机、直流电机、力矩电机、步进 电机等。（） 3、对直流伺服电动机来说，其机械特性越硬越好。（ ） 4、步进电机的步距角决定了系统的最小位移，步距角越小，位移的控制精度越低。（） 5、伺服电机的驱动电路就是将控制信号转换为功率信号，为电机提供电能的控制装置，也称其为变流器，它包括电压、 电流、频率、波形和相数的变换。（ ） 1. 是人们借助于专门的设备，通过一定的方法对被测对象收集信息，取得数据概念的过程。 2. 指在稳态下，输出的变化量ΔY与输入的变化量ΔX的比值。即为传感器灵敏度。 S=dy/dx=ΔY/ΔX 3. 某些电介质，当沿着一定的方向对它施加力而使它产生变形时，内部就会产生极化现象，同时在它的两个表面上将 第1章 1-1、机电一体化是在机械主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。 1-2、机电一体化系统的主要组成、作用及其特点是什么？ a、机械本体：用于支撑和连接其他要素，并把这些要素合理地结合起来，形成有机的整体。 b、动力系统：为机电一体化产品提供能量和动力功能，驱动执行机构工作以完成预定的主功能。 c、传感与监测系统：将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数及状态转换成可以测定的物理量，同时利用监测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。 d、信息处理及控制系统：接收传感器与检测系统反馈的信息，并对其进行相应的处理、运算和决策，以对产品的运行施以按照要求的控制，实现控制的功能。 e、执行装置：在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。 1-3、工业三大要素：物质、能量、信息。 1-4、机电一体化产品与传统的机械电气化产品相比，具有较高的功能水平和和附加值，它为开发者、生产者和用户带来越来越多的社会经济效益。 1-7、机电一体化的主要支撑技术：传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、接口技术、精密机械技术、系统总成技术。 1-8、机电一体化的发展趋势：智能化、模块化、网络化、微型化、绿色化、人格化、自适应化。 第2章 2-1、机电一体化系统对传动机构的基本要求：传动间隙小、精度高、低摩擦、体积小、重量轻、运动平稳、响应速度快、传动转矩大、高谐振频率以及与伺服电动机等其他环节的动态性能相匹配等要求。 2-2、丝杆螺母机构的传动形式及其特点：a、螺母固定、丝杆转动并移动；b、丝杆转动、螺母移动；c、螺母转动、丝杆移动；d、丝杆固定、螺母转动并移动；e、差动传动。 2-3、滚珠丝杆副的组成及特点：由丝杆、螺母、滚珠和反相器四部分组成；具有轴向刚度高、运动平稳、传动精度高、不易磨损、使用寿命长等优点。 2-4、滚珠丝杆副的选择：结构形式的选择、结构尺寸的选择 2-5、齿轮传动各级传动比分配原则：①等效转动惯量最小原则②重量最轻原则③输出轴转角误差最小原则（最末两级的传动比应取大一些，并尽量提高最末一级齿轮副的加工精度）； 2-8、齿轮传动侧隙的调整有偏心套调整、双片薄齿轮错齿调整和轴向垫片调整等多种方法。 2-9、机械执行机构的基本要求：①惯量小、动力大；②体积小、重量轻；③便于维修、安装；④易于计算机控制。 2-10、简述各种传感器的特性及选用原则？ 一、静态特性是指当测量处于稳定状态下，传感器的输入值与输出值之间的关系。主要技术指标包括：1、线性度。2、灵敏度。3、迟滞。4、重复性。5、分辨率。6、零飘。二、动态特征是指传感器测量动态信号时输出对输入的响应特性。 （1）电气式，具有操纵方便、适宜编程、响应快、伺服性能好、易与微机相接等优点；（2）液压式，优点是输出功率机电一体化典型实例
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