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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，在一定的精度范围内，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
机器人一般由执行系统、驱动系统、控制系统，检测传感系统和人工智能系统等组成，
各系统功能如下所述。 ① 执行系统。执行系统是完成抓取工件（或工具）实现所需运动的机械部件，包括手部、
信息处理机
图8-2生物空间
图8-1机器人三要素
120
腕部、臂部、机身以及行走机构。
② 驱动系统。驱动系统的作用是向执行机构提供动力。随驱动目标的不同，驱动系统的传动方式有液动、气动、电动和机械式四种。
③ 控制系统。控制系统是机器人的指挥中心，它控制机器人按规定的程序运动。控制系统可记忆各种指令信息（如动作顺序，运动轨迹，运动速度及时间等），同时按指令信息向各执行元件发出指令。必要时还可对机器人动作进行监视，当动作有误或发生故障时即发出警报信号。
④ 检测传感系统。它主要检测机器人执行系统的运动位置、状态，并随时将执行系统的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行系统以一定的精度达到设定的位置状态。
⑤ 人工智能系统。该系统主要赋予机器人自动识别、判断和适应性操作。
8.1.4 BJDP-1型机器人
该机器人是全电动式、五自由度、具有连续轨迹控制等功能的多关节型示教再现机器人，用于高噪声，高粉尘等恶环境的喷砂作业。
该机器人的五个自由度，分别是立柱回转（L ）、大臂回转（D ）小臂回转（X ）、腕部俯仰（W1）和腕部转动（W2），其机构原理如图8-3所示，机构的传动关系如图8-4所示。
8.2视觉传感式变量喷药系统简介 在农业方面，近年来发达国家（如美国、英国）都投入大量资金进行现代农业技术的开发。先后开发出了精确变量播种机、精确变量施肥机以及精确变量喷药机等。它们都是与机器人极为相似的自动化系统，是高新技术在农业中的应用。
视觉传感变量喷药系统，是以较少药剂而有效控制杂草、提高产量、减少成本的一种自动化药物喷撒机械。近年来，随着杂草识别的视觉感知技术与变量喷药控制等技术的成熟，这种视觉传感式变量喷药机械也趋于成熟。下面就以这种系统为例，对它的组成及工作原理作一简要介绍。
（1） 系统的组成
一般地说，这种机器由图像信息获取系统、图像信息处理系统、决策支持系统、变量喷撒系统等组成（图8-5）。各子系统的主要功能如下所述。
① 图像信息获取系统。主要由彩色数码像机（如PULNIX ， TMC-7ZX 等）和高速图像数据采集卡（如CX100，IMAGENATION ，INC 等）组成。采集卡一般置于机载计算机中。 图8-3机器人的结构原理
R 2 图8-4机器人机构传动关系 谐波减速器R 小臂
M 2
②图像信息处理系统。是一种基于影像信息的提取算法，由计算机高级语言（如C++等）开发出的一种软件系统。它能够快速准确地提取出影像数据中包含的人们所需的信息（如杂草密度，草叶数量，无作物间距区域面积等）。
③决策支持系统。也是由高级语言开发出的一种软件系统。它能够基于信息处理系统，把得到的有用信息与人们的决策要求作综合判断，最后作出所需的决策。
④变量喷撒系统。是基于视觉信息的控制器，由若干可调节喷药流量与雾滴大小的变量喷头组成。
⑤机器行走系统。有发动机、机身、车轮等组成（图中省略）。
图8-5精确变量喷药系统
（2）工作原理
当机器在田间行走时，置于机器上离地面具有一定高度的彩色数码像机就会扫描一定大小的地面。一般彩色数码像机可覆盖2.44m ? 3.05m范围分辨率可达到0.005m?0.005m。与此同时，高速图像数据采集卡将彩色数码像机获取的信息存入计算机中。然后，由图像信息处理系统快速地将地面杂草的密度、草叶数量、作物密度以及无植被区域面积等信息提取出来，并由决策支持系统调用这些信息，经过数据处理得到所需的行走速度、药液流量和雾滴大小等的决策。这些决策被传输给药滴大小控制器以及流量控制器，随之它们就控制管路中的压力和PWM脉宽调制变量喷头。从而实现了精确变量喷药。这样一方面减少了药量、降低了成本，另一方面保护作物、减少对环境的污染。据报道，与传统的喷撒方法比较，变量喷药系统在杂草高密区可节约药液18 %，在杂草低密区可节约药液17 %。
8.3 数控机床
数控机床是由计算机控制的高效率自动化机床。它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量和新型机械结构等多方面的技术成果，是今后机床控制的发展方向。随着数控技术的迅速发展，数控机床在机械加工中的地位将越来越重要。
8.3.1 数控机床的工作原理和组成
(1) 数控机床的工作原理
数控机床加工零件时，是将被加工零件的工艺过程、工艺参数等用数控语言编制成加工程序，这些程序是数控机床的工作指令。将加工程序输入到数控装置，再由数控装置控制机
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122 床主运动的变速、起停，进给运动的方向、速度和位移量，以及其它辅助装置严格地按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作，从而加工出符合要求的零件。为了提高加工精度，一般还装有位置检测反馈回路，这样就构成了闭环控制系统，其加工过程原理如图8-6所示。
（2）数控机床的组成
从工作原理可以看出，数控机床主要由控制介质、数控装置、伺服检测系统和机床本体等四部分组成，其组成框图如图8-7所示。
① 控制介质。用于记载各种加工信息（如零件加工的工艺过程、工艺参数和位移数据等），以控制机床的运动，实现零件的机械加工。常用的控制介质有磁带、磁盘和光盘等。控制介质上记载的加工
信息经输入装置输送给数控装置。常用的输入装置有磁盘驱动器和光盘驱动器等，
对于用微处理机控制的数控机床，也用操
作面板上的按钮和键
盘将加工程序直接用
键盘输入，并在CRT 显示器显示。 ② 数控装置。数控装置是数控机床的核心，它的功能是接受输
入装置输送给的加工信
息，经过数控装置的系统软件或电路进行译
码、运算和逻辑处理后，
发出相应的脉冲指令送给伺服系统，通过伺服系统控制机床的各个运动部件按规定要求动作。
③ 伺服系统及位置检测装置。伺服系统由伺服驱动电机和伺服驱动装置组成，它是数控系统的执行部分。由机床的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统，它根据数控装置发来的速度和位移指令控制执行部件的进给速度、方向和位移量。每个进给运动的执行部件都配有一套伺服系统。伺服系统有开环、闭环和半闭环之分，在闭环和半闭环伺服系统中，还需配有位置测量装置，直接或间接测量执行部件的实际位移量，
④ 机床本体及机械部件。数控机床的本体及机械部件包括：主动运动部件、进给运动执行部件（如工作台、刀架）、传动部件和床身立柱等支承部件，此外还有冷却，润滑、转位和夹紧等辅助装置，对于加工中心类的数控机床，还有存放刀具的刀库，交换刀具的机械手等部件。
8.4 计算机集成制造系统
近年来世界各国都在大力开展计算机集成制造系统CIMS （Computer Intergrated Manufacturing System ）方面的研究工作。CIMS 是计算机技术和机械制造业相结合的产物，是机械制造业的一次技术革命。
(1) CIMS 的结构
随着计算机技术的发展，机械工业自动化已逐步从过去的大批量生产方式向高效率、低成本的多品种、小批量自动化生产方式转变。CIMS 就是为了实现机械工厂的全盘自动化和无人化而提出来的。其基本思想就是按系统工程的观点将整个工厂组成一个系统，用计算机对
图8-7 数控机床的组成
产品的初始构思和设计直至最终的装配和检验的全过程实现管理和控制。对于CIMS，只需输入所需产品的有关市场及设计的信息和原材料，就可以输出经过检验的合格产品。它是一种以计算机为基础，将企业全部生产活动的各个环节与各种自动化系统有机地联系起来，借以获得最佳经济效果的生产经营系统。它利用计算机将独立发展起来的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、柔性制造系统（FMS），管理信息系统（MIS）以及决策支持系统（DSS）综合为一个有机的整体，从而实现产品订货、设计、制造、管理和销售过程的自动化。它是一种把工程设计、生产制造、市场分析以及其它支持功能合理地组织起来的计算机集成系统。CIMS是在柔性制造技术、计算机技术、信息技术和系统科学的基础上，将制造工厂经营活动所需的各种自动化系统有机地集成起来，使其能适应市场变化和多品种、小批量生产要求的高效益、高柔性的智能生产系统。
由此可见，计算机集成制造系统是在新的生产组织原理和概念指导下形成的生产实体，它不仅是现有生产模式的计算机化和自动化，而且是在更高水平上创造的一种新的生产模式。
从机械加工自动化及自动化技术本身的发展看，智能化和综合化是未来的主要特征，也是CIMS最主要的技术特征。智能化体现了自动化深度，即不仅涉及物质流控制的传统体力劳动自动化，还包括了信息流控制的脑力劳动自动化；而综合化反映了自动化的广度，它把系统空间扩展到市场、设计、制造、检验、销售及用户服务等全部过程。
CIMS系统构成的原则，是按照在制造工厂形成最终产品所必需的功能划分系统，如设计管理、制造管理等子系统，它们分别处理设计信息与管理信息，各子系统相互协调，并且具有相对的独立性。因此，从大的结构来讲，CIMS系统可看成是由经营决策管理系统、计算机辅助设计与制造系统、柔性制造系统等组成的（图8-8）。经营决策管理系统完成企业经营管理，如市场分析预测、风险决策、长期发展规划、生产计划与调度、企业内部信息流的协调
图8-8 CIMS主要结构框图
与控制等；计算机辅助设计系统完成产品及零部件的设计、自动编程、机器人程序设计、工程分析、输出图纸和材料清单等；计算机辅助制造系统则完成工艺过程设计、自动编程、机器人程序设计等；柔性制造系统完成物料加工制造的全过程，实现信息流和物料流的统一管理，如将CIMS的系统功能细化，可得到如图8-9所示的框图。
（2）CIMS的主要技术关键
CIMS是一个复杂的系统，它适用于多品种、中小批量的高效益、高柔性的智能化生产与制造。它是由很多子系统组成的，而这些子系统本身又都是具有相当规模的复杂系统。虽然世界上很多发达国家已投入大量资金和人力研究它，但仍存在不少技术问题有待进一步探索和解决。归纳起来，大致有以下五个方面。
①CIMS系统的结构分析与设计。这是系统集成的理论基础及工具。如系统结构组织学和多级递阶决策理论、离散事件动态系统理论、建模技术与仿真、系统可靠性理论与容错控制以及面向目标的系统设计方法等。
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图8-9 CIMS 系统框图
②支持集成制造系统的分布式数据库技术及系统应用支撑软件。其中包括支持CAD／CAPP/CAM集成的数据库系统，支持分布式多级生产管理调度的数据库系统，分布式数据系统与实时在线递阶控制系统的综合与集成。
③工业局部网络与系统。CIMS系统中各子系统的互连是通过工业局部网络实现的，因此必然要涉及网络结构优化、网络通信的协议、网络的互连与通信、网络的可靠性与安全性等问题的研究，甚至进一步还可能需要对支持数据、语言、图像信息传输的宽带通信网络进行探讨。
④自动化制造技术与设备。这是实现CIMS的物质技术基础，其中包括自动化制造设备FMS、自动化物料输送系统、移动机器人及装配机器人、自动化仓库以及在线检测及质量保障等技术。
⑤软件开发环境。良好的软件开发环境是系统开发和研究的保证。这里涉及面向用户的图形软件系统、适用于CIMS分析设计的仿真软件系统、CAD直接检查软件系统以及面向制造控制与规划开发的专家系统。
综上所述，涉及CIMS的技术关键很多，制定和开发计算机集成制造系统是一项重要而艰巨的任务。而对计算机集成制造系统的投资则更是一项长远的战略决策。一旦取得突破，CIMS技术必将深刻地影响企业的组织结构，使机械制造工业产生一次巨大飞跃。
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实验一四节传送带控制 一、实验目的 1.掌握传送指令的使用及编程 2.掌握四节传送带控制系统的接线、调试、操作 三、面板图 四、控制要求 1.总体控制要求：如面板图所示，系统由传动电机M1、M2、M3、M4，故障设置开关A、 B、C、D组成，完成物料的运送、故障停止等功能。 2.闭合“启动”开关，首先启动最末一条传送带（电机M4），每经过1秒延时，依次启动一条传送带（电机M3、M2、M1）。 3.当某条传送带发生故障时，该传送带及其前面的传送带立即停止，而该传送带以后的待运完货物后方可停止。例如M2存在故障，则M1、M2立即停，经过1秒延时后，M3停，再过1秒，M4停。 4.排出故障，打开“启动”开关，系统重新启动。 5.关闭“启动”开关，先停止最前一条传送带（电机M1），待料运送完毕后再依次停止M2、M3及M4电机。
五、功能指令使用及程序流程图 1.传送指令使用 X0000为ON时，将源容向目标容传送，X0000为OFF时，数据不变化。 2.程序流程图 六、端口分配及接线图 序号PLC地址（PLC端子）电气符号（面板端 子） 功能说明 1X00 SD 启动（SD） 2X01 A 传送带A故障模拟3X02 B 传送带B故障模拟4X03 C 传送带C故障模拟5X04 D 传送带D故障模拟6Y00 M1 电机M1 7Y01 M2 电机M2 8Y02 M3 电机M3 9Y03 M4 电机M4 10主机COM、面板COM接电源GND 电源地端 11主机COM0、COM1、COM2、COM3、COM4、COM5、 接电源GND 电源地端 12面板V+接电源+24V 电源正端2.PLC外部接线图
机电一体化实验报告 一体化系统设计实验报告学院专业班级学号姓名指导教师xx 年1 月12 日实验一机电一体化系统的组成实验目的：以XY简易数控工作台为例，说明机电一体化系统的基本组成和各模块的特点。实验设备：l 台式PC机一台l 标准XY工作台一套l 运动控制卡一块l 游标卡尺一把实验内容：XY简易数控工作台是一典型的机电一体化系统，是许多数控加工设备和电子加工设备的基本部件，XY数控工作台主要由运动控制卡、DC24V 开关电源、步进电机及其驱动器、XY向运动平台、光栅尺和霍尔限位开关组成，其之间的关系如图 1、1所示。工作原理大致为：运动控制卡接受PC机发出的位置和轨迹指令，进行规划处理（插补运算），转化成步进电机驱动器可以接受的指令格式（速度脉冲和方向信号）发给驱动器，由驱动器进行脉冲环行分配和功率放大从而驱动步进电机，步进电机经过联轴器、滚动丝杠推动工作台按指定的速度和位移运动。实验步骤：（1）在XY数控工作台系统中分别找到上述各个模块，并指出各模块在机电一体化系统中实现哪一模块的功能。 ①运动控制卡：运动控制卡是PCL、CPCL、PXL等总线形成的板卡，通俗地讲我们可以把它看成一个单片机，有自己的算法，可以通过V C、V
B、labview、BCB等语言实现其功能，数控系统即通过运动控制卡来实现对机床运动轨迹的控制。②DC24V开关电源：对供电要求质量比较高的控制设备提供纯净、稳定、没有杂波的直流电源。③步进电机及其驱动器：步进电机用于驱动数控工作台的X、Y两个方向的移动；步进电机通过驱动器细分，可减小步距角，从而提高步进电机的精确率，实现脉冲分配和功率驱动放大，此外还可以消除电机的低频振荡、提高电机的输出转矩。④XY向运动平台：分别传输X、Y两个方向的运动。⑤光栅尺：光栅尺是一种位移传感器，是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。经常应用于数控机床的闭环伺服系统中，可用作直线位移或者角位移的检测。⑥霍尔限位开关：用于限制工作台的运动超出导轨的有效长度。（2）使用卡尺测量，计算其平均导程P=10 ；观察其循环器，可知其循环方式为内循环；预紧方式是螺纹调隙式。（3）观察导轨截面，并查阅《机电一体化技术手册》，可知其属于GGA，GGB，GGC，GGF中哪类？ GGB 。 其适用场合机械加工中心、NC车床、搬运装置、电火花加工机、木工机械、激光加工机、精密测试仪器、包装机械、食品机械、医疗器械、工具磨床、平面磨床等。（4）查阅《DMC3000硬件手册》可知系统中的运动控制卡可实现四 轴的联动，并具有16 个数字量输入和16 个数字量输出控制。（5）记录步进电机型号，网上查阅其详细技术参数，可知
《机电一体化实验技术》模拟试题A 一、判断题（每题2分，共计14分）（答√或×） 1.设置文件信息对话框通常配合标题栏使用。（） 2.印刷电路板的设计是电路设计中最重要、最关键的一步。（） 3.交流调压调速是一种比较复杂的调速方法。（） 4.减速传动链是机电一体化系统中最常见的传动形式。（） 5.双面齿同步带可以实现多轴传动。（） 6.扼流圈用来阻断信号的传导通路，并抑制干扰信号的强度。（） 7.磁场屏蔽主要是抑制高频耦合干扰。（） 二、单项选择题（每题2分，共计10分） 1.（）由于成本低而被广泛使用。 A.单面板 B.双面板 C.多层板 2.载入网络表时，网络表和元件封装是（）载入的。 A.同时 B.分别 3.（）具有对应每一个增量的脉冲，但不能区别是那个增量。 A.绝对型编码器 B.增量型编码器 4.（）的任务是接收输入的零件程序，并对它进行预处理。 A.输入数据处理程序 B.插补运输程序 C.速度控制程序 5.转差功率( )调速系统是转差功率中转子铜损部分的消耗是不可避免的，但在这类调速系统中，无论转速高低，转差功率的消耗基本不变效率最高。 A.消耗型 B.回馈型 C. 不变型 三、名词解释（每题2分，共计6分） 1.电路设计： 2.直接位置控制： 3.调压调速： 四、填空题（每空2分，共计30分） 1.Protel 99SE绘制原理图的三种方法是：利用（）、利用（）、利用（）。 2.既可以用Protel 99SE进行（）设计，又可以用Protel 99SE和其他电气设计原理软件包一起构成（）的、（）的产品设计系统。 3.光栅的主要特点是线条（）而间距（）。 4.与晶闸管可控装置相比，PWM系统具有开关频率（）、低速运行（）、动静态性能（）、效率高等一系列优点。 5.同步带传动综合了（）和（）的优点，又克服了（）和V型带传动的不足。 6.凡是有电压或电流（）的场合，肯定会有电磁干扰问题存在。
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，在一定的精度范围内，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 机器人一般由执行系统、驱动系统、控制系统，检测传感系统和人工智能系统等组成， 各系统功能如下所述。 ① 执行系统。执行系统是完成抓取工件（或工具）实现所需运动的机械部件，包括手部、 信息处理机 图8-2生物空间 图8-1机器人三要素
. 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
机电一体化实验报告 学院：核技术与自动化工程学院专业：电气工程及其自动化 指导老师：康东 姓名：许新 学号：200706050209 日期：2010-10-27
实验一:基于PC的传感器与数据采集实验 一,实验目的 了解传感器,USB2009便携式数据采集器的工作原理和数据采集原理和香农采样定律,连接系统实现实时采集传感器信号,完成对采样数据的时域波形显示和存储. 二,实验内容: 1,了解传感器工作原理. 2,了解USB2009便携式数据采集器的工作原理,功能和使用方法. 3,了解数据采集原理和香农采样定律. 4,实时采集传感器信号,进行时域波形显示并存储实验数据. 三,实验设备: 主要实验设备包括: 1,USB2009采集卡和配有上位机软件的计算机; 2,FESTO气动综合实验台一套. 下图为USB2009采集卡.它包含14Bit分辨率A/D转换器,可以提供16路单端模拟信号输入,8路双端模拟输入通道,4路DA输出功能,1组计数器.提供了内外时钟和内外触发工作方式.A/D转换器输入信号范围为:±5V(USB2009),±10V(AD7899-1).硬增益范围:1,2,4,8(N6为PGA203时),1,10,100,10000(N6为PGA202时). 图1.1 USB2009采集卡 四,实验原理 将USB2009采集卡与FESTO气动综合实验台上传感器连接在一起,而后通过USB连接到计算机上.利用LabVIEW软件搭建数据采集系统,实时采集传感器信号,进行时域波形显示并存储实验数据. 五,实验步骤 1,由实验教师讲解FESTO气动综合实验台上传感器工作原理; 2,由实验教师讲解USB2009采集卡的工作原理和使用方法; 3,由实验教师讲解数据采集原理和香农采样定律; 4,在实验教师的指导下,由学生完成实验电路连接; 5,在实验电路检查无误后,由学生利用LabVIEW软件搭建数据采集系统; 5,打开设备电源,观察数据采集系统运行状况,纠正错误; 6,利用LabVIEW实时采集传感器信号,进行时域波形显示并存储实验数据; 7,将实验过程中形成的正确的接线方式,数据采集系统的搭建方法以及自己在实验中观察到的现象和思考的问题综合起来,写实验报告.
《机电一体化技术概论》课程思政方案及实施案例 一、素质目标 1.具备一定的学习新技术和新知识的自修能力； 2.机电一体化产品发展、结构组成及功能； 3.具备分析机电一体化产品模块功能、典型案例应用，强调产品模块调试方法 4.有较快适应生产、管理第一线岗位需要的能力； 5.提升敬业爱岗和良好的团队合作精神； 6.形成较强的安全和环保意识； 7.在工程实践中能自觉遵守职业道德和规范，具有法律意识。 二、课程内容与要求
三、实施案例 案例1 从任课班级中挑选成绩好学生组建兴趣小组，根据企业如何进行激光打标机设计开发，培养学生对复杂自动化设备设计的解决方案，设计满足特定需求的机械系统、部件以及工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识。通过项目实施，一是让学生能针对个人或职业发展的需求，采用合适的方法，自主学习，适应发展。二是能够在机械工程实践中开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具。三是能主动与其他专业的成员合作开展工作，完成团队分配的工作，承担团队成员的角色和责任。 案例2 通过一个综合案例的学习、设计、研发，内化敬业、精益、专注、创新的“工匠精神”，形成优秀的职业价值取向和行为表现。 （1）任务引领 按照给定的自动化设备，设计相应的控制电路。 （2）知识传授
掌握基本电子元器件的性能和应用。 （3）能力训练 分组实训，设计电路，并进行模拟仿真，完成预定的电路功能。 （4）检查 分组检查讨论检测结果 （5）评估 学生陈述，教师分析 （6）下次任务布置 知识创新点的提炼，形成知识产权。 （注：文档可能无法思考全面，请浏览后下载，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注）
机电一体化技术在工程机械中的应用 目前，随着我国经济的不断增长和科学水平的提升带动了信息技术、互联网技术以及计算机技术的不断发展。与此同时机电一体化也随着新兴技术的进步不断发展，在各行业得到了广泛的应用，尤其是对于工程机械行业来说，机电一体化的應用在很大程度上提升了该行业的自动化和智能化水平，对该行业的发展其中重要的推动作用。对此，本文主要分析了机电一体化在工程机械行业的应用以及未来发展趋势，希望对我国工程机械行业的发展有所帮助，推动我国机电一体化水平的不断进步。 标签：机电一体化技术;工程机械;应用 引言 在工程机械领域，随着电工电子技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多项技术的发展，工程机械的模式从传统单一的机械电气化逐步进化为现代的机电一体化。 1机电一体化技术的发展过程 机电一体化技术的发展主要经历了三个阶段，第一阶段是20世纪60年代之前。该阶段人们开始尝试利用计算机技术来改进和完善机械工程制造产品，因历史因素，当时机械工程产品与电子技术相结合的产品在二战中被大量应用。虽然当时电子信息技术的发展还不成熟，机械工程产品与电子信息技术的结合程度不高，但是那些产品的研发和制造很大程度地推动了民用技术产品的发展。第二阶段是20世纪七八十年代，该阶段也是机电一体化技术的快速发展时期。同时期的通信技术与计算机技术等都处于快速发展阶段。当微型计算机和集成电路规模化生产时代来临时，机电一体化技术在工程机械中的应用具备了更好的环境，并且该技术在现代机械工程中的应用受到世界各国的广泛关注。20世纪90年代至今，机电一体化技术迎来了第三个阶段，该时期的机电一体化技术中融入了通信与光电等技术，并不断朝着智能化的方向发展。 2机电一体化技术特点 随着机电一体化技术的大力发展，机电一体化技术的优势也越来越显著，具体体现在以下几方面：（1）安全性更高。现代的机电一体化设备本身装有检测系统，确保可以全程追踪设备的工作状态，遇到故障便会启动机器设备保护机制，因此现代的机电一体化设备具有很强的安全性、可靠性。解放劳动力的同时，极大提高了生产效率。（2）提高生产效率。生产工作中，机电一体化技术能实现智能化、自动化处理，极大提高了生产效能，节约人力成本，实现产品量化生产，提高企业的市场竞争力。数字化显示的应用，降低了操作的难度，避免了工作人员的重复性操作，节约了人力成本，使得工作更加精准定位。（3）环保和节约能源。由于机电一体化技术的智能化，机电一体化技术做出大量的贡献，减少了不
《机电一体化实验技术》模拟试题C 一、判断题（每题2分，共计14分）（答√或×） 1.通常总线与总线配合使用。（） 2.绝对型编码器难以移动参考零点。（） 3.只要改变笼式异步电动机定子电压的频率f1，就可以调节转速的大小。（） 4.滚珠丝杠因摩擦系数小，传动效率高而被广泛应用。（） 5.数字脉冲电路不是干扰源。（） 6.屏蔽低频磁场的磁屏蔽体最好接地。（） 7.晶闸管三相全波星形联结的调压电路适用于低电压大电流的负载电路。（） 二、单项选择题（每题2分，共计10分） 1.（）的制作费用比较高，制作工艺也比较复杂。 A.单面板 B.双面板 C.多层板 2.在弹性变形范围内，制造电阻应变片金属材料的应变灵敏度系数约等于（）。 A.1.7 B.2 C.3.6 3.（）专门测量转动体的绝对位置。 A.绝对型编码器 B.增量型编码器 4.（）可以在运行中及时发现系统的故障，并指出故障的类型。 A.输入数据处理程序 B.诊断程序 C.速度控制程序 5.（）是给电源和传输信号提供一个等电位，在实际电路中它常常兼做电源和信号线的回流线。 A.保护接地 B.工作接地 C.屏蔽接地 三、名词解释（每题2分，共计6分） 1.封装： 2.计算机数控（CNC）系统： 3.两自由度定位系统： 四、填空题（每空2分，共计30分） 1.绘制电路原理图是在（）下工作的。 2.印刷电路板可分为（）板、（）板和（）板三种。 3.运动控制系统主要包括（）、（）、（）以及编程/操作接口等 4.用于伺服系统的传动部分一般是减速系统，其输入是（）速、（）转矩，输出是（）速、（）转矩。 5.周节制带轮齿的齿形主要有（）齿廓和（）齿廓两种。 6.干扰源把噪声能量耦合到被干扰对象有两种方式：（）耦合方式和（）耦合方式。
回转工作台的设计 一、设计的目的： 1、掌握机电一体化系统的设计过程和方法，包括参数的选择、传动设计、零件计算、结构设计、计算机控制等培养系统分析及设计的能力。 2、综合应用过去所学的理论知识，提高联系实际和综合分析的能力，进一步巩固、加深和拓宽所学的知识。 3、训练和提高设计的基本技能，如计算，绘图，运用设计资料、标准和规范，编写技术文件（说明书）等。 二、设计任务及要求 设计题目：数控回转工作台的设计 1. 设计内容包括：总体设计，机械系统的设计与计算，计算机控制系统设计，编写设计计算说明书； 2. 设计要求包括：回转角度0～360°；最大回转半径400㎜；最大承载重量50㎏； 3. 机械部分的设计：装配工作图1张（1号）； 4. 计算机控制的设计：控制系统接口图一张； 5. 控制装置采用步进电机驱动，MCS-51或单片机FX2N-PLC控制系统，软件环分，由键盘输入实现开环控制。 三、机械系统设计 在数字回转工作台机械传动部分选用蜗轮蜗杆传动,因为蜗杆传动平稳,振动,冲击和噪声均较小;能以单级传动获得教大的传动比,结构紧凑,有利于实现回转工作台所要求的分度的实现.故选用蜗轮蜗杆传动. （一）、蜗杆类型的选择: 蜗杆选择为渐开线圆柱蜗杆.因为此种蜗杆不仅可车削还可以像圆柱齿轮那样用齿轮滚刀滚削,并可用但面或单锥面砂磨削.制造精度高.是普通圆柱蜗杆传动中较理想的传动.传动效率也高,在动力传动和机床精密传动中应用较为广泛. （二）、蜗杆蜗轮材料的选择:
由于蜗杆传动啮合摩擦较大,且由于蜗轮滚刀的形状尺寸不可能做得和蜗杆绝对相同,被加工出的蜗轮齿形难以和蜗杆精确共轭,必须依靠运转跑合才渐趋理想,因此材料副的组合必须具有良好的减摩和跑合性能以及抗胶合性能。所以蜗轮通常青铜或铸铁做齿圈，并尽可能与淬硬并经磨削的钢制蜗杆相匹配。故选择:蜗杆材料为：渗碳钢，表面淬硬56-62HRC 牌号为20GrMnTi.蜗轮材料为：铸造锡青铜，牌号为ZcuSn10Pb1 （三）、蜗杆蜗轮参数计算： 1. 蜗杆传动尺寸的确定： 由设计题目中要求可知：工作台回转直径最大为400mm/50千克. 由《齿轮手册》（上）表6.2-3取蜗杆蜗轮中心距标准a=225mm; 估取蜗杆分度圆直径: 为能获得较大的传动比,取蜗杆头数为: z =1;z =90 估取模数m: m=(1.4~1.7)a/ z =3.6 取m=4 q=d /m=80/4=20 6 tanγ= z /q 则γ=2.86° 2. 确定蜗轮蜗杆各参数值 蜗杆尺寸“ 1) 蜗杆轴向齿距:p =πm=3.14×4=12.56 2) 螺旋线导程:p =p ×z =15.4×4=12.56 3) 法向齿形角:对于ZI蜗杆αn=20°在分度传动中允许减小齿形角α =15° 4) 直径系数:q= d /m=80/4=20 5) 蜗杆分度圆(中圆)直径: d (d )= d =qm=80 6) 蜗杆分度圆(中圆柱)导程角: γ=2.86° 渐开线蜗杆: 基圆柱导程角: γcosγ =cosαncosγγ =15.264° 7) 基圆直径:d d = z m/tanγ =14.16 8) 法向基节:p =πm cosγ =12.12 9) 蜗杆齿轮顶高:h =h m=1×4=4 10 蜗杆齿根高:h =1.2m=4.8
机电一体化技术的应用与发展任明宏 发表时间：2019-05-09T15:54:47.907Z 来源：《建筑模拟》2019年第9期作者：任明宏 [导读] 随着我国科技的进步，对我国工程领域的技术改革起到了极大的推动作用，机电一体化技术逐步成熟，目前在很多方面得到了应用和发展，尤其是在机械工程领域以及工业生产领域。 任明宏 身份证号：5222241988****2811 摘要：随着我国科技的进步，对我国工程领域的技术改革起到了极大的推动作用，机电一体化技术逐步成熟，目前在很多方面得到了应用和发展，尤其是在机械工程领域以及工业生产领域。机电一体化技术改变了传统的机械工业技术，与之相关的管理体系以及生产方式都发生了翻天覆地的变化。本文主要分析了机电一体化技术的发展方向以及应用领域。 关键词：机电一体化技术，发展方向，应用领域 在微电子技术、计算机技术、机械技术等相关技术的指导下，极大的推动了机电一体化技术的发展以及在各个领域的应用。机电一体化技术主要通过计算机技术、微电子技术以及机械技术等等做为主导，各个技术相互融合、相互渗透，所生成的一种新型的技术。该技术在现代的工程领域中应用的比较多，而且该技术的思路以及对策成为很多人研究的重点。 一、机电一体化技术的发展方向 （一）绿色环保化的发展方向 近几年来，国家一直在提倡绿色环保，环境问题成为大多数人关注的重点，减少环境污染以及生态破坏成为大势所趋，而且随着科技的进步，人们的生活水平有很大的提高，对于衣食住行有了新的要求，所以，机电一体化技术的理念也不能落后，需紧跟时代发展的需要，适应社会的发展，使得生产的机电一体化产品在使用过程中不会污染环境，在报废的时候还可以回收重复利用。 （二）集成化的发展方向 所谓的集成化就是把机电一体化技术的功能集合在一起，而不是一个设备一个功能。集成化不但融合了与之相关联的一系列技术还渗透了各种产品结构的复合，主要包括了生产期间的管理、产品的加工处理以及产品的检测工作等多道工序。为了提高机械生产的效率，需要优化机械的性能并增加系统的柔性，这就需要每个部门做好分工、相互配合，并借助硬件和软件设备来统一机械生产的层次。 （三）人性化发展方向 机电一体化技术是人在操作，机电一体化的产品的应用也是人，产品的人性化就显得尤为重要。除了需要改进产品的性能之外，还应该关注产品的造型搭配以及色彩的搭配与工作的环境相适应，给人营造一种安全、舒心的氛围，让实际的操作者觉得在使用机电一体化产品的过程中，是一种享受，而不是成为一种负担。 （四）自动化发展方向 随着我国的劳动力资源紧张，劳动力流动大，不稳定等因素，使得用工的成本越来越高，而且劳动力无法满足生产的需要，供给无法满足需求，两者的关系驱动机器人控制技术的发展，使得与此相关联的驱动设计系统以及软件系统等周边的系统和配备设施得到了很大的发展，所以，很多的企业都耗费巨资来引进机器人或者自动化水平比较高等设备。在未来的发展中，有很多方面会应用到机器人技术，以此来减缓劳动力短缺的负担，提高工作的效率。 二、机电一体化技术在实际中的应用 （一）机电一体化技术在数控机床上的应用 不管是构造设计还是在操控精准度方面，机电一体化技术应用的效果都特别好。就拿数控机床的构造设计来说，在建模期间，应用机电一体化技术中的多CPU以及总线体系结构，可以有效的实现构造的总线化以及结构的模块化、紧凑化。在结构功能方面，WOP技术和开放式的设计在数控机床上的应用，使得机械设备得以智能化，减少了劳动力的使用，大大的提升了生产的效率。除此之外，大容量的存储设计以及模块化软件在数控机床上的应用，有效的提升了技术的精准度以及机床的可操作性，为保证产品的质量奠定了一定的机械基础。 （二）机电一体化技术在生产工业机器人中的应用 机电一体化技术在自动化的工业机器人身上的应用经历了三个阶段的变化和创新。第一个阶段，机器人不具备智能化，它的主要作用是根据输入的程序和编码来重复进行一样的动作，工业机器人的适应能力特别差，如果生产的环境或者生产的对象发生变化，还需要更改机器人的程序；第二个阶段，工业机器人的智能化有所提高，机器人可以通过与之相关的传感器元件，简单的分析作业环境以及作业对象，通过计算机的编程计算，转化成机器人可以操作和运动的方式；第三个阶段，工业机器人的智能化逐渐完善，与前两个阶段相比机器人可以感知更多的信息，还可以运行复杂的逻辑思维，以此来控制工业生产中机械设备的运行方式，可以适应多变的作业环境，行动指令表现出独立性，这与机电一体化技术密不可分。 （三）机电一体化技术在柔性制造系统中的应用 柔性制造系统也叫FMS，它主要是以机电一体化技术为基础，由统一的控制系统、物料储运系统以及数字控制系统组成，可以根据加工对象的变化以及不同的运行状态，来实现对生产加工过程的改变和控制。柔性制造系统主要有计算机系统、智能化机器人、数控机床等设备，集成了工业元件、控制系统以及软件设计于一身，具有模块化和综合性的特点。该系统可以根据生产的需要来合理分配时间和数量，非常适合工业生产中种类繁多、更改频率比较高的产品的生产。 总而言之，随着科技的进步和发展，机电一体化技术是现代技术发展必不可少的技术之一，它是新时代下，工业生产的必然产物。在微电子技术和信息技术的发展下，机电一体化技术的发展方向日益明晰，并且随着科技的创新和社会的进步，机电一体化技术会被赋予新的定义和内容。机电一体化技术在很多方面都有所应用，该技术促进了机械生产领域的发展，促进了国民经济的健康发展，但是机电一体化技术仍然需要转变和创新，机电一体化技术的创新之路任重而道远。 参考文献： [1]付灵钟.试析煤矿机电一体化技术的应用及管理[J].科技风，2018（21）：136. [2]马彪，秦王圣.智能制造中机电一体化技术应用研究[J/OL].中国战略新兴产业[2018-12-03].
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 4000E2多工位加工系统单元结构图如图 4-3 所示。 （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
1.整个电路板的设计过程首先是编辑电路原理图。（） 选择一项： 对 错 2.用户在进行原理图设计时，在命令状态下，按End键，原来光标的位置会移到工作区的中心位置显示。（） 选择一项： 对 错 3.用户在进行原理图设计时，在命令状态下，按PageDown键，绘图区会缩小显示。（）选择一项： 对 错 4.如果是多张图纸的话，允许两个元件具有相同的流水序号。（） 选择一项： 对 错 5. Cut命令将剪切板里的内容作为副本，放入电路图中。（） 选择一项： 对 错 6.导入网络表时若发现电路有设计错误，需要对原理图进行修改，修改后必须要重新载入网络表、重新编辑PCB。（） 选择一项： 对 错 7. Grid Size用于设置布局栅格的大小，每个元件放置点的坐标都是栅格大小的整数倍。（） 选择一项： 对
错 8.电桥电压增高，其输出电压信号也增大，放大电路本身的飘逸和噪声也相对变大。（）选择一项： 对 错 9.放大电路调试时，首先应检查电源是否有短路，各芯片电源是否正常。 （） 选择一项： 对 错 10.自从电力电子技术发展起来以后，用晶闸管元件组成的调压器很快成为自动交流调压器的主要形式。（） 选择一项： 对 错 11.“剪贴”命令的功能热键Copy命令使用（) 选择一项： a. Ctrl+C b. Ctrl+V c. Ctrl+A d. Shift+C 12.如果显示画面出现杂点或变形，按（）键后，程序返回进行重算，并更新画面，恢复正确的显示图形。 选择一项： a. Up b. Down c. Home d. End
13.用户自定义图纸的高度，用下列哪一个选项。（对） 选择一项： a. Custom Width b. Custom Height c. X Ref Region d. Y Ref Region 14.下列哪种封装主要用于二极管的封装（） 选择一项： a. DB9RA/F b. DIODE0.4 c. DIP8 d. ILEAD8 15.预览框会显示所选择的封装的外形，便于快速浏览，下面哪个按钮的功能是缩小预览框视图（） 选择一项： a. Zoom All b. Zoom In c. Zoom Out d. 以上都不是 16.设计印刷电路板时，选项Legend String 的含义是（） 选择一项： a. 设置是否需要生成图利字符串 b. 设置是否需要生成尺寸标注线 c. 设置是否需要切角 d. 设置是否需要挖孔 17.以下那种封装形式主要用于插装电阻的封装？（） 选择一项：
8 机电一体化系统典型实例 8、1 机器人 8、1、1 概述 机器人就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、检测传感技术与自动控制技术等领域的最新成果,就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,将对人类的生产与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与质量的机器人,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,在一定的精度范围内,忠实地重复再现各种被示教的动作。第二代机器人通常就是指 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。第三代机器人通常就是指具有高级智能的机器 人,其特点就是具有自学习与逻辑判断能力,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)与接触传感器(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、机能与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就是以智能度、机能度与物理能度三座标表 示的“生物空间”,这里,机能度就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,机器人就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,因而就是二元机械。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,所以都就是一元机械。 8、1、2 机器人的组成及基本机能 机器人一般由执行系统、驱动系统、控制系统,检测传感系统与人工智能系统等组成,各系 统功能如下所述。 ① 执行系统。执行系统就是完成抓取工件(或工具)实现所需运动的机械部件,包括手部、 腕部、臂部、机身以及行走机构。 ② 驱动系统。驱动系统的作用就是向执行机构提供动力。随驱动目标的不同,驱动系统的 传动方式有液动、气动、电动与机械式四种。 信息处理机 图8-2生物空间 图8-1机器人三要素
《机电一体化系统》仿真实验报告 实验名称：机电信息一体化机械结构组合实验 姓名：唐玉界学号： 专业：机电一体化实验日期：一、实验目的及要求 1、根据典型的机械结构按照给出的零件列表和装配示意图，完成机械结构的装配和传感器的安装。 2、完成滑块传动机构和间隙物料传送机构的组合装配，分别模拟实际生产中机械运动形式转化过程和物料传送过程。 3、实现对组合模块的控制，理解构建一个完整的机电一体化系统的基本原理和方法，体会机、电、信息结合的实际意义。 二、实验设备（环境）及要求 1、变速箱 2、丝杠驱动机构 3、直线滑动机构: 4、传送带: 5、磁性压块; 6、驱动单元 7、传感器（光电传感器、U型光电开关、接近开关） 三、实验内容与步骤 1、按照滑块传动机构需实现的基本功能，利用磁性压块和提供的驱动单元、螺旋驱动机构，直线滑动机构和连杆构建机械机构。 2、用导线连接，将四个传感器分别连接到店控制箱的传感器输入 3、用电机连接驱动单元和电控箱的电机驱动输出端口并拧紧。 4、参照设计接线图，连接电控箱线路。 5、连接PLC和编程机通讯电缆。 6、开电源，出PLC编程下载PLC控制程序到PLC控制器。 7、利用点控制箱主面板上的变频器调速面板，将变频器的频率设置位20~35Hz。
8、系统调试、运行。 四、实验结果与数据处理 完成机械结构的装配和传感器的安装，完成滑块传动机构和间隙物料传送机构的组合装配，实现对组合模块的控制. 五、分析与结论 现代科技的进步，推动了机电一体化的发展，在机械制造行业中发挥了非常重要的作用。机电一体化是将计算机技术、信息技术、电子技术等充分结合在一起，使机电产品具有较强的科学性、系统性与完整性。目前，机电产品向着体积小、重量轻、精度高的方向发展，并且可靠性也不断提高，这些都是基于机电一体化基础上实现的。因此，本文针对机电一体化技术在机械制造行业中的应用进行探讨，对机电行业的发展具有一定的借鉴意义。 六、思考题 机电一体化系统由哪些基本要素组成？分别实现哪些功能？ 答：①.机电一体化系统由计算机、动力源、传感件、机构、执行元件系统五大要素组成。 ②.对应的五大功能为：控制、动力、计测、构造、操作功能。
机电一体化技术专业设置可行性报告 （一）专业建设基础 机电一体化专业是我院新建专业之一，专业人才培养主要面向机电设备生产、控制，自动化生产线等方面，主要培养面向制造业，从事机电设备（数控设备、自动生产线等）的安装调试、操作运行、维护维修、营销策划、技术改造等生产一线工作，具有较强综合职业能力的技术技能型人才。 1、专业概况 机电一体化技术专业2015 年开始招生，目前在校生152。 专业教学过程中，以职业能力目标指导教学目标；以职业资格标准确立课程标准；将职业技能竞赛的指导思想，教学与培训方式引入专业教学过程；“岗、证、单”一体化人才培养模式来满足订单企业对本专业毕业生知识、能力和技能的要求，有望实现培养标准与职业资格标准零间隙、专业技能与岗位规范零距离、毕业与就业零过渡。 2、师资情况 机电一体化技术专业以建设了一支校企结合、学源宽泛、结构合理、双师型的高水平教学团队为目标，机电一体化技术教学团队应该由知识、能力结构合理的双师型教师和实践经验丰富的企业兼职教师组成，但是，目前本专业教学团队共10人，在校生152 人。其中学院 专任教师6 人，来自行业企业的兼职教师4。本专业有实验员1 名，辅导员2 名。本专业注重教学梯队建设、老中青结合，以老带新，加强专业教师的交流和经验总结，形成了专业知识过硬，教学严谨认真的优秀教学团队。 3、校内外实训基地建设情况 1）学院计算机机房：可满足机械CAD电子CAD电子设计自动化、单片机应用技术等课程的实训需要。 2）电工技术实训室：共有MES-II型通用电学实训台12台，70MHz数字存储示波器15 台及万用表等仪器实验台16 套，可承担《电工电子技术》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《工厂电器控制设备》等课程所实训教学。 3）PLC实训室：拥有PLC综合实训装置13台。主要面向电子信息、机电和自动化类各专 业《PLC应用技术》和《电气控制与PLC等课程的实训和课程设计。 4）高级维修电工实训室：本实训室拥有高级维修电工实训柜10台、S7-200PLC、WinCC
119 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，在一定的精度范围内，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 机器人一般由执行系统、驱动系统、控制系统，检测传感系统和人工智能系统等组成， 各系统功能如下所述。 ① 执行系统。执行系统是完成抓取工件（或工具）实现所需运动的机械部件，包括手部、 信息处理机 图8-2生物空间 图8-1机器人三要素
,. 实验一四节传送带控制 一、实验目的 1.掌握传送指令的使用及编程 2.掌握四节传送带控制系统的接线、调试、操作 二、实验设备 序号名称型号与规格数量备注 1实验装置DDSZ-21 2实验挂箱D661 3实验挂箱MRDT20-11 4导线 3 号若干 5通讯编程电缆SC-091三菱 6实验指导书DDSZ-21 7计算机（带编程软件）1自备 三、面板图 四、控制要求 1.总体控制要求：如面板图所示，系统由传动电机 M1、M2、M3、M4，故障设置开关 A、 B、 C、 D 组成，完成物料的运送、故障停止等功能。 2. 闭合“启动”开关，首先启动最末一条传送带（电机 M4），每经过 1 秒延时，依次启动一 条传送带（电机 M3、 M2、 M1）。 3. 当某条传送带发生故障时，该传送带及其前面的传送带立即停止，而该传送带以后的待运 完货物后方可停止。例如 M2存在故障，则 M1、M2立即停，经过 1 秒延时后， M3停，再过 1 秒， M4停。 4.排出故障，打开“启动”开关，系统重新启动。 5.关闭“启动”开关，先停止最前一条传送带（电机M1），待料运送完毕后再依次停 止M2、 M3及 M4电机。
,. 五、功能指令使用及程序流程图 1.传送指令使用 X0000 为 ON时，将源内容向目标内容传送，X0000 为 OFF时，数据不变化。 2.程序流程图 六、端口分配及接线图 1.端口分配及功能表 序号PLC地址（ PLC端子）电气符号（面板端 功能说明子） 1X00SD启动（ SD） 2X01A传送带 A 故障模拟3X02B传送带 B 故障模拟4X03C传送带 C 故障模拟5X04D传送带 D 故障模拟6Y00M1电机 M1 7Y01M2电机 M2 8Y02M3电机 M3 9Y03M4电机 M4 10主机 COM、面板 COM接电源 GND电源地端 11主机 COM0、COM1、COM2、COM3、COM4、COM5、 电源地端接电源 GND 12面板 V+接电源 +24V电源正端2.PLC外部接线图