機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計課件

2022/12/211第一節(jié)機(jī)電一體化的定義傳統(tǒng)機(jī)械：主要以力學(xué)為理論基礎(chǔ)，以經(jīng)驗為實踐基礎(chǔ)；現(xiàn)代機(jī)械：以力學(xué)、電子學(xué)、計算機(jī)學(xué)、控制論、信息論等為理論基礎(chǔ)，以經(jīng)驗、機(jī)、電、計算機(jī)、傳感與測試等技術(shù)為實踐基礎(chǔ)。機(jī)械：強(qiáng)度高、輸出功率大、承載大載荷；實現(xiàn)微小復(fù)雜運動難。電子：可實現(xiàn)復(fù)雜的檢測和控制；但無法實現(xiàn)重載運動。2022/12/171第一節(jié)機(jī)電一體化的定義傳統(tǒng)機(jī)械：主要2022/12/212第一節(jié)機(jī)電一體化的定義機(jī)電一體化和機(jī)械電氣化的區(qū)別電氣機(jī)械在設(shè)計過程中不考慮或較少考慮電氣與機(jī)械的內(nèi)在聯(lián)系。機(jī)械和電氣裝置之間界限分明裝置所需的控制以基于電磁學(xué)原理的各種電器，屬于強(qiáng)電范疇。2022/12/172第一節(jié)機(jī)電一體化的定義機(jī)電一體化和機(jī)2022/12/213第一節(jié)機(jī)電一體化的定義機(jī)電一體化是在以機(jī)械、電子技術(shù)和計算機(jī)科學(xué)為主的多門學(xué)科相互滲透、相互結(jié)合過程中逐漸形成和發(fā)展起來的一門新興邊緣技術(shù)學(xué)科。機(jī)械技術(shù)（機(jī)械學(xué)機(jī)構(gòu)學(xué)）機(jī)電一體化技術(shù)領(lǐng)域微電子技術(shù)（半導(dǎo)體技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)）2022/12/173第一節(jié)機(jī)電一體化的定義機(jī)電一體2022/12/214第一節(jié)機(jī)電一體化的定義

機(jī)電一體化涉及到許多相關(guān)的學(xué)科：機(jī)械學(xué)、電子學(xué)、控制論、計算機(jī)科學(xué)機(jī)電一體化的產(chǎn)生與迅速發(fā)展的根本原因在于社會的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。系統(tǒng)工程、控制論和信息論是機(jī)電一體化的理論基礎(chǔ)，也是機(jī)電一體化技術(shù)的方法論。微電子技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路制造技術(shù)的進(jìn)步，則為機(jī)電一體化技術(shù)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)；2022/12/174第一節(jié)機(jī)電一體化的定義機(jī)電一體2022/12/215第一節(jié)機(jī)電一體化的定義Mechtronics是一個綜合的概念，包含技術(shù)和產(chǎn)品兩方面。機(jī)電一體化技術(shù)指包括技術(shù)基礎(chǔ)、技術(shù)原理在內(nèi)的使機(jī)電一體化產(chǎn)品得以實現(xiàn)、使用和發(fā)展的技術(shù)。機(jī)電一體化產(chǎn)品指采用機(jī)電一體化技術(shù)，在機(jī)械產(chǎn)品基礎(chǔ)上創(chuàng)建出來的新一代機(jī)電產(chǎn)品。2022/12/175第一節(jié)機(jī)電一體化的定義Mechtro2022/12/216第二節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)與方法機(jī)電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)的分類

按機(jī)電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)的用途分類，有產(chǎn)業(yè)機(jī)械，信息機(jī)械，民用機(jī)械等；按機(jī)械和電子的功能和含量分類，有以機(jī)械裝置為主體的機(jī)械電子產(chǎn)品和以電子裝置為主體的電子產(chǎn)品；按機(jī)電結(jié)合的程度分類，有功能附加型、功能替代型和機(jī)電融合型。2022/12/176第二節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)與方法2022/12/217第二節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)與方法機(jī)電一體化產(chǎn)品的優(yōu)越性使用安全性和可靠性提高生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量提高調(diào)整和維護(hù)方便，使用性能改善具有復(fù)合功能，適用面廣改善勞動條件，有利于自動化生產(chǎn)節(jié)約能源，減少耗材2022/12/177第二節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)與方法2022/12/218第二節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)與方法現(xiàn)代機(jī)械的機(jī)電一體化目標(biāo)提高精度增強(qiáng)功能提高生產(chǎn)效率節(jié)約能源，降低能耗提高安全性、可靠性2022/12/178第二節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)與方法2022/12/219第二節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)與方法改善操作性和實用性減輕勞動強(qiáng)度，改善勞動條件簡化結(jié)構(gòu)，減輕重量降低價格增強(qiáng)柔性應(yīng)用功能2022/12/179第二節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)與方法2022/12/2110第二節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)與方法機(jī)電一體化技術(shù)方向在原有機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)上采用微型計算機(jī)控制裝置，使系統(tǒng)的性能提高，功能增強(qiáng)用電子裝置局部代替機(jī)械傳動裝置和機(jī)械控制裝置，以簡化結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)控制靈活性2022/12/1710第二節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)與方2022/12/2111第二節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)與方法用電子裝置完全代替原來執(zhí)行信息處理功能的機(jī)構(gòu)，即減化了結(jié)構(gòu)，又極大地豐富了信息傳輸內(nèi)容，提高了速度。用電子裝置替代機(jī)械的主要功能，形成特殊的加工能力將機(jī)電技術(shù)完全融合形成新型機(jī)電一體化產(chǎn)品2022/12/1711第二節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)與方2022/12/2112第二節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)與方法機(jī)電一體化系統(tǒng)開發(fā)的設(shè)計思想在開發(fā)過程中，一方面要求設(shè)計機(jī)械系統(tǒng)時應(yīng)選擇與控制系統(tǒng)的電氣參數(shù)相匹配的機(jī)械系統(tǒng)參數(shù)；同時也要求設(shè)計控制系統(tǒng)時，應(yīng)根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的固有結(jié)構(gòu)參數(shù)來選擇和確定電氣參數(shù)。2022/12/1712第二節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)與方2022/12/2113第二節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)與方法機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計方法取代法整體設(shè)計法組合法2022/12/1713第二節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)與方2022/12/2114第二節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)與方法取代法這種方法是用電氣控制取代原傳統(tǒng)中機(jī)械控制機(jī)構(gòu)。這種方法是改造傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品和開發(fā)新型產(chǎn)品常用的方法。這種方法的缺點是跳不出原系統(tǒng)的框架，不利于開拓思路，尤其在開發(fā)全新的產(chǎn)品時更具有局限性。2022/12/1714第二節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)與方2022/12/2115第二節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)與方法整體設(shè)計法這種方法主要用于全新產(chǎn)品和系統(tǒng)的開發(fā)。在設(shè)計時完全從系統(tǒng)的整體目標(biāo)考慮各子系統(tǒng)的設(shè)計，所以接口簡單，甚至可能互融一體。2022/12/1715第二節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)與方2022/12/2116第二節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)與方法組合法這種方法就是選用各種標(biāo)準(zhǔn)模塊，像積木那樣組合成各種機(jī)電一體化系統(tǒng)。利用此方法可以縮短設(shè)計與研制周期、節(jié)約工裝設(shè)備費用，有利于生產(chǎn)管理、使用和維修。2022/12/1716第二節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)與方2022/12/2117第三節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素機(jī)械本體動力單元傳感檢測單元執(zhí)行單元驅(qū)動單元控制與信息處理單元接口2022/12/1717第三節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素2022/12/2118第三節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素機(jī)械本體（機(jī)械系統(tǒng)）

包括機(jī)械傳動裝置和機(jī)械結(jié)構(gòu)裝置。其主要功能是使構(gòu)造系統(tǒng)的各子系統(tǒng)、零部件按照一定的空間和時間關(guān)系安置在一定位置上，并保持特定的關(guān)系。其開發(fā)重點是模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，以便于機(jī)械系統(tǒng)的快速組合和更換2022/12/1718第三節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素2022/12/2119第三節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素動力單元按照機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制要求。為系統(tǒng)提供能量和動力以保證系統(tǒng)正常運行。其顯著特征之一，是用盡可能小的動力輸入獲得盡可能大的功能輸出。2022/12/1719第三節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素2022/12/2120第三節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素傳感檢測單元

對系統(tǒng)運行過程中所需要的本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行檢測，并轉(zhuǎn)換成可識別信號，傳輸?shù)娇刂菩畔⑻幚韱卧?jīng)過分析、處理產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息。對其要求是體積小、便于安裝與連接、檢測精度高、抗干擾性強(qiáng)2022/12/1720第三節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素2022/12/2121第三節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素執(zhí)行單元根據(jù)控制信息和指令完成所要求的動作。驅(qū)動單元在控制信息作用下，驅(qū)動各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成各種動作和功能。2022/12/1721第三節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素2022/12/2122第四節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素控制與信息處理單元

控制與信息處理單元是機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心單元。其功能是將來自各傳感器的檢測信息和外部輸入命令進(jìn)行集中、存儲、分析、加工，根據(jù)信息處理結(jié)果，按照一定的程序發(fā)出相應(yīng)的控制信號，通過輸出接口送往執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制整個系統(tǒng)有目的的運行，并達(dá)到預(yù)期的性能。2022/12/1722第四節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素2022/12/2123第三節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素接口將各要素或子系統(tǒng)連接成為一個有機(jī)整體，使各個功能環(huán)節(jié)有目的地協(xié)調(diào)一致運動，從而形成機(jī)電一體化的系統(tǒng)工程。其基本功能主要有三個：變換、放大、傳遞2022/12/1723第三節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素2022/12/2124第四節(jié)機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)機(jī)械技術(shù)（精密機(jī)械技術(shù)）微電子技術(shù)傳感檢測技術(shù)信息處理技術(shù)自動控制技術(shù)伺服驅(qū)動技術(shù)系統(tǒng)總體技術(shù)2022/12/1724第四節(jié)機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)機(jī)械技術(shù)2022/12/2125第四節(jié)機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)機(jī)械技術(shù)（精密機(jī)械技術(shù)）是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)。機(jī)電一體化的機(jī)械產(chǎn)品與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品的區(qū)別在于：機(jī)械結(jié)構(gòu)更簡單、機(jī)械功能更強(qiáng)、性能更優(yōu)越。機(jī)械技術(shù)的出發(fā)點在于如何與機(jī)電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其他高新技術(shù)來更新概念，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)、材料、性能以及功能上的變更。2022/12/1725第四節(jié)機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)機(jī)械技術(shù)2022/12/2126第四節(jié)機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)傳感檢測技術(shù)是機(jī)電一體化系統(tǒng)的感覺器官，即從待測對象那獲取能反映待測對象特征與狀態(tài)的信息。它是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動化程度就越高。傳感檢測技術(shù)的研究內(nèi)容包括兩方面：一是研究如何將各種被測量轉(zhuǎn)換為與之成比例的電量；二是研究如何將轉(zhuǎn)換的電信號的加工處理。2022/12/1726第四節(jié)機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)傳感檢測2022/12/2127第四節(jié)機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)信息處理技術(shù)信息處理技術(shù)包括信息的交換、存取、運算、判斷和決策。實現(xiàn)信息處理的主要工具是計算機(jī)，因此信息處理技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)是密切相關(guān)的。信息處理的發(fā)展方向是如何提高信息處理的速度、可靠性和智能化程度。2022/12/1727第四節(jié)機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)信息處理2022/12/2128第四節(jié)機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)自動控制技術(shù)自動控制技術(shù)的目的在于實現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的目標(biāo)最佳化。機(jī)電一體化系統(tǒng)中的自動控制技術(shù)主要包括位置控制、速度控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。2022/12/1728第四節(jié)機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)自動控制2022/12/2129第四節(jié)機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)伺服驅(qū)動技術(shù)伺服驅(qū)動技術(shù)就是在控制指令的指揮下，控制驅(qū)動元件，使機(jī)械的運動部件按照指令要求運動，并具有良好的動態(tài)性能。常見的伺服驅(qū)動系統(tǒng)主要有電氣伺服和液壓伺服。2022/12/1729第四節(jié)機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)伺服驅(qū)動2022/12/2130第四節(jié)機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)系統(tǒng)總體技術(shù)系統(tǒng)總體技術(shù)是以整體的概念組織應(yīng)用各種相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)。即從全局的角度和系統(tǒng)的目標(biāo)出發(fā)，將系統(tǒng)分解為若干子系統(tǒng)，從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)技術(shù)協(xié)調(diào)的觀點來考慮每個子系統(tǒng)的技術(shù)方案，對于子系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間的矛盾或子系統(tǒng)和系統(tǒng)整體之間的矛盾都要從總體協(xié)調(diào)的需要來選擇解決方案。2022/12/1730第四節(jié)機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)系統(tǒng)總體2022/12/2131第二章機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械系統(tǒng)是由計算機(jī)協(xié)調(diào)與控制，用于完成一系列運動的機(jī)械和機(jī)電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)。機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)需使伺服馬達(dá)和負(fù)載之間的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩得到匹配，也就是在滿足伺服系統(tǒng)高精度、高響應(yīng)速度、良好穩(wěn)定性的前提下，還應(yīng)該具有較大的剛度、較高的可靠性和重量輕、體積小、壽命長等特點。2022/12/1731第二章機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計機(jī)電一體化2022/12/2132第二章機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計傳動機(jī)構(gòu)：機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳動結(jié)構(gòu)的主要功能是傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。因此，它實際上是一種轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化器。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)：其作用是支撐和限制運動部件按給定的運動要求和規(guī)定的運動方向運動。執(zhí)行機(jī)構(gòu)：用來完成操作任務(wù)。能根據(jù)操作指令的要求在動力源的帶動下，完成預(yù)定的操作。2022/12/1732第二章機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計傳動機(jī)構(gòu)：機(jī)電一2022/12/2133第一節(jié)傳動裝置2.1.1傳動機(jī)構(gòu)的種類及特點

機(jī)電一體化系統(tǒng)中所用的傳動機(jī)構(gòu)主要有滑動絲杠副、滾珠絲杠副、齒輪傳動副、同步帶傳動副、間歇機(jī)構(gòu)、繞性傳動機(jī)構(gòu)等。對于工作機(jī)中的傳動機(jī)構(gòu)，既要求能實現(xiàn)運動的轉(zhuǎn)換，又要求能夠?qū)崿F(xiàn)動力的轉(zhuǎn)換；對于信息機(jī)中的傳動機(jī)構(gòu)，主要要求運動的轉(zhuǎn)換；對于動力，則只需要克服慣性力（力矩）和各種摩擦力（力矩）以及較小的工作負(fù)載即可。2022/12/1733第一節(jié)傳動裝置2.1.1傳動機(jī)構(gòu)的2022/12/2134第一節(jié)傳動裝置2.1.2傳動機(jī)構(gòu)的基本要求影響機(jī)電一體化系統(tǒng)中的傳動鏈動力學(xué)性能的因素一般有以下幾個負(fù)載的變換傳動鏈慣性傳動鏈固有頻率間隙、摩擦、潤滑和溫升2022/12/1734第一節(jié)傳動裝置2.1.2傳動機(jī)構(gòu)的2022/12/2135第一節(jié)傳動裝置在不影響系統(tǒng)剛度的條件下，傳動機(jī)構(gòu)的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量應(yīng)盡可能小剛度越大伺服系統(tǒng)動力損失越?。粍偠仍酱髾C(jī)構(gòu)固有頻率越高，超出系統(tǒng)的頻帶寬度，不易產(chǎn)生共振；剛度越大閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性越高機(jī)械零件產(chǎn)生共振時，系統(tǒng)中阻尼越大，最大振幅就越小，且衰減越快；但大阻尼也會使系統(tǒng)的失動量和反轉(zhuǎn)誤差增大，穩(wěn)態(tài)誤差增大，精度降低2022/12/1735第一節(jié)傳動裝置在不影響系統(tǒng)剛度的條2022/12/2136第一節(jié)傳動裝置系統(tǒng)傳動部件的靜摩擦力應(yīng)盡可能??；動摩擦力應(yīng)是盡可能小的正斜率，若為負(fù)斜率則易產(chǎn)生爬行，精度降低，壽命減少。此外，還要求抗振性好，穩(wěn)定性高，間隙?。p少誤差，提高伺服系統(tǒng)中位置環(huán)的穩(wěn)定性），避免諧振，特別是其動態(tài)特性與伺服電動等其他環(huán)節(jié)的動態(tài)性能相匹配。2022/12/1736第一節(jié)傳動裝置系統(tǒng)傳動部件的靜摩擦2022/12/2137第一節(jié)傳動裝置轉(zhuǎn)動慣量

在滿足系統(tǒng)剛度的條件下，機(jī)械部分的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量越小越好。轉(zhuǎn)動慣量大會使機(jī)械負(fù)載增大、系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢、靈敏度降低、固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振。同時轉(zhuǎn)動慣量的增大會使電氣驅(qū)動部件的諧振頻率降低，而阻尼增大。2022/12/1737第一節(jié)傳動裝置轉(zhuǎn)動慣量2022/12/2138第一節(jié)傳動裝置摩擦兩物體接觸面間的摩擦力在應(yīng)用上可以簡化為粘性摩擦力、庫倫摩擦力與靜摩擦力三類，方向均與運動方向（或運動趨勢方向）相反。粘性摩擦力大小與兩物體相對運動的速度成正比；庫倫摩擦力是接觸面對運動物體的阻力，大小為一常數(shù)；靜摩擦力是有相對運動趨勢但仍處于靜止?fàn)顟B(tài)時摩擦面間的摩擦力，其最大值發(fā)生在相對開始運動前的一瞬間，運動開始后靜摩擦力即消失。2022/12/1738第一節(jié)傳動裝置摩擦2022/12/2139第一節(jié)傳動裝置阻尼

運動中的機(jī)械部件容易產(chǎn)生振動，其振幅取決于系統(tǒng)的阻尼和固有頻率，系統(tǒng)的阻尼越大，最大振幅越小，且衰減越快；線性阻尼下的振動為實模態(tài)，非線性阻尼下的振動為復(fù)模態(tài)。機(jī)械部件振動時，金屬材料的內(nèi)摩擦較小，而運動副的摩擦阻尼占主導(dǎo)地位的。在實際應(yīng)用中一般將摩擦阻尼簡化為粘性摩擦的線性阻尼2022/12/1739第一節(jié)傳動裝置阻尼2022/12/2140第一節(jié)傳動裝置剛度剛度為彈性體產(chǎn)生單位變形量所需的作用力。機(jī)械系統(tǒng)的剛度包括構(gòu)件產(chǎn)生各種基本變形時的剛度和兩接觸面的接觸剛度兩類。靜態(tài)力和變形之比為靜剛度；動態(tài)力和變形之比為動剛度。2022/12/1740第一節(jié)傳動裝置剛度2022/12/2141第一節(jié)傳動裝置諧振頻率

包括機(jī)械傳動部件在內(nèi)的彈性系統(tǒng)，若阻尼不計，可簡化為質(zhì)量、彈簧系統(tǒng)。由此可確定系統(tǒng)的固有頻率。當(dāng)外界的激振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。機(jī)械傳動部件實際上是個多自由度系統(tǒng)，有一個基本固有頻率和若干高階固有頻率，分別稱為機(jī)械傳動部件的一階諧振頻率和n階諧振頻率。2022/12/1741第一節(jié)傳動裝置諧振頻率2022/12/2142第一節(jié)傳動裝置間隙

間隙將使機(jī)械傳動系統(tǒng)中間產(chǎn)生回程誤差，影響伺服系統(tǒng)中位置環(huán)的穩(wěn)定性。有間隙時，應(yīng)減小位置環(huán)增益間隙的主要形式有齒輪傳動的齒側(cè)間隙、絲杠螺母的傳動間隙、絲杠軸承的軸向間隙、連軸器的扭轉(zhuǎn)間隙等。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，為了保證系統(tǒng)良好的動態(tài)性能，要盡可能避免間隙的出現(xiàn)。當(dāng)間隙出現(xiàn)時，要采取消隙措施。2022/12/1742第一節(jié)傳動裝置間隙2022/12/2143第一節(jié)傳動裝置2.1.3常用傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計方法滾珠絲杠副傳動機(jī)構(gòu)齒輪傳動同步帶傳動諧波齒輪傳動棘輪傳動機(jī)構(gòu)軟軸傳動機(jī)構(gòu)2022/12/1743第一節(jié)傳動裝置2.1.3常用傳動2022/12/2144第一節(jié)傳動裝置一、滾珠絲杠副傳動機(jī)構(gòu)滾珠絲杠是一種新型螺旋傳動機(jī)構(gòu)，具有螺旋槽的絲杠與螺母之間裝有中間傳動元件——滾珠。主要用來將旋轉(zhuǎn)運動變換為直線運動或?qū)⒅本€運動變換為旋轉(zhuǎn)運動2022/12/1744第一節(jié)傳動裝置一、滾珠絲杠副傳動機(jī)2022/12/2145第一節(jié)傳動裝置滾珠絲杠副的特點傳動效率高運動具有可逆性系統(tǒng)剛度好傳動精度高使用壽命長不能自鎖工藝復(fù)雜2022/12/1745第一節(jié)傳動裝置滾珠絲杠副的特點2022/12/2146第一節(jié)傳動裝置滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)類型可從螺紋滾道的界面形狀、滾珠的循環(huán)方式和消除軸向間隙的調(diào)整方法進(jìn)行區(qū)別單圓弧型和雙圓弧型2022/12/1746第一節(jié)傳動裝置滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)類型2022/12/2147第一節(jié)傳動裝置內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)內(nèi)循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)過程中始終與絲杠表面保持接觸內(nèi)循環(huán)方式的優(yōu)點是滾珠循環(huán)的回路短，流暢性好，效率高螺母的尺寸也較小。缺點是反向器加工困難，裝配調(diào)整也不方便2022/12/1747第一節(jié)傳動裝置內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)2022/12/2148第一節(jié)傳動裝置內(nèi)循環(huán)浮動式反向器在高頻浮動中達(dá)到回珠圓弧槽進(jìn)出口的自動對接，通道流暢，摩擦性較好，更適用于高速、高靈敏度、高剛度的精密進(jìn)給系統(tǒng)2022/12/1748第一節(jié)傳動裝置內(nèi)循環(huán)2022/12/2149第一節(jié)傳動裝置外循環(huán)滾珠在循環(huán)返回時，離開絲杠螺紋滾道，在螺母或體外作循環(huán)運動2022/12/1749第一節(jié)傳動裝置外循環(huán)2022/12/2150第一節(jié)傳動裝置螺旋槽式的特點是工藝簡單、徑向尺寸小、易于制造，但是擋珠器剛性差，易磨損2022/12/1750第一節(jié)傳動裝置螺旋槽式的特點是工藝2022/12/2151第一節(jié)傳動裝置內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)插管式結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，但是徑向尺寸較大，彎管端部比較容易磨損2022/12/1751第一節(jié)傳動裝置內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)2022/12/2152第一節(jié)傳動裝置內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)端蓋式結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好，但滾道吻接和彎曲處圓角不易加工準(zhǔn)備而影響其性能，故應(yīng)用較少。2022/12/1752第一節(jié)傳動裝置內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)2022/12/2153第一節(jié)傳動裝置滾珠絲杠副軸向間隙調(diào)整與預(yù)緊預(yù)緊力大小必須合適，過小不能保證無隙傳動，過大將使驅(qū)動力矩增大，效率降低，壽命縮短。要特別注意減少絲杠安裝部分的間隙，這些間隙用預(yù)緊的方法是無法消除的，而它對傳動精度有直接影響2022/12/1753第一節(jié)傳動裝置滾珠絲杠副軸向間隙調(diào)2022/12/2154第一節(jié)傳動裝置雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)隙式

結(jié)構(gòu)簡單、剛性好、預(yù)緊可靠，使用中調(diào)整方便，但不能精確地調(diào)整2022/12/1754第一節(jié)傳動裝置雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)隙式2022/12/2155第一節(jié)傳動裝置雙螺母齒差預(yù)緊調(diào)隙式可實現(xiàn)定量調(diào)整，調(diào)整精度很高，工作可靠，使用中調(diào)整較方便；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工和裝配工藝性能較差2022/12/1755第一節(jié)傳動裝置雙螺母齒差預(yù)緊調(diào)隙式2022/12/2156第一節(jié)傳動裝置雙螺母墊片預(yù)緊調(diào)隙式

結(jié)構(gòu)緊湊、剛度高、預(yù)緊可靠、應(yīng)用廣泛，但使用中調(diào)整不方便，也不很準(zhǔn)確，適用于一般精度的傳動結(jié)構(gòu)2022/12/1756第一節(jié)傳動裝置雙螺母墊片預(yù)緊調(diào)隙式2022/12/2157第一節(jié)傳動裝置彈簧式自動調(diào)整預(yù)緊式能消除使用過程中由于摩擦或彈性變形產(chǎn)生的間隙，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜。軸向剛度低2022/12/1757第一節(jié)傳動裝置彈簧式自動調(diào)整預(yù)緊式2022/12/2158第一節(jié)傳動裝置2022/12/1758第一節(jié)傳動裝置2022/12/2159第一節(jié)傳動裝置二、齒輪傳動齒輪傳動是機(jī)電一體化系統(tǒng)中使用最多的機(jī)械傳動裝置，主要原因是齒輪傳動的瞬時傳動比為常數(shù)。傳動精確，且強(qiáng)度大、能承受重載、結(jié)構(gòu)緊湊。摩擦力小、效率高。2022/12/1759第一節(jié)傳動裝置二、齒輪傳動2022/12/2160第一節(jié)傳動裝置三、同步帶傳動同步帶傳動是綜合了帶傳動、齒輪傳動和鏈傳動特點的一種新型傳動2022/12/1760第一節(jié)傳動裝置三、同步帶傳動2022/12/2161第一節(jié)傳動裝置同步帶傳動的特點能方便地實現(xiàn)較遠(yuǎn)中心距的傳動，傳動比準(zhǔn)確，傳動效率高工作平穩(wěn)，能吸收振動不需要潤滑，耐油、水，耐高溫，耐腐蝕，維護(hù)保養(yǎng)方便強(qiáng)度高，厚度小，質(zhì)量輕中心距要求嚴(yán)格，安裝精度要求高制造工藝復(fù)雜，成本高2022/12/1761第一節(jié)傳動裝置同步帶傳動的特點2022/12/2162第一節(jié)傳動裝置四、諧波齒輪傳動依靠柔性齒輪所產(chǎn)生的可控制彈性變形波，引起齒間的相對位移來傳遞動力和運動的。2022/12/1762第一節(jié)傳動裝置四、諧波齒輪傳動2022/12/2163第一節(jié)傳動裝置諧波齒輪傳動的優(yōu)點傳動比大承載能力大傳動精度高可以向密封空間傳遞運動或動力傳動平穩(wěn)傳動效率高結(jié)構(gòu)簡單，體積小，質(zhì)量輕2022/12/1763第一節(jié)傳動裝置諧波齒輪傳動的優(yōu)點2022/12/2164第一節(jié)傳動裝置諧波齒輪傳動的缺點揉輪和波發(fā)生器制造復(fù)雜，需專門設(shè)備，成本較高傳動比下限值較高不能做成交叉軸和相交軸的結(jié)構(gòu)2022/12/1764第一節(jié)傳動裝置諧波齒輪傳動的缺點2022/12/2165第一節(jié)傳動裝置五、軟軸傳動機(jī)構(gòu)軟軸又稱作鋼絲軟軸，是由幾層緊密纏在一起的彈簧鋼絲層構(gòu)成的，相鄰層的纏繞方向相反。工作時相鄰兩層鋼絲中的一層趨于擰緊，另一層趨于擰松，以使各層鋼絲間趨于壓緊，傳遞轉(zhuǎn)矩。2022/12/1765第一節(jié)傳動裝置五、軟軸傳動機(jī)構(gòu)2022/12/2166第一節(jié)傳動裝置鋼絲軟軸主要用于兩個傳動機(jī)件的軸線不在同一直線上，或工作時彼此要求有相對運動的傳動。它可以彎曲繞過各種障礙物，遠(yuǎn)距離傳遞回轉(zhuǎn)運動。適合于受連續(xù)沖擊的場合，也適用于高速、小轉(zhuǎn)矩的場合。不適合低速大轉(zhuǎn)矩的傳動。因為這將使從動軸的轉(zhuǎn)速不均勻，扭轉(zhuǎn)剛度無法保證。2022/12/1766第一節(jié)傳動裝置鋼絲軟軸主要用2022/12/2167第一節(jié)傳動裝置六、棘輪傳動機(jī)構(gòu)棘輪傳動機(jī)構(gòu)主要用于將原動機(jī)構(gòu)的連續(xù)運動轉(zhuǎn)換成間歇運動。2022/12/1767第一節(jié)傳動裝置六、棘輪傳動機(jī)構(gòu)2022/12/2168第一節(jié)傳動裝置棘輪機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便和運動可靠等優(yōu)點，故在各類機(jī)械中有廣泛的應(yīng)用。但是由于回程時搖桿上的棘爪在棘輪齒面上滑行時引起噪聲和齒尖磨損。同時為使棘爪順利落入棘輪齒間，搖桿擺動的角度應(yīng)略大于棘輪的運動角，這樣就不可避免的存在空程和沖擊。此外棘輪的運動角必須以棘輪齒數(shù)為單位有級地變化。因此棘輪機(jī)構(gòu)不宜應(yīng)用于高速和運動精度要求較高的場合。棘輪2022/12/1768第一節(jié)傳動裝置棘輪機(jī)構(gòu)具有結(jié)2022/12/2169第二節(jié)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)中，導(dǎo)向支撐部件的作用是支撐和限制運動部件能按給定的運動要求和運動方向運動，這樣的部件通常稱為導(dǎo)軌副，簡稱導(dǎo)軌。2022/12/1769第二節(jié)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在機(jī)電一體化機(jī)2022/12/2170第二節(jié)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)2.2.1導(dǎo)軌的組成、分類及特點

導(dǎo)軌主要由兩部分組成：在工作時一部分固定不動，稱為支承導(dǎo)軌；另一部分相對支承導(dǎo)軌作直線或回轉(zhuǎn)運動，稱為動導(dǎo)軌。

2022/12/1770第二節(jié)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)2.2.1導(dǎo)軌的組成2022/12/2171第二節(jié)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)2.2.2導(dǎo)軌的基本要求機(jī)電一體化系統(tǒng)對導(dǎo)軌的基本要求是導(dǎo)向精度高、剛性好、運動輕便平穩(wěn)、耐磨性好、溫度變化影響小以及結(jié)構(gòu)工藝性好。對精度要求高的直線運動導(dǎo)軌，還要求導(dǎo)軌的承載面與導(dǎo)向面嚴(yán)格分開；運動件較重時，必須設(shè)有卸荷裝置；運動件的支承必須符合三點定位原理2022/12/1771第二節(jié)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)2.2.2導(dǎo)軌的基本2022/12/2172第二節(jié)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向精度導(dǎo)軌按給定方向作直線運動的準(zhǔn)確程度直線度兩導(dǎo)軌面間的平行度2022/12/1772第二節(jié)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向精度2022/12/2173第二節(jié)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)耐磨性導(dǎo)軌的耐磨性是指導(dǎo)軌在長期使用后，應(yīng)能保持一定的導(dǎo)向精度。導(dǎo)軌的耐磨性主要取決于導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)、材料、摩擦性質(zhì)、表面粗糙度、表明硬度、表面潤滑及受力情況等。提高導(dǎo)軌的精度保持性，必須進(jìn)行正確的潤滑與保護(hù)2022/12/1773第二節(jié)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)耐磨性2022/12/2174第二節(jié)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運動的靈活性和低速運動的平穩(wěn)性工作時應(yīng)輕便省力，速度均勻，低速運動或微量位移時不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，高速運動時應(yīng)無振動。為了防止產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，可以采?。翰捎脻L動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌，卸荷導(dǎo)軌、貼塑料層導(dǎo)軌?；蛘咴谄胀ɑ瑒訉?dǎo)軌上使用含有極性添加劑的導(dǎo)軌油。也可以用減少結(jié)合面、增加結(jié)構(gòu)尺寸、縮短傳動鏈。減少運動副等方法2022/12/1774第二節(jié)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運動的靈活性和低速運2022/12/2175第二節(jié)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)2.2.3常用導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計方法塑料導(dǎo)軌塑料導(dǎo)軌是在滑動導(dǎo)軌上鑲裝塑料而成。這種導(dǎo)軌定位精度較高，摩擦因數(shù)較小，剛度較高，無爬行現(xiàn)象，吸振較好，壽命長，化學(xué)穩(wěn)定性高，工藝性好，維護(hù)方便；但由于其耐熱性差，在使用中必須注意散熱。2022/12/1775第二節(jié)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)2.2.3常用導(dǎo)向2022/12/2176第二節(jié)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)塑料導(dǎo)軌軟帶可與鑄鐵或鋼組成滑動摩擦副，也可以與滾動導(dǎo)軌組成滾動摩擦副2022/12/1776第二節(jié)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)塑料導(dǎo)軌軟帶2022/12/2177第二節(jié)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)金屬塑料復(fù)合導(dǎo)軌板一般用膠粘貼在金屬導(dǎo)軌上，成本較高塑料涂層主要用于導(dǎo)軌的維修和設(shè)備的改造，也可用于新產(chǎn)品設(shè)計2022/12/1777第二節(jié)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)金屬塑料復(fù)合導(dǎo)軌板2022/12/2178第二節(jié)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)滾動導(dǎo)軌滾動導(dǎo)軌是在做相對直線運動的兩導(dǎo)軌面之間加入滾動體，變滑動摩擦為滾動摩擦的一種直線運動支撐。滾動導(dǎo)軌的優(yōu)點摩擦因數(shù)小，運動靈活；動靜摩擦系數(shù)基本相同，因而啟動阻力小，不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象；可以預(yù)緊，剛度高；壽命長；精度高；潤滑方便，一次裝填，長期使用。2022/12/1778第二節(jié)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)滾動導(dǎo)軌2022/12/2179第二節(jié)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)滾動導(dǎo)軌按滾動體形狀的不同，可以分為滾珠導(dǎo)軌。滾珠導(dǎo)軌和滾針導(dǎo)軌2022/12/1779第二節(jié)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)滾動導(dǎo)軌按2022/12/2180第二節(jié)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)滾珠為點接觸，摩擦小、靈敏度高，但承載能力小、剛度低，適用于載荷不大，行程較小，而運動靈敏度要求較高的場合。2022/12/1780第二節(jié)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)滾珠為點接觸，2022/12/2181第二節(jié)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)

滾柱導(dǎo)軌為線接觸，承載能力和剛度都比滾珠導(dǎo)軌大，適用于載荷較大的場合，但制造安裝精度要求高。滾柱對導(dǎo)軌的不平度較敏感，容易產(chǎn)生側(cè)向偏移和滑動，而使導(dǎo)軌的阻力增加，磨損加快，精度降低。2022/12/1781第二節(jié)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)滾柱導(dǎo)軌為線接2022/12/2182第二節(jié)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)滾針導(dǎo)軌的尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊、排列密集。承載能力大，但摩擦相應(yīng)增加，精度較低，適用于載荷大。導(dǎo)軌尺寸受限制的場合。（結(jié)構(gòu)尺寸較小的滾柱導(dǎo)軌）滾柱導(dǎo)軌支承為標(biāo)準(zhǔn)部件，具有安裝、潤滑簡單，調(diào)整防護(hù)容易等優(yōu)點。2022/12/1782第二節(jié)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)滾針導(dǎo)軌的尺寸2022/12/2183第二節(jié)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)按滾動體的循環(huán)方式，滾動導(dǎo)軌又可分為滾動體不循環(huán)式導(dǎo)軌和滾動體循環(huán)式導(dǎo)軌兩種。

滾動體不循環(huán)式導(dǎo)軌的滾動體可以是滾珠、滾柱或滾針。它們的共同特點是滾動體不循環(huán)，因而行程不能太長。這種導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，成本較低，但有時難以施加預(yù)緊力，剛度較低，抗振性能差，不能承受沖擊載荷。2022/12/1783第二節(jié)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)按滾動體的循環(huán)方式，2022/12/2184第三節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)2.3.1常用執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計方法熱變形式熱變形式執(zhí)行機(jī)構(gòu)屬于微動機(jī)構(gòu)，該類機(jī)構(gòu)利用電熱元件作為動力源，電熱元件通電后產(chǎn)生的熱變形實現(xiàn)微小位移。2022/12/1784第三節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)2.3.1常用執(zhí)行機(jī)2022/12/2185第三節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)熱變形微動機(jī)構(gòu)可以利用變壓器、變阻器等來調(diào)節(jié)傳動桿的加熱速度，以實現(xiàn)對位移速度和微進(jìn)給量的控制。為了使傳動桿恢復(fù)到原來的位置，可以利用壓縮空氣或乳化液來冷卻熱變形微動機(jī)構(gòu)具有高剛度和無間隙的優(yōu)點，并可通過控制加熱電流來得到所需微量位移；但由于熱慣性以及冷卻速度難以精確控制等原因，這種微動系統(tǒng)只適用于行程較短、頻率不高的場合。2022/12/1785第三節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)熱變形微動機(jī)構(gòu)2022/12/2186第三節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)磁致伸縮式該類機(jī)構(gòu)利用某些材料在磁場作用下具有改變尺寸的磁致伸縮效應(yīng)，來實現(xiàn)微量位移。2022/12/1786第三節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)磁致伸縮式2022/12/2187第三節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)磁致伸縮式微動機(jī)構(gòu)的特征為重復(fù)精度高，無間隙，剛度好，轉(zhuǎn)動慣量小，工作穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；但由于工程材料的磁致伸縮量有限，該類機(jī)構(gòu)所提供的位移量很小，因而該類機(jī)構(gòu)適用于精確位移調(diào)整、切削刀具的磨損補(bǔ)償及自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。2022/12/1787第三節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)磁致伸縮式微動2022/12/2188第三節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器工業(yè)機(jī)器人是一種自動控制，可重復(fù)編程，多功能、多自由度操作機(jī)，是能搬動物料、工件或操作工具以及完成其他各種作業(yè)的機(jī)電一體化產(chǎn)品。工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器裝在操作機(jī)手腕的前端，是直接實現(xiàn)操作功能的機(jī)構(gòu)末端執(zhí)行器因用途不同而結(jié)構(gòu)各異，一般可分為三大類：機(jī)械夾持器、特種末端執(zhí)行器、萬能手2022/12/1788第三節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器2022/12/2189第三節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)械夾持器它是工業(yè)機(jī)器人中最常用的一種末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)。機(jī)械夾持器首先應(yīng)有一定的力約束和形狀約束，以保證被夾工件在移動、停留和裝入過程中不改變姿態(tài)。當(dāng)需要松開工件時，應(yīng)完全松開。另外，它還應(yīng)保證工件夾持姿態(tài)再現(xiàn)幾何偏差在給定的公差帶內(nèi)。2022/12/1789第三節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)械夾持器2022/12/2190第三節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)械夾持器常用壓縮空氣作動力源，經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)實現(xiàn)手指的運動。根據(jù)手指夾持工件時的運動軌跡的不同，機(jī)械夾持器可有下述幾種型式圓弧開合型圓弧平行開合型直接平行開合型2022/12/1790第三節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)械夾持器常用2022/12/2191第三節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)圓弧開合型在傳動機(jī)構(gòu)帶動下，手指指端的運動軌跡為圓弧夾持器工作時，兩手指繞支點作圓弧運動，同時對工件進(jìn)行夾持和定心。這類夾持器對工件被夾持部位的尺寸有嚴(yán)格要求，否則可能會造成工件狀態(tài)失常2022/12/1791第三節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)圓弧開合型2022/12/2192第三節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)圓弧平行開合型這類夾持器兩手指工作時作平行開合運動，而指端運動軌跡為一圓弧2022/12/1792第三節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)圓弧平行開合型2022/12/2193第三節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接平行開合型這類夾持器兩手指的運動軌跡為直線，且兩指夾持面始終保持平行2022/12/1793第三節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接平行開合型2022/12/2194第三節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)真空吸附手結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，且吸附作業(yè)具有一定柔順性，這樣即使工件有尺寸偏差和位置偏差也不會影響吸附手的工作。它常用小件搬運，也根據(jù)工件形狀、尺寸、質(zhì)量大小的不同將多個真空吸附手組合使用。2022/12/1794第三節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)真空吸附手結(jié)構(gòu)2022/12/2195第三節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)2）電磁吸附手它同樣結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，但它吸附工件的過程是從不接觸工件開始的。這種吸附方式可以用于搬運較大的可磁化性材料的工件2022/12/1795第三節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)2）電磁吸附手2022/12/2196第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識檢測系統(tǒng)是機(jī)電一體化設(shè)備中不可缺少的組成部分。其功能是對系統(tǒng)運行中所需的自身和外界環(huán)境參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行檢測，將其轉(zhuǎn)變成可識別的電信號，傳遞給信息處理單元。如果把機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械系統(tǒng)看做是人的手足，信息處理系統(tǒng)看做是人的大腦，則檢測系統(tǒng)好比人的感覺器官。自動化程度越高，控制系統(tǒng)對傳感器的要求也就越高2022/12/1796第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識檢測系2022/12/2197第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識把各種非電量信息轉(zhuǎn)換為電信號對轉(zhuǎn)換后的電信號進(jìn)行測量,并進(jìn)行放大、運算、轉(zhuǎn)換、記錄、指示、顯示等處理2022/12/1797第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識把各種非電量2022/12/2198第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識3.1.1傳感器的基本用途傳感器是借助檢測元件接收一種形式的信息，并按一定規(guī)律將它轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置。它獲取的信息，可以是各種物理量、化學(xué)量和生物量，而且轉(zhuǎn)換后的信息也是有各種形式，由于電信號是最易于處理和便于傳輸?shù)?，所以目前大多?shù)的傳感器將獲取的信息轉(zhuǎn)換為電信號。2022/12/1798第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識3.1.1傳2022/12/2199第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識3.1.2傳感器的組成與分類傳感器的組成2022/12/1799第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識3.1.2傳2022/12/21100第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識敏感元件直接感受被測量，并以確定關(guān)系輸出某一物理量轉(zhuǎn)換元件將敏感元件輸出的非電物理量轉(zhuǎn)換成其他參數(shù)基本轉(zhuǎn)換電路將電路參數(shù)轉(zhuǎn)換成便于測量的電量2022/12/17100第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識敏感元件2022/12/21101第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識傳感器的分類目前采用的傳感器分類方法主要有按被測物理量分類：這種方法明確表明了傳感器的作用，便于使用者選擇，如位移、壓力傳感器按傳感器工作原理分類：這種方法表明了傳感器的工作原理，有利于傳感器設(shè)計和應(yīng)用，如壓阻式、壓電式、電感式2022/12/17101第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識傳感器的分2022/12/21102第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識按傳感器轉(zhuǎn)換能量的方式分類1）能量轉(zhuǎn)換型（發(fā)電型）不需外加電源而將被測量轉(zhuǎn)換成電能輸出，如壓電式，光電式等2）能量控制型（參量型）需外加電源才能輸出測試電量，如電阻、電感等2022/12/17102第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識按傳感器轉(zhuǎn)2022/12/21103第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識按傳感器工作機(jī)理分類1）結(jié)構(gòu)型：被測參數(shù)變化引起傳感器的結(jié)構(gòu)變化，使輸出電量變化，利用物理學(xué)中的定律和運定定律等構(gòu)成2）物性型：利用某些物質(zhì)的某種性質(zhì)隨被測參數(shù)變化的原理構(gòu)成。傳感器的性能與材料密切相關(guān)2022/12/17103第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識按傳感器工2022/12/21104第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識按傳感器輸出信號的形式分類1）模擬式：傳感器輸出為模擬電壓量2）數(shù)字式：傳感器輸出為數(shù)字量習(xí)慣上，常把工作原理和用途結(jié)合起來命名傳感器，有利于設(shè)計檢測系統(tǒng)選擇2022/12/17104第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識按傳感器輸2022/12/21105第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識3.1.4傳感器的性能與選用原則傳感器的性能傳感器的性能分為靜態(tài)性能指標(biāo)和動態(tài)性能指標(biāo)傳感器的靜態(tài)性能傳感器在靜態(tài)信號作用下，其輸入－輸出關(guān)系稱為靜態(tài)性能，其包含有線性度、靈敏度、遲滯和重復(fù)性2022/12/17105第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識3.1.42022/12/21106第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識線性度：傳感器的實際特性曲線與擬合直線之間的偏差稱為傳感器的非線性誤差2022/12/17106第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識線性度：傳2022/12/21107第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識靈敏度：是指傳感器在靜態(tài)信號輸入情況下，輸入變化對輸入變化的比值s

一般希望傳感器的靈敏度高一些，并且在滿量程范圍內(nèi)是恒定的，即傳感器的輸入－輸出特性為直線2022/12/17107第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識靈敏度：是2022/12/21108第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識遲滯性：表明傳感器在正、反行程期間輸入－輸出特性曲線不重合的程度產(chǎn)生遲滯性現(xiàn)象的主要原因是機(jī)械的間隙、摩擦或磁滯等因素2022/12/17108第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識遲滯性：表2022/12/21109第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識重復(fù)性：表示傳感器在輸入量按同一方向作全程多次測試時所得特性曲線的不一致程度2022/12/17109第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識重復(fù)性：表2022/12/21110第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識傳感器的動態(tài)特性指傳感器對輸入信號的響應(yīng)特性，一個動態(tài)特性好的傳感器其輸出能再現(xiàn)輸入變化規(guī)律。但實際上除了具有理想的比例特性環(huán)節(jié)外，輸出信號不可能與輸入信號具有完全相同的時間函數(shù)，這種輸入與輸出之間的差異叫做動態(tài)誤差2022/12/17110第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識傳感器的動2022/12/21111第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識傳感器的選用原則傳感器是測量與控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)，通常應(yīng)該具有快速、準(zhǔn)確、可靠而又經(jīng)濟(jì)地實現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換的基本要求。足夠的容量，傳感器的工作范圍或量程要足夠的大，具有一定過載的能力。2022/12/17111第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識傳感器的選2022/12/21112第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識與測量或控制系統(tǒng)的匹配性好，轉(zhuǎn)換靈敏度高，要求其輸出信號與被測輸入信號成確定關(guān)系，且比值要大。反應(yīng)速度快，工作可靠性好適用性和適應(yīng)性強(qiáng)，動作能量小，對被測對象的狀態(tài)影響小，內(nèi)部噪聲小又不易受外界干擾的影響，使用安全。使用經(jīng)濟(jì)，成本低，壽命長，且易于使用、維修和校準(zhǔn)2022/12/17112第一節(jié)傳感器的基礎(chǔ)知識與測量或控2022/12/21113第二節(jié)常用傳感器位移測量傳感器是線性位移和角位移測量的總稱，位移測量在機(jī)電一體化領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。常用的直線位移傳感器有：電感傳感器、電容傳感器、感應(yīng)同步器、光柵傳感器；常用角位移傳感器有：電容傳感器、光電編碼器2022/12/17113第二節(jié)常用傳感器位移測量傳感2022/12/21114第二節(jié)常用傳感器3.2.1線位移檢測傳感器線位移傳感器是利用敏感元件某些電參數(shù)隨位移變化而改變的特性進(jìn)行工作電阻式線位移傳感器電感式線位移傳感器電容式線位移傳感器光柵式線位移傳感器激光式線位移傳感器2022/12/17114第二節(jié)常用傳感器3.2.1線位移2022/12/21115第二節(jié)常用傳感器電阻式線位移傳感器電位器式線傳感器電位器式線位移傳感器利用被測部件的移動通過拉桿帶動電刷移動，從而改變輸出的電量。其優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定。缺點是分辨率不高，易磨損。2022/12/17115第二節(jié)常用傳感器電阻式線位移傳感2022/12/21116第二節(jié)常用傳感器電阻應(yīng)變計式線位移傳感器利用應(yīng)變片的彎曲，造成電阻變化，將其轉(zhuǎn)化成電壓和電流的變化。其優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，精度高。不足之處是動態(tài)范圍窄2022/12/17116第二節(jié)常用傳感器電阻應(yīng)變計式線位2022/12/21117第二節(jié)常用傳感器電感式線位移傳感器(1)差動電感式線位移傳感器利用磁芯在線圈筒中自由移動，切割磁力線產(chǎn)生電動勢使電橋失去平衡，產(chǎn)生測量信號其優(yōu)點是具有動態(tài)范圍寬和線性度好的優(yōu)點。缺點是有殘余電壓。2022/12/17117第二節(jié)常用傳感器電感式線位移傳感2022/12/21118第二節(jié)常用傳感器差動變壓器式線位移傳感器將被測量轉(zhuǎn)化為線圈的互感變化。這種傳感器具有分辨率高、線性度好等優(yōu)點，其缺點是殘余電勢較大2022/12/17118第二節(jié)常用傳感器差動變壓器式線位2022/12/21119第二節(jié)常用傳感器電容式線位移傳感器平板電容器的電容決定于極板的工作面積、極板間介質(zhì)的介電常數(shù)和極板間的距離，位移使電容器三個參數(shù)中的任意一個發(fā)生變化，均會引起電容量的變化。通過檢測電路將電容量的變換轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出。電容式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單，動態(tài)性能好、靈敏度和分辨率高的特點。它可用于無接觸檢測，并可在惡劣環(huán)境下工作。2022/12/17119第二節(jié)常用傳感器電容式線位移傳感2022/12/21120第二節(jié)常用傳感器光柵式線位移傳感器2022/12/17120第二節(jié)常用傳感器光柵式線位移傳感2022/12/21121第二節(jié)常用傳感器光柵是一種新型的位移檢測元件，它的特點是測量精度高、響應(yīng)速度快和量程范圍大等。2022/12/17121第二節(jié)常用傳感器光柵是一種新型的2022/12/21122第二節(jié)常用傳感器激光式線位移傳感器這種傳感器動態(tài)范圍寬、精度高、可用于非接觸檢測。其缺點是裝置復(fù)雜、使用調(diào)試不方便、價格高。2022/12/17122第二節(jié)常用傳感器激光式線位移傳感2022/12/21123第二節(jié)常用傳感器3.2.2角位移傳感器及轉(zhuǎn)速傳感器電阻式角位移傳感器旋轉(zhuǎn)變壓器角位移傳感器電容角位移傳感器光柵角位移傳感器磁電式角位移傳感器及轉(zhuǎn)速傳感器2022/12/17123第二節(jié)常用傳感器3.2.2角位移2022/12/21124第二節(jié)常用傳感器電阻式角位移傳感器其工作原理和電位器線位移傳感器相似，不同之處是將電阻器做成圓弧型，電刷繞中心軸作旋轉(zhuǎn)運動，這樣電刷輸出的電壓就反映了電刷的轉(zhuǎn)角。電阻式角位移傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)范圍大、輸出信號強(qiáng)等特點；缺點是在圓弧型電阻器各段電阻率不一致情況下，會產(chǎn)生誤差。2022/12/17124第二節(jié)常用傳感器電阻式角位移傳感2022/12/21125第二節(jié)常用傳感器旋轉(zhuǎn)變壓器角位移傳感器旋轉(zhuǎn)變壓器角實際上是初級和次級繞組之間的角度可以改變的變壓器。常規(guī)變壓器的兩個繞組之間是固定的，其輸入電壓和輸出電壓之比保持常數(shù)。旋轉(zhuǎn)變壓器勵磁繞組和輸出繞組分別安裝在定子和轉(zhuǎn)子上。旋轉(zhuǎn)變壓器具有精度高、可靠性好等特點，廣泛應(yīng)用在各種機(jī)電一體化系統(tǒng)中。2022/12/17125第二節(jié)常用傳感器旋轉(zhuǎn)變壓器角位移2022/12/21126第二節(jié)常用傳感器電容角位移傳感器電容角位移傳感器的工作原理是當(dāng)動極板產(chǎn)生角位移時，電容器的工作面積發(fā)生變換，電容量隨之改變。測量電路檢測這種電容量變換，即可確定角位移。2022/12/17126第二節(jié)常用傳感器電容角位移傳感器2022/12/21127第二節(jié)常用傳感器光柵角位移傳感器與光柵線位移傳感器相比，光柵角位移傳感器將光柵印在圓盤的圓周上。2022/12/17127第二節(jié)常用傳感器光柵角位移傳感器2022/12/21128第二節(jié)常用傳感器磁電式角位移傳感器及轉(zhuǎn)速傳感器利用導(dǎo)磁材料制成的齒輪代替光柵傳感器的光柵盤，利用磁芯繞組代替光電元件，由于齒輪的轉(zhuǎn)動會影響磁路的磁阻，使磁通量發(fā)生變化，進(jìn)而在繞組中會產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)脈沖電壓。對脈沖電壓整形后進(jìn)行計數(shù)，也可以達(dá)到測量角位移及角速度的目的。2022/12/17128第二節(jié)常用傳感器磁電式角位移傳感2022/12/21129第二節(jié)常用傳感器3.2.3速度與加速度傳感器電磁式速度傳感器

其原理為殼體固定在一個試件上，頂桿頂住另一個試件，線圈置于內(nèi)外磁極構(gòu)成的均勻磁場中。如果線圈相對磁場運動，線圈由于切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其大小為2022/12/17129第二節(jié)常用傳感器3.2.3速度與2022/12/21130第二節(jié)常用傳感器壓電式加速度傳感器一些晶體材料，受到外力作用發(fā)生變形時，其內(nèi)部發(fā)生極化，在材料的表明上會產(chǎn)生電荷，形成電場。壓力發(fā)生變化時，表面電荷量也會隨之發(fā)生變換，這種現(xiàn)象叫壓電效應(yīng)。利用壓電效應(yīng)，可以把機(jī)械力變換轉(zhuǎn)換成電荷量的變換。做成壓電傳感器2022/12/17130第二節(jié)常用傳感器壓電式加速度傳感2022/12/21131第二節(jié)常用傳感器下圖為壓電加速度傳感器的一般原理圖，當(dāng)基座在垂直方向產(chǎn)生加速度a時，質(zhì)量塊對壓電材料產(chǎn)生ma作用力，使陶瓷片兩級產(chǎn)生相應(yīng)的電荷，通過引線輸出到電荷測量電路中，這樣可以得到相應(yīng)的加速度值。2022/12/17131第二節(jié)常用傳感器下圖為壓電2022/12/21132第二節(jié)常用傳感器3.2.4力傳感器電阻應(yīng)變片傳感器彈性體在外力作用下會產(chǎn)生變形，將應(yīng)變片粘貼在彈性體表面，即可檢測到這種變形產(chǎn)生的應(yīng)變，進(jìn)而可以檢測力的大小。利用應(yīng)變片在彈性體上布片方式的不同或電阻絲形式的不同，可以檢測拉壓力、彎矩、扭矩、剪切力及壓力等。由于電阻應(yīng)變片結(jié)構(gòu)簡單、使用靈活，廣泛應(yīng)用在檢測系統(tǒng)中。2022/12/17132第二節(jié)常用傳感器3.2.4力傳感2022/12/21133第二節(jié)常用傳感器壓力傳感器除了可以利用電阻應(yīng)變片檢測壓力外，對液體或氣體壓力還可以采用其他方法檢測。下列元件隨著內(nèi)外壓力不同，會產(chǎn)生變形，通過測量變形大小或變形力的大小即可測量出壓力大小2022/12/17133第二節(jié)常用傳感器壓力傳感器2022/12/21134第二節(jié)常用傳感器3.2.5接近傳感器與距離傳感器電容式接近傳感器

電容式接近傳感器是利用檢測被檢測對象與檢測極板間電容的變化，來檢測物體的接近程度。2022/12/17134第二節(jié)常用傳感器3.2.5接近傳2022/12/21135第二節(jié)常用傳感器電感式接近傳感器

如果檢測對象為鋼、鐵等磁性材料，可以利用其磁通特性檢測物理的接近程度。2022/12/17135第二節(jié)常用傳感器電感式接近傳感器2022/12/21136第二節(jié)常用傳感器電感式接近傳感器和電容式接近傳感器相比，電感式傳感器的靈敏度會更高一些，檢測電路也要簡單一些，但被檢測物體必須是磁性體。要檢測地面、水面或生物體時，一般可使用電容式接近傳感器。如果需要檢測非良導(dǎo)電體，如塑料等材料物體的接近程度，上述兩種傳感器都無能為力，需要利用光電式或其他類型的傳感器2022/12/17136第二節(jié)常用傳感器電感式接近2022/12/21137第二節(jié)常用傳感器光電式接近傳感器使用一個發(fā)光二極管和一個光電三級管組成，當(dāng)被檢測物體表面接近交點時，發(fā)光二極管的發(fā)射光被光電三級管接受，產(chǎn)生電信號。當(dāng)物體遠(yuǎn)離交點時，反射區(qū)不在光電三極管的視角內(nèi)，檢測電路沒有輸出。2022/12/17137第二節(jié)常用傳感器光電式接近傳感器2022/12/21138第二節(jié)常用傳感器超聲波距離傳感器利用超聲波進(jìn)行距離檢測的原理是，向被檢測物體發(fā)射超聲波，并由被檢測物體反射回來，通過檢測從發(fā)射到接收到反射波所利用的時間來實現(xiàn)距離測量。2022/12/17138第二節(jié)常用傳感器超聲波距離傳感器2022/12/21139第二節(jié)常用傳感器3.2.6溫度、流量傳感器熱電偶溫度傳感器熱敏電阻傳感器流量傳感器2022/12/17139第二節(jié)常用傳感器3.2.6溫度、2022/12/21140第二節(jié)常用傳感器熱電偶溫度傳感器熱電偶測溫是基于熱電效應(yīng)。在兩種不同的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A和B組成的閉合回路中，如果它們兩個結(jié)點的溫度不同，則回路中產(chǎn)生一個電動勢，通常我們稱這種電動勢為熱電勢，這種現(xiàn)象就是熱電效應(yīng)2022/12/17140第二節(jié)常用傳感器熱電偶溫度傳感器2022/12/21141第二節(jié)常用傳感器熱電阻傳感器

利用熱敏電阻可以制成溫度傳感器。所謂熱敏電阻即是對熱量敏感的電阻體，其電阻值隨溫度的變化而顯著改變。2022/12/17141第二節(jié)常用傳感器熱電阻傳感器2022/12/21142第二節(jié)常用傳感器流量傳感器渦流式流速傳感器浮子式流量傳感器渦流式流量傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、精度高、安裝方便等優(yōu)點，流速過小或過大都會產(chǎn)生較大誤差。浮子式流量傳感器量程范圍比較大，但工作條件要求比較高，由于靠重力平衡浮子的浮力，當(dāng)發(fā)生傾斜或較大幅度振動時，會造成較大誤差，甚至無法工作。2022/12/17142第二節(jié)常用傳感器流量傳感器2022/12/21143第三節(jié)傳感器前期信號處理傳感器所感知、檢測、轉(zhuǎn)換和傳遞的信息表現(xiàn)為形式不同的電信號。按傳感器輸出電信號的參量形式，可分為電壓輸出、電流輸出和頻率輸出。其中以電壓輸出型為最多。在電流輸出和頻率輸出傳感器中，除了少數(shù)直接利用其電流或頻率輸出信號外，大多數(shù)采用變換器，將它們轉(zhuǎn)換成電壓輸出型傳感器。2022/12/17143第三節(jié)傳感器前期信號處理傳2022/12/21144第三節(jié)傳感器前期信號處理由于傳感器輸出的信號往往較弱，因此必須先將其放大。隨著集成運算放大器的不斷完善和價格的不斷下降，傳感器的信號放大采用集成運算放大器的越來越多。這里主要介紹幾種典型的傳感器信號放大器2022/12/17144第三節(jié)傳感器前期信號處理由2022/12/21145第三節(jié)傳感器前期信號處理測量放大器這種放大器具有很高的共模抑制比以及高增益、低噪聲和高輸入阻抗。2022/12/17145第三節(jié)傳感器前期信號處理測量放大2022/12/21146第三節(jié)傳感器前期信號處理程控增益放大器經(jīng)過處理的模擬信號，在送入計算機(jī)進(jìn)行處理前，必須進(jìn)行量化，即進(jìn)行模擬－數(shù)字變換，變換后的數(shù)字信號才能為計算機(jī)接收和處理當(dāng)數(shù)模信號送到模/數(shù)變換器時，為減少轉(zhuǎn)換誤差，一般希望送來的模擬信號在模/數(shù)變換器輸入的允許范圍內(nèi)盡可能達(dá)到最大值，然而當(dāng)被測參量變化范圍較大時，經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后的模擬信號變化也較大。2022/12/17146第三節(jié)傳感器前期信號處理程控增益2022/12/21147第三節(jié)傳感器前期信號處理這種情況下如果輸出只使用一個放大倍數(shù)的放大器，在進(jìn)行小信號轉(zhuǎn)換時將會引入較大的誤差，無法滿足上述要求。為了解決這個問題，工程上常采用通過改變放大器增益的方法來實現(xiàn)不同幅度信號的放大。在計算機(jī)自動測控系統(tǒng)中，往往不希望。有時也不可能利用手動辦法來實現(xiàn)增益變換，而希望利用計算機(jī)采用軟件控制的辦法來實現(xiàn)增益的自動變換，具有這種功能的放大器就叫程控增益放大器。2022/12/17147第三節(jié)傳感器前期信號處理這2022/12/21148第三節(jié)傳感器前期信號處理

右下圖為一利用改變反饋電阻值的辦法來實現(xiàn)量程變換的可變增益放大器電路。當(dāng)開關(guān)閉合而其余兩個開關(guān)斷開時其放大倍數(shù)為

選擇不同的開關(guān)閉合，即可實現(xiàn)增益的變換。2022/12/17148第三節(jié)傳感器前期信號處理右2022/12/21149第三節(jié)傳感器前期信號處理隔離放大器在有強(qiáng)電信號或強(qiáng)磁場干擾的環(huán)境中，為了防止電網(wǎng)電壓等對測量回路的損壞，其信號輸入通道采用隔離技術(shù)，能完成這種任務(wù)，具有這種功能的放大器稱為隔離放大器。一般來說，隔離放大器是指對輸入、輸出和電源在電流和電阻彼此隔離使之沒有直接耦合的測量放大器2022/12/17149第三節(jié)傳感器前期信號處理隔離放大2022/12/21150第三節(jié)傳感器前期信號處理由于隔離放大器采用了浮離式設(shè)計，消除了輸入、輸出端之間的耦合，因此還具有以下特點。保護(hù)系統(tǒng)元件不受高共模電壓防止高壓對低壓信號系統(tǒng)的損壞泄漏電流低，對于測量放大器的輸入端，無須提供偏流返回通路。共模抑制比高，能對直流和低頻信號進(jìn)行準(zhǔn)確、安全的測量。2022/12/17150第三節(jié)傳感器前期信號處理由2022/12/21151第四節(jié)傳感器接口技術(shù)傳感器信號的采樣/保持在對模擬信號進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換時，從啟動變換到變換結(jié)束的數(shù)字量輸出，需要一定的時間，即A/D轉(zhuǎn)換器的孔徑時間。當(dāng)輸入信號頻率提高時，由于A/D轉(zhuǎn)換器的孔徑時間，會造成較大的轉(zhuǎn)換誤差。要防止這種誤差的產(chǎn)生，必須在A/D轉(zhuǎn)換開始時將信號電平保持住，而在A/D轉(zhuǎn)后又能跟蹤輸入信號的變換，即使輸入信號處于采樣狀態(tài)。能完成這種功能的器件叫采樣/保持器2022/12/17151第四節(jié)傳感器接口技術(shù)傳感器信號的2022/12/21152第四節(jié)傳感器接口技術(shù)采樣/保持器原理集成采樣/保持器的特點采樣速度快、精度高下降速度慢2022/12/17152第四節(jié)傳感器接口技術(shù)采樣/保持器2022/12/21153第五節(jié)傳感器非線性補(bǔ)償技術(shù)許多傳感器的輸出信號與被測參數(shù)間存在著非線性，這種非線性直接影響機(jī)電一體化產(chǎn)品的精度。因此常采用軟件方法對傳感器的非線性特性進(jìn)行補(bǔ)償，降低對傳感器的要求，提高檢測精度。用軟件處理的方法有：計算法、查表法和插值法2022/12/17153第五節(jié)傳感器非線性補(bǔ)償技術(shù)2022/12/21154第五節(jié)傳感器非線性補(bǔ)償技術(shù)計算法當(dāng)輸出電信號與傳感器的參數(shù)之間有確定的數(shù)字表達(dá)式時，就可采用計算法進(jìn)行非線性補(bǔ)償，即在軟件編制一段完成數(shù)字表達(dá)式計算的程序，被測參數(shù)經(jīng)過采樣、濾波和標(biāo)度變換后直接進(jìn)入計算機(jī)程序進(jìn)行計算，計算后的數(shù)值即為經(jīng)過線性化處理的輸出參數(shù)。2022/12/17154第五節(jié)傳感器非線性補(bǔ)償技術(shù)計算法2022/12/21155第五節(jié)傳感器非線性補(bǔ)償技術(shù)查表法

所謂查表法，就是把事先計算或測得的數(shù)據(jù)按一定順序編制成表格，查表程序的任務(wù)就是根據(jù)被測參數(shù)的值或者中間結(jié)果，查出最終所需要的結(jié)果。查表法是一種非數(shù)值計算方法，利用這種方法可以完成數(shù)據(jù)補(bǔ)償、計算、轉(zhuǎn)換等各種工作。它具有編寫程序簡單。執(zhí)行速度快等優(yōu)點。2022/12/17155第五節(jié)傳感器非線性補(bǔ)償技術(shù)查表法2022/12/21156第五節(jié)傳感器非線性補(bǔ)償技術(shù)表的排列不同，查表的方法也不同。常用的查表方法有：順序查表法、計算查表法、對分查表法。2022/12/17156第五節(jié)傳感器非線性補(bǔ)償技術(shù)2022/12/21157第五節(jié)傳感器非線性補(bǔ)償技術(shù)2022/12/17157第五節(jié)傳感器非線性補(bǔ)償技術(shù)2022/12/21158第五節(jié)傳感器非線性補(bǔ)償技術(shù)插值法插值原理設(shè)法找到一個函數(shù)去逼近輸出與輸入的函數(shù)關(guān)系式，使找到的函數(shù)在規(guī)定處與輸出輸入函數(shù)相等。插值的計算機(jī)實現(xiàn)方法2022/12/17158第五節(jié)傳感器非線性補(bǔ)償技術(shù)插值法2022/12/21159第五節(jié)傳感器非線性補(bǔ)償技術(shù)2022/12/17159第五節(jié)傳感器非線性補(bǔ)償技術(shù)2022/12/21160第五節(jié)傳感器非線性補(bǔ)償技術(shù)2022/12/17160第五節(jié)傳感器非線性補(bǔ)償技術(shù)2022/12/21161第五節(jié)傳感器非線性補(bǔ)償技術(shù)第一步：用實驗法測出傳感器的變化曲線第二步：將上述曲線進(jìn)行分段，選取各插值基點（等距分段法、非等距分段法）第三步：確定并計算出各插值點xi、yi值及相鄰插值點的擬合直線的斜率，并存放在存貯器中。第四步：計算x－xi第五步：找出x所在的區(qū)間（xi,xi+1）,并從存儲器中取出該段的斜率的ki2022/12/17161第五節(jié)傳感器非線性補(bǔ)償技術(shù)第一步2022/12/21162第五節(jié)傳感器非線性補(bǔ)償技術(shù)第六步：計算ki（x-xi）第七步：計算結(jié)果y=yi+ki（x-xi）對于非線性參數(shù)的處理，除了前面講過的幾種以外，還有許多其它方法，對于機(jī)電一體化測控系統(tǒng)來說具體采用哪種方法來進(jìn)行非線性計算機(jī)處理，應(yīng)根據(jù)實際情況和具體被測對象要求而定。2022/12/17162第五節(jié)傳感器非線性補(bǔ)償技術(shù)第六步2022/12/21163第五節(jié)傳感器非線性補(bǔ)償技術(shù)2022/12/17163第五節(jié)傳感器非線性補(bǔ)償技術(shù)2022/12/21164第六節(jié)數(shù)字濾波算術(shù)平均值法

算術(shù)平均值法是尋找一個Y值與各采樣值間誤差的平方和最小中間值濾波法中間值濾波法是在三個采樣周期內(nèi)，連續(xù)采樣讀入三個檢測信號，從中選擇一個居中的數(shù)據(jù)有效信號2022/12/17164第六節(jié)數(shù)字濾波算術(shù)平均值法2022/12/21165第六節(jié)數(shù)字濾波防脈沖干擾平均值法將算術(shù)平均值法和中值濾波法結(jié)合起來，便可得到防脈沖干擾平均值法程序判斷濾波法限幅濾波法限速濾波法2022/12/17165第六節(jié)數(shù)字濾波防脈沖干擾平均值法2022/12/21166篇章結(jié)構(gòu)第一章緒論第二章機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計第三章傳感器檢測及其接口電路第四章伺服系統(tǒng)第五章工業(yè)控制計算機(jī)及其接口技術(shù)第六章幾點一體化系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用舉例2022/12/17166篇章結(jié)構(gòu)第一章2022/12/21167第四章伺服系統(tǒng)第一節(jié)伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式及特點第二節(jié)伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件第三節(jié)執(zhí)行元件的控制與驅(qū)動第四節(jié)伺服系統(tǒng)設(shè)計2022/12/17167第四章伺服系統(tǒng)第一節(jié)伺服系統(tǒng)2022/12/21168第一節(jié)伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式及特點伺服系統(tǒng)的基本概念伺服系統(tǒng)是指以機(jī)械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)，又稱隨動系統(tǒng)或伺服機(jī)構(gòu)。伺服是機(jī)電一體化產(chǎn)品的一個重要組成部分。其輸出量是機(jī)械位置和角度。伺服系統(tǒng)主要用于機(jī)械設(shè)備位置和角度的動態(tài)控制。2022/12/17168第一節(jié)伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式及特2022/12/21169第一節(jié)伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式及特點伺服系統(tǒng)的基本要求由于執(zhí)行元件是直接的被控對象，為了能按照控制命令的要求準(zhǔn)確、迅速、精確、可靠地實現(xiàn)對控制對象的調(diào)整與控制，對伺服系統(tǒng)提出以下要求：高可靠性良好的動態(tài)性動作的準(zhǔn)確性高效率2022/12/17169第一節(jié)伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式及特2022/12/21170第一節(jié)伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式及特點在伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件中，廣泛使用的是伺服電動機(jī)，其作用是把電信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械運動。伺服電動機(jī)技術(shù)性能直接影響著伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性、運動精度、調(diào)速性能等。一般情況下、伺服電動機(jī)應(yīng)滿足如下的技術(shù)要求。2022/12/17170第一節(jié)伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式及特2022/12/21171第一節(jié)伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式及特點具有較硬的機(jī)械特性和良好的調(diào)節(jié)特性(理想情況下，兩種特性曲線是一直線)具有寬廣而平滑的調(diào)速范圍具有快速響應(yīng)特性具有小的空載始動電壓2022/12/17171第一節(jié)伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式及特2022/12/21172第一節(jié)伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式及特點伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式機(jī)電一體化的伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、類型繁多，但從自動控制理論的角度來分析，伺服控制系統(tǒng)一般包括控制器、被控對象、執(zhí)行環(huán)節(jié)、檢測環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)等五部分。

2022/12/17172第一節(jié)伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式及特2022/12/21173第一節(jié)伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式及特點比較環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)是將輸入的指令信號與系統(tǒng)的反饋信號進(jìn)行比較，以獲得輸出與輸入間的偏差信號的環(huán)節(jié)，通常由專門的電路或計算機(jī)來實現(xiàn)?？刂破?/p>

控制器通常是計算機(jī)或PID控制電路，其主要任務(wù)是對比較元件輸出的偏差信號進(jìn)行變換處理，以控制執(zhí)行元件按要求動作。2022/12/17173第一節(jié)伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式及特2022/12/21174第一節(jié)伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式及特點執(zhí)行環(huán)節(jié)

執(zhí)行環(huán)節(jié)的作用是按控制信號的要求，將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，驅(qū)動被控對象工作。機(jī)電一體化系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般指各種電機(jī)或液壓、氣動伺服機(jī)構(gòu)等。被控對象檢測環(huán)節(jié)

檢測環(huán)節(jié)是指能夠?qū)敵鲞M(jìn)行測量并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所需要的量綱的裝置，一般包括傳感器和轉(zhuǎn)換電路。2022/12/17174第一節(jié)伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式及特2022/12/21175第一節(jié)伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式及特點按照系統(tǒng)執(zhí)行元件的性質(zhì)不同，伺服系統(tǒng)可分為電氣伺服系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)和氣動伺服系統(tǒng)。其中電氣伺服系統(tǒng)又可分為直流伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)和步進(jìn)伺服系統(tǒng)。按照系統(tǒng)的控制方式，可分為開環(huán)伺服系統(tǒng)和閉環(huán)伺服系統(tǒng)。2022/12/17175第一節(jié)伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式及特2022/12/21176第二節(jié)伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件執(zhí)行元件的種類及特點因為執(zhí)行元件是直接參與調(diào)節(jié)以及完成動作執(zhí)行的裝置，因此要求執(zhí)行元件能夠按控制器的指令準(zhǔn)確、迅速、精確、可靠地實現(xiàn)對被控對象的調(diào)整和控制。執(zhí)行元件的種類繁多，通常按推動執(zhí)行元件工作的能源形式分為三種：電動式、液壓式和氣動式。2022/12/17176第二節(jié)伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件執(zhí)行元件2022/12/21177第二節(jié)伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件電動執(zhí)行元件電動執(zhí)行元件以電能作為動力，并把電能轉(zhuǎn)變成位移或轉(zhuǎn)角形式的機(jī)械能，以實現(xiàn)對被控對象的調(diào)整和控制。電動執(zhí)行元件主要以電動機(jī)為主，具有高精度、高速度、高可靠性、易于控制等特點。常見的有直流伺服電動機(jī)。交流伺服電動機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)等。2022/12/17177第二節(jié)伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件電動執(zhí)行2022/12/21178第二節(jié)伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件液壓執(zhí)行元件液壓執(zhí)行元件是將高壓液體的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，拖動負(fù)載實現(xiàn)直線或回轉(zhuǎn)動作。做功介質(zhì)可以用水，但大多用液壓油。常見的執(zhí)行元件有液壓缸、液壓馬達(dá)等。液壓執(zhí)行元件具有工作平穩(wěn)、沖擊振動小、無極調(diào)速范圍大、輸出力或扭矩大、過載能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。但其缺點有，需要精心維護(hù)管理；噪聲大；遠(yuǎn)距離操作受到限制；由于漏油可能污染環(huán)境；性能隨油溫的變化而變化2022/12/17178第二節(jié)伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件液壓執(zhí)行2022/12/21179第二節(jié)伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件是把壓縮