【文章內(nèi)容簡介】 要包括五個方面：可靠性、維修性、有效性、耐久性和安全性。 （ 1）機電一體化系統(tǒng)的可靠性設(shè)計 :現(xiàn)代機械系統(tǒng) 可靠性設(shè)計包括縮短傳動鏈，減少元件數(shù)；必要時增設(shè)備用元件或系統(tǒng)；簡化結(jié)構(gòu)；增加過載保護裝置、自動停機裝置；設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng)；合理規(guī)定維修期。 （ 2）控制系統(tǒng)可靠性設(shè)計包括： ? 采用自動控制使產(chǎn)品具有自適應(yīng)、自調(diào)整、自診斷甚至自修復(fù)的功能； ? 通過元器件的合理選擇提高可靠性； ? 對功率接口采用降額設(shè)計提高可靠性； ? 采用監(jiān)視定時器提高可靠性； ? 采取抗干擾措施提高可靠性。 3．簡述 HRGP－ 1A噴漆機器人的示教再現(xiàn)過程。 示教：操作人員用手操縱操作機構(gòu)的關(guān)節(jié)和手腕，根據(jù)噴漆工件的型面進行示教。此時，中央處理器通過旋轉(zhuǎn)求總功能 總功能分解 評價與決策 功能逐級分解 創(chuàng)造性方法、目錄法、 調(diào)查分析法 形態(tài)學(xué)矩陣法 黑箱法 各種評價方法 概念產(chǎn)品 明確設(shè)計任務(wù) 尋找子功能解 原理解組合 分析 評價 決策 綜合 變壓器 將示教過程中檢測到的參數(shù)存入存儲器，即把示教噴漆的空間軌跡記錄下來；再現(xiàn)：由計算機控制機器人運動，中央處理器將示教時記錄的空間軌跡信息取出，經(jīng)過插補運算與采樣得到的位置數(shù)據(jù)進行比較，然后將其差值調(diào)節(jié)后輸出，控制操作機按示教的軌跡運動。 4．簡述數(shù)控設(shè)備中計算機數(shù)控裝置的組成和功能。 在數(shù)控設(shè)備中，計算機數(shù)控裝置是設(shè)備的核心部分，一般由專用計算機（或通用計算機）輸入輸出接口以及機床控制器等部分組成。 計算機數(shù)控裝置根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)和程序，完成數(shù)據(jù)運算、邏輯判斷、輸入輸出控制等功能；機床控制器主要用于機床的輔助功 能，主軸轉(zhuǎn)速的選擇和換刀功能的控制。 1． 某物料搬動機械手的結(jié)構(gòu)如圖所示，動作過程如圖所示，要求機械手的操作方式分為手動方式和自動方式。機械手有升降、水平移動、手爪夾持等 3 個自由度，采用電磁閥控制的氣缸驅(qū)動， PLC控制。要求寫出物料搬動機械手設(shè)計和產(chǎn)品開發(fā)的詳細(xì)工程路線。 物料搬動機械手結(jié)構(gòu)原理圖 1．解：系統(tǒng)設(shè)計的詳細(xì)工程路線： （ 1）確定目標(biāo)及技術(shù)規(guī)范： 機械手的用途 :物料搬運 。 工作方式：手動、自動方式。 主要技術(shù)參數(shù)： 3自由度。 使用環(huán)境要求：生產(chǎn)線。 （ 2）可行性分析：收集資 料、市場分析、可行性分析、技術(shù)經(jīng)濟性分析。 （ 3）總體方案設(shè)計：機械手總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計，制定研制計劃；開發(fā)經(jīng)費概算；開發(fā)風(fēng)險分析。 （ 4）總體方案的評審、評價 （ 5）理論分析階段 機構(gòu)運動學(xué)模型、作業(yè)空間分析；機構(gòu)的力學(xué)計算；驅(qū)動元件的選擇、動力計算；傳感器選擇、精度分析；建立控制模型、仿真分析。 2. 某車間內(nèi)的兩條自動生產(chǎn)線上需要一款搬運機器人，用于生產(chǎn)線間的產(chǎn)品搬運，如果該款機器人采用概念設(shè)計，請制訂出概念設(shè)計的流程。 將設(shè)計任務(wù)抽象化，確定出系統(tǒng)的總功能； （ 2）根據(jù)系統(tǒng)的總功能要求和構(gòu)成系統(tǒng)的功 能要素進行總功能分解，劃分出各功能模塊，將總功能分解為子功能，直到分解到不能再分解的功能元，形成功能樹；確定它們之間的邏輯關(guān)系； （ 3）對各功能模塊輸入 /輸出關(guān)系進行分析，確定功能模塊的技術(shù)參數(shù)和控制策略、系統(tǒng)的外觀造型和總體結(jié)構(gòu)； （ 4）尋找子功能（功能元）的解，并將原理解進行組合，形成多種原理解設(shè)計方案， （ 5）以技術(shù)文件的形式交付設(shè)計組討論、審定。由于體現(xiàn)同一功能的產(chǎn)品可以有多種多樣的工作原理， （ 6）方案進行整體評價：對不同的方案進行整體評價，選擇綜合指標(biāo)最優(yōu)的設(shè)計方案。最終選定最佳方案形成概念產(chǎn)品 。 1． 如圖所示的系統(tǒng)，試分析齒輪減速器、絲杠螺母機構(gòu)及傳感器的誤差對輸出精度的影響。 2． 用 PLC 實現(xiàn)對一臺電動機的正反轉(zhuǎn)控制?？刂埔鬄椋菏紫入妱訖C正轉(zhuǎn)起動， 3 秒后自動反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn) 2 秒后自動又回到正轉(zhuǎn)，如此循環(huán)；可以隨時停車。 （ 1）寫出 I/O 分配表； （ 2）選擇 PLC，畫出梯形圖。 1． 答：信息變換電路位于輸入通道，誤差的低頻分量會影響輸出精度，因此對靜態(tài)有較高要求；而誤差的高頻分量對輸出精度幾乎沒有影響，允許存在一定程度的高頻噪聲。 傳感器位于反饋通道上的環(huán)節(jié)，其對輸出精度的影響與位于輸入通道的信 號變換電路相同。 絲杠螺母機構(gòu)位于 閉環(huán)之后 ， 其 誤差的低頻分量和高頻分量都 會影響 輸出精度 ，因此要盡量消除傳動間隙和傳動誤差。 2．解：設(shè)啟動按鈕為 X1，停止按鈕為 X2，正轉(zhuǎn)輸出為 Y1，反轉(zhuǎn)輸出為 Y2 （ 1） I/O分配表 輸入 /輸出 X1 X2 Y1 Y2 I/O口 I0.0 （ 2）選擇西門子 S7200型 PLC（也可選擇其它品牌和型號的 PLC），梯形圖如下： K =3s ( S ) T0 T0 ( R ) ( R ) T1 ( S ) K =3s T1 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 1． 某工作臺采用如圖所示的直流電機絲杠螺母機構(gòu)驅(qū)動，已知工作臺的行程 L=250mm，絲杠導(dǎo) 程 t=4mm，齒輪減速比為 i=5，要求工作臺位移的測量精度為 （忽略齒輪和絲杠的傳動誤差）。 （ 1）若采用高速端測量方法， 將 旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在電機輸出軸上，確定旋轉(zhuǎn)編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。 （ 2）若采用低速端測量方法， 將傳感器與絲杠的端部直接相連， ns=500 脈沖 /轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器是否合用？ 圖 直流電機絲杠螺母機構(gòu)驅(qū)動工作臺 方案 1：高速端轉(zhuǎn)角測量 傳感器與電機連接，通過對電機轉(zhuǎn)角的測量對工作臺位移進行間接測量，測量原理如下圖所示。 設(shè)傳感器的 每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為 ，則傳感器的每個脈沖對應(yīng)工作臺的位移為 方案 2:低速端轉(zhuǎn)角測量 測量原理如圖所示，傳感與絲杠的端部相連，傳感器直接測量絲杠的轉(zhuǎn)角，與減速比無關(guān)。 80 000 4??????issitnnt 應(yīng)選用 n=1000的增量式編碼器 。 選用 ns=500脈沖 /轉(zhuǎn) 編碼器不合用。 工作臺 絲杠 滾珠螺母 齒輪減速器 聯(lián)軸器 DC 伺服 電機 i=5 4 ??????????issiitnnit2． 圖示為電樞控制式直流電動機的工作原理圖。圖中電機線圈的電流為 i； L與 R為線圈的電感與電阻；電機的輸入電壓為 u；折算到電機轉(zhuǎn)子軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量為 JM；電機輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速分別為 T 和 ω ； KE和 KT分別為電樞的電勢常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù)，試求輸出轉(zhuǎn)速與輸入電壓之間的傳遞函數(shù)。 2． 解：由題可得： （ 1）當(dāng)激磁磁場不變時，電機輸出轉(zhuǎn)矩 T正比于電樞電流： T=KTi； （ 2）當(dāng)電樞轉(zhuǎn)動時，電樞中會感應(yīng)反電勢 eb，其 值正比于轉(zhuǎn)動的角速度： eb=KEω （ 3）電樞回路的微分方程為： ueRidtdiLb ??? （ 4）電機軸上的轉(zhuǎn)矩平衡方程為： T=JM?? , （ 5）求拉氏變換及聯(lián)立求解得：（ Ls+R） I(s)+KE? (s)=U(s) 輸出轉(zhuǎn)速與輸入電壓之間的傳遞函數(shù)： sJRLsKKKsUsMETT )()( )( ???? 1． 刻線為 1024的增量式角編碼器安裝在機床的絲杠轉(zhuǎn)軸上，已知絲杠的螺距為 2mm，編碼器在 10 秒內(nèi)輸 出307200 個脈沖，試求刀架的位移量和絲杠的轉(zhuǎn)速分別是多少？ 2． 如圖所示的 電機驅(qū)動工作臺系統(tǒng) ，其中驅(qū)動 x向工作臺的三相雙三拍步進電機，轉(zhuǎn)子齒數(shù) z 為 100。滾珠絲杠的基本導(dǎo)程為 l0=6mm。 已知傳動系統(tǒng)的橫向 (x向 )脈沖當(dāng)量 δ為 。試求： （ 1）步進電機的步距角 α； （ 2）減速齒輪的傳動比 i。 1． 解： 307200247。 1024=30（轉(zhuǎn)） ∵ 每轉(zhuǎn)絲杠走 2mm，∴刀架位移量為 30 2=60mm 功功放放 電電 機機 滾滾 珠珠 絲絲 杠杠 工工 作作 臺臺 i 圖 電機驅(qū)動工作臺示意圖 MJ?iu圖 直流電動機的工作原理 N=30轉(zhuǎn) /10秒 =3轉(zhuǎn) /秒 2．解：（ 1）步進電機的步距角 ???? ???? ?? 360360 NKz? （ 2）減速齒輪的傳動比 5 ????????li 五、綜合題 1． 圖示直射式光電轉(zhuǎn)速傳感器是一種角位移傳感器，由裝在被測軸 (或與被測軸相連接的輸入軸 )上的帶縫隙圓盤、光源、光電器件和指示縫隙盤組成，光源發(fā)生的光通過縫隙圓盤和指示縫隙照射到光電器件上。試分析傳感器的測量原理。 答： 該傳感器為一種角位移式的光電傳感器，用于測量角位移，將傳感器的輸入軸接測量元件。當(dāng)測量元件轉(zhuǎn)動時，帶動輸入軸上的開空圓盤。每個開空圓盤對應(yīng)一個角度?？蓪A盤均分最小單位為測量的最小角度。 圓盤旋轉(zhuǎn)時，開空與縫隙板對準(zhǔn)時，光源將光直射到光敏元件上，將得到一個光電信號（脈沖），將脈沖信號輸入計數(shù)器可記錄圓盤轉(zhuǎn)過的角度，也就是測量元件轉(zhuǎn)過角度。 2． 已知一個繩位移控制系統(tǒng)的兩種驅(qū)動方案分別如圖 a 和 b 所示。 （ 1）試分析兩種方案的特點； （ 2） 畫圖說明方案（ a）減速器滾筒驅(qū)動測量位移的方法。 （ a）減速器滾筒驅(qū)動 （ b）絲杠滑臺驅(qū)動