【文章內(nèi)容簡介】 或與被加工物體相接觸的表面稱為功能面。通過對功能面的創(chuàng)新設計，可以得到為實現(xiàn)同一 功能的多種結構方案。描述功能表面的主要幾何參數(shù)有表面的形狀、尺寸大小、表面數(shù)量、位置、順序等。（聯(lián)接變元）（位置變元）支承的變異與創(chuàng)新包括: 支點位置的變異；支點軸承的種類及其組合的變異4. 材料對零部件結構變異與創(chuàng)新的影響（材料變元）結構設計中既要根據(jù)功能要求合理的選擇適當?shù)牟牧希忠鶕?jù)材料的種類確定適當?shù)募庸すに?，并根?jù)加工工藝要求確定適當?shù)慕Y構，只有通過適當?shù)慕Y構設計才能使所選擇的材料最充分的發(fā)揮優(yōu)勢。 v 要充分了解材料的力學性能：要充分了解材料的加工性能例如彈性聯(lián)軸器中的彈性元件，若采用橡膠材料，因其強度差壽命短，使用時需要經(jīng)常更換，因此在結構設計時，應為更換彈性元件在結構上提供方便。 尺寸變元是結構設計創(chuàng)新中最常用的變量，最適合計算機模擬。它可顯著改變產(chǎn)品的結構性能。? 工藝變元根據(jù)不同零件的結構，選擇不同的零件制造工藝，最終改變零件和產(chǎn)品的制造成本、質(zhì)量以及性能的設計。 提高性能的創(chuàng)新設計1. 提高零部件強度與剛度的變異與創(chuàng)新1）減小應力集中 2）載荷分擔 3）減小接觸應力 4）減小摩擦磨損 5）降噪結構1) 方便裝卡 2）方便加工 3）簡化裝配 結構的宜人化設計1）減少疲勞的結構 夾鉗的改進 錘子的改進 手鋸的改進 改錐的改進 2）容易發(fā)力的結構)減少觀察錯誤的結構設計2)減少操作錯誤的結構設計3)外型美與和諧的結構設計 新型結構設計 2. 快速聯(lián)接結構 將多個零件的功能集中在少數(shù)零件上第五章 機電一體化系統(tǒng)的創(chuàng)新設計二、機電一體化系統(tǒng)的組成? 機電一體化系統(tǒng)的組成劃分方法主要有 3 種不同觀點，即五塊論、三環(huán)論、兩個子系統(tǒng)論。一個較完善的機電一體化系統(tǒng)，應包含以下幾個基本要素：機械本體、動力與驅(qū)動部分、執(zhí)行機構、檢測傳感部分、控制及信息處理部分? 2. 機電一體化應用實例? 1) 火星機器人 ? 2) 模糊控制洗衣機 機電一體化是機械、微電子、計算機等多學科的交叉融合，是將機械結構和電子計算機技術、傳感技術集成和信息處理融合在一體的現(xiàn)代機械系統(tǒng)。上海交通大學的鄒慧君提出，從完成工藝動作過程這一總功能要求出發(fā)， 機電一體化系統(tǒng)可劃分為廣義執(zhí)行機構子系統(tǒng)、傳感檢測子系統(tǒng)、信息處理及控制子系統(tǒng)。 ? 信息處理及控制子系統(tǒng)是由檢測傳感器提供信息，根據(jù)工藝動作過程及控制策略而實施對廣義執(zhí)行機構的控制。它是由電子計算機和軟件具體實施的。 ? 所謂控制，就是按照給定的目標，依靠調(diào)節(jié)能量輸入，改變系統(tǒng)行為或性能的方法學。? 控制系統(tǒng)是某些在物理上受可調(diào)節(jié)能量輸入控制的一類系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)的分類? 1．按輸入量的特征分類 ? 1) 恒值控制系統(tǒng) ? 它的系統(tǒng)輸入量為恒定值?？刂迫蝿帐潜ＷC在任何擾動作用下系統(tǒng)的輸出量為恒值，如恒溫箱控制，電網(wǎng)電壓、頻率控制等? 2) 程序控制系統(tǒng) ? 它的輸入量的變化規(guī)律預先確知，輸入裝置根據(jù)輸入的變化規(guī)律發(fā)出控制指令，使被? 控對象按照指令程序的要求而運動，如數(shù)控加工系統(tǒng)。 ? 3) 隨動系統(tǒng) ? 它的輸入量的變化規(guī)律不能預先確知，其控制要求是輸出量迅速、平穩(wěn)地跟隨輸入量? 變化，并能排除各種干擾因素的影響，準確地復現(xiàn)輸入信號的變化規(guī)律，如仿形加工系統(tǒng)、火炮自動瞄準系統(tǒng)等。 ? 2．按系統(tǒng)中傳遞信號的性質(zhì)分類 ? 1) 連續(xù)控制系統(tǒng) ? 此系統(tǒng)中各部分傳遞的信號為隨時間連續(xù)變化的信號。連續(xù)控制系統(tǒng)通常采用微分方? 程描述。 ? 2) 離散(數(shù)字)控制系統(tǒng) ? 此系統(tǒng)中某一處或多處的信號為脈沖序列或數(shù)字量傳遞的系統(tǒng)。離散控制系統(tǒng)通常采? 用差分方程描述。 傳感器一般由敏感元件、轉換元件和基本轉換電路三部分組成(如下圖所示)。 ? 1) 敏感元件 ? 2) 轉換元件 ? 3) 基本轉換電路 傳感器的分類? 1) 按被測量范疇分 ? 按該方式可分為物理量傳感器、化學量傳感器和生物量傳感器。 ? 2) 按照能量轉換分 ? 按照能量轉換可分為能量轉化型傳感器和能量控制型傳感器。 ? 能量轉化型傳感器，主要由能量變換元件構成，不需用外加電源，基于物理效應產(chǎn)生信息；能量控制型傳感器在信息變換過程中，需外加電源供給。 ? 3) 按使用材料分 ? 按使用材料可分為半導體傳感器、陶瓷傳感器、復合材料傳感器、金屬材料傳感器、? 高分子材料傳感器，超導材料傳感器、光纖材料傳感器和納米材料傳感器等。 ? 4) 按輸出信號分 按輸出信號可分為模擬傳感器和數(shù)字傳感器? 5) 按結構分 ? 按結構可分為結構型傳感器、物性型傳感器和復合型傳感器。 ? 6) 按功能分 ? 按功能可分為單功能傳感器、多功能傳感器和智能傳感器。 ? 7) 按轉換原理分 ? 按轉換原理可分為光電轉換傳感器、機電轉換傳感器、熱電轉換傳感器、磁電轉換傳感器和電化學傳感器。 ? 傳感器類型雖然很多，但在機電一體化系統(tǒng)中常用的主要是以下幾種：位移傳感器、位置傳感器、壓力傳感器、速度傳感器、紅外傳感器和聲音傳感器等。 ? 壓力傳感器分壓阻式、應變式和壓電式 3種。 ? (1) 壓阻式壓力傳感器是一種利用半導體材料的電阻率隨其所受壓力的變化而變化的? 特性而制成的傳感器。 ? (2) 應變式壓力傳感器是利用壓力的作用使電阻或應變片發(fā)生形變，從而使它們的電? 阻發(fā)生變化的特性而制成的，通過檢測電阻的變化便可檢測出壓力的變化。 ? (3) 壓電式壓力傳感器是利用電介質(zhì)在受壓力作用時產(chǎn)生電極化現(xiàn)象，并在表面產(chǎn)生? 電荷的壓電效應來測量壓力的一種傳感器。 ? 4. 力矩傳感器 ? 力矩傳感器用于檢測運動執(zhí)行件的力矩。廣泛應用在假手上，測量手指上的力和力矩。? 5. 溫度傳感器 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。? 6. 超聲波傳感器 ? 超聲波傳感器用超聲波來測量距離，在機器人上用來檢測障礙物。其原理與蝙蝠通過感覺自己所發(fā)出的超聲波來測定距離的道理相同。? 7．光電式傳感器 這種傳感器具有體積小、可靠性高、檢測位置精度高、響應速度快等優(yōu)點。 機電一體化機械系統(tǒng)和傳統(tǒng)機械系統(tǒng)的很大不同之處：傳統(tǒng)機械系統(tǒng)一般是由動力元件、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行元件 3 個部分加上電磁、液壓和機械控制組成，? 機電一體化機械系統(tǒng)和傳統(tǒng)機械系統(tǒng)的主要區(qū)別如下。 1． 結構簡單2． 增加了機械產(chǎn)品的功能 3．使工藝過程柔性化 4．操作、維修更方便 機電一體化的驅(qū)動元件? 機電一體化的驅(qū)動元件是實現(xiàn)系統(tǒng)主要功能的重要環(huán)節(jié)，驅(qū)動元件種類繁多，如電機? 、液壓、氣動馬達和動作缸、彈性元件、電磁鐵、光能馬達、形狀記憶合金等。 一般對驅(qū)動元件有以下幾方面的要求。 ? (1) 功率密度大。 ? (2) 快速性好，即加減速的扭矩大，頻率特性好。? (3) 位置控制精度高，調(diào)速范圍寬，低速平穩(wěn)。 ? (4) 振動小，噪聲小。 ? (5) 可靠性高，壽命長。 (6) 高效率，節(jié)約能源 廣義機構定義是實現(xiàn)可控運動或不可控運