第6章 典型機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 (1)

1、第第6章章典型機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介第一節(jié) 計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床第二節(jié) 工業(yè)機(jī)器人第三節(jié) 汽車(chē)的機(jī)電一體化概況第四節(jié) 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 第五節(jié) 自動(dòng)售票機(jī)第六節(jié) 自動(dòng)售貨機(jī) 第七節(jié) 電子秤第八節(jié) 電子灶烹調(diào)自動(dòng)化習(xí)題與思考題第一節(jié)第一節(jié) 計(jì)算機(jī)數(shù)控（計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNCCNC）機(jī)床）機(jī)床 一、 機(jī)械加工中心（MC）1. 基本組成 機(jī)械加工中心作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，靠機(jī)電之間的互相促進(jìn)，得到了很大發(fā)展，開(kāi)發(fā)加工中心的目的是實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程自動(dòng)化，減少切削加工時(shí)間和非切削加工時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。 以日本FHNl00T機(jī)械加工中心為例，其機(jī)械裝置的規(guī)格如下表所示。機(jī)械加工中心通常由以下幾部分構(gòu)成：數(shù)控x、y、

2、z三個(gè)移動(dòng)裝置；能夠進(jìn)行工件多面加工的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)；自動(dòng)換刀裝置(ATC)；CNC控制器。 2.機(jī)床的機(jī)械裝置(如下圖所示） （1 1）床身、工作臺(tái)、立柱）床身、工作臺(tái)、立柱。床身上裝有兩個(gè)正交導(dǎo)軌，以實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)、的x軸運(yùn)動(dòng)和立柱的y軸運(yùn)動(dòng)。 在立柱上設(shè)置有主軸頭上、下(z軸)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌，以實(shí)現(xiàn)z軸運(yùn)動(dòng)。各軸都通過(guò)與伺服電動(dòng)機(jī)直接聯(lián)接的大直徑滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)高精度定位。 （2)2)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。安裝工件用回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行粗定位，井通 過(guò)具有72個(gè)齒的(每齒5)端齒分度裝置進(jìn)行精密定位。 （3)3)主軸頭。主軸頭。主軸頭通過(guò)26kW(30分額定)22kW(連續(xù)額定)的交流伺

3、服電動(dòng) 機(jī)實(shí)現(xiàn)203600rmin之間的無(wú)級(jí)調(diào)速驅(qū)動(dòng)。主軸軸承使用了具有高剛性和高速 性的雙列向心球軸承和復(fù)合圓錐滾子止推軸承，并使用控制溫度的潤(rùn)滑油進(jìn)行強(qiáng) 制循環(huán)來(lái)抑制熱變形。 （4)4)自動(dòng)換刀裝置自動(dòng)換刀裝置( (ATC)ATC)。ATC由存放48、64把刀具的刀庫(kù)和換刀機(jī)械手組成。 刀具是按就近判別刀具號(hào)碼進(jìn)行選擇并迅速更換的。 （5 5）隨行夾具更換裝置）隨行夾具更換裝置。在前一個(gè)工件的加工過(guò)程中就要進(jìn)行下一個(gè)工件或夾具的安裝，以便第一個(gè)工件加工完后，立即更換裝有下一個(gè)工件的隨行夾具。隨行夾具存放處一般可存放610個(gè)隨行夾具，以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間地?zé)o人化加工。 （6 6）立式加工設(shè)備。）立式

4、加工設(shè)備。該加工中心還備有立式加工設(shè)備。這種設(shè)備由垂直刀架和垂直加工用刀具及其輸送裝置組成(如下圖所示)。垂直刀架由垂直輸送裝置搬送并安裝到主軸上。標(biāo)準(zhǔn)刀庫(kù)存放的刀具可利用同一輸送裝置裝在垂直刀架上。 3. 數(shù)控（CNC）系統(tǒng) 本機(jī)的控制系統(tǒng)框圖如下圖a所示，控制電路中采用了高速微處理器及許多專(zhuān)用大規(guī)模集成電路。它以順序控制為主，實(shí)現(xiàn)接觸式傳感功能、管理功能、自適應(yīng)功能，利用工（刀）具碼(T碼)選擇工（刀）具，利用速度碼(S碼)選擇主軸轉(zhuǎn)速，以及回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的分度控制等?？刂葡到y(tǒng)的人機(jī)對(duì)話(huà)型CNC系統(tǒng)框圖如下圖b所示。 （1 1）接觸式傳感器功能，）接觸式傳感器功能， 如下圖所示。如下圖所示。自

5、動(dòng)定心功能以主軸中心孔為基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)工（刀）具的自動(dòng)定心，自動(dòng)定心刀具和定心功能如圖a所示，工（刀）具以此孔為加工基準(zhǔn)，可以連續(xù)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，不受主軸熱變形和不同工件的影響，維持較高的工作精度。刀具折損檢測(cè)功能能判斷刀具的折損，使機(jī)床停止運(yùn)轉(zhuǎn)，從而防止下一把刀具的折損或損傷工件。它采用在切削進(jìn)給中預(yù)先設(shè)定的刀具與工件未接觸的范圍內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)的方式，如圖c所示?？s短空切時(shí)間功能是在切削進(jìn)給行程范圍內(nèi)，以指定空切范圍內(nèi)以進(jìn)給速度的兩倍的速度自動(dòng)空切送進(jìn)，當(dāng)檢測(cè)到工具與工件接觸時(shí)，開(kāi)始用正常進(jìn)給速度進(jìn)給，從而縮短了空切時(shí)間，如圖b所示。x、y、z 軸基準(zhǔn)面校正功能如圖d所示。該功能可自動(dòng)檢測(cè)并求出主軸位置與

6、基準(zhǔn)面之間的關(guān)系(測(cè)試x1、y1決定基準(zhǔn)面A(x軸)和B(y軸)，以此為加工基準(zhǔn)實(shí)施程序)，并以其實(shí)際位置為加工基準(zhǔn)，連續(xù)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的功能。這種功能消除了熱變形和不同工件尺寸變化的影響，提高了加工精度。自動(dòng)檢測(cè)校正系統(tǒng)利用接觸式傳感技術(shù)，自動(dòng)檢測(cè)孔徑大小，并以該檢測(cè)結(jié)果自動(dòng)調(diào)整刀具，以確保加工尺寸的自動(dòng)校正。自動(dòng)檢測(cè)校正的目的有二個(gè)，一是掌握批量生產(chǎn)中工件尺寸的變化，適時(shí)校正刀頭伸出量，確保加工工件的尺寸接近目標(biāo)值；另一個(gè)是使批量生產(chǎn)的首件加工靠操作人員試削檢測(cè)調(diào)整刀頭的過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 （2) 2) 管理功能。管理功能。 刀具的壽命管理。通過(guò)預(yù)先設(shè)定的刀具壽命與實(shí)際使用時(shí)間進(jìn)行比較來(lái)更換刀具。

7、備用刀具的自動(dòng)更換功能。如果刀庫(kù)中預(yù)先準(zhǔn)備有備用刀具，則這種功能通過(guò)刀具壽命管理功能，在發(fā)出更換刀具指令時(shí)便可自動(dòng)地?fù)Q成備用刀具。監(jiān)視功能和故障診斷功能。更換刀具的T碼顯示和接觸式傳感器校正量的顯示等，在監(jiān)視各種管理信息的同時(shí)，通過(guò)時(shí)序電路、輸入輸出信號(hào)的顯示，便可發(fā)現(xiàn)確切的故障，從而大幅度地減少故障時(shí)間。 （3)3)自適應(yīng)控制自適應(yīng)控制( (AC)AC)功能。功能。這種功能是通過(guò)為各軸進(jìn)給電動(dòng)機(jī)和主軸電動(dòng)機(jī)設(shè)置的檢測(cè)器，檢測(cè)加工過(guò)程中的負(fù)載變化情況，如負(fù)載值在設(shè)定值范圍內(nèi)變化，則屬正常；如負(fù)載突然減小、到設(shè)定范圍以下可自動(dòng)加快進(jìn)給速度、縮短加工時(shí)間；如負(fù)載突然增大超過(guò)設(shè)定范圍，可自動(dòng)降低進(jìn)給

8、速度，以防止刀具損傷；如果負(fù)載變化過(guò)大，應(yīng)做異常處理。 二、二、BKX-IBKX-I型變軸數(shù)控機(jī)床型變軸數(shù)控機(jī)床 BKX-I型變軸數(shù)控機(jī)床是以Stewart平臺(tái)為基礎(chǔ)構(gòu)成的一種新型并聯(lián)機(jī)床，由六根伸縮桿帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)刀具的六個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜幾何形狀表面零件的加工，又由于數(shù)控加工所需的運(yùn)動(dòng)軸X、Y、Z、A、B、C 并不真正存在，所以這種機(jī)床又被稱(chēng)做虛擬軸機(jī)床。機(jī)床的結(jié)構(gòu)模型如圖a所示。圖b為單伸縮桿硬件系統(tǒng)示意圖。 機(jī)床的基本性能參數(shù)如下表所示。圖b圖aBKX-I型變軸（并聯(lián)）數(shù)控機(jī)床六軸并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作臺(tái)動(dòng)平臺(tái)數(shù)控柜（六軸數(shù)控系統(tǒng)）1. BKX-I的機(jī)構(gòu)原理及其坐標(biāo)設(shè)置如圖a所示，BKX

9、-I機(jī)床主要由三部分組成：支架頂部的靜平臺(tái)、裝有電主軸的動(dòng)平臺(tái)和六根可伸縮的伺服桿，伺服伸縮桿的上端通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)與靜平臺(tái)相聯(lián)接，下端通過(guò)球鉸與動(dòng)平臺(tái)相聯(lián)接。每個(gè)伺服伸縮桿均由各自的伺服電動(dòng)機(jī)，通過(guò)同步帶與滾珠絲杠傳動(dòng)，帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行6自由度運(yùn)動(dòng)，從而改變電主軸端部的刀具相對(duì)于工作臺(tái)上所裝工件的相對(duì)空間位置，滿(mǎn)足加工中刀具軌跡的要求。機(jī)床整體結(jié)構(gòu)自封閉，具有較高的剛性。部件設(shè)計(jì)模塊化，易于異地重新安裝 。 為研究方便，在BKX-I機(jī)床的結(jié)構(gòu)模型上建立與動(dòng)平臺(tái)固聯(lián)的動(dòng)坐標(biāo)系O-XYZ（相對(duì)坐標(biāo)系），在工作臺(tái)上建立靜坐標(biāo)系O-XYZ（絕對(duì)坐標(biāo)系），如圖a所示。動(dòng)、靜平臺(tái)均為半正則六邊形結(jié)構(gòu)，機(jī)床在

10、初始位置時(shí)，動(dòng)靜平臺(tái)俯視圖如圖b所示。于是靜平臺(tái)各鉸鏈中心點(diǎn)的絕對(duì)坐標(biāo) 可以表示為：),(Xbibibibizyx=三、PRS-XY型混聯(lián)數(shù)控機(jī)床 1. PRS-XY型混聯(lián)數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)分析直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的三桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)X-Y工作臺(tái)PRS-XY型混聯(lián)數(shù)控機(jī)床動(dòng)平臺(tái)3. 3. X-YX-Y工作臺(tái)的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析工作臺(tái)的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 4.PRS-XY數(shù)控系統(tǒng)的綜合逆運(yùn)動(dòng)學(xué)變換5.基于“PC+Turbo PMAC”的數(shù)控系統(tǒng)原理6.PRS-XY數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 機(jī)床主要參數(shù)有 工作臺(tái)參數(shù)：工作臺(tái)面積（250250mm2）、工作臺(tái)到主軸端面距離（340mm）； 行程參數(shù)：X軸（195mm）、 Y軸（195mm

11、）、 Z軸（185mm）、A軸（27）、B軸（27）；主軸參數(shù)：最大功率（1kW）、 最高轉(zhuǎn)速（24000rpm）、 輸出轉(zhuǎn)矩（0.4N.m），調(diào)速方式為變頻無(wú)級(jí)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，冷卻方式為循環(huán)水冷卻；刀具參數(shù)：直柄刀具，直徑為36，彈簧夾頭夾持；電氣參數(shù)：工作電壓為單相AC220V10，最大工作電流為25A。典 型 樣件切削加工含平面、圓槽、圓環(huán)槽倒角（24） 與球冠加工。 數(shù)控加工程序 采用 G代碼編制，切削條件如下：工件材料為60mmZL12鋁合金棒料；切削刀具為4高速鋼2齒鍵槽銑刀。圖為加工的典型樣件，a為典型樣件圖、b為典型樣件照片。 （b）(a) 加工的典型樣件 7. 機(jī)床的主要參數(shù)和樣

12、件加工 第二節(jié)第二節(jié) 工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人 工業(yè)機(jī)器人(Industrial Robot)是一種能模擬人的手、臂的部分動(dòng)作，按照預(yù)定的程序、軌跡及其它要求，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工件或操縱工具的自動(dòng)化裝置，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，在實(shí)現(xiàn)柔性制造、提高產(chǎn)品質(zhì)量、代替人在惡劣環(huán)境條件下工作中發(fā)揮著重要作用。 工業(yè)機(jī)器人一般應(yīng)由機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、檢測(cè)傳感系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)等組成。 機(jī)械系統(tǒng)是完成抓取工件(或工具)實(shí)現(xiàn)所需運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括以下幾個(gè)部分：手部是工業(yè)機(jī)器人直接與工件或工具接觸用來(lái)完成握持工件(或工具)的部件。有些工業(yè)機(jī)器人直接將工具(如焊槍、噴槍、容器)裝在手部位置，而不再設(shè)置手部

13、。腕部是聯(lián)接手部與臂部的部件，主要用來(lái)確定手部工作方位、姿態(tài)并適當(dāng)擴(kuò)大臂部動(dòng)作范圍。臂部是支承腕部、手部、實(shí)現(xiàn)較大范圍運(yùn)動(dòng)的部件；機(jī)身是用來(lái)支承臀部、安裝驅(qū)動(dòng)裝置及其它裝置的部件；行走機(jī)構(gòu)是擴(kuò)大工業(yè)機(jī)器人活動(dòng)范圍的機(jī)構(gòu)，有的是專(zhuān)門(mén)的行走裝置，有的是軌道、滾輪機(jī)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的作用是向執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力。執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)源的不同，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式可分為液動(dòng)式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式和機(jī)械式等；。 控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的指揮系統(tǒng)。它控制工業(yè)機(jī)器人按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)?？捎洃浉鞣N指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間等)，同時(shí)按指令信息向各執(zhí)行元件發(fā)出指令。必要時(shí)還可對(duì)機(jī)器人動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)動(dòng)作有誤

14、或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出警報(bào)信號(hào)。 檢測(cè)傳感系統(tǒng)主要檢測(cè)工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)位置、狀態(tài)，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置狀態(tài)。 人工智能系統(tǒng)主要賦予工業(yè)機(jī)器人五感功能，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)工件的自動(dòng)識(shí)別和適應(yīng)性操作。 通常按坐標(biāo)形式可分為五類(lèi)，如下圖所示。a)直角坐標(biāo)型； b)圓柱坐標(biāo)型；c)極坐標(biāo)型；d)SCARA型；e)多多關(guān)節(jié)型。 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)是說(shuō)明機(jī)器人規(guī)格與性能的具體指標(biāo)，一般有以下幾個(gè)方面： （1)握取重量(即臂力)。握取重量標(biāo)明了機(jī)器人的負(fù)荷能力。這項(xiàng)參數(shù)與機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，通常

15、指正常運(yùn)行速度所能握取的工件重量。當(dāng)機(jī)器人運(yùn)行速度可調(diào)時(shí)，低速運(yùn)行時(shí)所能握取工件的最大重量比高速時(shí)為大。為安全起見(jiàn)，也有將高速時(shí)所能握取的工件重量作為指標(biāo)的情況，此時(shí)常指明運(yùn)行速度。 （2）運(yùn)動(dòng)速度。運(yùn)動(dòng)速度是反映機(jī)器人性能的一項(xiàng)重要技術(shù)參數(shù)。它與機(jī)器人握取重量、定位、精度等參數(shù)都有密切關(guān)系，同時(shí)也直接影響機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)周期。 （3)自由度。確定工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器（手部）在運(yùn)動(dòng)空間的位置和姿態(tài)的、獨(dú)立的變化參數(shù)就是工業(yè)機(jī)器人的自由度。自由度越多，其動(dòng)作越靈活，適應(yīng)性越強(qiáng)，但結(jié)構(gòu)也相應(yīng)越復(fù)雜。一般具有46個(gè)自由度即滿(mǎn)足使用要求。 (4)定位精度。定位精度即重復(fù)定位精度，是衡量機(jī)器人工作質(zhì)量的又

16、一項(xiàng)重要指標(biāo)。定位精度的高低取決于位置控制方式以及運(yùn)動(dòng)部件本身的制造精度和剛度，與握取重量、運(yùn)動(dòng)速度等也有密切關(guān)系。 （5)程序編制與存儲(chǔ)容量。該技術(shù)參數(shù)是用來(lái)說(shuō)明機(jī)器人的控制能力的，存儲(chǔ)容量大，則適應(yīng)性強(qiáng)、通用性好，從事復(fù)雜作業(yè)的能力強(qiáng)。 一、一、BJDP-1BJDP-1型電動(dòng)噴砂機(jī)器人（多關(guān)節(jié)型）型電動(dòng)噴砂機(jī)器人（多關(guān)節(jié)型） 該機(jī)器人為全電動(dòng)式、五自由度、具有連續(xù)軌跡控制等功能的多關(guān)節(jié)型示教再現(xiàn)型機(jī)器人，用于高噪聲、高粉塵等惡劣環(huán)境的噴砂作業(yè)。 1.機(jī)器人機(jī)構(gòu)原理 該機(jī)器人的五個(gè)自由度分別是立柱回轉(zhuǎn)（L）、大臂回轉(zhuǎn)（D）、小臂回轉(zhuǎn)（X）、腕部俯仰（W1）、腕部轉(zhuǎn)動(dòng)（W2），其機(jī)構(gòu)原理如圖a

17、所示，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)關(guān)系如圖b所示。圖a圖b 2.控制(驅(qū)動(dòng)與檢測(cè))系統(tǒng)組成框圖 機(jī)器人控制系統(tǒng)框圖如下圖所示，控制系統(tǒng)(包括驅(qū)動(dòng)與檢測(cè))主要由微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)、接口電路接口電路、速度控制單元速度控制單元、位置檢測(cè)位置檢測(cè)( (碼盤(pán)一編碼器碼盤(pán)一編碼器) )電電路路、示教盒示教盒等組成。計(jì)算機(jī)：實(shí)現(xiàn)機(jī)器人示教、校驗(yàn)、再現(xiàn)的控制功能包括示教數(shù)據(jù)編輯、坐標(biāo)正逆變換、直線(xiàn)插補(bǔ)運(yùn)算，以及伺服系統(tǒng)閉環(huán)控制。 接口電路接口電路：通過(guò)光電編碼器進(jìn)行機(jī)器人各關(guān)節(jié)坐標(biāo)的模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)，及把計(jì)算機(jī)運(yùn)算結(jié)果的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量(D/A)傳送給速度控制單元。 速度控制單元：它是驅(qū)動(dòng)機(jī)器人各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

18、 示教盒示教盒：它是人機(jī)聯(lián)系的工具，主要由一些點(diǎn)動(dòng)按鍵和指令按鍵組成。通過(guò)點(diǎn)動(dòng)按鍵可以對(duì)機(jī)器人各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)位置進(jìn)行示教，利用指令鍵完成某一指定的操作、實(shí)現(xiàn)示教、再現(xiàn)的各種功能。 微機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成 如下圖如下圖所示，CPU為Intel8086，主頻5MHz。RAMl6k主要用于存儲(chǔ)示教數(shù)據(jù)。ROM32k存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)的監(jiān)控程序和示教再現(xiàn)的全部控制程序。兩片8259A中斷控制器相聯(lián)，共有15級(jí)中斷，用于向計(jì)算機(jī)輸入示教、校驗(yàn)、再現(xiàn)的所有控制指令。定時(shí)器8253用于產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)時(shí)鐘信號(hào)，通過(guò)中斷實(shí)現(xiàn)采樣控制。A/D變換器完成將機(jī)器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成數(shù)字量， 變換器為16位，主要由光電(碼盤(pán))編碼器

19、(包括方向判別、可 逆計(jì)數(shù)、清零電路及與計(jì)算機(jī)的接口電路)組成。首先由裝在電動(dòng)機(jī)軸上的增量式光電編碼器將關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角變換成數(shù)字脈沖，然后經(jīng)方向判別電路將變換后的脈沖分成正轉(zhuǎn)脈沖和反轉(zhuǎn)脈沖，用可逆計(jì)數(shù)器記錄這些脈沖數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)由轉(zhuǎn)角向數(shù)字量的變換。 D/A變換器位數(shù)為9位，由一片集成D/A變換器DAC0832和一個(gè)觸發(fā)器、反相器、運(yùn)算放大器組成，基準(zhǔn) 電源5V，輸出是雙極性的，其原理如下圖如下圖a a所示。計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)碼低8位D0D7由八位DAC0832變換，計(jì)算機(jī)輸出的最高位(符號(hào)位)D15，由D觸發(fā)器接收，經(jīng)反相器反相之后，將D151變換成5V，將D150變換成零伏。運(yùn)算放大器2對(duì)DAC083

20、2和反相器的輸出進(jìn)行綜合，實(shí)現(xiàn)9位雙極性D/A變換，輸出模擬量電壓到驅(qū)動(dòng)速度控制單元。各關(guān)節(jié)速度控制單元都是雙環(huán)速度閉環(huán)系統(tǒng)， 其框圖如下圖如下圖b b所示。電動(dòng)機(jī)為永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)(功率400W，最高轉(zhuǎn)速2000rmin，額定電流12A)，功率放大器為三相可控硅全波整流可逆電路，內(nèi)環(huán)為電流反饋環(huán)，采用純比例調(diào)節(jié)。外環(huán)為速度環(huán),由于電動(dòng)機(jī)軸上的光電編碼器輸出的數(shù)字脈沖頻率與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，因此只要將碼盤(pán)的脈沖頻率變換成與頻率成比例的電壓就能測(cè)出測(cè)出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；所以速度檢測(cè)就是進(jìn)行頻率電壓轉(zhuǎn)換，由其的輸出作為速度負(fù)反饋，速度環(huán)的調(diào)節(jié)器為帶有非線(xiàn)性特性的PID調(diào)節(jié)器。圖a圖b3.機(jī)器人規(guī)格

21、參數(shù)，如下表所示。4.控制算法簡(jiǎn)介 二、二、SCARASCARA型機(jī)器人型機(jī)器人( (裝配機(jī)器人裝配機(jī)器人) ) SCARA是Selective Compliance Assembly Robot Arm的縮寫(xiě)，意思是具有選擇順應(yīng)性的裝配機(jī)器人手臂。這種機(jī)器人在水平方向具有順應(yīng)性，而在垂直方向則具有很大的剛性，最適合于裝配作業(yè)使用。它有大臂回轉(zhuǎn)、小臂回轉(zhuǎn)、腕部升降與回轉(zhuǎn)四個(gè)自由度，圖所示。下面以ZP-1型多手臂裝配機(jī)器人為例作一簡(jiǎn)單介紹。 該機(jī)器人裝配系統(tǒng)用于裝配40火花式電雷管，代替人從事易爆易燃的危險(xiǎn)作業(yè)。電雷管的組成如圖如圖a a所示，機(jī)器人完成的工作是，將導(dǎo)電帽彈簧組合件裝在雷管體上；

22、將小螺釘擰到雷管體上，把導(dǎo)電帽、彈簧組合件和雷管體聯(lián)成一體；檢測(cè)雷管體外徑、總高度及雷管體與導(dǎo)電帽之間是否短路。裝配前雷管體倒立在10行10列的料盤(pán)5上，彈簧與導(dǎo)電帽的組合件插放在另一個(gè)10行10列的料盤(pán)6上，小螺釘散放在振動(dòng)料斗8中，裝配好的成品放在10行10列料盤(pán)7上，如圖如圖b b所示。機(jī)器人在裝配點(diǎn)的重復(fù)定位精度可達(dá)土0.05mm，電雷管重約100g，一次裝配過(guò)程約需20s。 1. 機(jī)械系統(tǒng)構(gòu)成 2. 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 3. 控制與檢測(cè)傳感系統(tǒng) 4. 微機(jī)控制系統(tǒng)組成 5. 電雷管的裝配過(guò)程 第三節(jié)第三節(jié) 汽車(chē)的機(jī)電一體化 當(dāng)代，為了提高汽車(chē)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性以及減少排放污染、增強(qiáng)舒適性

23、等，汽車(chē)的機(jī)電一體化已成為一種不可阻擋的潮流，且技術(shù)日益成熟和普及。汽車(chē)的機(jī)電一體化使汽車(chē)性能煥然一新。當(dāng)今對(duì)汽車(chē)的控制已由發(fā)動(dòng)機(jī)擴(kuò)大到全車(chē)，例如實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴射電子點(diǎn)火控制、自動(dòng)變速換檔、防滑制動(dòng)、防抱死系統(tǒng)（ABS）、雷達(dá)防碰撞、自動(dòng)調(diào)整車(chē)高、全自動(dòng)空調(diào)、自動(dòng)故障診斷及自動(dòng)駕駛等。 汽車(chē)機(jī)電一體化的中心內(nèi)容是以微機(jī)為中心的自動(dòng)控制改善汽車(chē)的性能、增加汽車(chē)的功能，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)降低油耗、減少排氣污染，提高汽車(chē)行駛的安全性、可靠性、操作方便和舒適性。 汽車(chē)行駛控制的重點(diǎn)是：汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的正時(shí)點(diǎn)火、燃油噴射、空燃比和廢氣再循環(huán)的控制，使燃燒充分、減少污染、節(jié)省能源；汽車(chē)行駛中的自動(dòng)變速和排氣凈化控制

24、，以使其行駛狀態(tài)最佳化， 汽車(chē)的防滑制動(dòng)、防碰撞，以提高行駛的安全性；汽車(chē)的自動(dòng)空調(diào)、自動(dòng)調(diào)整車(chē)高控制，以提高其舒適性。要實(shí)現(xiàn)上述各種控制，傳感檢測(cè)技術(shù)是重要的一環(huán)。 一、傳感器在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)等中的應(yīng)用一、傳感器在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)等中的應(yīng)用 現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火時(shí)間和空燃比的控制已實(shí)現(xiàn)用微機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行精確控制。例如美國(guó)福特汽車(chē)公司的電子式發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)(EEC)如如圖圖a a、日本豐田汽車(chē)公司發(fā)動(dòng)機(jī)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(TCCS)如圖如圖b b。從圖可以看出，上述控制系統(tǒng)中，必不可少的使用了曲軸位置傳感器、吸氣及冷卻水溫度傳感器、壓力傳感器、氧氣傳感器等多種傳感器。 發(fā)動(dòng)機(jī)控制用傳感器的精度多以百分?jǐn)?shù)表

25、示，這個(gè)百分?jǐn)?shù)值必須在各種不同條件下滿(mǎn)足燃料經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)和排氣污染指標(biāo)規(guī)定?？刂苹钊桨l(fā)動(dòng)機(jī)，基本上就是控制曲軸的位置。利用檢測(cè)曲軸位置的傳感器，可測(cè)出曲軸轉(zhuǎn)角位置從而計(jì)算點(diǎn)火提前角，并用微機(jī)計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，其信號(hào)以時(shí)序脈沖形式輸出。燃料供給信號(hào)可以用二種方法獲得，一種是直接測(cè)量空氣的質(zhì)量流量；另一種是檢測(cè)曲軸位置，再由技管絕對(duì)壓力(MAP)和溫度計(jì)算出每個(gè)汽缸的空氣量。燃料控制環(huán)路多采用第二種方法，或采用測(cè)量空氣質(zhì)量流量的方法。因此MAP傳感器和空氣質(zhì)量流量傳感器都是重要的汽車(chē)用傳感器。 MAP傳感器有膜盒線(xiàn)性差動(dòng)變換傳感器、電容盒MAP傳感器和硅膜壓力傳感器。 在空氣流量傳感器中，離子遷移

26、式、熱絲式、葉片式傳感器是真正的空氣質(zhì)量流量計(jì)。渦流式、渦輪式是測(cè)量空氣流速的，需把它換算成質(zhì)量流量。為算出恰當(dāng)?shù)狞c(diǎn)火時(shí)刻，需要檢測(cè)曲軸指示脈沖、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷三個(gè)參量。 其中，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷可用歧管負(fù)壓換算。在美國(guó)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中，雖然前二個(gè)參量均用曲軸位置傳感器測(cè)量，但其控制環(huán)路的組成方法不同。有的系統(tǒng)直接測(cè)量歧管負(fù)壓，有的系統(tǒng)采用類(lèi)似MAP傳感器的傳感器測(cè)量環(huán)境空氣壓力(AAP)，用減法算出歧管負(fù)壓。后者可用準(zhǔn)確的環(huán)境空氣壓力完成海拔高度修正，以便對(duì)燃料供給和EGR(廢氣再循環(huán))環(huán)路進(jìn)行微調(diào)。在點(diǎn)火環(huán)路中，歧管負(fù)壓信號(hào)響應(yīng)性要快，但準(zhǔn)確度并不需MAP和AAP那么高。 過(guò)去的火花點(diǎn)火

27、發(fā)動(dòng)機(jī)是在很寬的空燃比范圍內(nèi)工作的，因而并不要求計(jì)算化學(xué)當(dāng)量，由于汽車(chē)排氣標(biāo)準(zhǔn)的確定，需從根本上改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作情況。為此，很多汽車(chē)采用了一種三元催化系統(tǒng)，其三元催化劑只有在廢氣比例較小時(shí)，才能有效地凈化HC、CO和NOx。所以，發(fā)動(dòng)機(jī)必須在正確計(jì)算化學(xué)當(dāng)量的7%范圍內(nèi)工作。帶催化劑的發(fā)動(dòng)機(jī)可看作氣體發(fā)生器，按要求需在燃料供給環(huán)路中加裝氧環(huán)路，這一環(huán)路的關(guān)鍵傳感器是氧傳感器，它可以檢測(cè)廢氣中是否存在過(guò)剩的氧氣。氧化鋯氧傳感器和二氧化鈦氧傳感器可以完成此任務(wù)。 為了確定發(fā)動(dòng)機(jī)的初始條件或隨時(shí)進(jìn)行狀態(tài)修正，還裝了爆震傳感器，如空氣溫度傳感器、冷卻水溫度傳感器等，在某些汽車(chē)中，還裝了爆震傳感器，渦輪

28、增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在中速或高負(fù)荷狀態(tài)下，震動(dòng)較大，從而帶來(lái)許多問(wèn)題，安裝爆震傳感器后，當(dāng)震動(dòng)超過(guò)某一限度時(shí)，就自動(dòng)推遲點(diǎn)火時(shí)間，直至震動(dòng)減弱為止。這就是說(shuō)，發(fā)動(dòng)機(jī)在無(wú)激烈震動(dòng)時(shí)提前點(diǎn)火，找出了最佳超前量。機(jī)械共振傳感器、帶通振動(dòng)傳感器和磁致伸縮傳感器可以提供這種震動(dòng)信息。二、二、 微機(jī)控制的數(shù)字化電子點(diǎn)火系統(tǒng)微機(jī)控制的數(shù)字化電子點(diǎn)火系統(tǒng) 機(jī)械式點(diǎn)火系統(tǒng)由于機(jī)械系統(tǒng)的滯后效應(yīng)、磨損以及裝置本身的機(jī)械記憶量等因素的影響，不能保證發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火時(shí)刻處于最佳值，因此需要數(shù)字控制裝置取代機(jī)械式點(diǎn)火提前裝置。數(shù)字式電子點(diǎn)火系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足下述要求：能在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)提供點(diǎn)火所需的定值點(diǎn)火能量，即足夠的點(diǎn)火電壓和跳火持續(xù)時(shí)間

29、。在不同負(fù)荷和轉(zhuǎn)速條件下，能為發(fā)動(dòng)機(jī)提供最佳點(diǎn)火時(shí)間。特別是在小負(fù)荷時(shí)能提供較大的點(diǎn)火提前角。能把點(diǎn)火提前到發(fā)動(dòng)機(jī)剛好不致于發(fā)生爆震的范圍。數(shù)字式電子點(diǎn)火系統(tǒng)一般由傳感器、AD轉(zhuǎn)換器、微型計(jì)算機(jī)及點(diǎn)火控制器等部分組成，其原理框圖如下圖如下圖所示。 微機(jī)控制數(shù)字式電子點(diǎn)火系統(tǒng)原理框圖 下圖下圖a a為第一代數(shù)字點(diǎn)火系統(tǒng)實(shí)裝原理框圖。點(diǎn)火提前裝置除能適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制初級(jí)線(xiàn)圈通電時(shí)間外，還可以通過(guò)電子手段調(diào)整點(diǎn)火提前角。 圖圖b b為顯示的是輸入存儲(chǔ)片的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)三維點(diǎn)火特性曲線(xiàn)圖。圖中三個(gè)軸分別代表發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、點(diǎn)火提前角和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷。如已知轉(zhuǎn)速和負(fù)荷就可以從圖中找出相應(yīng)的最佳的點(diǎn)火提前角。 下圖是

30、微機(jī)控制的多環(huán)路點(diǎn)火控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有爆震傳感檢測(cè)環(huán)路、溫度檢測(cè)環(huán)路及其它控制環(huán)路。到底是把微處理器控制的環(huán)路集中在一起好呢，還是一個(gè)微處理器只控制幾個(gè)隨動(dòng)環(huán)路呢，或者用一個(gè)中央處理器（CPU）進(jìn)行控制好呢，說(shuō) 法不一，但圖中包括的基本要點(diǎn)均是不可缺少的。 三、汽車(chē)的自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)三、汽車(chē)的自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng) 汽車(chē)的空調(diào)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展、元件的改進(jìn)、功能的完善和電子化，最終發(fā)展成為自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)。自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)的持點(diǎn)為：空氣流動(dòng)的路線(xiàn)和方向可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，并迅速達(dá)到所需的最佳溫度；在天氣不是燥熱時(shí)，使用設(shè)置的“經(jīng)濟(jì)檔”控制，使空壓機(jī)關(guān)掉，但仍有新鮮空氣進(jìn)入車(chē)內(nèi)，既保證一定舒適性要求，又節(jié)省制冷系統(tǒng)燃料，

31、具有自動(dòng)診斷功能，迅速查出空調(diào)系統(tǒng)存在“曾經(jīng)”出現(xiàn)過(guò)的故障，給檢測(cè)維修帶來(lái)極大方便。 下圖為自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)框圖。 上圖上圖由操縱指示(顯示)裝置、控制調(diào)節(jié)裝置、空調(diào)電動(dòng)機(jī)控制裝置以及各種傳感器和自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)各種開(kāi)關(guān)組成；溫度傳感器是系統(tǒng)中應(yīng)用最多的，一般是采用NTC熱敏電阻，它是由錳、鉆、鎳、銦 和 鈦等金屬氧化物，按特定的工藝制成的熱敏元件。有兩個(gè)相同的外部溫度傳感器，分別安裝在蒸發(fā)器殼體和散熱器罩背后，計(jì)算機(jī)感知這二個(gè)檢測(cè)值，一般用低值計(jì)算，因?yàn)樵谛旭倳r(shí)和停止時(shí)，溫度會(huì)有很大差別。高壓傳感器實(shí)際上是一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，起保護(hù)作用。它裝在 冷 凝器和膨脹閥之間，以保證壓縮機(jī)在超壓的情況下

32、，如散熱風(fēng)扇損壞時(shí)關(guān)閉并被保護(hù)。各種開(kāi)關(guān)如防霜開(kāi)關(guān)、外部溫度開(kāi)關(guān)、高低壓保護(hù)開(kāi)關(guān)、自 動(dòng) 跳合開(kāi)關(guān)等，當(dāng)外部溫度T5時(shí)可通過(guò)外部溫度開(kāi)關(guān)關(guān)斷壓縮機(jī)電磁離合器，自動(dòng)跳合開(kāi)關(guān)的作用是在加速、急踩油門(mén)踏板時(shí)關(guān)斷壓縮機(jī)，使發(fā)動(dòng)機(jī)有足夠的功率加速，然后再自動(dòng)接通壓縮機(jī)。 某Audi轎車(chē)自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)中的傳 感 器，各種開(kāi)關(guān)及各種裝置的安裝位置如下圖所示如下圖所示。自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)無(wú)疑帶來(lái)很大便利，但 也 使系統(tǒng)更為復(fù)雜，給維修帶來(lái)很大困難。但采用了自動(dòng)診斷系統(tǒng)后，給查找故障和維修都帶來(lái)極大方便。某Audi車(chē)采用的自動(dòng)診斷系統(tǒng)是采用頻道代碼進(jìn)行自動(dòng)診斷的。即在設(shè)定的自檢方式下，將空調(diào)系統(tǒng)的各需檢測(cè)的內(nèi)容分門(mén)別類(lèi)

33、地分到各頻道，在各個(gè)頻道里用不同的代碼表示不同的意義，然后查閱有關(guān)的專(zhuān)用手冊(cè)，便可確定系統(tǒng)各部件的狀態(tài)。 自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)元件安裝位置示意圖1低壓保護(hù)開(kāi)關(guān)；2 防霜開(kāi)關(guān)；3外部溫度開(kāi)關(guān)；4安裝在蒸發(fā)器殼體上的外部溫度傳感器；5空調(diào)電動(dòng)機(jī)控制裝置； 6控制和調(diào)節(jié)裝置；7一內(nèi)部溫度傳感器；6 操縱機(jī)構(gòu)；9 高壓傳感器；l0自動(dòng)跳合開(kāi)關(guān)；l1高壓保護(hù)開(kāi)關(guān)；12壓縮機(jī)；13 安裝在散熱器柵處的外部溫度傳感器；14-水溫傳感器 四、電子控制的自動(dòng)變速器電子控制的自動(dòng)變速器 自動(dòng)變速器是為降低變速器的功率損耗、提高動(dòng)力傳遞系統(tǒng)的有效功率、增加變速檔數(shù)以適應(yīng)汽車(chē)行駛條件的最佳速比、實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的省能、省力、安全、舒

34、適之目的而出現(xiàn)的。 下圖為以電子控制實(shí)現(xiàn)變速器自動(dòng)換檔的程序控制原理框圖。 以電子控制實(shí)現(xiàn)變速器自動(dòng)換檔的程序控制原理框圖 日美西德等發(fā)達(dá)國(guó)家，為了占領(lǐng)國(guó)際市場(chǎng)而不斷提高汽車(chē)的性能價(jià)格比，其主要手段是通過(guò)各種傳感器獲取必要信息從而實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的機(jī)電一體化。 我國(guó)的汽車(chē)工業(yè)面臨激烈競(jìng)爭(zhēng)局面。為了提高競(jìng)爭(zhēng)能力，應(yīng)加速汽車(chē)用傳感器的發(fā)展，在上批量的同時(shí) ，還要使汽車(chē)在性能上上一個(gè)新臺(tái)階。發(fā)達(dá)國(guó)家的實(shí)踐證明，政府制定的限制油耗和排氣污染的政策法規(guī)，不僅保護(hù)了環(huán)境，還有力地推動(dòng)了傳感檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。這也是值得我國(guó)借鑒的。 在汽車(chē)和家電等為主的幾乎所有行業(yè)均擁有三坐標(biāo)測(cè)量。其測(cè)量對(duì)象不單是機(jī)械加工零件，而且還

35、可用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量具有復(fù)雜自由曲面的模具或成型品等的位置、尺寸和形狀。 1. 基本構(gòu)成 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的構(gòu)成框圖如圖如圖所示，其測(cè)量部分主體形式如測(cè)量部分主體形式由下頁(yè)圖由下頁(yè)圖所示，由于圖c形式裝卸操作工件較自由、自由度空間較大，故實(shí)際應(yīng)用較多。利用探測(cè)頭測(cè)量放在主體上的工件的各個(gè)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)(x，y，z)的數(shù)值，通過(guò)計(jì)數(shù)器得到數(shù)據(jù)并輸出。利用測(cè)量部分主體前邊的鍵盤(pán)，鍵入指示處理碼。 例如，指示根據(jù)三處測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)求出圓心，或是求出面，根據(jù)這個(gè)指令，計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行一系列處理后，再通過(guò)繪圖機(jī)繪圖、打印機(jī)輸出。 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)構(gòu)成框圖第四節(jié)第四節(jié) 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 測(cè)量部分主體

36、形式 2. 探測(cè)頭形式 將不同形式的探測(cè)頭安裝在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)Z軸下端，沿x、y、z 軸方移動(dòng)進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)被測(cè)對(duì)象不同，常用下圖所示幾種形式。測(cè)頭的形式 3. 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理 計(jì)算機(jī)處理的內(nèi)容如下：選定基準(zhǔn)(求取作為測(cè)量基準(zhǔn)的一組數(shù)據(jù)，即求出并確定工件的坐標(biāo)系)；根據(jù)需要對(duì)各測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；對(duì)工件形狀的測(cè)量數(shù)據(jù)的處理；數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析(平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差等)；三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)(操縱桿的操作等)。 在設(shè)計(jì)運(yùn)行程序時(shí)，必須注意其可操作性，故應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)： 工件的的安置與固定（盡可能預(yù)先調(diào)整好，易于安裝)。 盡量減少固定、調(diào)整的次數(shù)。 以簡(jiǎn)明易懂的形式選定測(cè)量法。 測(cè)量操作要簡(jiǎn)單。 避免同

37、一點(diǎn)的重復(fù)測(cè)量(要充分靈活運(yùn)用存儲(chǔ)功能)。 測(cè)量結(jié)果的輸出要容易讀、容易整理。 能及早發(fā)現(xiàn)測(cè)量差錯(cuò)并容易恢復(fù)正常。 免去相同形狀零件的處理指定。 明確顯示測(cè)量部位和數(shù)量(靈活運(yùn)用顯示功能)。 利用測(cè)量誤差和工件形狀誤差的均一性來(lái)提高測(cè)量精度(最小二乘法)。 常用的有效數(shù)據(jù)處理方式有自動(dòng)測(cè)量法、與設(shè)計(jì)值的比較法、運(yùn)用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及坐標(biāo)存儲(chǔ)功能方法，以及最小二乘法(誤差的平方和為最小的一種回歸分析方法)。 4. CNC型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) CNC型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是： 測(cè)量是有一定順序的，不會(huì)出現(xiàn)不同人操作有不同測(cè)量誤差的現(xiàn)象。 由于是自動(dòng)測(cè)量，能夠極大地減少人為誤差，而且測(cè)量力也能保持一定。例如，因?yàn)闇?/p>

38、度不同而造成的誤差會(huì)減少。 大批測(cè)量同一形狀，或類(lèi)似形狀的零件時(shí)，測(cè)量效率高。 夜間或節(jié)假日可無(wú)人運(yùn)轉(zhuǎn)。 CNC三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可通過(guò)操縱示教桿進(jìn)行示教，也可利用帶有CNC軟件的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行示教，若 采用后者，則x、y、z 軸的進(jìn)給控制，探測(cè)頭的姿態(tài)控制可完全自動(dòng)進(jìn)行。第五節(jié)第五節(jié) 自動(dòng)售票機(jī)自動(dòng)售票機(jī) 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)售票機(jī)和數(shù)據(jù)累計(jì)機(jī)一起將擔(dān)負(fù)車(chē)站售票的重要任務(wù)。發(fā)達(dá)國(guó)家?guī)缀跛械牡罔F和鐵路車(chē)站都設(shè)有自動(dòng)售票機(jī)。 1自動(dòng)售票機(jī)的構(gòu)成 如圖所示，自動(dòng)售票機(jī)由模塊組合而成，用控制部分對(duì)整個(gè)設(shè)備進(jìn)行控制，各部分的主要功能介紹如下。自動(dòng)售票機(jī)構(gòu)成 硬幣機(jī)構(gòu)：它的作用是辨別投入硬幣的真?zhèn)?，區(qū)

39、分錢(qián)的種類(lèi)，投入硬幣的一次性?xún)?chǔ)存，找給零錢(qián)等。 紙幣機(jī)構(gòu)：紙幣機(jī)構(gòu)是用來(lái)判定插入紙幣的真?zhèn)?、按面值分?lèi)、一次統(tǒng)一核算和收納紙幣。 印字機(jī)構(gòu)：它的作用是把卷成輥狀的車(chē)票紙切成車(chē)票，按照控制部分發(fā)出的指令進(jìn)行印字并發(fā)出車(chē)票。在自動(dòng)檢票機(jī)通過(guò)的車(chē)票，印字后，在車(chē)票的背面寫(xiě)入磁信息發(fā)出。 外部補(bǔ)充零錢(qián)部分：它由零錢(qián)補(bǔ)充箱和補(bǔ)充盒構(gòu)成，是把找零錢(qián)用硬幣供給硬幣機(jī)構(gòu)的部分，向找零錢(qián)補(bǔ)充箱補(bǔ)充硬幣由補(bǔ)充盒進(jìn)行。 工作人員操作部分：它由電源的通斷、發(fā)售和停售的設(shè)定、回收、數(shù)據(jù)截止、日期設(shè)定等操作開(kāi)關(guān)或顯示零錢(qián)及輥筒票紙的有無(wú)、異常地方的監(jiān)視顯示燈等構(gòu)成，是進(jìn)行售票機(jī)操作和監(jiān)視的部分。 記錄部分：它是把售票機(jī)的

40、發(fā)售數(shù)據(jù)或操作數(shù)據(jù)打印輸出的部分。將幾臺(tái)售票機(jī)連接到數(shù)據(jù)累計(jì)機(jī)上進(jìn)行總的累計(jì)業(yè)務(wù)的售票機(jī)省去了記錄部分，為了進(jìn)行操作數(shù)據(jù)的記錄，設(shè)有能連接便攜式打印機(jī)的連接器。 配電（電源）部分：它是自動(dòng)售票機(jī)AC電源的輸入并將AC和DC電源分配給各部件部分，控制部分：它是將CPU、存儲(chǔ)器、各部分的I/O，外接設(shè)備的I/O等印刷電路板裝在機(jī)柜中，與各部分的數(shù)據(jù)或控制信號(hào)進(jìn)行交換以及運(yùn)算的部分。它對(duì)整個(gè)售票機(jī)進(jìn)行集中控制。另外還附有紙幣機(jī)構(gòu)， 該機(jī)構(gòu)是輸入紙幣、輸出車(chē)票、找回零錢(qián)，并能對(duì)插入的紙幣辨別真?zhèn)巍?2自動(dòng)售票機(jī)的工作原理 從投入硬幣或紙幣之后 到給出車(chē)票為止的基本工作流程，示于圖示于圖a a，各功能框

41、間的硬幣或紙幣、車(chē)票及信號(hào)的流程示如圖如圖b b所示?？刂七@些流程的就是控制部分， 在最新的售票機(jī)中已使用微型 電 子計(jì)算機(jī)。 為了能夠適應(yīng)重新組裝部件構(gòu)成不同功能的售票機(jī)控制，各部件內(nèi)也裝了小型微機(jī)用來(lái)?yè)?dān)負(fù)部件中進(jìn)行處理的細(xì)微控制。 控制部分采用了二級(jí)控制， 實(shí)現(xiàn)控制的分工協(xié)作。 圖a 基本工作流程 圖b 硬幣或紙幣、車(chē)票及信號(hào)的流程第六節(jié)第六節(jié) 自動(dòng)售貨機(jī)自動(dòng)售貨機(jī) 目前自動(dòng)售貨機(jī)已達(dá)到普及的程度。 自動(dòng)售貨機(jī)有自動(dòng)售飲料機(jī)、自動(dòng)售香煙機(jī)和自動(dòng)服務(wù)機(jī)等等。下面以應(yīng)用最多的自動(dòng)售飲料機(jī)為對(duì)象來(lái)介紹自動(dòng)售貨機(jī)。自動(dòng)售貨機(jī)上裝備的機(jī)電一體化裝置有硬幣機(jī)構(gòu)、紙幣確認(rèn)機(jī)構(gòu)、主控制箱等。另外為了促進(jìn)商

42、品銷(xiāo)售，還配有機(jī)電一體化的供顧客選用裝置、語(yǔ)音合成裝置(可發(fā)出“歡迎光臨”、“謝謝”等聲音)和節(jié)能裝置。1. 硬幣驗(yàn)鈔機(jī)構(gòu) 硬幣驗(yàn)鈔機(jī)構(gòu)用于檢測(cè)所投入的硬幣的真?zhèn)?。?duì)偽幣退回到硬幣退還口，真幣則合計(jì)金額并與所售商品價(jià)格作比較。如果投入的金額等于或大于商品售價(jià)，則發(fā)出允許出售信號(hào)。待接到售貨終了信號(hào)后， 進(jìn)行找零錢(qián)計(jì)算，并起動(dòng)找零錢(qián)電動(dòng)機(jī)，把以不同幣種適當(dāng)組合而成的零錢(qián)，送到退還口。它要求機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)緊密地結(jié)合?，F(xiàn)在所有的貨幣機(jī)構(gòu)都由微機(jī)進(jìn)行控制。 右圖為驗(yàn)鈔機(jī)構(gòu)的結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn)圖。由硬幣檢測(cè)部分、運(yùn)算控制部分；找零錢(qián)機(jī)構(gòu)、自動(dòng)售貨機(jī)主體和接口部分組成。硬幣驗(yàn)鈔機(jī)構(gòu)中機(jī)電一體化最引人注目的是錢(qián)

43、幣檢查部分實(shí)現(xiàn)了電子化。 硬幣驗(yàn)鈔機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 2. 紙幣驗(yàn)鈔確認(rèn)機(jī)構(gòu) 紙幣驗(yàn)鈔確認(rèn)機(jī)的功能是識(shí)別紙幣真?zhèn)?。只有真紙幣，才向外部發(fā)出“收到”的信號(hào)。其控制部分也由微機(jī)構(gòu)成。紙幣驗(yàn)鈔確認(rèn)機(jī)的構(gòu)成簡(jiǎn)圖如圖如圖所示。 紙幣驗(yàn)鈔確認(rèn)機(jī)已實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。紙幣即使有一點(diǎn)插入紙幣插入口，便會(huì)由位置傳感器檢測(cè)到，并起動(dòng)機(jī)內(nèi)電動(dòng)機(jī) 使 其正方向旋轉(zhuǎn)，通過(guò)傳送帶，拉進(jìn)機(jī)器內(nèi)，同時(shí)進(jìn)行真?zhèn)舞b別。如是假幣，則電動(dòng)機(jī)逆轉(zhuǎn)，退還紙幣；如是真幣，則發(fā)出“收進(jìn)”的信號(hào)，并往里稍拉進(jìn)一些，以暫存狀態(tài)等待。 其理由是，若顧客確要買(mǎi)東西，則與上述硬幣機(jī)聯(lián)動(dòng)，從其找零錢(qián)部找出適當(dāng)?shù)牧沐X(qián)， 機(jī)器完成正常收款動(dòng)作。 顧客若改變想法，中止購(gòu)物

44、時(shí)， 按下自動(dòng)售貨機(jī)的退返按鈕，則紙幣驗(yàn)鈔確認(rèn)機(jī)的電動(dòng)機(jī)逆轉(zhuǎn)，把原紙幣退還。 紙幣驗(yàn)鈔確認(rèn)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 3. 自動(dòng)售貨機(jī)的 控制系統(tǒng) 紙杯式果汁售貨機(jī)售出的飲料是 根據(jù)顧客的要求進(jìn)行調(diào)配的。顧客按下桔汁或葡萄汁等品種選擇按鈕后，機(jī)器自動(dòng)調(diào)理機(jī)內(nèi)原料， 即把水、二氧化碳?xì)怏w、糖漿、冰等進(jìn)行調(diào)理，然后供給取出口。 該售貨機(jī)的控制系統(tǒng)構(gòu)成如右圖所示，如右圖所示，輸入微機(jī)的信號(hào)有： 來(lái)自硬幣機(jī)構(gòu)的可出售信號(hào)，選擇按鈕信號(hào)，原料系統(tǒng)的原料售完傳感器信號(hào)，以及從用于調(diào)配原料的時(shí)間和份量的設(shè)定數(shù)字開(kāi)關(guān)來(lái)的輸入信號(hào)等等。其輸出信號(hào)有：表示“在該品種選擇按鈕， 已投足所定金額，可以出售”的指示燈信號(hào)。運(yùn)送杯子用電動(dòng)

45、機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，原料排放閥的開(kāi)、 關(guān)控制信號(hào)，以及制冰或冷水用壓縮機(jī)的起動(dòng)、停止等信號(hào)。 自動(dòng)售貨機(jī)的控制系統(tǒng)構(gòu)成 典型的電子秤通常都采用模擬伺服系統(tǒng)或光電編碼器來(lái)顯示重量值，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。但是隨著電子秤外部設(shè)備的省力化和系統(tǒng)化的進(jìn)展，對(duì)電子秤也開(kāi)始要求更高的精度，更多的功能、更高速的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸。這些如果不采用最新的電子技術(shù)是不可能實(shí)現(xiàn)的。 在電子秤的重量傳感部分、A/D轉(zhuǎn)換部分、控制運(yùn)算部分、數(shù)據(jù)顯示部分及傳輸部分使用了和其他電子設(shè)備一樣的CPU、各種存儲(chǔ)器、 高精度線(xiàn)性集成電路等電子元部件。此外，各種軟件也開(kāi)始在電子秤中應(yīng)用。 目前使用的電子秤有組合秤、連續(xù)供料秤、陀螺天平、自動(dòng)重量

46、分選機(jī)等多種形式。下面對(duì)組合秤、連續(xù)供料秤和自動(dòng)重量分選機(jī)作簡(jiǎn)要說(shuō)明。第七節(jié)第七節(jié) 電子秤電子秤 1. 組合秤 組合秤主要用于水產(chǎn)品、食品及點(diǎn)心糖果等固態(tài)物體的稱(chēng)量。它可將這些固態(tài)物品按預(yù)先給定的重量自動(dòng)集中，連續(xù)送往下一道包裝工序包裝。其構(gòu)造及工作原理如下： 組合秤的構(gòu)造原理如右圖如右圖所示。物品由送料傳送帶送入振動(dòng)加料器。通過(guò)振動(dòng)送料器將大致均等的物品送入供料斗，開(kāi)始投入所有計(jì)量料斗。各個(gè)重量信號(hào)W1、W2、Wm 作為負(fù)載傳感器的輸出信號(hào)，用下頁(yè)圖運(yùn)算功能框圖下頁(yè)圖運(yùn)算功能框圖中所示的 幾個(gè)放大器分別放大， 再經(jīng)過(guò)模擬多路轉(zhuǎn)換器，按序號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，存儲(chǔ)在n個(gè)重量值存儲(chǔ)器中。接著，按運(yùn)算

47、電路指示的序號(hào)，從n個(gè)存儲(chǔ)器重量值中選擇m 個(gè)組合,再將它們的重量值和組合秤的m 個(gè)編號(hào)分別存入組合重量存儲(chǔ)器和組 合 秤 編號(hào)存儲(chǔ)器中。然后，仍在重量存儲(chǔ)器中對(duì) 其他組合重量進(jìn)行運(yùn)算，把運(yùn)算的總值與上次總重量值一起和預(yù)先給定的基準(zhǔn)重量進(jìn)行比較，求出它們的偏差值。 組合秤的構(gòu)造原理 該偏差與上一次的偏差相比較，如果不到“+”一邊，就要將上次兩方面的值分別更新為這次的值。如果過(guò)“+”一邊，就保留上次的值，依次到全部組合完畢為止，再重復(fù)相同的運(yùn)算操作，最后保留最接近“+”的基準(zhǔn)值數(shù)值。然后再通過(guò)從組合秤號(hào)碼存儲(chǔ)器來(lái)的指令，打開(kāi)這種組合中包含的每次秤重的料斗門(mén)，使物品落入集中滑槽中。所集中的物品通過(guò)

48、斗式輸送機(jī)送往包裝機(jī)進(jìn)行包裝后出廠(chǎng)；對(duì)于排空了的計(jì)量料斗，打開(kāi)供料門(mén)投入物品，從新開(kāi)始進(jìn)行組合運(yùn)算。 組合秤的運(yùn)算功能 2. 連續(xù)給料裝置 這種裝置主要用于在皮帶輸送機(jī)上連續(xù)輸送的粉粒狀物品的稱(chēng)量，也可用于將幾臺(tái)秤上的幾種原料按一定比例混合起來(lái)的系統(tǒng)。主要通過(guò)控制輸送帶驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的速度來(lái)控制原料重量。下圖為連續(xù)給料裝置的構(gòu)成和工作原理框圖。圖中，皮帶輸送機(jī)上流動(dòng)的原料通過(guò)計(jì)量輸送機(jī)時(shí)，用測(cè)力傳感器檢測(cè)出其重量，經(jīng)放大傳給A/D轉(zhuǎn)換器。另一方面，利用安裝在傳送帶的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)上的脈沖發(fā)生器，使傳送帶每前進(jìn)一定的距離就產(chǎn)生一個(gè)脈沖，將這個(gè)脈沖加到A/D轉(zhuǎn)換器，作為A/D轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)信號(hào)。實(shí)際瞬間輸入量W1或累計(jì)輸送量W2與設(shè)定值WTS之間的偏差，通過(guò)PI控制器與D/A從轉(zhuǎn)換器變換成模擬量輸入到調(diào)速(VS)放大器中，對(duì)輸送帶電動(dòng)機(jī)進(jìn)行速度控制，從而控制輸送帶的輸送速度。 連續(xù)供料裝置的構(gòu)成和工作原理 3. 自動(dòng)重量分選機(jī) 自動(dòng)重量分選機(jī)是在點(diǎn)心、糖果等固體包裝線(xiàn)、農(nóng)產(chǎn)品、水產(chǎn)品的出廠(chǎng)處理線(xiàn)及汁液、咖啡等液體充填線(xiàn)上用來(lái)檢查物品的重量。這些物品需要