機電整合技術及應用 部門：CA-ATM 主管：賴建宏副理 制作人：王沛玉時間：2006/08Foxconn機電一體化概述機械系統設計傳感器檢測及其接口電路控制電動機及其選擇工業控制計算機器接口技術DENSO六軸機械手介紹Contents機電一體化概述機電一體化最早起源于日本，去英文Mechanics的前南部和Electronics的后半部拼合而成，在大陸稱為機電一體化或機械電子學，而在臺灣則稱為機電整合技術。數控機床的問世微電子技術的發展可編程序控制器、"電力電子"激光技術、模糊技術、信息技術

發展歷程發展趨勢光機電一體化

自律分配系統化—柔性化

“生物一軟件”化—仿生物系統化

全息系統化—智能化

微型機電化—微型化

————————————————————控制單元工作指令傳感檢測單元外界信息機械本體驅動單元動力單元執行單元所需的機械運動——————————————————————— 機電一體化系統的組成及工作原理————————————————————————————— 機電一體化的相關技術系統總體技術機電一體化相關技術機械技術傳感檢測技術信息處理技術技術控制自動機械系統設計————————————————————————————————————————————————— 機械系統數學模型建立M機械移動系統運動方程拉普拉斯變換---傳遞函數機械轉動系統運動方程拉普拉斯變換---傳遞函數T(t)Jθ(t)————————————————————————————— 機械傳動系統的特性機械傳動系統特性轉動慣量磨擦諧振頻率阻尼剛度間隙轉動慣量大，機械負載增大，系統響應速度變慢，靈敏度降低，固有頻率下降易產生諧振。粘性摩擦力、庫倫摩擦力、靜摩擦力，靜摩擦力盡可能小，動摩擦力小正斜率。伺服系統失動量，剛度大，失動量小；穩定性：對閉環系統影響較大。間隙使傳動系統中間隙產生回程誤差，影響伺服系統中位置環的穩定性。對彈性系統的影響，降低定位精度，降低機械性能。當外界的激蕩頻率接近或等于系統的固有頻率時，系統將產生諧振而不能正常工作，具有一階、n階諧振頻率。————————————————————————————— 機械傳動裝置傳動裝置不僅是轉矩和轉速的變速器，而且是死腹系統的重要組成部分轉動慣量小，磨擦小，阻尼合理，剛性大，抗振性好，間隙小齒輪傳動齒輪傳動總傳動比的選擇：通常采用負載角加速度最大原則選擇總傳動比，以提高伺服系統的響應速度。齒輪傳動鏈的級數和各級傳動比的分配：（1）最小等效轉動量原則；（2）質量最小原則；（3）輸出軸的轉交誤差最小原則；滾珠花鍵特點：外援均布三條突起軌道，配有六條符合滾珠列，承載時三條負荷滾珠列自動定位，反轉時，另三條負載列自動定位。外筒與花鍵軸之間既可以作回轉運動，又可以做相對直線運動，所以即是傳動裝置，又是直線運動支撐。諧波齒輪諧波齒輪傳動既可用做減速器，也可用做增速器。柔輪、剛輪、波發生器三者任何一個均可固定，其余二個一為主動，另一個為從動。傳動比大，且外形輪廓小，零件數目少，傳動效率高。效率高達92％~96％，單級傳動比可達50~4000。承載能力較高：柔輪和剛輪之間為面接觸多齒嚙合，且滑動速度小，齒面摩損均勻。柔輪和剛輪的齒側間隙是可調：當柔輪的扭轉剛度較高時，可實現無側隙的高精度嚙合。諧波齒輪傳動可用來由密封空間向外部或由外部向密封空間傳遞運動。傳感器檢測及其接口電路————————————————————傳感器定義：傳感器是借助于被測元件接受一種形式的信息，并按一定規律將它轉換成另一種信息的裝置；控制對象：伺服驅動單元和執行機構；應用：檢測位移、速度、加速度、運動軌跡、及其操作和加工過程參數等機械運動參數；分類：分類法形式說明構成原理結構型物理型以其轉換元件結構參數變化實現信號轉換以其轉換元件物理特性變化實現信息轉換基本效應物理型、化學型、生物型分別以轉換中的物理效應、化學效應等命名能量關系能量轉換型能量控制型傳感器輸出量能量有外援供給，但受被測輸入量控制作用原理應變式、電容式、壓電式等以傳感器對信號轉換的作用原理命名————————————————————————————— 傳感器性能與選用原則傳感器性能選用原則靜態特性動態特性線性度：實際特性曲線與擬合直線之間的偏差；靈敏度：特性曲線斜率；遲滯性：輸入輸出特性曲線不重合程度；重復性：全程多次測量特性曲線不一致性；動態特性：傳感器對輸入信號響應的特性；動態誤差：輸入輸出信號的時間函數之間的差異；快速、準確、可靠、經濟（1）足夠的容量；（2）轉換靈敏度高；（3）精度適當，穩定性高；（4）反應速度快，可靠性好；（5）適用性和適性強；（6）使用經濟；————————————————————————————— 位移測量傳感器位移測量傳感器是線性位移和角位移測量的總稱。電容傳感器線性位移傳感器：電感傳感器、電容傳感器、感應同步器、光柵傳感器；角位移傳感器：電容傳感器、光電編碼盤；電感式傳感器光柵將被測非電量的變化轉換為電容量變化的傳感器；結構簡單、高分辨率、非接觸測量，可在高溫、輻射、強烈振動等惡劣條件下工作；將被測位移量變化成線圈自感或互感變化的裝置；結構簡單、輸出功率大、輸出阻抗小、抗干擾能力強，但動態響應慢，不宜作快速動態測量；光柵是一種新型的位移檢測元件，它的特點是測量精確度高（可達±1um）、響應速度快和量程范圍大等；————————————————————————————— 速度、加速度、位置傳感器速度加速度傳感器位置傳感器直流測速機光電式轉速傳感器接近式位置傳感器接觸式位置傳感器實質：微型直流發電機；特點：輸出些率大、線性好、構造維護復雜，摩擦轉矩較大；組成：帶縫隙圓盤、光源、光電器件、指示縫隙盤；n=60N/Zt；分類：由微動開關制成的位置傳感器、二維矩陣式配置的位置傳感器；分類：電磁式傳感器、電容式傳感器、光電式傳感器；控制電動機————————————————————控制電動機是伺服控制系統的動力部件，它是將電能轉換為機械能的一種能量轉換裝置，由于其可在很寬的速度和負載范圍內進行連續、精確的控制，因而在各種機電一體化系統中得到了廣泛的應用。控制電動機有回轉和直線驅動兩種，通過電壓、電流、頻率（包括指令脈沖）等控制，實現定速、變速驅動或反復啟動、停止的增量驅動以及復雜的驅動。————————————————————————————— 步進電動機及其控制步進電動機是將電脈沖控制信號轉換成機械角位移的執行元件每接受一個電脈沖，轉子就轉過一個相應的步距角，轉子角位移的大小及轉速分別與輸入的控制電脈沖數及其頻率成正比，并在時間上與輸入脈沖同步受數字脈沖信號控制；轉速與輸入脈沖頻率成正比；轉向可通過改變通電順序改變；具有自鎖能力；不易受干擾；不會長期積累步距角誤差；易于微機接口；（1）步距角；（2）靜態特性；（3）動態特性；（1）轉矩和慣量匹配條件；（2）步距角的選擇和精度；

步進電動機運行特性及性能指標步進電動機選用————————————————————————————— 交直流伺服電動機及其控制直流伺服電動機交流伺服電動機（1）穩定性好；（2）可控性好；（3）響應迅速；（4）控制功率低，損耗小；（5）轉矩大；同步型：（1）無接觸換向部件；（2）需要磁極位置檢測器；（3）具有直流伺服動機全部優點；感應型：（1）對定子電流的激勵分量和轉矩份量分別控制；（2）具有直流伺服動機全部優點；驅動方式：直流伺服電動機用直流供電，為調節電動機轉速和方向需要對其直流電壓的大小和方向進行控制；直流伺服系統組成：包括PWM功率放大器，速度負反饋，位置負反饋；控制方法：（1）SM型，采用永久磁鐵場的同步電動機不需要磁化電流控制，只要檢測磁鐵轉子的位置即可；（2）IM型，矢量控制、變頻調速控制；工業控制計算機及其接口技術————————————————————分類可編程序控制器總線型工業控制計算機單片機特點（1）控制程序可變，具有很好的柔性；（2）可靠性強，適用于工業環境；（3）編程簡單，使用方便；（4）功能完善；（5）體積小、重量輕、易于裝入及其內部；（1）提高設計效率，縮短設計和制造周期；（2）提高了系統的可靠性；（3）便于調試和維修；（4）能適應技術發展的需要；（1）受集成度限制，片內存儲器容量較小；（2）可靠性高；（3）易擴展；（4）控制功能強；（5）一般的單片機內無監控程序或系統通用管理軟件，軟件開發工作量大；————————————————————————————— 可編程控制器硬件組成編程器CPU存儲器輸入接口輸出接口輸入狀態寄存器輸出狀態寄存器IN1IN2IN3OUT1COMCOMOUT2OUT3輸入信號電源—————————————————————————————可編程控制器工作流程圖開始自診斷與編程器通信讀現場信號執行用戶程序程序掃描結束PLC基本工作過程：（1）讀取現場信息；（2）執行用戶程序；（3）輸出控制信號；上述過程完成后，重新開始循環執行，PLC的掃描周期通常為10-40ms。PLC整個過程如右圖所示。—————————————————————————————PLC外電路設計一般原則外電路設計，主要是指輸入、輸出設備與PLC以及各運行方式、強電電路、電源電路、控制柜內電路等。1.系統配套電器的選用原則（1）提高工作可靠性；（2）采用小型化低壓電器；（3）采用新型低壓電器；（4）采用卡軌式安裝和裝配形式；2.中間繼電器的配置原則（1）連接手動電路、緊急停車電路，以備系統異常；（2）配線距離長，或與高噪聲源設備相連，以產生干擾場合；（3）除PLC，另有其他控制電路使用該信號；（4）大負載頻繁通斷；3.熔斷器使用原則4.輸入/輸出連鎖觸電的接入方法5.限位開關接入方法6.設備接地方法—————————————————————————————

Denso六軸機械手有關六軸機械手需注意有關其坐標,設定坐標可分兩種:1. 軸角度值每一位置,可根據不同的軸角度表示使用此方式的坐標值,優點是可容易知道是否接近或超出工作范圍,但缺點是不容易把坐標值轉為實際的X,Y,Z坐標—————————————————————————————

Denso六軸機械手2. 絕對坐標值以機械手底座中心為0點(X=0,Y=0,Z=0),另再加X軸,Y軸及Z軸的旋轉.每位置可由不同的軸角度組合而成,但同樣的位置可由不同的角度組合而成,如下圖:第一軸,第二軸及第三軸不同組合,但對X,Y,Z及Rx,Ry,Rz的坐標是相同在教導點時,為方便教導,運動時會根據不同的對應點運動,分別是JointMode,X-Ymode及ToolmodeJointMode:是根據六軸的獨立轉動運動模式中選擇Joint按M-MOD,選擇運動模式—————————————————————————————