第7章 自动化技术及应用

1、第七章第七章 自动化技术及应用自动化技术及应用机电一体化系统机电一体化系统1伺服驱动系统伺服驱动系统2可编程控制器可编程控制器3传感与检测技术传感与检测技术4第七章第七章 自动化技术及应用自动化技术及应用第一节第一节 机电一体化系统机电一体化系统v一一 机电一体化技术的内涵机电一体化技术的内涵 机电一体化技术是在机电一体化技术是在信息论、控制论和系信息论、控制论和系统论统论的基础上，在计算机、传感器和软件技术的基础上，在计算机、传感器和软件技术三者的支撑下发展起来的。三者的支撑下发展起来的。 机电一体化系统代表现代机械系统，是对机电一体化系统代表现代机械系统，是对传统机械系统的升级。传统机械系

2、统的升级。立式铣床立式铣床 主轴电机主轴电机伺服电机伺服电机刀库刀具定位电机刀库刀具定位电机机械手旋转定位电机机械手旋转定位电机带制动器伺服电机带制动器伺服电机加工中心加工中心第一节第一节 机电一体化系统机电一体化系统体积小，质量轻体积小，质量轻控制装置和检测装置迅速向轻型控制装置和检测装置迅速向轻型化和小型化发展。化和小型化发展。可靠性高可靠性高非接触式传感与检测设备的广泛非接触式传感与检测设备的广泛应用使可靠性得到提高应用使可靠性得到提高柔性好柔性好用计算机软件可以调整系统执行用计算机软件可以调整系统执行机构的运动，适应多样化发展。机构的运动，适应多样化发展。二二 机电一体化系统的特点机电

3、一体化系统的特点第一节第一节 机电一体化系统机电一体化系统动力动力系统系统机械机械本体本体执行执行元件元件信息处信息处理与控理与控制系统制系统传感检传感检测系统测系统机电一体化系统机电一体化系统三三 机电一体化系统的构成机电一体化系统的构成必须遵循结构耦合、运动传递、信息控制与能量转换必须遵循结构耦合、运动传递、信息控制与能量转换 第一节第一节 机电一体化系统机电一体化系统v四四 、机电一体化技术的发展历程及趋势、机电一体化技术的发展历程及趋势 1、机电一体化技术的发展历程、机电一体化技术的发展历程 （1） 20世纪世纪50-60年代末，机电一体化概年代末，机电一体化概 念还未提出。念还未提出

4、。 （2）20世纪世纪70-80年代，年代，数控机床的问世数控机床的问世, ,写下了写下了“机电一体化机电一体化”历史的第一页历史的第一页; 微微电子技术为电子技术为“机电一体化机电一体化带来勃勃生带来勃勃生机。机。 （3）20世纪世纪90年代，智能化阶段。可编程序年代，智能化阶段。可编程序控制器、控制器、“电力电子电力电子”等的发展为等的发展为“机电一体化机电一体化”提供了坚强基础。提供了坚强基础。 （4）激光技术、模糊技术、信息技术等新技）激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使术使机电一体化机电一体化跃上新台阶跃上新台阶.第一节第一节 机电一体化系统机电一体化系统v机电一体化技术机电一体化

5、技术科学技术不断发展，生产工科学技术不断发展，生产工艺提出新要求而迅速发展的。艺提出新要求而迅速发展的。v 在控制方法上主要是从手动到自动；在控制方法上主要是从手动到自动；v 在控制功能上，是从简单到复杂；在控制功能上，是从简单到复杂；v 在操作上，是由笨重到轻巧。在操作上，是由笨重到轻巧。v 随着新的控制理论和新型电器及电子器件的随着新的控制理论和新型电器及电子器件的出现，又为电气控制技术的发展开拓了新途径。出现，又为电气控制技术的发展开拓了新途径。第一节第一节 机电一体化系统机电一体化系统第一节第一节 机电一体化系统机电一体化系统v四四 机电一体化技术的发展历程及趋势机电一体化技术的发展历

6、程及趋势 2、机电一体化技术的发展趋势、机电一体化技术的发展趋势 （1）光机电一体化）光机电一体化 （2）柔性化）柔性化 （3）智能化）智能化 （4）仿生化）仿生化 （5）微型化）微型化 （6）网络化）网络化第一节第一节 机电一体化系统机电一体化系统v五五 机电一体化产品的分类机电一体化产品的分类 机电一体化技术一般包括五大类产品机电一体化技术一般包括五大类产品 ： 先进制造技术设备；先进制造技术设备； 机电一体化机械设备；机电一体化机械设备； 机电基础件；机电基础件； 仪器仪表；仪器仪表； 监控设备及控制系统监控设备及控制系统v典型的机电一体化系统有：典型的机电一体化系统有：v数控机床、机器

7、人、汽车电子化产品、智能化仪数控机床、机器人、汽车电子化产品、智能化仪器仪表等。器仪表等。 v 典型的机电一体化元、部件有：电力电子器件及装置、可典型的机电一体化元、部件有：电力电子器件及装置、可编程序控制器、模糊控制器、微型电机、传感器、专用集编程序控制器、模糊控制器、微型电机、传感器、专用集成电路、伺服机构等。成电路、伺服机构等。第一节第一节 机电一体化系统机电一体化系统v六六 机电一体化的相关技术机电一体化的相关技术 1.机械技术机械技术 2.计算机与信息处理技术计算机与信息处理技术 3.自动控制技术自动控制技术 4.系统总体技术系统总体技术 5.传感与检测技术传感与检测技术 6.伺服传

8、动技术伺服传动技术第二节第二节 伺服驱动系统伺服驱动系统v 伺服伺服驱动技术是机电一体化技术的重要组驱动技术是机电一体化技术的重要组成部分，是一种实现从成部分，是一种实现从控制信号控制信号到到机械动作机械动作的的转换技术。转换技术。 功能：在控制指令的指挥下，控制驱动功能：在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械的运动部件按指令要求运动，并元件，使机械的运动部件按指令要求运动，并具有良好的动态性能。具有良好的动态性能。第二节第二节 伺服驱动系统伺服驱动系统v1.“伺服伺服”的起源的起源 无信号输入时，转子静止不动；接到信号后，转子无信号输入时，转子静止不动；接到信号后，转子立即转动；信号消失时

9、，转子能自动停止。立即转动；信号消失时，转子能自动停止。v2.伺服系统的定义伺服系统的定义 是使物体的是使物体的位置、角度、状态等输出位置、角度、状态等输出被控量能够跟被控量能够跟随随输入目标值输入目标值任意变化的自动控制系统，又称随动系统任意变化的自动控制系统，又称随动系统或伺服机构。或伺服机构。 CNC装置是数控机床的装置是数控机床的“大脑大脑” ， “指挥机构指挥机构”伺服系统是数控机床的伺服系统是数控机床的“四肢四肢” ， “执行机构执行机构”。数控加工与传统加工的比较数控加工与传统加工的比较本质区别本质区别v 由人操作，机床进给系统能保证切削过程继续进行，不能由人操作，机床进给系统能

10、保证切削过程继续进行，不能控制执行件的位移和轨迹控制执行件的位移和轨迹.v 由由CNC装置按照零件程序完成零件的加工。能精确地控装置按照零件程序完成零件的加工。能精确地控制执行件的速度、方向、和位置，且可使几个执行件按一制执行件的速度、方向、和位置，且可使几个执行件按一定的运动规律合成轨迹。定的运动规律合成轨迹。第二节第二节 伺服驱动系统伺服驱动系统v3.伺服系统的基本性能要求伺服系统的基本性能要求 伺服系统的驱动与执行元件有关，常见执行元件有：伺服系统的驱动与执行元件有关，常见执行元件有：直流伺服电动机、交流伺服电动机、步进电动机、液压直流伺服电动机、交流伺服电动机、步进电动机、液压缸、液压

11、马达、汽缸、气压阀等。缸、液压马达、汽缸、气压阀等。 性能要求性能要求： 高可靠性；高可靠性； 良好的动态性；良好的动态性； 动作的准确性；动作的准确性； 高效率。高效率。v4.伺服系统的基本结构形式伺服系统的基本结构形式第二节第二节 伺服驱动系统伺服驱动系统 由控制器、功率放大器、执行机构和检测装置四部分组成由控制器、功率放大器、执行机构和检测装置四部分组成 反馈信号一般为位置反馈信号、速度反馈信号和电流反反馈信号一般为位置反馈信号、速度反馈信号和电流反馈信号等，要经多种传感元件进行检测。馈信号等，要经多种传感元件进行检测。第二节第二节 伺服驱动系统伺服驱动系统v 伺服系统的分类伺服系统的分

12、类按执行元件的基本性质分为：按执行元件的基本性质分为： 电气伺服系统电气伺服系统 液压伺服系统液压伺服系统 气动伺服系统。气动伺服系统。按系统的控制方式分为：按系统的控制方式分为： 开环伺服系统开环伺服系统 半闭环伺服系统半闭环伺服系统 闭环伺服系统。闭环伺服系统。开环伺服系统开环伺服系统开环伺服系统采用步进电机作为驱动元件；开环伺服系统采用步进电机作为驱动元件； 没有位置反馈回路和速度反馈回路；没有位置反馈回路和速度反馈回路； 设备投资低，调试维修方便，但精度差；设备投资低，调试维修方便，但精度差； 用于中、低档数控机床及普通机床改造。用于中、低档数控机床及普通机床改造。 闭环伺服系统闭环伺

13、服系统闭环伺服系统的位置检测装置安装在机床的工作台上；闭环伺服系统的位置检测装置安装在机床的工作台上； 检测装置构成闭环位置控制。检测装置构成闭环位置控制。 闭环方式被大量用在精度要求较高的大型数控机床上。闭环方式被大量用在精度要求较高的大型数控机床上。 半闭环伺服系统半闭环伺服系统位置检测元件安装在电动机轴上或丝杠上，用以精确控制位置检测元件安装在电动机轴上或丝杠上，用以精确控制电机的角度，为间接测量；电机的角度，为间接测量；坐标运动的传动链有一部分在位置闭环以外，其传动误差坐标运动的传动链有一部分在位置闭环以外，其传动误差没有得到系统的补偿；没有得到系统的补偿；半闭环伺服系统的精度低于闭环

14、系统。半闭环伺服系统的精度低于闭环系统。适用于精度要求适中的中小型数控机床。适用于精度要求适中的中小型数控机床。第二节第二节 伺服驱动系统伺服驱动系统v5.伺服系统的执行元件伺服系统的执行元件 直接参与调节以及完成动作指令的叫执行元件。直接参与调节以及完成动作指令的叫执行元件。 按工作的能源形式分为：按工作的能源形式分为： 电动式电动式 液压式液压式 气动式气动式第三节第三节 可编程控制器可编程控制器v可编程控制器（可编程控制器（PLC） 是在继电是在继电接触器接触器控制系统基础上开发出控制系统基础上开发出来来的一种新型工业控制器。的一种新型工业控制器。 编程简单、使用方便、可靠性高、维护方便

15、。编程简单、使用方便、可靠性高、维护方便。第三节第三节 可编程控制器可编程控制器v1.可编程控制器的产生和发展可编程控制器的产生和发展 1969年，美国数字设备公司根据对生产过年，美国数字设备公司根据对生产过程进行控制的需要，研制出了第一台可编程控程进行控制的需要，研制出了第一台可编程控制器。制器。 目前，世界上有目前，世界上有200多家多家PLC厂商，厂商，400多多品种的品种的PLC产品，产品，PLC产品可按地域分成三大产品可按地域分成三大流派：一个流派是美国产品，一个流派是欧洲流派：一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，一个流派是日本产品产品，一个流派是日本产品 。第三节第三节 可编程

16、控制器可编程控制器v2.可编程控制器的定义可编程控制器的定义 PLC是一种专门为在工业环境下应用而设是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。计的数字运算操作的电子装置。 采用可以编制程序的存储器，用来在其内采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各类机械或生产过程。式的输入和输出，控制各类机械或生产过程。第三节第三节 可编程控制器可编程控制器v3.可编程控制器的分类可编程控制器的分类 按容量分

17、为：小型、中型和大型按容量分为：小型、中型和大型PLC。 按结构形式分为：整体式按结构形式分为：整体式PLC、模块式、模块式PLC、叠装式叠装式PLC。 按功能分为：低档按功能分为：低档PLC、中档、中档PLC、高档、高档PLC。第三节第三节 可编程控制器可编程控制器v4.可编程控制器的特点及应用可编程控制器的特点及应用 特点：特点：（1）可靠性高，抗干扰能力强）可靠性高，抗干扰能力强。 （2）适应性强，应用灵活。）适应性强，应用灵活。 （3）编程方便，易于使用。）编程方便，易于使用。 （4）控制系统设计、安装、测试方便。）控制系统设计、安装、测试方便。 （5）维修方便，维修工作量小。）维修方

18、便，维修工作量小。 （6）功能完善。）功能完善。 第三节第三节 可编程控制器可编程控制器v4.可编程控制器的特点及应用可编程控制器的特点及应用 应用：应用：（1）开关量逻辑控制）开关量逻辑控制。 （2）过程控制。）过程控制。 （3）运动控制。）运动控制。 （4）数据处理。）数据处理。 （5）通信联网。）通信联网。 第三节第三节 可编程控制器可编程控制器v5.可编程控制器的发展趋势可编程控制器的发展趋势（1）向高速度、大容量方向发展）向高速度、大容量方向发展。 （2）向超大型、超小型方向发展。）向超大型、超小型方向发展。（3）大力开发智能模块，加强联网与通信能力。）大力开发智能模块，加强联网与通

19、信能力。（4）增强外部故障的检测与处理能力。）增强外部故障的检测与处理能力。（5）编程语言多样化。）编程语言多样化。 第四节第四节 传感传感与检测技术与检测技术v基本任务：基本任务：从检测对象中获取反映变化规律的从检测对象中获取反映变化规律的动态信息，并将这些信息传递给机电一体化系动态信息，并将这些信息传递给机电一体化系统的大脑统的大脑-信息处理与控制系统。信息处理信息处理与控制系统。信息处理与控制系统将接收的信息处理后，指导机电一与控制系统将接收的信息处理后，指导机电一体化系统做出相应的反应。体化系统做出相应的反应。第四节第四节 传感与检测技术传感与检测技术v 1.传感器的地位和作用传感器的

20、地位和作用 通过传感器检测有关外界环境及自身状态的各种物通过传感器检测有关外界环境及自身状态的各种物理量及其变化，并将这些信号转换成电信号反馈给控制理量及其变化，并将这些信号转换成电信号反馈给控制装置或送去显示装置。装置或送去显示装置。 传感器是机电一体化产品中必不可少的环节，对原传感器是机电一体化产品中必不可少的环节，对原始的各种参数进行精确而可靠的自动检测。始的各种参数进行精确而可靠的自动检测。v 2.传感器的定义传感器的定义 能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。输出信号的器件或装置。第四节第四节 传感与检测技术传感

21、与检测技术工作原理工作原理能量来源能量来源技术发展技术发展3.传感器的分类传感器的分类按工作原理分按工作原理分1物理传感器物理传感器2化学传感器化学传感器3生物传感器生物传感器利用生物活性物利用生物活性物质选择性来识别质选择性来识别的和测定生物化的和测定生物化学物质的传感器。学物质的传感器。利用化学反应原利用化学反应原理，把无机或有理，把无机或有机化学物质成分、机化学物质成分、含量转换为电信含量转换为电信号。号。利用某些敏感元利用某些敏感元件的物理性质或件的物理性质或某些功能材料的某些功能材料的特殊物理性能的特殊物理性能的传感器，并将这传感器，并将这些物理特性转变些物理特性转变为电信号。为电信

22、号。物理传感器物理传感器红外测温传感器红外测温传感器 陶瓷压力传感器陶瓷压力传感器光电传感器光电传感器化学传感器化学传感器红外二氧化碳传感器红外二氧化碳传感器氯化氢（盐酸）气体氯化氢（盐酸）气体HCL传感器传感器 防爆型可燃气体传感器防爆型可燃气体传感器氧气传感器氧气传感器 生物传感器生物传感器传感器的其他分类传感器的其他分类按技术发展分按技术发展分聋哑传感器聋哑传感器智能传感器智能传感器网络传感器网络传感器按能量来源分按能量来源分能量控制型传感器能量控制型传感器能量转换型传感器能量转换型传感器第四节第四节 传感与检测技术传感与检测技术v4.传感器传感器的的发展发展动向动向 （1）开发新型传感

23、器）开发新型传感器 （2）开发新材料）开发新材料 （3）微型化传感器）微型化传感器 （4）传感器多功能集成化）传感器多功能集成化 （5）传感器的智能化和网络化）传感器的智能化和网络化 即微机电系统，是即微机电系统，是20世纪末兴起的，本世纪世纪末兴起的，本世纪初快速发展的高科技前沿领域，是当前一个十分初快速发展的高科技前沿领域，是当前一个十分活跃的工程科学。活跃的工程科学。 它涉及多学科的交叉：如物理学、现代光学、它涉及多学科的交叉：如物理学、现代光学、现代力学、化学、生物学等基础学科，以及材料、现代力学、化学、生物学等基础学科，以及材料、机械、电子、信息等各工程技术学科。机械、电子、信息等各

24、工程技术学科。第五节第五节 微型机械的兴起和应用微型机械的兴起和应用第五节第五节 微型机械的兴起和应用微型机械的兴起和应用一、微型机械发展的起源一、微型机械发展的起源v1962年第一个硅微型压力传感器问世。年第一个硅微型压力传感器问世。v1965年斯坦福大学研制出硅脑电极探针。年斯坦福大学研制出硅脑电极探针。v1987年美国加州大学伯克利分校研制出转子直径年美国加州大学伯克利分校研制出转子直径为为6012m的利用硅微型静电机。的利用硅微型静电机。v21世纪美国能源部所属的桑迪亚国家实验室研制世纪美国能源部所属的桑迪亚国家实验室研制出微型发动机。出微型发动机。3 MEMS3 MEMS的形成与发展

25、的形成与发展1、MEMS的形成基础的形成基础与机械电子学的关系与机械电子学的关系 不是简单的提升不是简单的提升 基本组成相同基本组成相同机械电子学机械电子学机械学、电子学、计算机技术交叉机械学、电子学、计算机技术交叉MEMS机机/电电/磁磁 /光光/声声/热热/液液/气气/生生/化等多学科化等多学科交叉交叉学科交叉的产物学科交叉的产物2 2、MEMSMEMS的发展的发展MEMSMEMS发展的重要标志发展的重要标志 制作水平方面制作水平方面微马达（静电）微马达（静电） 应用水平方面应用水平方面微飞行器、微机器人微飞行器、微机器人 20 20世纪世纪6060年代年代- -，集成电路制造工艺，集成电

26、路制造工艺，CDCD目前目前已达已达45nm45nm，在，在1mm1mm2 2内有若干个内有若干个G G以上容量的单元电以上容量的单元电路路 体微加工、深槽加工技术发展，形成体微加工、深槽加工技术发展，形成MEMSMEMS制造制造技术。典型代表：技术。典型代表： 德国德国LIGA LIGA 技术技术二、微型机械的实际应用二、微型机械的实际应用v 蜻蜓蜻蜓从昆虫类动物身上找到了灵感，利用从昆虫类动物身上找到了灵感，利用机械组件和电子电路打造出了一种微机械组件和电子电路打造出了一种微型机器虫，该微型机器虫可在型机器虫，该微型机器虫可在1秒钟秒钟内可爬升内可爬升1英尺（约英尺（约30厘米）。厘米）。

27、荷兰戴夫特技术大学，研发人员介绍微型的飞行昆虫机器人荷兰戴夫特技术大学，研发人员介绍微型的飞行昆虫机器人DelFly Micro。这种机器人只有。这种机器人只有3g重、重、10cm长，飞行速度却可以达到长，飞行速度却可以达到18千千米米/小时，另外还可配备无线摄像小时，另外还可配备无线摄像四、微机电系统（四、微机电系统（MEMS）v1 1、定义：、定义：v美国为微机电系统，即美国为微机电系统，即MEMSMEMS。由电子和机械元件。由电子和机械元件组成的集成微器件、微系统，能将计算、传感与组成的集成微器件、微系统，能将计算、传感与执行融合为一体，尺度在微米到毫米之间。执行融合为一体，尺度在微米到

28、毫米之间。v日本为微型机械日本为微型机械，是由只有几毫米大小的功能元，是由只有几毫米大小的功能元件组成的，它能够执行复杂、细微的工作。件组成的，它能够执行复杂、细微的工作。v欧洲为微系统欧洲为微系统，微结构产品具有微米级结构并具，微结构产品具有微米级结构并具有由微结构形状提供的技术功能。有由微结构形状提供的技术功能。传感器传感器美国：微电子机械系统（微电子机械系统（MEMS）（MicroElectroMechanicalSystem）欧洲：微系统技术（微系统技术（MST） （MicroSystemTechnology）日本：微机械（微机械（Micromachine）微微机机电电系系统统的的模模

29、型型2、微型机械的两个基本特征、微型机械的两个基本特征微小尺度微小尺度系统集成系统集成3、微型机械与普通机械的不同、微型机械与普通机械的不同两者的设计和制作方法不同两者的设计和制作方法不同控制方法和工作方式不同控制方法和工作方式不同与环境的关系不同与环境的关系不同不可忽视的尺度效应不可忽视的尺度效应五、微型机械中的五、微型机械中的IC工艺工艺 1.机械制造方法的概述机械制造方法的概述 2.微型机械加工的特点微型机械加工的特点首先，微型机械加工精度首先，微型机械加工精度其次，如何装配微型机械其次，如何装配微型机械第三，微型机械的价格问题第三，微型机械的价格问题最后，系统的微型化最后，系统的微型化

30、3常用的微型机械加工方法的分类常用的微型机械加工方法的分类v第一类：使用传统的超精加工方法加工微型机件第一类：使用传统的超精加工方法加工微型机件（如；车、铣、刨、磨、钻）（如；车、铣、刨、磨、钻）v第二类：利用成熟的第二类：利用成熟的IC（集成电路）加工工艺（集成电路）加工工艺v第三类：一些有应用前景的技术。第三类：一些有应用前景的技术。如LIGA工艺（光刻电铸成型工艺）；STM（扫描隧道显微技术）。MEMS典型产品的应用典型产品的应用vMEMSMEMS在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们接触到的所有领域中都有着、军事以及几乎人们接触到

31、的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。十分广阔的应用前景。v微传感器、微阀、微泵、微控制器、微流控芯片微传感器、微阀、微泵、微控制器、微流控芯片等等MEMS应用领域越来越广应用领域越来越广nMEMSMEMS从早期喷墨式打印机喷头与汽车电子为最大宗应用市从早期喷墨式打印机喷头与汽车电子为最大宗应用市场，到任天堂场，到任天堂WiiWii推出后，推出后，MEMSMEMS应用正式跨入消费性电子领应用正式跨入消费性电子领域。域。n苹果苹果iPhoneiPhone采用采用MEMSMEMS麦克风、加速器等麦克风、加速器等MEMSMEMS组件后，更让组件后，更让市场看到市场看到 MEMSMEMS应用无限宽广的

32、可能性。应用无限宽广的可能性。MEMS组件应用领域与主要厂商组件应用领域与主要厂商产品产品主要应用领域主要应用领域主要厂商主要厂商加速器加速器安全气囊、主动式悬吊系统、GPS、硬盘防震应用STM、Bosch、Freescale陀螺仪陀螺仪数字相机防手震系统、卫星导航系统行动导航推算法、游戏机运动感测方案ADI、村田(Murada)、Invensense打印机喷头打印机喷头打印机与多功能事务机用打印机喷头HP、Seiko Epson、Lexmark压力传感器压力传感器医疗电子、轮胎用气压传感器CanonMEMS麦克风麦克风手机麦克风、车用免持听筒装置、网络电话、助听器、脉搏传感器Knowles、

33、Omron、ADI光学光学MEMS家用投影机、微投影机TI、MicrovisionRF MEMS手机与无线网通应用RFDM、Seiko Epson一一 、工业机器人概述、工业机器人概述1、定义、定义: 具有具有自动控制的操作功能自动控制的操作功能和和移动功能移动功能，能够按照程序实施能够按照程序实施各种作业的用于工业的机械各种作业的用于工业的机械”。“自动控制的操作功能自动控制的操作功能”是指在计算机或控制器是指在计算机或控制器控制下完成操作的功能。控制下完成操作的功能。“移动功能移动功能”可以是步行、无轨道、有轨道等各可以是步行、无轨道、有轨道等各种形态。种形态。“能够按照程序实施能够按照程

34、序实施” 指操作能够程序化，如果指操作能够程序化，如果变更程序则可以进行其他种类的操作。变更程序则可以进行其他种类的操作。第六节第六节 “钢领工人钢领工人”工业机器人工业机器人第一代机器人是示教再现型工业机器人第一代机器人是示教再现型工业机器人 “尤尼梅特尤尼梅特”、沃尔萨特兰；不具有外界信息反、沃尔萨特兰；不具有外界信息反馈能力。馈能力。20世纪世纪70年代，第二代机器人年代，第二代机器人适应型机器人适应型机器人 可感知外界环境，有判断能力可感知外界环境，有判断能力第三代机器人是智能机器人第三代机器人是智能机器人 具有记忆、推理和决策能力具有记忆、推理和决策能力2 2、工业机器的发展、工业机

35、器的发展2、工业机器人在生产中的优势、工业机器人在生产中的优势首先，机器人具有人类不能达到的耐力和精确首先，机器人具有人类不能达到的耐力和精确性能性能另一个长处是不怕酷暑严寒，不怕高温剧毒、另一个长处是不怕酷暑严寒，不怕高温剧毒、不怕辐射和污染，不怕危险，不怕不怕辐射和污染，不怕危险，不怕“死死”，干活，干活快，缩短生产周期，减少生产成本。快，缩短生产周期，减少生产成本。另外，由机器人、电脑、数控机床可以组成另外，由机器人、电脑、数控机床可以组成“柔性生产线柔性生产线”采用工业机器人可以组成无人工厂采用工业机器人可以组成无人工厂3、我国在工业机器人方面所取得的成绩、我国在工业机器人方面所取得的

36、成绩60006000米水下机器人米水下机器人二、二、 工业机器人的构造工业机器人的构造1、工业机器人的机械结构、工业机器人的机械结构 （1）直角坐标系机器人）直角坐标系机器人（2）圆柱坐标系机器人）圆柱坐标系机器人（3）水平多关节机器人）水平多关节机器人（4）垂直多关节机器人）垂直多关节机器人2、工业机器人的组成、工业机器人的组成v 按组成系统分类，工业机器人由执行系统、按组成系统分类，工业机器人由执行系统、控制系统、伺服驱动系统和人工智能系统构成。控制系统、伺服驱动系统和人工智能系统构成。v 目前，有少数智能机器人，多数是那些具有目前，有少数智能机器人，多数是那些具有执行系统执行系统、驱动系

37、统驱动系统和和控制系统控制系统的工业机器人。的工业机器人。（1）执行系统）执行系统 执行系统是工业机器人完成握取执行系统是工业机器人完成握取工件（或工具）实现所需的各种运动的机械部件工件（或工具）实现所需的各种运动的机械部件1）手部）手部2）腕部）腕部3）臂部）臂部4）机身）机身5）行走机构）行走机构（2）驱动系统）驱动系统 驱动系统是向执行系统各部件提供驱动系统是向执行系统各部件提供动力的装置。动力的装置。1）液压式）液压式2）气压式）气压式3）电气式）电气式4）机械式）机械式（3 3）控制系统）控制系统 控制系统是工业机器人或机械手的指挥系统，控制系统是工业机器人或机械手的指挥系统，它控制

38、驱动系统，让执行机构按照规定的要求进行它控制驱动系统，让执行机构按照规定的要求进行工作、并检测其正确与否。工作、并检测其正确与否。1 1）点位控制）点位控制2 2）连续轨迹控制）连续轨迹控制三、工业机器人的控制三、工业机器人的控制 1、工业机器人控制系统的功能和组成、工业机器人控制系统的功能和组成 工业机器人的控制系统相当于人的大脑，它指工业机器人的控制系统相当于人的大脑，它指挥机器人的动作，并协调机器人与生产系统之间的挥机器人的动作，并协调机器人与生产系统之间的关系。关系。 控制系统为一种分级结构，包括三级控制器：控制系统为一种分级结构，包括三级控制器： （1）作业控制器）作业控制器 （2）

39、运动控制器）运动控制器 （3）驱动控制器）驱动控制器2、工工业业机机器器人人控控制制方方式式3、程序控制方式、程序控制方式v 工业机器人是按照预先确定的程序进行顺序工业机器人是按照预先确定的程序进行顺序动作的自动机械。在重复型操作机器人的工作过动作的自动机械。在重复型操作机器人的工作过程中，如一个工作过程是由若干个步骤所构成，程中，如一个工作过程是由若干个步骤所构成，则每个步骤称为一个则每个步骤称为一个“程序步程序步”。v机器人控制中有三种信息：机器人控制中有三种信息： （1）顺序信息）顺序信息 （2）位置信息）位置信息 （3）时间信息）时间信息 4 4、运动控制方式、运动控制方式（1 1）位

40、置控制）位置控制 1 1）点位控制方式）点位控制方式 2 2）连续轨迹控制方式）连续轨迹控制方式（2 2）速度控制）速度控制 机器人的行程要遵循一机器人的行程要遵循一定的速度变化曲线。定的速度变化曲线。5、机器人的示教再现方式、机器人的示教再现方式v一是直接示教方式，即操作人员直接带动机器一是直接示教方式，即操作人员直接带动机器人的手臂依次通过预定的轨迹。这时，顺序、人的手臂依次通过预定的轨迹。这时，顺序、位置、时间信息自动记录在存储器中。位置、时间信息自动记录在存储器中。v另一种是间接示教方式，即操作人员通过手动另一种是间接示教方式，即操作人员通过手动控制盒上的按键，编制机器人的动作顺序，确

41、控制盒上的按键，编制机器人的动作顺序，确定位置、设定速度或限时。定位置、设定速度或限时。6、机器人计算机控制、机器人计算机控制（1）计算机在机器人中的功能）计算机在机器人中的功能人机器人接口功能人机器人接口功能轨迹运算功能轨迹运算功能伺服控制功能伺服控制功能传感器信息的处理与判断功能传感器信息的处理与判断功能故障监视、诊断功能故障监视、诊断功能（2）采用计算机控制的优点：）采用计算机控制的优点：便于编制程序，简化示教操作，提高示教的自动化程序便于编制程序，简化示教操作，提高示教的自动化程序可使机器人平滑地跟踪复杂的运动轨迹，能适应外界环可使机器人平滑地跟踪复杂的运动轨迹，能适应外界环境的变化，

42、提高机器人的通用性和灵活性境的变化，提高机器人的通用性和灵活性计算机易实现人和机器人的对话，且具有故障自动检测计算机易实现人和机器人的对话，且具有故障自动检测和诊断功能，使机器人的可靠性和安全性得到改进和诊断功能，使机器人的可靠性和安全性得到改进采用计算机，不仅可方便地实现机器人单机控制，还可采用计算机，不仅可方便地实现机器人单机控制，还可进而发展机器人群控系统，可以使多个机器人在同一时进而发展机器人群控系统，可以使多个机器人在同一时间进行同一工作，也可进行不同的工作，这时计算机以间进行同一工作，也可进行不同的工作，这时计算机以分时方式进行控制分时方式进行控制（3）工业机器人计算机控制类型与方式）工业机器人计算机控制类型与方式 通常有通常有3种类