光机电一体化论文

课程名称:光机电一体化技术导论学院： 专业： 年级：2012 学生姓名： 指导教师： 2014年6月6日光机电一体化论文前言：光机电一体化技术是由机械技术与激光一微电子等技术揉合融汇在一起的新兴技术。光机电一体化是一个总的技术指导思想，它不仅体现在一些机电一体化的单机产品之中，而且贯穿于工程系统设计之中。光机电一体化技术以及装备是诸多发展领域的基础，是现阶段国民经济面临的重要课题和发展的战略点。今后五年到十五年，是我国实施第三步战略部署的重要时期。要提高人民生活水平，要迅速提高人民生存和生活质量的重要物质基础，就必须加快装备制造业的发展。要紧紧抓住扩大内需，发展市场的机遇，抓住西部大开发的机遇，抓住加入WTO参与国际分工的机遇，抓住加大加快发展高新技术的机遇，努力提高装备水平，迅速改变装备产业严重滞后生产建设需要的状况，这就为光机电一体化产业发展提供了广阔的市场前景。科技发展趋势表明，光电技术将成为影响所有生产制造业的关键技术。光电子产业有可能在21世纪成为全球最大的、最有前途的产业，对世纪人类文明将由电子时代步入光电子时代。谁在这个领域取得主动权，谁就会在市场竞争中取得优势地位。1、光机电一体化技术的发展1.1发展历程20世纪90年代后期，机电一体化进入了深入发展时期。光学、通信技术、微细加工技术等进入了机电一体化，出现了光机电一体化和微机电一体化的新分支。同时对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，以及学科体系和发展趋势都进行了深入研究。人工智能技术、神经网络技术及光纤技术也为机电一体化技术开辟了广阔的发展天地。1.2发展情况机电一体化产品几乎遍及所有制造业领域。在工业发达国家，数控机床占机床总数的30%〜40%。工业机器人正向智能化和智能系统的方向发展，智能机器人将逐步进入办公、管理、娱乐、家庭等各个领域。机电一体化从单机向整个制造业的集成化过渡。计算机集成制造系统(CIMS)是当今世界制造业发展的总趋势，它打破原有部门之间的界线以制造为基干来控制“物流”和“信息流”，实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。激光技术进入机电一体化领域。光机电一体化是激光技术与机械、电子技术相结合，不仅大大扩展了机电一体化的应用领域，而且使一些行业出现重大变革，是当今信息业与制造业的最佳结合点。2、光机电一体化的应用情况2.1设计中的运用2.1.1信息处理技术光电子技术：光存储技术、光电数据采集技术用于计算机辅助设计。信息传递媒体：光纤，比头发丝还细的光纤用一束激光理论上可以同时传递100亿路电话和1000万路电视节目；信息采集：使用图像传感器和图像识别与处理技术，对设计资料和数据进行采集，利用计算机软件进行逆向设计。如利用激光扫描仪对零件、文物、装置外形等进行扫描，得到物体的外形和色彩数据，在计算机软件的处理下，在电脑中生成立体的影像，并且生成相关的数据库。现代汽车的逆向工程设计方法就是典型的应用。2.1.2传感检测技术利用激光的方向性和单色性可提供各种基准，如长度、时间、频率等。如大型设备的安装、准直，水坝应力检测(通过测变形换算成应力)机场夜间导航，长隧道开挖导航、海上钻井平台的准直定位。2.2制造中的应用2.2.1激光加工技术激光具有高相干性、高单色性、高方向性和高亮度的特点，可在亿万分之一秒内聚集数百万亿千瓦的能量，温度高达数千万摄氏度。利用激光进行加工的方法广泛应用于汽车、航空、航天、通信、微电子等行业。有如此下应用特点：

激光强化金属表面：利用激光进行淬火，可精确控制淬硬层深度，能够进行自冷淬火，易于实现数控。如汽车生产中缸套、曲轴、活塞环和齿轮等的淬火2.2.2激光快速成型基本思想将传统的材料去除和变形成型转变为逐渐增加材料的方法，将三维实体按照一定方向平面化，然后分层叠加，最后得出快速成形体。基本工作原理是离散/堆积，首先将零件物理模型由概念设计或事物模型反求，得出相应的CAD模型，再将CAD模型转换成各类光成型机所能接受的数据信息，用分层软件将计算机三维实体模型Z方向离散，形成一系列具有一定厚度的薄片，激光束在计算机的控制下有选择地固化或黏结某一区域，从而形成零件实体的一个层面，逐渐形成一个三维实体。2.2.3激光塑性成形无需任何模具和任何机械接触就可以产生出金属板料制品。如激光弯曲成形和冲压成形。3、高层建筑喷涂机器人系统高层建筑喷涂机器人是一种应用于高层建筑外墙壁表面装饰材料喷涂作业的新型爬壁机器人该机器人主要由机器人支援系统、机器人本体、机器人控制系统和喷涂作业系统四个部分组成。3.1机器人支援系统图1喷涂机器人系统构成3.1.1图1喷涂机器人系统构成在喷涂作业中机器人支援系统置于建筑物的顶部平台上由移动小车！卷缆部件和悬挂装置组成主要起运输提升机器人本体！缠绕钢丝绳和电缆的功能并由上位机与机器人本体进行通讯实现运动控制和喷涂作业管理，见图1。3.1.2机器人支援系统结构为了适应建筑喷涂高空作业的需要我们按照模块化、结构化的设计思想使机器人支援系统的各个组成部分既功能独立又相互联系构成一个统一的整体便于装卸、方便运输，减轻了喷涂作业过程中工人拆卸和安装的工作量。3.2喷涂机器人本体设计喷涂机器人本体是机器人的核心部件。要完成机器人在墙面的吸附功能、机人沿墙面的行走功能、执行喷涂作业管理，并通过下位机与机器人支援系统上的上位机进行通讯。3.2.1喷涂机器人吸附方式及吸附力(1)喷涂机器人吸附方式喷涂机器人本体是机器人的核心部件。要完成机器人在墙面的吸附功能、机人沿墙面的行走功能、执行喷涂作业管理，并通过下位机与机器人支援系统上的上位机进行通讯。3.2.1喷涂机器人吸附方式及吸附力(1)喷涂机器人吸附方式螺旋桨电机螺旋奖真空吸板气流运动方向图2图2喷涂机器人吸附装置磁吸附爬壁机器人用于铁磁性壁面的作业。由于墙面为非铁磁性壁面，故喷涂机器人采用真空吸附。喷涂机器人采用负压吸附和空气推力吸附的吸附方式。其吸附装置主要由螺旋桨、螺旋桨电机、空气涵道、真空吸板等部件构成。如图2所示。喷涂机器人处于工作状态时，螺旋桨电机带动螺旋桨高速旋转，在真空吸板和墙面之间的气流通道内产生较强的负压吸力。同时螺旋桨也对喷涂机器人本体产生压向壁面的推力，从而使喷涂机器人本体贴压在墙面上。(2)吸附力为使机器人实现正常的喷涂作业，机器人本体的吸附装置必须具备足够的吸附力，从而在机器人工作过程中保证其能够安全可靠地吸附在壁面上，吸附力计算主要是建立机器人本体空气涵道气流的动力学模型，分析计算机器人本体在壁面上吸附所需的最小吸附力，并由此计算空气涵道的断面尺寸、螺旋桨各截面的弦长、桨叶角和曲率半径，确定螺旋桨电机的输入功率、电机转速和输出扭矩。3.2.2喷涂机械手设计喷涂机械手是喷涂机器人的具体执行部件。按照喷涂作业的工艺要求，喷涂机械手应具有以下基本功能：往复运动功能：尽可能扩大喷涂机器人一次喷涂作业面积，提高机器人的工作效率。避障功能：喷涂机械手应具备一定的感知能力。从而在喷涂作业的过程中避过窗户、空调等障碍物。在喷涂过程中，主要的要求是达到喷涂的均匀性这要求喷涂机械手必须以均速带动喷头定向移动。3.3喷涂机器人控制系统高层建筑喷涂是高空作业。作业环境差、温度和湿度变化大。为此，喷涂机器人采用可靠性高、适应性好、抗干扰能力强的可编程序逻辑控制器进行运动控制。3.4喷涂作业系统喷涂作业系统是用于喷涂作业的装置。主要由喷雾泵、喷雾泵电机、涂料输送管路、电磁阀、喷枪组成。在喷涂过程中，喷枪的喷嘴轴线始终垂直于壁面，喷嘴与壁面的距离可事先由人工调整固定。由电磁开关阀控制喷枪的开闭，调节喷雾泵的压力和流量以控制涂料的流量和喷涂的厚度。4、 光机电一体化的应用展望1.1全息系统化一一智能化今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高。这主要收益于模糊技术、信息技术（尤其是软件及芯片技术）的发展。除此之外，其系统的层次结构，也变简单的“从上到下”的形势而为复杂的、有较多冗余度的双向联系。1.2微型机电化——微型化目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。当将这一成果用于实际产品时，就没有必要区分机械部分和控制器了。届时机械和电子完全可以“融合”，机体、执行机构、传感器、CPU等可集成在一起，体积很小，并组成一种自律元件。这种微型机械学是机电一体化的重要发展方向。1.3可持续发展一一绿色化如今，绿色与环保是世界发展的必要前提，如何保证可持续发展，归根到底还是需要依靠科技。因此，设计绿色的光机电一体化产品，具有远大的发展前途。5、 感想与体会上了一个学期的光机电一体化课后，我的感触颇深。在此想提出一些对于授课的建议，我希望老师让我们观看更多的关于光机电前沿应用技术方面的视频，同时给我们深入的讲解。在光机电这个多种技术共同作用的领域里，我们需要结合专业知识，运用光机电先进的技术、设备来取得专业上的突破。众所周知，机电产品和相应的生产装备种类与水平是衡量一个国家工业基础能力的重要标志之一。光机电一体化技术使产品微型化、智能化、绿色化，使产品具备更良好的性能；或降低高科技成本，让更多的人能感受到新科技、新产品的力量 一件事物的变革，实质上是自身进化的标志，是更具竞争力的象征。光机电一体化设备的进步往往带来一个具体生产领域的升级换代，工业生产与人民生活产生质的变化、甚至是革命性的飞跃。支持和发展这一技术、领域的目的在于：提高和改变传统机电产品的性能、质量、品种结构和配套现状，开发新一代具有国际竞争能力的智能型产品，促进传统机电产品的升级换代；开发高度自动化、高精度制造装备，满足国民经济各部门技术装备的需要。因此，我认为我们应该重视光机电一体化这门学科，充分发挥其作用。现在光机电一体化的任务可以概括在另句话：一句话是广泛深入地用机电一体化技术改造传统产业；另一句话是大张旗鼓地开发机电一体化产品，促进机电产品的更新换代。总的目的是促进机电一体产业的形成、为我国产业结构和产品结构调整作贡献。参考文献：龚振邦，机器人机械设计，北京：电子工