机电一体化技术答案

课后练习0参考答案0-1．什么是机电一体化？答：“机电一体化”一词英文名词是“Mechatronics”，它是取Mechanics（机械学）前半部分和Electronics（电子学）后半部分拼合而成。机电一体化是在以机械、电子技术和计算机科学为主多门学科相互渗透、相互结合过程中逐步形成和发展起来一门新兴边缘技术学科，而机电一体化产品是在机械产品基础上，采取微电子技术和计算机技术生产出来新一代产品。机电一体化技术同时也是工程领域不一样种类技术综合及集合，它是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术基础之上一个高新技术。0-2．试分析机电一体化技术组成及相关关系。答：机电一体化是多学科技术综合应用，是技术密集型系统工程。这些技术主要表现在以下六个方面：1）精密机械技术（基础）；2）检测传感技术（感官）关键技术；3）信息处理技术（计算机）；4）自动控制技术（最好化）；5）伺服传动技术（传动，分液压和电气）；6）系统总体技术（整体）等。机电一体化实际上是机、电、液、气、光、磁一体化统称。0-3．试简述机电一体化系统设计方法。答：（1）取代法取代法就是用电气控制取代原系统中机械控制机构。该方法是改造旧产品、开发新产品或对原系统进行技术改造惯用方法，也是改造传统机械产品惯用方法。（2）整体设计法整体设计法主要用于新产品开发设计。在设计时完全从系统整体目标出发，考虑各子系统设计。（3）组正当组正当就是选取各种标准功效模块组合设计成机电一体化系统。0-4．机电一体化系统中接口作用。答：接口主要完成电平转换、信号隔离、放大、滤波、速度匹配等。0-5．试分析机电一体化技术在打印机中应用。答：打印机是经典机电光一体化产品，机械、电子、光学、材料等领域新技术大量地应用在打印机产品中，并推进打印机向自动化、人性化、多样化及愈加好地满足用户多个需求方向发展。平推式走纸通道技术降低了因为纸张弯曲、卡纸造成打印偏差，也使打印存折等复杂介质成为可能；平推式走纸还使纸张进退纸速度加紧，提升了柜台业务处理速度；而利用传感器判断纸张边界纸张定位技术使打印内容定位愈加准确，使用户只需将纸张放入打印机即可，无须再调整纸张进纸位置——这些技术促进了平推式票据打印机发展。引入LCD显示技术使打印机面板不再单调，液晶屏能够显示打印机状态、版本信息等内容，便于进行参数设置，使人机交流愈加轻松，操作愈加简单；Flash下载技术使打印机能够直接经过主机下载升级程序，改变了以往需要专业工程师拆机更换芯片麻烦，升级愈加方便、快捷，甚至用户都能够自己动手过一把“下载升级”瘾；一些打印机厂商还依照用户需要开发出了双用户模式，使打印机能够同时使用串口和并口进行打印，达成一机多用、一机多联功效；部分高档存折打印机还配置有磁条读写模块，使打印机不但能够打印，还具备自动读取存折磁条信息功效——存折进入打印机后，读写磁条信息、打印存折内容一气呵成，使柜台打印业务处理更高效，且保密性愈加好。借助磁码打印技术（需特殊色带和打印装置）可使打印输出既具备可读性，又具备防伪、机读等特征，加强了系统安全性、保密性、高效性。安装了网卡打印机能够实现多机共享、远程控制、远程管理、远程诊疗功效；安装了无线网卡就可实现无线操作；再加上自动翻页装置就可实现自助补登功效。安装了扫描头打印机能够同时进行扫描工作，使打印机具备了输入设备功效，而配置IC卡读写器打印机还能够同时进行IC卡读写工作，这就大大节约了柜台宝贵空间。0-6．试分析家用洗衣机脱水系统工作原理，怎样表现机电一体化技术。答：自动洗衣机工作原理：家用洗衣机工作主要有洗涤和脱水。双桶洗衣机即使方便，但仍需人力将衣物从洗衣桶中捞入脱水桶中。全自动洗衣机作为将人们从繁复家务劳动中解放出来好助手，愈来愈受到消费者喜爱。全自动洗衣机综综合利用了大量力学、电学、光学等知识。全自动洗衣机最大特点就是洗涤、漂洗、脱水过程全部自动化，无需人为照料，所以这种机型引发更多用户兴趣。洗涤和脱水属于机械运转，但自动洗衣机机械运转靠微电脑控制，它不是单纯机械运转，所以说自动洗衣机是机电一体化产品。洗涤过程：A制动，B放开，运动经电机、带传动、中心齿轮、行星轮、行星架、波轮；脱水过程：A放开，B制动，运动经电机、带传动、内齿圈（脱水桶）；中心齿轮、行星架、波轮与脱水桶等速旋转。家用自动洗衣机依靠波轮与脱水桶旋转完成洗涤、脱水工序。智能控制全自动洗衣机还能够自动判断水温、水位、衣质衣量、衣物脏污情况，决定投放适量洗涤剂和最好洗涤程序。当洗衣桶内衣物多少和质地不一样，而注入水使其达成相同水位时，其总重量是不一样。利用这一点，经过对洗衣电动机低速转动后惯性测量，能够判断衣质和衣量。含糊控制全自动洗衣机：由盛水桶、脱水桶、传动机构、含糊控制器等组成，是经典机电一体化产品。0-7．列举各行业机电一体化产品应用实例，并分析各产品中相关技术应用情况。答：机电一体化产品包括工业生产、科学研究、人民生活、医疗卫生等各个领域，如集成电路自动生产线、激光切割设备、印刷设备、家用电器、汽车电子化、微型机械、飞机、雷达、医学仪器、环境监测等。以制造业为例，机电一体化技术在制造业应用从通常数控机床、加工中心和机械手发展到智能机器人、柔性制造系统（FMS）、无人生产车间和将设计、制造、销售、管理集于一体计算机集成制造系统（CIMS）。综合应用了精密机械技术、计算机技术、控制技术、信息处理技术、伺服传动技术、系统总体技术等。如智能机器人中行走机构就应用了机械技术，伺服传动技术；其智能控制部分则要用到传感检测技术、控制技术以及计算机技术等。课后练习1参考答案1-1．简述滚珠丝杠副特点。答：1.传动效率高；2.传动精度高；3.可微量进给；4.同时性好；5.高可靠性。1-2．滚珠丝杠副轴向间隙对系统有何影响？怎样处理？答：滚珠丝杠副在使用过程中，除了要求本身单一方向传动精度较高以外，还对其轴向间隙有着严格要求，从而确保其反向传动精度，滚珠丝杠副轴向间隙是承载时在滚珠与滚道型面接触点弹性变形所引发螺母位移量和螺母原有间隙总和。在滚珠丝杠机构中，通常采取双螺母预紧方法，将弹性变形控制在最小程度内，从而减小或部分消除轴向间隙，从而能够提升滚珠丝杠副刚度。1-3．直线导轨机构特点有哪些？答：1．具备良好自动调心能力；2．具备良好交换性；3．全部方向都具备高刚性。1-4．直线导轨在选取时要注意哪些问题？答：1）精度不干涉标准：导轨各项精度不论是在制造过程中，还是在使用过程中都不能相互影响，这么才能取得较高精度。2）动摩擦系数相近标准：在选取滚动直线导轨或者塑料直线导轨时，因为其摩擦系数都比较小，所以应尽可能将动摩擦系数相近，从而取得较低运动速度和较高重复定位精度。3）导轨自动贴合标准：直线导轨需要较高精度，就必须使得相互结合导轨有自动贴合性能。直线导轨假如水平安装，需能依靠本身重力来进行贴合，其余布置方式时，能依靠附加弹簧力或者其余压力来进行贴合。1-5．谐波齿轮减速器有哪几个结构类型？答1.按变形波数可分为：单波传动；双波传动；三波传动；2.按传动级数可分为：单级谐波齿轮传动；双级谐波齿轮传动；封闭谐波齿轮传动（复波传动）。1-6．谐波齿轮减速器怎样计算传动比？答：谐波齿轮传动机构中，只有波发生器、刚轮和柔轮这三个基本构件。假设波发生器相当于行星轮系转臂H，柔轮相当于行星轮R，刚轮相当于中心轮G，则课后练习2参考答案2-1衣物多少、面料软硬、脏污程度等相关信息洗衣机怎样获取？答：依照传感器接收信息，洗衣机判断出衣物多少，面料软硬和脏污程度、脏污性质，推理作出含糊决议。2-2含糊洗衣机控制器输入、输出控制系统由哪几部分组成？答：含糊洗衣机控制器是一个多输入、多输出控制系统。输入变量有布质、布量、脏污程度、脏污性质、温度。输出变量有水位、水流、洗涤时间、脱水时间、洗涤剂投放量、漂洗方式和次数6种结果。2-3未来洗衣机发展趋势有哪几个方面？答：第一,今后洗衣机将愈加重视水和洗衣剂之间百分比。第二，今后洗衣机将在杀菌功效上继续创新。第三，未来，更多洗衣机将加入自动烘干功效。2-4什么是机器视觉检测技术？答：机器视觉是一项综合技术，其中包含数字图像处理、机械工程、自动控制、电光源照明、光学成像、传感器、模拟与数字视频，计算机软硬件，人机接口等。这些技术在机器视觉中是并列关系，相互协调应用才能组成一个成功机器视觉应用系统。它是采取各种成像系统代替视觉器官作为输入信息伎俩，由计算机来代替大脑完成处理和分析，分析结果被用来汇报售息（探测结果）、控制生产过程或移动产品。机器视觉检测技术中：光源种类有哪些？不一样光源特点是什么？光照方式有几个？不一样光照方式用途是什么？答：有日光灯、白炽灯和LED等。种类名称成本亮度稳定度使用寿命复杂设计温度影响荧光灯低差差通常低通常白炽灯低好通常通常通常差LED光源通常通常好好高低直前光照明：光源直接照射物体，光主要集中在被照明区域中心，经物体反射后光传递给摄像头，可能产生照明不匀。（2）扩散光照明：散色光照射到物体正面，光线没有方向性，能够利用不一样角度扩散光使得到图像更平衡。（3）背景照明：光源位于物体反面，这种照明方法是将被测物放在光源和摄像头之间，它优点是能取得比较清楚精准边缘。（4）暗场照明：低角度光源（水平角度大约为10-15度）能够影射出表面轮廓。（5）轴线照明：能够得到均匀，高亮度光，比较适合检测反射比较厉害表面缺点。2-6 综合机器视觉检测技术课程内容，在设计一个机器视觉检测系统时，设计过程应怎样进行，需重点考虑什么问题？答：1）选取合理光源；2）选取适宜镜头；3）选取适宜信息处理系统；4）设计合理检测控制系统；5）针对用户需求依照软件设计相对应程序。应该重点考虑光照方式和图像提取方法，合理光照能够让采集系统得到高质量图像，简化软件算法，提升检测速度。适宜提取方法能够是任务完成更轻松出众。同时，因为机器视觉是一个比较复杂系统，大多数系统检测对象都是运动物体，系统与运动物体匹配和协调动作尤为主要，所以系统给各部分动作时间和处理速度带来了严格要求。2-7简述偏心转动式传感器组成与结构。答：偏心转动式传感器由偏心转动质量转动平板、旋转触点与固定触点、螺旋弹簧组成。当汽车正常行驶时，转动平板利用螺旋弹簧阿回复力被拉回，处于平衡状态，此时转子上安装旋转触点与固定触点不接触。当车辆受到正面碰撞且速度达成设定位时，偏心转动质量带动转子板旋转，使旋转触点与固定触点接触，从面向ECU发出闭合电路信号。2-8安全气囊检修注意事项有哪些？答：（1）非安全气囊专业维修人员不得进行安全气囊检验、维修。（2）在开始检修前，应将时钟、防盗与音响系统内容统计下来，有电动倾斜和伸缩转向系统、电动车外后视镜、电动座椅及电动肩带系统装置车辆，维修后应重新调整和设置存放。禁止使用车外备用电源。（3）对安全气囊进行检修作业时，先将点火开关置于锁止位置，然后再断开蓄电池负极，等候3min。（4）气囊拆下放置时，应将缓冲垫（软面）朝上，且要远离水、机油、油脂、清洁剂等物。（5）对不一样车型安全气囊系统故障码读取与消除方法应加以区分。（6）禁止对安全气囊或点火器进行加热或企图用工具打开。（7）拆卸时应注意保护安全气囊组件，尤其是连接器。电焊作业前，应拔出转向柱下多功效开关附近连接器，对安全气囊系统进行安全保护。（8）拆卸已经起爆安全气囊后，应洗手，如有杂质进入眼睛内，应立刻用清水冲洗．以防受到损伤。（9）安全气囊元器件要确保使用原厂包装，牌号必须一破。传感器安装架已经变形时，不论安全气囊是否爆开都必须更换新倍感器，同时对传感器安装部位进行修复，使传感器外壳方向标识朝向汽车前方。对于已经爆开安全气囊，必须全部更换新件。（10）安装时必须按要求拧紧力矩将控制装置安装牢靠。安装线束时，注意线束不要教其余零部件挤压，也不要交叉穿越其余零部件。（11）安装好安全气囊系统后方可测试电气，禁止使用模拟式万用表测试，只能使用数字式万用表测试。（12）安装前应关闭点火开关，接通蓄电池后打开点火开关，务必注意头不要在安全气囊打开轨迹之内活动。（13）应妥善处理安全气囊系统废旧器件，在引爆废旧安全气囊时，需注意本身和周围人安全，尽可能避开居民区和人多地方，选择—个通风场所，并采取安全方法。引爆完成，待气囊冷却、烟尘散尽后(10min)，人才可靠近。（14）禁止分解已引爆气囊，因气囊中没有任何可维护零部件，更不能修理和再次使用已引爆气囊。（15）对于不能被引爆气囊应妥善保管，并及时进行处理。2-9安全气囊系统使用与维护中注意事项有哪些？答：（1）安全气囊必须和安全带配合使用。（2）注意日常检验。（3）及时排除安全气囊故障，不然会产生严重后果。（4）防止高温。（5）防止意外碰撞和震动。（6）不要私自改变安全气囊系统及其周围布置。（7）乘员尽可能坐后排。（8）严格按照规范保管安全气囊系统元器件。课后练习3参考答案3-1、单片机在控制步进电动机时，转速怎样控制？答：转速经过改变脉冲周期来实现：脉冲周期=通电时间+断电时间。通电时，单片机输出高电平使开关闭合；断电时，单片机输出低电平使开关断开。通电和断电时间控制，能够用定时器，也能够用软件延时。周期决定了步进电机转速，占空比决定了功率，脉冲高度决定了元器件。转向控制上能够改变相序能够实现正反转。旋转方向与内部绕组通电次序关于，步进电机方向信号指定各相导通先后次序，用以改变步进电机旋转方向。3-2、激光熔覆自动送粉器时间常数怎样确定？答：因为定时/计数器以加1方式计数，假定计数值为X，则装入定时/计数器初值为,取决于定时/计数器工作方式。每个机器周期（设为）包含12个振荡周期，控制系统晶振频率先为12。则定时时间为：应装入定时/计数器初值为：3-3、火花机在建立伺服控制系统时应注意哪几个步骤？答：1、给定值采样。2、角度值读取。3、控制量计算。课后练习4参考答案什么是PLC？答：PLC是可编程逻辑控制器简称，PLC是在电器控制技术和计算机技术基础上开发出来，并逐步发展成为以微处理器为关键，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体新型工业控制装置。通常情况下为何不允许双线圈输出？答：对于“双线圈输出”，有些PLC将其视为语法错误，绝对不允许；有些PLC则将前面输出视为无效，只有最终一次输出有效；而有些PLC在含有跳转、步进等指令梯形图中允许双线圈输出，所以通常情况下不允许双线圈输出。在PLC外部输入电路中，为何要尽可能少用常闭触点？答：这主要是为了保持梯形图和继电器电路图中触点类型一致性。PLC实际上只能识别输入端外接电路通、断，并不知道外接是常开触点还是常闭触点，或者是多个触点组成复杂电路。接通延时定时器和保持型接通延时定时器有何区分？答：接通延时定时器用于单一间隔定时，而保持型接通延时定时器用于数次间隔累积定时，其组成和工作原理与接通延时定时器类似，不一样之处于于保持型接通延时定时器在使能端为0时，当前值将被保留；当使能端有效时，在原保持值上继续递增。设计满足图4-53所表示时序梯形图。b)图4-52时序图答：b)设计周期为10s、占空比为30%方波输出信号程序。答：设计一由定时器组成振荡电路。答：依照图4-53所给程序结构图，分析程序执行情况，并将分析结果填入表格。图4-53程序结构图及分析结果答：有3台电动机M1～M3，在手动操作方式下分别用每个电动机各自启停按钮控制它们启停状态；在自动操作方式下按下开启按钮，M1～M3每隔5s依次开启；按下停顿按钮，M1～M3同时停顿。试采取跳转/标号指令程序结构实现PLC程序控制。答：4-10送料车运行如图4-54所表示，该车由电动机拖动，电动机正转，车子前进，电动机反转，车子后退。对送料车控制要求以下：（1）单周工作方式：每按动送料按钮，预先装满料车子便自动前进，抵达卸料处（SQ2）自动停下来卸料，经延时t1时间后，卸料完成，车子自动返回装料处（SQ1），装满料待命。再按动送料按钮，重复上述过程。（2）自动循环方式：要求车子在装料处装满料后就自动前进送料，即延时t2装满料后，不需等按动送料按钮，车子再次前进，重复上述过程，实现送料车自动送料。 试采取多个程序结构编制满足要求PLC程序。图4-54运料车运行答：主程序:子程序0：子程序1：课后练习5参考答案5-1.试说明三坐标测量机与数控机床区分？答：数控机床（NCMachine）就是采取了数控技术机床，或者说是装备了数控系统机床。它是一个综合应用计算机技术、自动控制技术、精密测量技术、通信技术和精密机械技术等先进技术经典机电一体化产品。三坐标测量机(CoordinateMeasuringMachine,CMM)是指在一个六面体空间范围内，能够表现几何形状、长度及圆周分度等测量能力仪器，通常配有计算机进行数据处理和控制操作，又称为三坐标测量仪或三次元。三坐标测量机是以精密机械为基础，综合应用电子技术、计算机技术、光栅与激光干涉技术等先进技术检测仪器。数控机床和三坐标测量机二者都必须具备高精度机械系统（X、Y、Z轴）,用于加工或测量工件。当代高性能激光测量系统更是用于数控机床以及三坐标测量机等高档设备。三坐标测量机在当代设计制造流程中，可将实物转变为CAD模型相关数字化信息，借助绘图设备和绘图软件得到复杂零件设计图样，即生成各种CAD数据；或应用软件生成CNC加工程序，并与数控机床配合使用。数控机床也可加以辅助测量装置改造成三坐标测量机床。5-2.试举出几例生活中你所碰到经典机电一体化系统，并说明其机电控制原理？答：激光打印机是经典机、电、光一体化产品，激光打印机是由激光器、声光调制器、高频驱动、扫描器、同时器及光偏转器等组成，其作用是把接口电路送来二进制点阵信息调制在激光束上，之后扫描到感光体上。感光体与摄影机构组成电子摄影转印系统，把射到感光鼓上图文映像转印到打印纸上，其原理与复印机相同。激光打印机是将激光扫描技术和电子显像技术相结合非击打输出设备。5-3.谈谈你构想3D打印机发展未来。答：3D打印是未来科技趋势，将从各种方面改变人类生活。当然从现在来看，它还局限于诸如医学、设计、建筑等专业领域，但不能否定一个现象是，低成本3D打印机越来越多，厂商也有意将其消费化，那么对于普通用户来说，3D打印便可能成为一个低成本家庭生产工具。尽管3D打印技术是一项高速发展新科技，但仅仅是迈出了第一步。现在，大部分3D打印机仍仅仅局限于打印ABS等塑料材质，因为需要热溶解并再造成形，一些用户也对产生气体是否安全而产生质疑。值得注意是，一些使用木材、石头甚至是盐新型3D打印机也正在研发中，包含美国加州奥克兰EmergingObjects和位于德国相关企业，都推出了能够兼容其余材质3D打印机。5-4.参观绘图仪工作现场，并试操作完成绘图输出。（任课老师率领学生去试验室或实习单位参观绘图仪工作现场，并试操作完成绘图输出）5-5.参观或观看3D打印机工作视频。（任课老师率领学生参观或观看3D打印机工作视频）5-6.试设计简单机电一体化系统产品，画出其原理图、说明其功效及创新之处？（学生在任课老师指导下完成设计、画图）课后练习6参考答案6-1.工业机器人主要由哪几部分组成?各组成部分起什么作用?答：机器人系统能够分成四大部分：机器人执行机构、驱动装置、控制系统、感知反馈系统。执行机构是机器人完成作业机械实体，具备和手臂相同动作功效，是可在空间抓放物体或进行其它操作机械装置。驱动装置由驱动器、减速器和内部检测元件等组成，用来为操作机各运动部件提供动力和运动。控制系统是机器人关键，包含机器人主控制器和关节伺服控制器两部分，其主要任务是依照机器人作业指令程序以及从传感器反馈回来信号支配机器人执行机构去完成要求运动和功效。感知系统主要由内部传感器模块和外部传感器模块组成，获取内部和外部环境状态中有意义信息。6-2.按操作机坐标形式、控制方式、几何结构类型、驱动方式，工业机器人各分为那些类?答：按操作机坐标形式，工业机器人可分为：直角坐标式机器人、圆柱坐标式机器人、球坐标式机器人、关节坐标式机器人、平面关节式机器人。按控制