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1、 第 一 章机电一体化技术是 微电子技术 向 传统机械工业 渗透过程中逐渐形成的一门新的技术学科。机电一体化技术就是利用电子、信息（包括传感器、控制、计算机等）技术使机械 柔性化 和 智能化 的技术。或者说：机电一体化是机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。机电一体化的特点 柔性化：机电一体化产品既能够像动物一样灵活动作，又能够像人类一样思考判断。智能化：利用传感器检测机械运动，将检测信息输入计算机，经过计算得到能够实现预期运动的控制信息，由此来控制执行装置，而计算依据就是利用自动控制理论来研究开发计算机软件，而不
2、是用螺栓和螺母来重新组装机械，只是通过控制理论修改程序就可灵活地改变机械运动，实现新的功能。机电一体化的物质构成 机械系统（机构） 能够实现某种运动的机构（骨骼） 执行元件系统（执行装置） 驱动机械装置运动的部分（肌肉） 动力系统（动力源）为执行装置提供能量的部分（内脏）传感检测系统（传感器）检测机械运动（五官）电子信息处理系统（控制器）运动控制的计算和判断（头脑）机电一体化的学科组成机电一体化的理论基础 关键技术系统论、信息论、控制论是机电一体化的理论基础。技术基础：微电子技术（微型计算机技术）、精密机械技术。关键技术：传感检测技术 信息处理技术 自动控制技术 伺服驱动技术 精密机械技术 接
3、口技术第二章间歇传动（将原动机构的连续运动转化成间歇运动）:1. 棘轮传动：有噪声，磨损快；结构简单，容易制造，应用较广泛。2. 槽轮传动：结构简单，转位迅速，传动效率高，转位时间与静止时间之比为定值；转位开始与终了时，产生角加速度，从而产生冲击，定位精度不够。3. 蜗形凸轮传动：能够得到任意转位时间与静止时间之比，定位精度较高，有足够的刚度，转配方便；加工工作量大，成本高。 有关齿轮的几个重要概念（1）渐开线：将绕在圆柱上的线绳拉直展开时，线端点的轨迹称为渐开线。齿轮的齿面就是渐开线。（2）模数m：表示齿轮的大小和齿的肥馊。两个直径相同的齿轮，模数m不相同，则不能啮合。模数m为“分度圆上的齿
4、距（周节）除以圆周率”即m。（3）中心距a：两个相互啮合齿轮的节圆（d）的半径之和，也可表示为：，在模数和齿数不变时可采用变位齿轮来改变中心距a。（4）分度圆d：dmz滚珠丝杠副的特点1）传动效率高，摩擦损失小。滚珠丝杠副的传动效率0.920.96，比常规的丝杠螺母副提高34倍。因此，功率消耗只相当于常规的丝杠螺母副的1/41/3。2）给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向时就可以消除空行程死区，定位精度高，刚度好。3）运动平稳，无爬行现象，传动精度高。4）运动具有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运动，即丝杠和螺母都可以作为主动件。5）磨损小，使用寿命长
5、。6）制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。7）不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于自重惯力的作用，下降时当传动切断后，不能立刻停止运动，故常需添加制动装置。单圆弧型滚珠丝杠幅存在一定的传动间隙，因此，传动精度稍差，但滚道加工容易。双圆弧型滚珠丝杠幅传动间隙相对较小，传动精度高，但滚道加工困难些。滚珠内循环方式的反向器的转动可调整滚珠的循环方向，滚珠循环回路短、流畅性好；而且螺母的径向尺寸也较小（反向器可以做的很小）。但反向器的加工困难，而且装配调整也比较困难。而外循环方式中滚道循环道路长，在高频浮动中达到回珠圆弧槽进出口自动对接，通道流畅，摩擦小
6、，更适合于高速高灵敏度高刚性的精密进给系统。带传动的类型和特点：传动方式优点缺点同步带传动传动比准确，传动效率高，能吸振，噪音低，传动平稳，能高速传动安装精度要求高，具有一定的蠕变性钢带传动钢带与带轮接触面积大，无间隙、无滑动、摩擦阻力、结构简单紧凑、运行可靠、寿命长绳轮传动结构简单、传动刚度大、成本低、噪音低带轮较大、安装面积大、加速度不易太高带传动优点：1. 传动带有弹性，能吸振、缓冲，传动平稳；2. 当传动过载时，带在带轮上打滑，防止其他零件损坏，保护原动机；3. 结构简单，成本低；4. 可适用于中心距较大的场合。缺点：1. 靠摩擦传动，使传动比不准确；2. 传动的外形尺寸较大，传动效率
7、低；3. 带的寿命较短；不宜用于高温，易燃及有腐蚀性的场合。导向支承部件第三章微机系统的构成和功能1）是核心部件（已集成在一块芯片上），包括控制器，和寄存器组三部分。l 控制器：是整个机器的控制中心，它包括指令寄存器（），指令译码器及控制信息产生电路。l ：专门用来处理各种数据信息，可以进行加，减，乘，除算术运算和与，或，非，异或等逻辑运算。l 寄存器组：用于存放操作数，中间结果，地址及标志工作状态信息等。总线：内部总线是在，之间传递信息的桥梁，包括，。外部总线是与存储器，接口电路连接通道。2）.存储器（，）是存放程序和数据的部件，又称为内存或主存。( )：可以被随机地读和写，又称为读写存储器
8、，用于装入程序，数据及部分系统信息，当机器断电后，所存储的信息消失。( )：只能被读取，而不能由任意写入，机器断电后，信息并不丢失，用来存放监控程序和基本输入输出程序，还可存放各种常用数据和表格，其内容是由生产厂家或用户使用专用设备写入固化的。3）输入/输出（）接口电路是微型计算机与各种外部设备相连接的通道。如果将微型计算机的各种组成部分制做在一块硅片上，则成为单片机。如果将其组成部分集中制作在一块电路板上，则称为单板机。Z80单片机相关：【16】外部中断【17】非屏蔽中断，接收此中断后，转入0066H地址单元执行【18】是出于停止状态，只有中断或复位时才能恢复操作【19】当前地址总线为有效存
9、储器地址，允许进行存储器读、写操作【20】当前地址总线为有效外设地址，允许对外设进行输入、输出操作【21】允许从存储器或外设读取数据【22】允许将数据写入存储器或外设【25】总线悬浮请求，使同总线脱离，供外部设备占用系统总线【23】总线悬浮响应，响应总线悬浮请求同时发出该信号，宣布让出总线。此时内存储器与外设通过总线高速直接交换数据（方式）【24】让等待，在存储器或设备来不及准备数据交换时使用【26】复位，使清零，单片机进入初始状态【27】系统同步控制，即及其周期信号【28】动态刷新信号。低电平时，地址总线低7位A06为刷新地址存储器类型、工作原理双极型以晶体管组成的触发器为基本存储电路。速度
10、快，但集成度低，容量小，功耗大；型触发器排列成的静态动态，用由氧化硅绝缘层构成的电容器作为存储单元，存储信息量比静态多，但需要刷新。掩膜制造时用掩膜工艺将存储内容一起制成，以后不能变更制成芯片后，用户能写入内容，但再也不能消去，紫外线可擦除可编程，电可擦除可编程微型计算机的种类（1）按结构型式：l 单片机：微型计算机的各种组成部分制做在一块硅片上，则成为单片机。l 单板机：分别将微机系统的、存储器、输入输出接口制作成芯片，再将这些芯片制作在一块电路板上，称为单板机。l 微机系统：把计算机的各种功能部件都制作成独立的印刷电路板，再将这些单板组装在一个机箱内，再配上键盘、显示器、打印机、硬盘、其他
11、驱动器等外围设备就组成了比较完整的计算机系统。（2）按微处理器的位数分类：4位（一般制作成单片机）、8位或16位、（单片机或单板机）、和32位（64位）等类型。（3）按用途分类：有控制用（工控机）和数据处理计算机。对单片机来说，有专用型（专门为某一领域或特定产品设计的）和通用型（适用于各种领域）。机电一体化系统接口与其他微机接口的区别微机接口电路是计算机与各种外部设备相连接的通道，是介于部件与总线之间的电路，适配两者完成数据传输。基本功能有：寻址功能 数据锁存与缓冲 时序控制 对外设的检测与控制 中断和管理 信息交换。机电一体化系统中，接口实现微机与外设、执行元件、检测传感元件之间交换信息，分
12、为机电接口和人机接口。机电接口功能：电平转换和功率放大 抗干扰隔离 、转换。 人机接口功能：机电系统向操作者显示系统的状态、参数、运行结果等 操作者向机电系统输入控制命令、干预系统的运行状态，以实现所要求的功能。与通用微处理机的区别扫描工作机制是与通用微处理机的基本区别。 在理论上，微机可以编程，形成的多数功能，然而通用微机不是专门为工业环境应用设计的；微机与外部连接时需要专门的接口电路板，而带有各种IO模块可供直接利用，且输入输出线可多至数百条； 具有多种诊断能力，模块式结构，易于维修； 可采用梯形图编程，编程语言直观简单，容易掌握；虽然许多能够接收模拟信号和进行简单的算术运算，但是，当数学
13、运算复杂时，是无法与通用微机相竞争。单片机的硬件结构第四章机电一体化常用的执行元件分类机电一体化执行元件的特点种类优点缺点电气式动力源容易；体积小，无污染；响应快，易与连接；编程容易，操作简便瞬时输出功率大、过载能力差，易受环境信号干扰气压式气源方便，成本低；无污染；速度快，操作比较简单功率小，体积大，动作不平稳，定位精度差，远距离传输困难，噪音大液压式功率大，速度快，动作平稳，定位精确体积大，泄漏污染严重直流电机的特点l 起动转矩大、体积小、重量轻、转矩和转速容易控制以及效率高等优点。l 由于有电刷和换向器，其寿命、噪声等方面存在不足。l 在进行位置控制和速度控制时需要使用转速传感器，实现位
14、置、速度负反馈闭环控制方式。这样的电机常称为伺服直流电机。直流电机的线性控制与控制（1） 线性控制：直流电动机的电枢回路等效电路图如图所示。电动机电枢回路的电压平衡方程式为：U = R (1)其中：U电动机端电压；电枢电流；R回路总电阻（1电枢电阻，包括绕组导线电阻和碳刷接触电阻，R1回路串接的附加电阻）；E电枢的反电动势；从电机学可知：n (2)其中：电机结构决定的电势系数；励磁磁通；n转速； 由(1) (2)两式得： 从该调速公式可知，要改变n，有三种方案：l 改变R：改变回路的总电阻R，这是最早使用的办法，但附加电阻的耗电大，而且调速范围小，不能实现无级调速。l 改变：即减弱电动机的磁通
15、。变速范围小，不能实现无级变速。l 改变电动机的端电压U调速。这种调速方式具有以下特点：机械特性的硬度不变 ；可实现无级平滑调速；可实现额定转速以下的大范围平滑调速。要实现变电压调速，必须有可调的直流电源。目前，使用最多是可控变流装置，将交流电经可控变流装置转变为直流电，从而获得可调的直流电压。可控硅直流驱动方式的原理是通过调节触发装置控制可控硅的控制角（控制电压的大小）来移动触发脉冲的相位，从而改变整流电压的大小，使直流电机电枢电压的变化来实现平滑调速。（2）控制不可逆变换器的电路原理图及工作波形如图所示。电源由不可控整流器供电。变换器的负载为直流电动机的电枢，它可看成电阻，电感和反电动势负载，二极
