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1、目 录第1章 机电一体化简介31.1机电一体化技术31.2 机电一体化系统构413机电一体化现状及发展趋势51.3.1机电一体化现状51.3.2机电一体化发展趋势5第2章FESTO中文版液压与气动教学软件的介绍与使用821 FESTO中文版液压与气动教学软件的介绍822 纯气动基本回路图82.2.1双压阀控制气动回路82.2.2双气控气动回路823 双气缸步进控制电、气动回路112.3.1双气缸步进控制气动回路图与电气原理图112.3.2双气缸步进控制工作原理及电磁铁动作顺序表11第3章上料检测与搬运站电、气动控制系统设计1231 MPS系统的总体介绍123.1.1概述123.1.2系统结构1
2、23.2上料检测装置的组成与控制143.2.1上料检测装置及组成部分143.2.2上料检测装置控制要求143.3上料检测装置的气动回路设计153.3.1气动元件的选型和个部件的作用153.3.2气动回路连接153.3.3电磁铁动作顺序表及工作原理163.4上料检测装置电气控制系统的设计1635 搬运站的组成与控制173.5.1搬运站及其组成部分173.5.2搬运站的控制要求173.6搬运站的气动回路设计183.6.1气动元件的选型和个部件的作用183.6.2电磁铁动作顺序表及工作原理1937 搬运站电气控制系统的设计193.8上料检测与搬运站通信203.8.1关于RS485通信203.8.2上
3、料检测与搬运站通信条件203.8.3通信梯形图与指令表21第4章 上料检测与搬运站电气控制系统的实际回路安装与调试3041 机械手气动回路的组建3042 调试过程30第5章小结31参考文献32第1章 机电一体化简介1.1机电一体化技术在当前科学技术日新月异的时代，各种新技术、新工艺、新材料、新设备的出现，已不再是单纯某一门学科的发展，而是各门相关学科、多种先进技术的互相渗透和相辅相成的结果。机电一体化技术就是这样的一种新技术，它是在信息论、控制论和系统论的基础上建立起来的综合技术。机电一体化又称机械电子学，英语称为Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学E
4、lectronics的后半部分组合而成。机电一体化最早出现在1971年日本杂志机械设计的副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用,机电一体化技术获得前所未有的发展。现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，它的发展使冷冰冰的机器有了人性化，智能化。机电一体化技术是多学科技术的综合运用，是技术密集型的系统工程。其技术组成包括：机械技术、检测技术、伺服传动技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术和系统总体技术等。具体如下：1 机械技术机械技术是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应
5、，利用其它高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。在机电一体化系统制造过程中，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能与专家系统等，形成新一代的机械制造技术。2 传感检测技术 传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，它是机电一体化系统达到高水平的保证。3 伺服传动技术包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控
6、制质量和功能有决定性的影响。4 计算机与信息处理技术 其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。 5 自动控制技术其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。6 系统总体技术系统技术即以整体的概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，它是实现系统各部分有机连接的保证。 1.2 机电一体化系统构1 执行机构 执行器的作用是根据电子控制单元的指令驱
7、动机械部件的运动。执行器是运动部件，通常采用电力驱动、气压驱动和液压驱动等几种方式。2 动力与驱动部分动力源是机电一体化产品能量供应部分，其作用是按照系统控制要求向机械系统提供能量和动力使系统正常运行。提供能量的方式包括电能、气能和液压能，以电能为主。3 机械本体 机械本体包括机架、机械连接、机械传动等，它是机电一体化的基础，起着支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用。与纯粹的机械产品相比，机电一体化系统的技术性能得到提高、功能得到增强，这就要求机械本体在机械结构、材料、加工工艺性以及几何尺寸等方面能够与之相适应，具有高效、多功能、可靠和节能、小型、轻量、美观的特点。4 传感测试部分 检
8、测传感部分包括各种传感器及其信号检测电路，其作用就是检测机电一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变化，并将信息传递给电子控制单元，电子控制单元根据检查到的信息向执行器发出相应的控制。5 控制及信息处理部分 包含电子控制单元，其中电子控制单元又称ECU（Electrical Control Unit ），是机电一体化系统的核心，负责将来自各传感器的检测信号和外部输入命令进行集中、存储、计算、分析，根据信息处理结果，按照一定的程度和节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的地进行。13机电一体化现状及发展趋势1.3.1机电一体化现状在现有的科学技术飞速发展的前提下，机电一体化技术正一步步向智能
9、化方向迈进，机电一体化进入了一个深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另一方面人们对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究，将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。 1.3.2机电一体化发展趋势1 机电一体化的模块化 模块化是一项非常重要的工程。由于机电一体化产品种类及生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电
10、气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又特别重要的事情。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置。这样，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。 2 机电一体化的智能化 智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化建设者的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使
11、它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。 3 机电一体化的网络化 网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、以及人们的日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。因此，机电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。 4 机电一体化的微型化 微型化指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统（MEMS），泛指几何尺寸不超过1cm3的
12、机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术，微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。所以只要朝这个方向发展，一定会取得很好的效益。 5 机电一体化的绿色化 工业的发展给人们生活带来了巨大变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要
13、求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前途。机电一体化产品的绿色化主要是指，使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。 6 机电一体化的系统化 系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现之二是通信功能的大大加强，一般除RS232外，还有RS485、DCS人格化。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，机电一体化的人格化有两层含义。一层是，机电一体化产品的最终使用对象是人，如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要，特别是对家
14、用机器人，其高层境界就是人机一体化。另一层是模仿生物机理，研制各种机电一体花产品。事实上，许多机电一体化产品都是受动物的启发研制出来的。第2章FESTO中文版液压与气动教学软件的介绍与使用21 FESTO中文版液压与气动教学软件的介绍FESTO中文版教学软件含液压与气动两种软件，其用法类似。该软件的主要特征就是其可与CAD功能和仿真功能紧密联系在一起。可以不通过实验而直接验证自己设计的回路的正确性，可节省大量的时间，避免了不必要的麻烦。FluidSIM软件符合DIN电气气动回路图绘制标准，且可对基于元件物理模型的回路图进行实际仿真，这样就使回路图绘制和相应气动系统仿真相一致。FluidSIM软
15、件的另一个特征就是其系统学习概念：FluidSIM软件可用来自学、教学和多媒体教学气动技术知识。气动元件可以通过文本说明、图形以及介绍其工作原理的动画来描述；各种练习和教学影片讲授了重要回路和气动元件的使用方法。在 FluidSIM 软件中，元件库中的每个元件都对应一个物理模型，基于这些模型，FluidSIM 软件首先创建整个系统模型，然后在仿真期间对其进行处理。 FESTO的机电一体化教学装置MPS模块化生产系统，是一套模拟实际工业生产过程具有大量复杂控制的教学培训装置，它具有模块化、综合性和易扩充等特点。MPS系统解决了学生不能在实际生产线上操作训练的问题，为教师和学生提供了一套符合实际情况的模拟教学环境。22 纯气动基本回路图2.2.1双压阀控制气动回路工作原理：本例是为了说明双压阀的“与”作用。图示状态下，汽缸不作用。按上面的单手动控制换向阀，汽缸不作用；按下面的单手动控制换向阀，汽缸仍然不作用，同时按下
