机电一体化系统设计基础课程作业解答(四).doc

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1、机电一体化系统设计基础课程作业解答（四）一、填空题1敏感元件 转换元件 基本转换电路2灵敏度 线性度 重复性 迟滞3临界速度4广义输入阻抗 静态刚度5挠性手腕 分离活塞式油缸 旋转变压器68088 80867输入输出设备 计算机数控装置 伺服系统 受控设备8点位控制装置 直线控制装置 轮廓控制装置二、简答题1简述光电编码器式传感器的工作原理和主要特点。光电编码器式传感器主要由旋转孔盘和光电器件组成。它的输出是与孔盘转角或转角增量成正比例关系的脉冲信号，通过对脉冲信号计数，即可测定孔盘转过的角度。光电编码器式传感器又分为绝对式和增量式，前者转角范围小于360,用于低速端角位置测量；后者无转角范围

2、限制，可用于高速端角位置测量或转速测量。光电编码器式传感器的主要特点是测量精度高；输出量为脉冲信号，抗干扰能力强；可以同时用于位置和速度的测量，使用方便；但高精度的光电编码器价格比较贵，成本高。2选择传感器应主要考虑哪几方面的因素？选择传感器的主要依据是传感器的性能指标：（1）基本参数 量程、灵敏度、静态精度和动态特性。（2）环境参数 环境温度、湿度、冲击、振动；抗干扰能力。（3）可靠性 工作寿命、平均无故障时间。（4）使用条件 电源、外形尺寸、安装方式。（5）经济性 价格和价格性能比。此外，选择传感器时还必须考虑其输入输出特性。3简述HRGP1A喷漆机器人的示教与再现过程。HRGP1A喷漆机

3、器人的工作分示教和再现两个过程。示教过程由工作人员用手操纵操作机构的关节和手腕，根据喷漆工件表面的形状进行示教操作，此时中央处理器通过反馈元件（旋转变压器）将示教过程中测试的参数存入存储器，即把示教过程执行机构的空间轨迹记录下来。再现过程由计算机控制机器人的动作，中央处理器将示教时记录的空间轨迹信息从存储器中取出，经过插补运算与采样得到的位置数据进行比较，将其插值调节后输出，控制执行机构按照示教时的轨迹运动。4简述数控设备中计算机数控装置的组成和功能。在数控设备中，计算机数控装置是设备的核心部分，一般由专用计算机（或通用计算机）、输入输出接口以及机床控制器等部分构成。计算机数控装置根据输入的数

4、据和程序，完成数据运算、逻辑判断、输入输出控制等功能；机床控制器主要用于机床的辅助功能，主轴转速的选择和换刀功能的控制。5简述CK3225型机床数控系统的组成。CK3225型机床有主驱动、伺服驱动两大控制环节。主驱动主要是机床主轴的速度控制，伺服驱动除对进给速度进行控制外，还需要对刀架的行程（位置）进行控制。机床的数控系统由操作系统、机床控制机、主驱动单元、伺服驱动单元和其它功能控制单元。工作时从操作系统输入数据，由机床控制机（经过内装的PC处理）对两大驱动系统进行控制。三、分析题1试分析比较直流测速发电机和光电编码器做转速测量的特点。直流测速发电机由永久磁铁与感应线圈组成，用电枢获取速度信号

5、。它具有灵敏度高、结构简单等特点，常用于高精度低速伺服系统，也可与永磁式直流电动机组成低速脉宽调速系统。直流测速发电机的输出信号是与输入轴的转速成正比的直流电压信号，信号幅度大，信号调理电路简单。由于输出电压信号有波纹，一般需要配置滤波电路。光电编码器（增量式）主要由旋转孔盘和光电器件组成。它具有体积小、使用方便、测量精度高等特点，常与直流电机配合使用构成脉宽调速系统。增量式光电编码器输出的是与转角成比例的增量脉冲信号，可以通过脉冲计数获得角位置信号，也可以定时取样脉冲数的增量实现角速度测量。因此，可以同时测量转角和转速。2画图说明HRGP1A喷漆机器人电液伺服系统的组成和工作特点。HRGP1

6、A喷漆机器人电液伺服系统的组成如图所示。喷漆机器人具有6个自由度，每个自由度都由一套上图所示的电液伺服系统驱动。电液伺服系统为多输入、多输出的变量系统，各系统之间具有负载效应，以适应机器人运动参数和动力参数的变化；各电液伺服系统的快速响应特性一致，使各个机构的运动相互协调，并具有较高的速度刚度，使操作机具有运动速度高、工作稳定性好、位置精度高等特点，以满足喷漆工艺的要求。3试分析比较闭环控制系统与半闭环控制系统的主要区别。闭环控制系统的位置测量元件直接对工作台的实际位移量进行检测。如图所示，A为速度测量元件，C为位置测量元件，由A将速度反馈信号送到速度控制电路，由C将工作台实际位移量反馈至位置

7、比较电路，系统通过与指令值比较后的差值进行控制。闭环控制系统可以消除包括工作台传动链在内的误差，定位精度高，调节速度快。但由于工作台惯量大,对系统稳定性不利，且系统较复杂、成本高。半闭环控制系统通过测速发电机A和光电编码器B间接测量伺服电机的转角，推算出工作台的实际位移量。系统通过此值与指令值进行比较，以差值实现控制。半闭环控制系统没有把工作台传动链包括在控制回路内，这类系统的控制方式介于开环与闭环之间，精度没有闭环高，但成本较低，调试方便，因此得到了广泛的应用。 4试分析比较液压马达和直流电机实现转动输出驱动的不同特点。使用液压马达一般不需要中间传动机构，马达轴与负载轴直接连接，传动机构简单

8、，结构紧凑；而直流电机驱动为得到合适的运动速度和负载能力，一般要使用较大传动比的减速器，传动机构的尺寸较大。在相同的负载条件下，液压马达比直流电机驱动的负载刚度大、快速性好；液压马达对环境条件要求不高，可在需要防水、防爆的条件下工作，需要使用电液伺服阀和专门的液压动力源，对环境有污染；而直流电机驱动要求有较好的工作环境，也不会污染环境。四、计算题已知某工作台采用直流电机丝杠螺母机构驱动，已知工作台的行程L=250mm,丝杠导程t=4mm,齿轮减速比为i=5,要求工作台位移的测量精度为0.005mm，采用高速端测量方法，试确定旋转编码器的每转脉冲数。（忽略齿轮和丝杠的传动误差）解：设传感器的每转

9、脉冲数为ns ，每个脉冲对应工作台的位移为则 选取n=200光电编码器，则测量精度为满足题目要求。五、综合题已知五自由度机器人，采用直流电机控制，关节转角的测量采用增量式编码器，具有手动示教和再现功能，试确定其控制计算机及控制方案。 控制系统原理图如下 ： 手动示教盒是一个单片机系统，它由单片机、RAM、串行通信口、键盘、LED显示器等组成。它承担命令输入、状态显示、数据存储、通过与关节控制单片机通信给关节单片机发送控制命令等任务。每个关节控制单片机分别负责单个关节直流电机的位置伺服控制，由单片机、PWM驱动接口、编码器接口和串行通信口等组成。PC具有与手动示教盒同样的功能。不同的是，状态显示及命令输入由显示器和PC键盘来实现，利用PC机还能实现数据自动再现，使机械手按指定轨迹运动。