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第2章机电一体化系统的组成与实际应用 2 5机电一体化系统的规划和设计方法 2 5 1机电一体化系统的规划 认真分析操作目的 人操作 非正常的情况 是单纯操作 还是多功能操作 或者是两者的结合 系统本体是固定的 还是移动 自身行走 的 确定系统的动作机构 分析其动作是属于哪一种 确定其运动是属于哪一种 确定力的大小和方向 确定动力源和驱动装置 选择并确定控制监浏所需要的各种传感器 确定控制算法和控制系统 用框图或者流程图来表达所要控制的目标 对上述的 项 在硬件或者软件上进行设计 对材料的强度 结构的体积和重量进行校验并编制相应软件 必要时还要进行模拟仿真 对算法和系统进行检验 进行产品制造和定货采购 进行进精加工 装配和调试 利用模拟系统技最佳条件进行设定和调整 以通用工业机器人的规划为例来说明 通用工业机器人有冲压 焊接 加工 喷涂 装配 检查 包装 搬运等多种用途 第一 工件 操作对象 的形状及材料的交叉状况不同 对机器人的功能要求也就不同 在实际操作中 这些将影响机器人的操作状态或者成为发生物理干涉 冲突 的原因 第二 按加工方法分类 例如 接触操作 非接触操作 准接触操作 各种操作项目可以归纳整理如下 适应操作目的和工件形状的模型化 按操作顺序进行分析的模式化 采用特殊夹具使操作简化的操作定型化 以上是通用工业机器人规划的例子 像这样 将机电 体化具有的各种功能进行认真整理 实现模型化 模式化 定型化 就可以使看起来很复杂的动作依次得到处理 2 5 2机电一体化系统的设计 首先 按照通用机械手设计规定 给定以下参数作为设计条件 为了便于搬运 本体重量的设计目标约为343N 约35kgf 抓取重量约为98N 约10kgf 关节数 自由度 为7 驱动方式 执行装置 采用交流伺服电动机 确定机械手的长度约为lm左右 末端执行器采用可更换方式 标准操作为电弧焊接 喷涂 拧螺母等 确定末端执行器操作的最大合成速度为1 5m s 位置精度为 1mm以内 示教方式 在键盘上直接输入值的直接示教方式 路径控制方式 点到点控制以及连续轨迹控制两种控制方式 控制输入采用通用个人计算机 C语言及专用程序库 尽量采用对用户开放的程序结构 其次 本例机械手的功能规划如图2 15所示 整体及各关节的构思如图2 16所示 通过分折整个系统的功能以及基本结构 得到图2 17所示的系统构成图 机电一体化系统 产品 的设计过程 1 确定产品规格 性能指标 运动参数 动力参数 品质参数 2 系统功能部件要素的划分 功能部件选择 设计和与系统主功能的匹配 3 接口设计 机械接口 物理接口 信息接口 环境接口 4 综合评价或系统评价 系统性能 结构质量的各种定量指标和参数 系统的附加价值 满足设计或用户需求的功能性产品或系统为前提 评价方法依据产品要求有所不同 5 可靠性复查 6 试制与调试 样机制造与调试 试验 7 最终产品结果评价 是否达
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