机器人的基础技术与制作.ppt

机电系统综合创新设计,邵建昂,工程训练中心2007年2月,课程的基本内容:,第一章绪论3学时第二章机械系统设计与实践3+6学时第三章气动控制设计与实践6+3学时第四章电气控制与设计6+6学时第五章PLC控制系统设计与实践12+6学时第六章机电系统总成设计与实践6+9学时,第一章绪论,机电系统是由相互作用和依赖的若干组成部分安一定要求和性质组合成的、具有特定功能的有机整体。,1、机电系统的特征：,集合性-机电系统是有许多不同功能单元的集合体。关联性-机电系统各个组成部分之间是具有互相联系和制约的单元。功能性-机电系统各部分具有特定的功能，系统总是具有一定的功能性和应用性。环境适应性与环境不断进行物质、能量和信息的交换，能适应不同环境的工作要求。,第一章绪论,2、机电一体化系统的发展目标,提高机电系统的精度。提高机电系统功能。提高生产效率，降低成本。节约能源，降低消耗。提高安全性、可靠性。提高操作性和使用性。减轻劳动强度，改善劳动条件。优化结构，减轻重量。降低价格。增强扩展功能。,第一章绪论,3、机电系统组成执行机构、检测装置和控制装置。,机械单元。传感器单元。控制单元。驱动单元。动力单元。执行单元。接口单元。,第一章绪论,4、机电系统工程设计的基本原则,整体性原则。综合性原则。科学性原则。,机电系统工程是为了更好地达到系统设计目标，而对系统的构成要素、组织结构、信息传输和控制机理等进行理论分析和综合设计的技术。机电系统工程在研究和处理任何技术性问题时都应遵循以下原则：,第一章绪论,5、机电系统的设计程序,确定机电系统的功能目标。机电系统的总体设计。机电系统单元的设计。接口单元的设计。机电系统设计总体方案的评价。可靠性和安全性复查。,在系统设计中，必须对所设计的机电系统工程进行详细的分析，一般的设计程序是：,第二章机械系统设计与实践,第三章气动控制设计与实践,第四章电气控制与设计,本章的主要内容是以电动机为控制对象，介绍继电接触器控制系统的工作原理、典型机械的电气控制线路以及电气控制系统的设计方法。,常用低压电器电气控制线路设计电机正反转控制实验,4-1常用低压电器,常用低压电器是构成继电接触器控制系统的元器件，继电接触器控制系统主要有继电器、接触器、按钮、行程开关等组成，其控制方式是断续的，所以又称断续控制系统。,优点：结构简单、价格低廉、维修容易、抗干扰能力强等。缺点：采用固定接线方式，灵活性差，工作频率低，触头易损坏，可靠性较差。,4-1常用低压电器,低压电器：能手动或自动分合额定电压在DC1200V、AC1500V及以下电路的基本电器元件或装置。,按用途分以下几类：,配电电器-用于电能输送和分配的电器；控制电器-用于各种控制电路和控制系统的电器；主令电器-用于发送控制指令的电器；执行电器-用于完成某种动作或传送功能的电器；保护电器-用于对电路和电气设备进行安全保护的电器。,4-1常用低压电器-断路器,1、低压断路器：俗称自动空气开关，用以接通和分断正常负载电流、电动机工作电流和过载电流，还可以接通和分断短路电流。,用途：主要用在低压配电线路中作为电源开关使用，并对线路、电器设备及电动机等实行保护。,三个基本部分组成：触头和灭弧系统；具有不同保护功能的各种脱扣器；操作机构和自由脱扣器。,4-1常用低压电器-断路器,低压断路器选用原则：,工作电压和额定电流-分别不低于线路、设备的额定值；长延时脱扣器整定电流-大于等于线路的计算负载电流（1-1.1倍），不大于线路导体长期允许电流（0.8-1倍）；瞬时或短延时脱扣器整定电流-大于线路尖峰电流；短路通断能力和短时耐受能力-不低于预期短路电流；灵敏系数校验-一般应不小于2（灵敏系数为线路中最小短路电流和瞬时或短延时脱扣器整定电流之比）；分励和欠压脱扣器的参数确定-额定电压应等于线路额定电压。具有不同保护功能的各种脱扣器；操作机构和自由脱扣器。,4-1常用低压电器-熔断器,熔断器是一种当电流超过规定值一定时间后，以它本身的热量使熔体熔化而分断电路的电器，它是一种利用热效应原理工作的电流保护电器。,用途：主要用于低压配电系统和控制系统以及用电设备中作短路和过电流保护。,组成：熔断管（或座）熔断体填料电部件等,4-1常用低压电器-熔断器,低压熔断器选用原则:,额定电压-不低于线路的正常额定值；额定电流-用于照明或电热设备以及一般控制电路的熔断器，额定电流一般按照线路的计算负载电流；用于保护电动机的熔断器，应躲过电动机的起动电流（1.5-3.5倍）。类型-全范围熔断器（g类）主要用作配电主干线路的短路保护和过电流保护；部分范围熔断器（a类）的作用主要用于照明线路和电动机等设备的保护。,4-1常用低压电器接触器,接触器是一种适用于在低压配电系统中远距离控制、频繁操作交直流主电路及大容量控制电路的自动控制开关电器。工作原理是利用电磁原理通过控制电路的控制和可动衔铁的运动来带动触头控制主电路的通断。,用途：主要用于自动控制交直流电动机、电热设备、电容器组等，接触器具有强大的执行机构，大容量的主触头及迅速消灭电弧的能力。,组成：磁系统触头系统灭弧系统释放弹簧机构辅助触头及基座等,4-1常用低压电器接触器,接触器选用原则:,型式的确定-极数、电流种类等；主电路参数的确定-额定工作电压、电流、额定通断能力和耐受过载电流能力；控制电路参数和辅助电路参数的确定-线圈电压、电流种类，辅助出头的种类和数量；,4-1常用低压电器热继电器,热继电器是一种利用电流热效应原理工作的电器，具有与电动机容许过载特性相近的反时限动作特性。,用途：主要与接触器配合使用，用于对三相异步电动机的过电流和断相保护。,安装方式有：“L”独立安装；“G”标准轨道安装；“Z”组合式安装（直接挂接在与其配套的接触器上）；“G+Z”；“G+L”。,4-1常用低压电器热继电器,热继电器选用原则:,型式的确定-按照实际安装情况选择；额定电流-按照电动机的额定电流选择，或略小；整定电流范围-中间值略大于电动机的额定电流。,4-1常用低压电器继电器,继电器是一种利用各种物理量的变化，将电量或非电量信号转化为电磁力（有触头式）或使输出状态发生阶跃变化（无触头式），从而通过其触头或突变量促使在同一电路或另一电路中的其它器件或装置动作的一种控制元件。,不论各种继电器的动作原理、结构形式、使用场合如何千变万化，都具备两个基本机构：,能反应外界输入信号的相应的感应机构；对被控电路实现“通”“断”控制的相应的执行机构。,4-1常用低压电器继电器,几类常用的继电器：,电磁式继电器-交、直流继电器，电压、电流继电器，中间继电器等，反映的是电信号，线圈得电后产生的电磁力带动触头，实现电路的“通”“断”控制。时间继电器-有电磁式、机械空气阻尼式、电动机式、双金属片式、电子式、可编程式和数字式等，它是一种利用各种方式实现触头延时接通或断开的自动控制电器，主要用于各种电气保护及自动装置中。温度继电器-有双金属片式和热敏电阻式两种，其工作原理与热继电器相似，广泛用于电动机绕组、大功率晶体管等的过热保护。固体继电器-是一种无触头开关器件，主要利用信号光电耦合方式。直流固体继电器的开关元件是功率晶体管；交流固体继电器的开关元件是可控硅。,4-1常用低压电器控制按钮,控制按钮是一种结构简单，应用十分广泛的主令电器。控制按钮的结构种类很多，可分为普通揿钮式、蘑菇头式、自锁式、自复位式、旋柄式、带指示灯式及钥匙式等。,一般采用积木式结构，由按钮帽、复位弹簧、桥式触头和外壳等组成；通常有一对常闭触头和常开触头，可通过串联增加触头。为避免误操作，通常将按钮帽做成不同的颜色，以示区别，其颜色有红、绿、黄、白、蓝、黑等。一般红色表示停止按钮，绿色表示启动按钮等。,4-1常用低压电器转换开关,转换开关是一种多档式，控制多回路的主令电器。,作用：广泛应用于各种配电装置的第纳原隔离、电路转换、电动机远距离控制等。,组成：转换开关一般采用组合组合式结构设计，由操作机构、定位系统、限位系统、触头系统、面板及手柄等组成。,4-1常用低压电器行程开关,行程开关又称限位开关，是一种利用生产机械某些运动部件的碰撞来发出控制指令的主令开关。,作用：广泛应用于控制生产机械的运动方向、速度、行程大小或位置的一种控制器件。,组成：其结构形式多种多样，基本结构分为三个主要部分：摆杆（操作机构）、触头系统和外壳。,4-2电气控制线路设计,电气控制线路是把各种有触头的接触器、继电器、按钮、行程开关等电气元件，用导线按一定的方式连接起来组成的控制线路。,作用：实现对电力拖动系统的启动、调速、反转和制动等运行性能的控制；实现对拖动系统的保护；满足生产工艺要求；实现生产过程自动化。,特点：线路简单，便于掌握；设计、安装、调整、维修方便；价格低廉，运行可靠。,4-2电气控制线路设计-遵循原则,在电气控制系统的设计过程中，通常应遵循以下几个原则：,最大限度满足生产过程工艺对电气控制的要求，这是电气设计的依据。在满足控制要求的前提下，设计方案应力求简单、经济；不宜盲目追求自动化和高指标，要从工艺要求、实用性、制造成本、使用维修方便等各方面协调处理。正确、合理地选用电器元件，确保安全、可靠。,4-2电气控制线路设计-一般程序,电气控制设计的一般程序：,1、拟定设计任务书。简要说明所设计任务的用途、工艺过程、动作要求、传动参数、工作条件等，还应说明以下主要技术经济指标及要求：电气传动基本特性要求、自动化程度要求及控制精度；目标成本与经费限额；设备布局、安装要求，控制柜和操作台的布置、照明、信号指示、报警方式等。工期、验收标准及验收方式。,4-2电气控制线路设计-一般程序,电气控制设计的一般程序：,2、选择拖动方案与控制方式。电力拖动方案与控制方式的确定是设计的重要部分，最主要的就是电动机的选型。3、设计电气控制原理图、选用元器件、编制元器件目录清单。4、设计电气施工图，并以此为根据编制各种材料清单。5、编写设计说明书。,4-2电气控制线路设计-基本步骤,电气控制原理图设计的基本步骤如下：,据选定的控制方案及方式设计系统的原理框图，拟定各部分的主要技术要求和技术参数。根据各部分的要求，设计电气原理图及各个部分的单元电路，对每一部分的设计总是按主电路控制电路连锁与保护总体检查的顺序进行，经反复修改与完善，完成设计。按系统框图结构将各部分连成一个整体，绘制系统原理图。选定故障点并进行必要的短路电流计算，确定相应的参数。根据计算数据正确选用电器元件，制定元器件规格、型号目录清单。,4-2电气控制线路设计-国家标准,我国电气设备有关国家标准：,电气简图用图形符号GB/T4728电气技术用文件的编制GB/T6988电气技术中的文字符号制定通则GB/T7159-1987,4-2电气控制线路设计-国家标准,4-2电气控制线路设计-国家标准,4-2电气控制线路设计-原理图,电气原理图是根据工作原理而绘制的，具有结构简单，层次分明，便于研究和分析电路原理等优点。绘制电气原理图应遵循以下原则：,1、电气控制线路可分为主电路和控制电路。主电路包括从电源到电动机或线路末端的电路，使工作电流的通路部分。控制电路一般有按钮，接触器，以及各种继电器的线圈及其辅助触头、热继电器、控制开关电器的辅助触头、控制变压器等组成，包括信号回路及保护回路等。主电路一般排在图面的左面或上面；控制电路或辅助电路排在右面或主电路的下面；元器件目录表排在标题栏上方，按倒置顺序编写。,4-2电气控制线路设计-原理图,绘制电气原理图应遵循以下原则：,2、所有电器元件的图形，文字符号必须按前述方法统一标号。主电路标号一般由文字符号和数字组成。文字符号用以标明主电路中的元件或线路的主要特征，数字标号用以区别电路的不同线段。3、为了表达清楚，同一电器元件的各部件可以不画在一起，但需用同一文字符号标出。4、所有按钮、触头等均按操作前、电路未带电的原始状态画出。5、控制电路原则上按照动作先后顺序排列，自左至右、自上而下按行一次绘出。一般以水平绘制为宜，并应做到布局合理、排列均匀、图面清晰、便于看图。6、原理图上应尽可能减少线条和避免线条的交叉。各导线之间有电的联系时，在导线的交叉处画一个实心圆点。根据图面布置的需要，可以将图形符号旋转90或180度，图面可以水平布置，或者垂直地布置。7、电器元件的数据和型号，一般用小号字体注在电器代号附近，导线用截面标注。8、对于复杂的电气原理图，应对图面进行区域划分或电路编号。,4-2电气控制线路设计-原理图,电气原理图版面示例：,4-2电气控制线路设计安装图,电气安装接线图是用于电气设备和电器元件的安装、配线或检修电器故障。,1、图中标出各元件之间的关系、接线情况及相对安装与敷设位置等；2、对某些较为复杂的电气设备，电气安装板上元件较多时，还应画出各安装板的接线图和端子功能图等。,4-2电气控制线路设计安装图,绘制电气安装接线图应遵循以下原则：,1、电器元件的图形、文字符号应与电气原理图标注一致。同一电器元件各部件必须画在一起。各电器元件的位置，应与实际安装位置一致。2、不在同一安装板或控制柜上的电器元件的电气连接应通过端子排连接，并按照电气原理图的接线编号连接。3、走向相同的多根导线可用单线或线束表示。画连接导线时，应