机电一体化设计复习提纲

1、机电一体化系统设计复习提纲一、术语机电一体化：机电一体化是机械技术、微电子技术和信息技术等相关技术有 机结合的一种新形式，是微电子技术向机械技术领域渗透的过程中逐渐形成的一 个新概念。系统分析设计法：基于系统论的原理，将设计任务作为一个系统要达到的功 能，把系统的总功能分解成功能元，并设计子系统，进而完成系统设计的方法。模块化设计:设计出多种模块，将其经过不同方式的组合来构成不同产品的 一种设计方法。接口 :系统各组成部分之间可传递功能的共享界面称为接口。逆压电效应：某些材料，当受到电场作用时，其某些方向出现应变，且应变 与电场强度之间存在线性关系。传感器：将被监测对象的各种物理变化量变为电信

2、号的一种变换器。信噪比：信号电压与噪声电压之比。压电效应：某些材料，当受到应力作用时，其表面出现电荷，且电荷密度与 应力之间存在线性关系。功能载体：实现原理解的技术手段和结构。原理解：实现某种功能的原理。工业机器人：一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作机， 能搬运材料、工件或夹持工具，用于完成各种作业二、基本概念机电一体化系统的制造系统的机械系统对微电子技术适应性的要求是什么？答：1.精密化2.高速化3.小型、轻量化机电一体化技术的智能制造系统和智能产品对其机械子系统的共性要求是 什么？答：1.高精度、2.快速响应、3.良好的稳定性智能产品对机械子系统的要求主要有哪些？答：1.小

3、型化、轻量化 2.高性能、低成本3.产品更新、升级的适应性快速响应性滑动导轨、滚动导轨的种类及其特点答：滑动导轨种类：圆柱型、棱柱型、组合型滚动导轨种类：1）按滚动体分类：滚珠导轨、滚柱导轨、滚针导轨2）按循环方式分类：滚动体不循环的导轨副特点：结构简单、成本低，行 程不能太长 滚动体循环的导轨副特点：标准化生产、行程长、设计制 造容易，应用时要进一步作装配结构设计3.）按运动轨迹分类：直线运动和圆周运动导轨组合的种类及其特点答：1）双三角形：导轨的导向性和精度保持性都高，接触刚度好2）矩形和矩形组合：制造与调整简单，导向面的间隙用镶条调节，接触刚度低， 导向精度高3）三角形和矩形组合：他兼有

4、三角形导轨的导向性好、矩形的制造方便、刚性 好，但磨损不均匀，对位置精度有影响4）三角形和平面组合：它具有三角形和矩形组合导轨的基本特点，但由于没有 闭合导轨装置，故只能用于受力向下的场合5）燕尾形导轨及其组合：制造、调试方便，调整方便和能承受较大的力矩总功能和子功能、分子功能的关系是什么？答：总功能由分子功能组成，分子功能由子功能组成刀口支承、顶针支承、球面支承、弹性支承的特点是什么？答：1）刀口支承：尺寸可很小，承载能力很小，摩擦很小，灵敏度高2）顶针支承：尺寸可很小，承载能力小、精度高，制造简单，制造精度要求高3）球面支承：尺寸更小，承载力小，精度低，自位性能好4）弹性支承：弹性阻力极小

5、，能在振动情况下工作，宜用于精度不高的摆动机 构什么是人机匹配、人机通讯，人一机、机-环接口 ？答：人机通讯：键盘输入、图形输入、手写输入、语音输入、人脑生物电输入人机匹配：控制台按人体的适应性设计机-环接口：指机器对环境的协调性人机包括人机匹配、人机通讯铁弹一铁电效应、压电效应、逆压电效应的特征是是什么？答：1）压电效应特征：当受到应力作用时，其表面出现电荷，且面电荷密度与 应力之间存在线性关系；2）铁弹-铁电效应的特征：在应力或电场作用下，产生微位移的现象3）逆压电效应的特征：受到电场作用时，其某些方向出现应变，且应变与电场 强度之间存在线性关系利用铁弹一铁电效应、逆压电效应制成的微动器件

6、各有何特点？答：1）铁弹-铁电效应制成的微动器件特点：较逆压电效应有较大的位移量，具 有记忆功能，其精度低于逆压电效应2）逆压电效应制成的微动器件特点：在微动技术中，形成了产品的生产，其分 辨率在微纳米至纳米级，线性度达0.25%。应用模块化设计方法进行设计的主要原因是什么？答：1.大大缩短新产品设计、研制周期，增强企业对市场变化和用户需求的快速 应变能力批量生产的效率和效益良好的可靠性对于测量为快速变化的量，测量装置常用什么性能指标表征其动态特性？答：幅频特性、相频特性检测系统主要由哪三种子系统组成？答：传感器、中间变换器、信号处理器检测系统在机电一体化制造系统中的作用主要是哪两种？答：1）

7、测量数据监测、管理自动生产过程，保证自动生产过程正常进行2）测量数据控制生产过程经中间变换器转换后的信号主要有哪三种类型，其与计算机匹配的接口应主 要考虑作哪些转换，或匹配？答：数字量、开关量、模拟量数字量接口方式、开关量接口方式、模拟量接口方式反射型、透过型传感器光电式位置传感器在输出信号方面各有何特点？答：1）反射型传感器在输出信号方面特点：在检测物的背景上有不锈钢等制成 的镜面体，以便实现对工件的稳定检测；2）透过型传感器在输出信号方面特点：可进行最大1m检测的长距离透过型，小 型细长型，空间效率优良的放大器中继型。极限开关和接近开关在应用上各有何特点极限开关：利用生产机械运动部件的碰撞

8、使其触头动作来实现接通或分断控制电路。接近开关：是一种无需与运动部件进行机械直接接触而可以操作的位置开关。什么是巳调波、调制信号、载波？答：1）经过调制的高频振荡波称为己调波2）载送缓变信号的高频振波称为载波3）控制高频振荡的缓变信号称为调制信号模块化设计的两大阶段一一系列化、产品模块化设计阶段的主要任务各是 什么？答：1）系列化任务：制定产品的参数标准，制定产品的系列型谱2）产品模块化设计任务：模块选择，模块组合（接口）设计概念、算法、指令流程图的特征是什么？答：（1）概念流程图：由系统分析设计法提出的主要表达系统控制的总功能与各 子功能、分子功能间的运算逻辑及运算程序的流程图。（2）算法流

9、程图（又叫主流程图）：按计算机控制原理作出概念流程图子课题控 制的顺序和逻辑安排的流程图。主要表达设计者的逻辑及运算程序，这种逻辑及 程序须符合计算机控制原理。（3）指令流程图（又叫详细流程图）：主要表达计算机对主流程图的具体执行程 序。Z80输入输出接口主要有哪两种构成形式答：增加接口硬件线路、采用可编程通用接口芯片Z80的两种主要有哪寻址方式，其特点各是什么？答：（1）存储器对应输入/输出方式：一个外设被作为存储器的一个单元来对待， 每一个外设占有一个地址。不需要专门的I/O指令。（2）专用的输入/输出方式：输入/输出的寄存器（端口）与存储器分开，总线 可接存储器和端口的地址和数据，要分别

10、传输这些信息。用外设的端口地址，用 专门的输入/输出指令（如IN、OUT）去访问物理端口和虚拟端口。利用CPU发 出的选择信号来区别存储器和I/O 口。压电陶瓷微动系统、叠片式压电陶瓷马达，尺蠖式压电陶瓷马达、管状压 电陶瓷马达的结构特点各是什么？答：压电陶瓷微动系统（P25）叠片式压电陶瓷马达：在400600V电压下，总位移量可达016微米，分辨率为 0.015微米；结构：由8-10片圆片状压电晶片串联而成。在相同电压作用下，总位移量约等 于单片位移量之和。尺蠖式压电陶瓷马达：1）实现步进式驱动，2）可在真空或大气压下工作，要求 有较高精度的导向元件；结构：由3个相互绝缘、又能单独控制的管状

11、压电陶瓷 元件连在一起。管状式压电陶瓷马达：结构简单、分辨率高、行程小，在通常电压下只能实现微 米级、纳米级行程。结构：管形压电陶瓷内管壁镀银而成。管端面伸缩实现微位 移。你所知道的模/数、数/模转换器的基本工作原理是怎样的？答：模/数转换器是把经过与标准量比较处理后的模拟量转换为以二进制数值表 示的数字信号，数/模反之。什么是支承件、导轨、机座？答：（1）机座是支承机械其他部件的基础构件，一般把铸件称为机座；（2）支承和限制运动部件按给定的运动要求和规定的运动方向运动的部件称为 导轨；（3）支承件是设备的基础构件导轨付的作用是什么？ 答：作用：支承和限制运动部件按给定的运动要求和规定的运动方

12、向运动怎样增强机座整体、壁和接触刚度？答：（1）合理选择截面形状和尺寸（2）合理布置筋板和加强筋（3）合理开孔和加盖（4）固定接触面的表面粗糙度应小于2.5微米机座、机架材料怎样选？答：机座材料：铸铁、铸钢、铸铝、石材、陶瓷机架材料：普通碳素结构钢材、钢型材、铝型材什么是准周期信号？答：由有限个频率不成整数倍的信号组成什么是 PIO、CTC ？答：CTC是一种具有计数器或定时器功能的定时计数芯片PIO是可编程接口芯片单板机、单片机在机电一体化系统中应用各有何特点？答：单板机：存储器的类型可自由变换，可任意扩展和分散；可直接装在实际机 械和其他设备上；组件在市场上能方便买到单片机：装配密度高、小

13、巧、紧凑，价格低廉，可做到产品的内部，在机电一体 化的产品设计中得到了广泛的应用；可使用紫外线进行程序的写入与消除。Z80的可屏蔽中断方式有哪几种，其特点是什么？答：（1）可屏蔽中断方式0外设的中断请求得到响应后，PIO由接口电路提供一条一字节的重启指令 （RSTN），并把其放入数据总线。指令操作码为：11b5b4b3111该中断响应方式重启指令由申请中断的外设提供，例如用一个通用的PIO来进 行，CPU转向的地址是固定的。由申请中断的外设提供，因此，提高了响应中断 的速度，这是中断方式0的一个特点。（2）可屏蔽中断方式1除转移的单元不一样外，其与不可屏蔽中断类似。（3）中断方式2该中断方式是

14、Z80功能最强、响应最快、应用最广的一种方式。前两种方式中断响应后，CPU转向的地址是固定的，而在方式2中，允许有128 个中断源（如传感器）。其中断服务程序可放置在内存的任意区域。因此，需要 寻址中断服务程序。输入/输出接口的任务有哪些？答：（1）寻址输入/输出设备，使CPU能按编好的地址找到输入/输出设备。（2）锁存或缓冲被传输的数据。（3）转换被传递的数据。（4）提供命令译码与状态信息。微机系统进入中断服务程序的第一步是什么，其作用是什么？答：微机系统进入中断服务程序的第一步是保护现场作用：将当前的CPU中与主程序有关的各寄存器的内容推入堆栈中保存Z80PIO的那些引脚组合决定了 PIO

15、的控制功能或地址？答：B/A、C/D、CE这三根信号的组合决定了 PIO的地址；M1、IORQ、RD这三种 组合决定了 PIO的控制功能什么是微位移、精密微位移？答：微位移是指行程范围在几十微米以下的线位移或角位移精密微位移是指位移精度在微米级及以下的精密微小线位移或角位移什么是光电式传感器，其基本原理是什么，其产生的传感器是什么？答：依据是输入物理量、工作原理、输入信号特征工业机器人的伺服系统与数控机床有何异同点？ 3同：二者均通过坐标运动实现末端执行器的位姿变化要求异：机床是按直角坐标系运动为主，机器人是以关节形式运动为主；机床对精度、 刚度要求高，灵活性要求相对较低；机器人反之。什么是工

16、业机器人的腕部轴、基本轴，其作用是什么？将用于保证末端执行器达到工作空间任意位置的运动轴称为主轴或基本轴；将用于实现末端执行器的任意空间姿态的运动轴称为腕部轴或次轴。工业机器人的运动形式由哪两种，各在何坐标系下运动？（1）点位运动（PTP）（2）连续路径运动（CP）（3）点位型在关节坐标系下运动；（4）连续轨迹型在直角坐标系下运动。三、基础理论模块化设计方法应用范围p9生产批量大；大多数机器需要用到的部件；比如轴承等各种标准件；结构大都相同或相似的产品，比如usb接口.结构庞大，或系统复杂的产品多片机应用的意义答：在某些单片机系统中，单机系统并不能满足要求，系统往往需要两个或多个单片机协同 工

17、作。机座开孔、空心、实心截面对于机座刚度的影响。P86.87开孔显著减低机座的刚度空心截面结构的自身刚度比实心的大无论空心还是实心截面，都是矩形的抗弯刚度最大，圆形的最小，抗扭刚度圆形 最大，矩形最小。接口的作用及在机电一体化中的意义。P9作用：物质、能量、信息通过接口进行传递，模块通过接口组成系统。意义：是系统各组成部分之间可传递功能的共享界面。机电一体化的接口系统的种类及在系统中的意义p9种类：光栅、步进电机、感应同步器答：广义的接口功能有两种，一种是变换、调整，一种是输入/输出按变换、调整功能可分以下四种零接口、无源接口、有源接口、智能接口按输入/输出功能可分以下四种机械接口、物理接口、

18、信息接口、环境接口 意义：机电一体化系统各构成要素之间的相互联系。机架、机座的设计步骤答：机架、机座的设计步骤：将要支承和连接的相关部件按其所在位置绘出；作出机座（机架）与其相连接和支承面作出机座（机架）底面；构建以支承面和底面为基础能用加工方法形成的简单、符合人机学特征的几何形体;按刚度和结构工艺性要求，设计相应筋板、辐条、开孔、截面形状；完成各部分及与外环境的连接及连接几何体的设计。Z80输入/输出的定时方式的种类及其数据传输的方法p60定时方式：简单的、速度极慢的外设；数据输入时不必锁存，输出时将数据锁存， 并保持至外设确实接收。速度较慢或速度中等的外设；数据交换采用非同步的定时方式速度

19、较快的外设。数据交换采用同步定时方式滤波器的基本用途及其作用。P50答：1.滤波器的基本作用：使信号中特定的频率通过，扼制或极大衰减其他频率 成分，多用于扼制干扰噪声，解决信躁分离问题用途：（1）传感器获得的信号往往含有许多与被测量无关的频率成分，需要滤波器将 其过滤。（2）传感器获得的信号往往较为复杂，需用滤波器进行频率结构分析（3）根据采样定理，要在采样前进行低通滤波机电一体化智能产品应用的计算机语言。P57汇编语言什么是工业机器人的正计算（正变换）、逆计算（逆变换）它们的作用分别 是什么？正：已知操作机各驱动关节的运动或作用的力或力矩，求机器人末端执行器的位 姿运动轨迹、速度和加速度。作用：运动分析和仿真研究逆：已知机器人末端执行器的位姿运动轨迹，求操作机各驱动关节的运动或作用 的力或力矩，速度和加速度。它是控制器设计的基本依据。什么叫多传感器信息融合，为什么需要多传感器信息融合？定义：将集成处理的多传感器信息进行合成，形成一种对外部环境或被测对象某 一特征的表达方式。为什么：单一传感器只能获得被测对象的部分信息段，多传感器信息融合后能完 善地、准确反