自动化技术与能源技术.docx

1、自动化技术与能源技术 院系名称： 应用技术学院 专业：机械设计制造及其自动化班级学号：机电BZ151（20） 、152（20）学生姓名： 孙鹏飞 宋浩成 指导教师： 宁晓霞 完成时间： 2018年9月23日 -自动化技术与能源技术 综合大作业专业导论 目 录知识概况 4掌握机电一体化系统概述 4机电一体化系统的定义 4机电一体化系统的构成 4工业机器人的基本知识 4工业机器人的定义 4工业机器人的组成部分 5工业机器人的分类 5工业机器人的特点 6自然能源和人造能源概况 7自然能源 7人造能源 8测试系统组成及典型机械量的测试技术 9测试系统组成 9典型机械量的测试技术 10技能要求 13电子

2、元器件 13电子元器件的分类 13机电一体化工艺流程及标准 16机电一体化工艺流程 16机电一体化标准 17强弱电基本原理和设计流程 19强弱电基本原理 19强弱电设计流程 23机电基础知识 24工业机器人知识 45工业机器人的定义 45工业机器人的组成部分 45工业机器人的分类 45工业机器人的特点 46职业岗位 48机电工程师 48工作内容 48职业要求 48薪资行情 48职业发展 49汽车电子工程师 49工作内容 49职业要求 49薪资行情 5050知识梳理了解机电一体化系统概述机电一体化系统的定义机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与

3、电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。机电一体化系统的构成要素机电一体化系统一般由机械本体、传感检测、执行机构、控制及信息处理、动力系统等五部分组成，各部分之间通过接口相联系。工业机器人的基本知识工业机器人的定义工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。工业机器人的组成部分工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数

4、工业机器人有36个运动自由度，其中腕部通常有13个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。工业机器人的分类工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。点位型只控制执行机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂

5、装等作业。工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件，通过RS232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。示教输入型的示教方法有两种：一种是由操作者用手动控制器(示教操纵盒)，将指令信号传给驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍；另一种是由操作者直接领动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同时，工作程序的信息即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时，控制系统从程序存储器中检出相应信息，将指令信号传给驱动机构，使执行机构再现示教的各种动作。示教输入程序的工业机器人称为示教再现型工业机器人。工业机

6、器人的特点(1)可编程。生产自动化的进一步发展是柔性启动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。(2)拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”，如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。(3)通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，

7、更换工业机器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可执行不同的作业任务。(4)工业机器技术涉及的学科相当广泛，归纳起来是机械学和微电子学的结合-机电一体化技术。第三代智能机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器，而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能，这些都是微电子技术的应用，特别是计算机技术的应用密切相关。因此，机器人技术的发展必将带动其他技术的发展，机器人技术的发展和应用水平也可以验证一个国家科学技术和工业技术的发展水平。自然能源和人造能源概况自然能源自然能源是自然界所存在或具有的能源，是自然资源的一部分。主要有太阳能（包括光能和热能）、水能、波能、潮汐能、风

8、能、生物质能等。自然能源几乎都是再生能源（某些学者将自然能源及煤、石油、天然气等天然存在的能源，统称为天然能源）。自然能源的有效利用古已有之。近代因科学技术的发展而部分被电能取代。近年又因燃烧煤和石油等化石能源产生严重的污染，加之需要发展边远地区，使自然能源的利用又受到重视。如美国利用自然能源可提供年需能源量中1个月的需要量（1988年统计）。限制自然能利用的制约因素在于人们对它是否感兴趣，为解决全球性诸如大气污染、臭氧层破坏、温室效应、地球变暖等环境问题和促进不发达地区的发展，人们已不得不认真考虑如何有效地利用自然资源。为此。自然能源利用的研究和自然能源产业将日益受到重视并获得相应发展。人造

9、能源人造能源是转化过形式的能源。人造能源也称“次级能源”或“二次能源”，是由自然能源经过加工或转换得到的其他种类和形式的能源，包括煤气、焦炭、汽油、煤油、柴油、重油、电力、蒸汽、热水、氢能等。自然能源无论经过几次转换所得到的另一种能源都被称为人造能源。在生产过程中的裕压、余热，如锅炉烟道排放的高温烟气，反应装置排放的可燃废气、废蒸汽、废热水，密闭反应器向外排放的有压流体等也属于人造能源。人造能源又可以分为“过程性能源”和“含能体能源”，电能就是应用最广的过程性能源，而汽油和柴油是目前应用最广的含能体能源。人造能源亦可解释为从自然能源中，所再被使用的能源，例如将煤燃烧产生蒸气能推动发电机，所产生

10、的电能即可称为人造能源。或者电能被利用后，经由电风扇，再转化成风能，这时风能亦可称为人造能源，人造能源与自然能源间必定有一定程度的损耗。人造能源的产生不可避免地要伴随着加工转换的损失，但是它们比自然能源的利用更为有效、更为清洁、更为方便。因此，人们在日常生产和生活中经常利用的能源多数是人造能源。电能是人造能源中用途最广、使用最方便、最清洁的一种，它对国民经济的发展和人民生活水平的提高起着特殊的作用。测试系统组成及典型机械量的测试技术显示记录 传输信号处理信号预处理 传感器被测对象测试系统组成显示记录 运用激励控制激励源1、激励源向被测对象输入能量，激发出能充分表征有关信息又便于捡测的信号。有些

11、试验，被测对象在适当的工作状态下可产生所需的信号。而某些试验，则需用外部激励装置对被测对象进行激励。如机床振动模态试验，需用专门的激振器对机床激振。2、传感器能感受规定的被测量并按一定规律转换成同一种或另一种输出信号的器件或装置。传感器通常由敏感元件和转换元件组成。敏感元件直接感受被测量，转换元件将敏感元件的输出转换为适于传输和测量的信号。许多传感器中这二者是合为一体的。3、信号的中间变换将传感器输出信号转换成便于传输和处理的规范信号。因为传感器输出信号一般是微弱且混有噪音的信号，不便于处理、传输或记录，所以一般要经过调制、放大、解调和滤波等调理，或作进一步的变换，如将阻抗的变化转换为电压或频

12、率的变化，将模拟信号转换为数字信号等。对一些重要测试项目，需要将变换后的信号记录下来，作原始资料保存，或显示出来供测试者观察。4、信号处理将中间变换的输出信号作进一步处理、分析，提取被测对象的有用信息。5、显示记录或运用将处理结果显示或记录下来，供测试者作进一步分析。若该测试系统就是某一控制系统中的一个环节，处理结果将直接被运用。测试系统的组成与研究任务有关，并不一定都包含上图的所有环节。典型机械量的测试技术1、测试系统基本特性测试装置的基本特性主要讨论测试装置及其输入、输出的关系。理想的测试装置应该具有单值的、确定的输入输出关系。即，对应于某一输入量，都只有单一的输出量与之对应。知道其中的一

13、个量就可以确定另一个量。测试装置的静态特性 测试装置的静态特性就是在静态测量情况下描述实际测试装置与理想定常线性系统的接近程度。描述测试装置静特性的主要指标有：1）线性度是指测量装置输出、输入之间保持常值比例关系的程度。作为技术指标则采用线性误差来表示，即用在装置标称输出范围A内，校准曲线与拟合直线的最大偏差B来表示。也可用相对误差来表示，如线性误差=B/A1002）灵敏度S 当装置的输入x有一个变化量x，引起输出y发生相应的变化为y，则定义灵敏度为：S=y/x=dy/dx3）回程误差 当输入量由小增大和由大减小时，对于同一输入量所得到的两个输出量却往往存在着差值，把在全测量范围内，最大的差值

14、h称为回程误差。4）稳定度和漂移 稳定度是指测量装置在规定条件下保持其测量特性恒定不变的能力。测量装置的测量特性随时间的慢变化，称为漂移。测试装置的动态特性动态特性是指输入随时间变化时，测试装置输入与输出间的关系。1)传递函数H(s) 传递函数是测试装置动特性的复频域描述，它表达了系统的传递特性。2)频率响应函数H(j)=A( )e 它是测试装置动态特性的频域描述，它描述了系统的简谐输入和其稳态输出的关系。3)脉冲相应函数h(t) 它是测试装置动态特性的时域描述。 2、传感器原理传感器一般由敏感元件、转换元件、变换电路、辅助电源四部分构成，其中，敏感元件直接接收测量，用于输出被测量有关的物理量

15、信号，敏感元件主要包括热敏、光敏、湿敏、气敏、力敏、声敏、磁敏、色敏、味敏、放射性敏感等十大类;转换元件用于将敏感元件输出的物理量信号转换为电信号;变换电路用于将转换元件输出电信号进行放大、调制等处理;辅助电源用于为系统(主要是敏感元件和转换元件)提供能量。3、机械相关量的测试方法1)力的测量 使用测力计进行测量。2)扭矩和转速测量 使用带转速信号的动态扭矩测试仪测量。3)振动测量 机械式测量方法：主要用杠杆放大原理或惯性原理加上杠杆放大原理。电测法：将振动参量（位移、速度、加速度）转换成电信号，经电子系统放大后进行测量记录的方法。光测法：把振动参量转换成光信号，经光学系统放大后，加以测量和记

16、录。直接为震动试验提供振动源的设备是激振设备，包括：振动台和激振器两类；有机械式、电动式、电动液压式、压电式。4)噪声测量 使用噪声测量仪进行测量5)温度测量 使用温度计进行测量。4、测试信号处理5、测试干扰及测试结果处理技能要求电子元器件电子元器件是电子元件和电小型的机器、仪器的组成部分，其本身常由若干零件构成，可以在同类产品中通用；常指电器、无线电、仪表等工业的某些零件，如电容、晶体管、游丝、发条等子器件的总称。常见的有二极管等。电子元器件包括：电阻、电容器、电位器、电子管、散热器、机电元件、连接器、半导体分立器件、电声器件、激光器件、电子显示器件、光电器件、传感器、电源、开关、微特电机、

17、电子变压器、继电器、印制电路板、集成电路、各类电路、压电、晶体、石英、陶瓷磁性材料、印刷电路用基材基板、电子功能工艺专用材料、电子胶（带）制品、电子化学材料及部品等。电子元器件的分类一、元件：工厂在加工时没改变原材料分子成分的产品可称为元件，元件属于不需要能源的器件。它包括：电阻、电容、电感。(又称为被动元件Passive Components)元件分为：1、电路类元件：二极管，电阻器等等。2、连接类元件：连接器，插座，连接电缆，印刷电路板(PCB)二、器件：工厂在生产加工时改变了原材料分子结构的产品称为器件器件分为：1、主动器件，它的主要特点是：(1)自身消耗电能(2)需要外界电源。2、分立

18、器件，分为双极性晶体三极管、场效应晶体管、可控硅 、半导体电阻电容。三、分类：1)电阻 电阻在电路中用R”加数字表示，如:R1表示编号为1的电阻.电阻在电路中的主要作用为:分流、限流、分压、偏置等。2)电容 电容在电路中一般用C加数字表示(如C13表示编号为13的电容)。电容是由两片金属膜紧靠，中间用绝缘材料隔开而组成的元件。电容的特性主要是隔直流通交流。电容的容量大小表示能贮存电能的大小，电容对交流信号的阻碍作用称为容抗，它与交流信号的频率和电容量有关。3)晶体二极管 晶体二极管在电路中常用“D”加数字表示，如: D5表示编号为5的二极管。作用：二极管的主要特性是单向导电性，也就是在正向电压

19、的作用下，导通电阻很小；而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。因为二极管具有上述特性，无绳电话机中常把它用在整流、隔离、稳压、极性保护、编码控制、调频调制和静噪等电路中。4)电感器 电感器在电子制作中虽然使用得不是很多，但它们在电路中同样重要。我们认为电感器和电容器一样，也是一种储能元件，它能把电能转变为磁场能，并在磁场中储存能量。电感器用符号L表示，它的基本单位是亨利（H），常用毫亨（mH）为单位。它经常和电容器一起工作，构成LC滤波器、LC振荡器等。另外，人们还利用电感的特性，制造了阻流圈、变压器、继电器等。5)组合电路 集成电路是一种采用特殊工艺，将晶体管、电阻、电容等元件集成在硅基片

20、上而形成的具有一定功能的器件，英文缩写为IC，也俗称芯片。模拟集成电路是指由电容、电阻、晶体管等元件集成在一起用来处理模拟信号的模拟集成电路。有许多的模拟集成电路，如集成运算放大器、比较器、对数和指数放大器、模拟乘除法器、锁相环、电源管理芯片等。模拟集成电路的主要构成电路有：放大器、滤波器、反馈电路、基准源电路、开关电容电路等。模拟集成电路设计主要是通过有经验的设计师进行手动的电路调试，模拟而得到，与此相对应的数字集成电路设计大部分是通过使用硬件描述语言在EDA软件的控制下自动的综合产生。数字集成电路是将元器件和连线集成于同一半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统。根据数字集成电路中包含的门电

21、路或元、器件数量，可将数字集成电路分为小规模集成(SSI)电路、中规模集成(MSI)电路、大规模集成(LSI)电路、超大规模集成VLSI电路和特大规模集成ULSI)电路。小规模集成电路包含的门电路在10个以内，或元器件数不超过100个；中规模集成电路包含的门电路在10-100个之间，或元器件数在100-1000个之间；大规模集成电路包含的门电路在100个以上，或元器件数在10-10个之间；超大规模集成电路包含的门电路在1万个以上，或元器件数在10-10之间；特大规模集成电路的元器件数在10-10之间。它包括：基本逻辑门、触发器、寄存器、译码器、驱动器、计数器、整形电路、可编程逻辑器件、微处理器

22、、单片机、DSP等。机电一体化工艺流程及标准机电一体化工艺流程机电一体化又称机械电子工程，是机械工程与自动化的一种，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，他的发展使冷冰冰的机器有了人性化，智能化。机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术，现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。研究将电子器件的信息处理和控制功能附加或融合在机械 装置中的一种复合化技术。俗称机电一体化。其全称为机械电子工程学。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

23、在于如何与机电一体化技术相适应，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)电脑技术 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。3)系统技术 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。4)自动技

24、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。5)传感技术 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。6)伺服技术 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、控制质量和功能有决定性的影响。机电一体化标准五大组成要素一个机电一体化系统中一般由结构组成要素、动力组

25、成要素、运动组成要素、感知组成要素、职能组成要素五大组成要素有机结合而成。机械本体（结构组成要素）是系统的所有功能要素的机械支持结构，一般包括有机身、框架、支撑、联接等。动力驱动部分（动力组成要素）依据系统控制要求，为系统提供能量和动力以使系统正常运行。测试传感部分（感知组成要素）对系统的运行所需要的本身和外部环境的各种参数和状态进行检测，并变成可识别的信号，传输给信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。控制及信息处理部分（职能组成要素）将来之测试传感部分的信息及外部直接输入的指令进行集中、存储、分析、加工处理后，按照信息处理结果和规定的程序与节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的的

26、运行。执行机构（运动组成要素）；根据控制及信息处理部分发出的指令，完成规定的动作和功能。机电一体化系统一般由机械本体、检测传感部分、电子控制单元、执行器和动力源5个组成部分构成。四大原则构成机电一体化系统的五大组成要素其内部及相互之间都必须遵循接口耦合、运动传递、信息控制与能量转换四大原则。1)接口耦合： 两个需要进行信息交换和传递的环节之间，由于信息模式不同（数字量与模拟量，串行码与并行码，连续脉冲与序列脉冲等）无法直接传递和交换，必须通过接口耦合来实现。而两个信号强弱相差悬殊的环节之间，也必须通过接口耦合后，才能匹配。变换放大后的信号要在两个环节之间可靠、快速、准确的交换、传递，必须遵循一

27、致的时序、信号格式和逻辑规范才行，因此接口耦合时就必须具有保证信息的逻辑控制功能，使信息按规定的模式进行交换与传递。2)能量转换： 两个需要进行传输和交换的环节之间，由于模式不同而无法直接进行能量的转换和交流，必须进行能量的转换，能量的转换包括执行器，驱动器和他们的不同类型能量的最优转换方法及原理。3)信息控制： 在系统中，所谓智能组成要素的系统控制单元，在软、硬件的保证下，完成信息的采集、传输、储存、分析、运算、判断、决策，以达到信息控制的目的。对于智能化程度高的信息控制系统还包含了知识获得、推理机制以及自学习功能等知识驱动功能。4)运动传递： 运动传递使构成机电一体化系统各组成要素之间，不

28、同类型运动的变换与传输以及以运动控制为目的的优化。强弱电基本原理和设计流程强弱电基本原理ESD英文为Electro Static Discharge即静电放电的意思。我们都知道，不同物质的接触、分离或相互摩擦，即可产生静电。例如在生产过程中的挤压、切割、搬运、搅拌和过滤以及生活中的行走、起立、脱衣服等,都会产生静电。可见，静电在我们的日常生活中可以说是无处不在，我们的身上和周围就带有很高的静电电压,几千伏甚至几万伏。这些静电也许对人体影响不大，但对于一些ESDS（静电敏感元件），却直接可以使其失去本身应有的正常性能，甚至完全丧失正常功能。这样ESD防护就非常必要了。 结合ESD的概念及工作中积

29、累的一些经验，以下就从人、机、法、料、环五个方面来谈谈ESD的防护。 1)人体 人体可以说是一个高静电源，人体静电的防护，借助的是屏蔽及释放静电。严格来说要求做到“全副武装”，即:要戴防静电工帽、防静电口罩、防静电手套、指套等, 要穿防静电服、防静电鞋，同时还要戴上手腕带等来屏蔽及导走静电。总之，尽量不要让人的皮肤外露。 2)机器 机器也是一个高静电源，因为机器机械部件，特别是马达等，易产生EMI（电磁感应），所以对机器静电的防护，也是非常必要的。对于机器静电的防护，一般通过电磁场的消除、高静电部位的屏蔽、机器接地等来实现。一般消磁借用的是消磁器，消除电荷用的是离子风机。 离子风机可产生丰富的

30、正离子和负离子，将这些离子吹向高静电物体，那么物体静电将被中和。这些离子是由离子风机内部的离子发生元件，将空气电离而产生。该离子发生元件由低电流、高电压的变压器来激励空气电离。而变压器内又包含电流限制性电阻器，它能加强电离的稳定度及安全度。作用于不锈钢离子发射点圆形电路上的高压交流电使发射点顶部形成一个强烈的交变电场，就是这个电场将空气电离，产生变极离子。当电磁场无法消除或较难消除时，我们就借助静电屏蔽设备来屏蔽高静电设备或设备的高静电部位，比如，马达，大家都知道，马达易产生EMI，但机器要运转又离不开马达，所以，不防把它屏蔽起来。还有工作台、电源线、电脑键盘等，都可以接用静电屏蔽的方法来做E

31、SD防护，这方面可用的屏蔽产品有防静电台垫、防静电薄膜、防静电帘、防静电屏蔽袋、防静电胶带等。最后，不管机器屏蔽或消磁效果如何，给机器接上ESD地线是很必要的。 3)材料 用一句很绝对的话来说，如果您的产品对静电很敏感，那么，您的生产线上是不能有高静电材料出现的，特别是离产品较近的区域，要尽可能用防静电材料，比如元件盒、货架、工作台、运输设备、清洗设备、化学试剂等，最后就连您用的笔及笔记本都要用防静电笔及笔记本，因为在您用笔时，它有可能会接触产品。当然，如果，您的产品对静电敏感程度不是很高，您可以酌情处理，但最好借助ESD实验来证明一下，看看是否真的可以放心。 4)环境 即工作区域的环境。一个良好的防静电的工作环境对于生产来说是很重要的，这样的环境一般这样来建立： 首先, 建立ESD安全操作区域,即EPA(ESD Protection Area)，最好是在相应的位置贴上ESD防护警示标志等。 其次，就是ESD安全操作区域的安置，我们从防静电地板系统、除尘系统、接地系统及空气的温湿度三方面来谈。防静电地板系统，最主要的是在普通地板上再铺防静电地板，一般这方面的地板有防静电PVC地板、防静电环氧树脂地板等，对于防静电地板，要求必须达到国际防静电协会标准，当然，防静电地板还必须和ESD地线连接