第一篇：mechatronic(機電一體化)機械專業(yè)英語
Mechatronic
1.Introduction
Mechatronics is a design process that includes a combination of mechanical engineering, electronic engineering, material engineering, chemical engineering and industrial engineering.Mechatronics is a multidisciplinary field of engineering, that is to say, it rejects splitting engineering into separate disciplines.Nowadays, with the increasing of economy, Interdisciplinary research becomes an irreversible tendency.Which means mechatronic is facing unprecedented challenges.The old mechanics cannot catch the pace of new world, so they need to be changed.In order to stand steady from the competition, they must provide high value by being innovative during the process of transformation and upgrading.2.Mechatronic system application
Mechatronics are useful on so many fields, such as Machine vision, Automation and robotics, Servo-mechanics and so on.Mechatronic system apply to Machine vision(MV)
Mechatronic make the possibilities of MV, technology and methods used to provide imaging-based automatic inspection and analysis for such applications as automatic inspection, process control, and robot guidance in industry, came true.Mechatronic system apply to Automation and robotics
Imagine that just push some simple bottoms lightly can you control a huge, smart, intelligent robots.Is it only dreamed? No, it is reality.When mechatronic system applies to automation and robotics we can meet that easily.Mechatronic system apply to Servo-mechanics
Common type of servo provides position control.Servos are commonly electrical or partially electronic in nature, using an electric motor as the primary means of creating mechanical force.Other types of servos use hydraulics, pneumatics, or magnetic principles.Whatever type it is, it can be separate as feedback system, transducer system and control system.And all of it cannot be kept in functional order without mechatronic system engineering.3.Future challenges
Mechatronic products--products that blend mechanical, electrical and software technologies--have exploded far beyond such industries as high-tech, aerospace and consumer product goods.That means more and more product development teams that once may have been comprised of mechanical engineers and electrical engineers are now adding software to the mix.Multiple engineering disciplines are being challenged to work together in mechatronic product development, such as on this printed circuit board assembly created in PTC's Pro/Engineer.Additional challenges of mechatronic product development noted by PTC include MCAD changes not reaching electrical engineers quickly enough, ECAD designers working ahead of the mechanical engineer and failing to relay that information, and software development largely removed from the product development change management process.
第二篇：機械專業(yè)英語
機械專業(yè)英語楊亞炬 20100334506
機電103班
考慮磨削力的磁懸浮磨床電主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動態(tài)特性分析
摘要:以電磁軸承支承的磨床也主軸為研究對象，建立了轉(zhuǎn)子的彈性支承模型，對其進行了模態(tài)分析，得出轉(zhuǎn)子固有頻率隨支承剛度變化的規(guī)律;對施加磨削力時轉(zhuǎn)子的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性進行了分析，根據(jù)危險界面的節(jié)點位移，初步確定了主軸系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
關(guān)鍵詞:電磁軸承支承系統(tǒng);磨床電主軸;模態(tài)分析;穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性 引言
電磁軸承具有無摩擦、元磨損、高速度、高精度及可長期免維護等優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用于高速旋轉(zhuǎn)類機械中。采用電磁軸承支承的磨床電主軸是典型的機電一體化系統(tǒng)，由于磨削過程的復(fù)雜性，其支承主軸系統(tǒng)的影響與其他軸承相比更為突出[1 刀。轉(zhuǎn)子的動態(tài)特性是電磁軸承支承特性與轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性綜合作用的結(jié)果。在對轉(zhuǎn)子實施控制之前，研究轉(zhuǎn)子本身的動力學(xué)行為對控制系統(tǒng)的設(shè)計是很重要的時。本文以某電磁軸承支承的磨床電主軸為研究對象，建立了轉(zhuǎn)子的彈性支承模型，對其進行了模態(tài)分析和施加磨削力時的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性分析。軸、砂輪連接桿、前后徑向軸頸套、前后平衡環(huán)、止推盤和隔磁環(huán)等組成，其他部件與轉(zhuǎn)軸之間采用過盈連接。
轉(zhuǎn)子總重5.90kg，總長507mm，穩(wěn)定懸浮時轉(zhuǎn)子和徑向軸承之間的間隙為0.2mm，軸向軸承
1.砂輪2 傳感器3.前輔助軸承4.前徑向軸承5.轉(zhuǎn)軸6.軸向軸承7.冷卻水套
8.電機部分9.后徑向軸承10.后輔助軸承間隙為0.3mm。建立有限元模型
電磁軸承支承為典型的彈性支承，有限元分析模型采用16 個彈簧單元模擬徑向電磁軸承的16 個磁極。止推盤兩側(cè)分別采用8 個彈簧轉(zhuǎn)軸 根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式，用ANSYS 建立起轉(zhuǎn)子的實體有限元分析模型，模態(tài)分析
支承剛度對轉(zhuǎn)子固有頻率的影晌根據(jù)轉(zhuǎn)子的有限元分析模型，用ANSYS 對其進行模態(tài)分析[5J。忽略彈簧單元的阻尼，支承剛度在5X106~lXI09N/m 范圍內(nèi)變化階模態(tài)，得到轉(zhuǎn)子的正進動固有頻率和負進動固有頻率，進一步研究臨界轉(zhuǎn)速時，首先剔除負進動固有頻率[6J。可以得到轉(zhuǎn)軸前四階固有頻率隨剛度變化曲線,轉(zhuǎn)子的正進動固有頻率隨支承剛度的增大而增大，且轉(zhuǎn)子的低階固有頻率隨支承剛度增加的幅度較大。當(dāng)支承剛度增大到1.6X10 8 N/m 時，轉(zhuǎn)子的2~4 階固有頻率已無多
模態(tài)分析完畢后，將磨削激振力施加于砂輪 處進行諧響應(yīng)分析，在砂輪外圓節(jié)點7746 處施加Y 方向力(實部為88.328N、虛部為1.9737N)和Z 方向力(實部為1.9737N、虛部為88.328N)，這樣磨削力為一簡諧力。COMBIN14 單元的剛度取2.0X10 7 N/m，為分析轉(zhuǎn)子在高頻段的響應(yīng)，將激振力的頻率范圍擴大至0~1600Hz，分20 個載荷步進行諧響應(yīng)分析。
當(dāng)主軸工作在30000r/ min(對應(yīng)額定工作頻率500.0Hz)、48 OOOr/ min(對應(yīng)最高工作頻率800.OHz)，即轉(zhuǎn)速處于一階與二階臨界轉(zhuǎn)速之間時，由轉(zhuǎn)子的二階振型(圖5)可以看出，轉(zhuǎn)子在砂輪、前保護軸承、前徑向軸承和后徑向軸承處的中心截面為危險截面。圖7~ 圖10 分別為砂輪、前保護軸承、前徑向軸承和后
徑向軸承處的振動幅值一頻率響應(yīng)后徑向軸承處節(jié)點4484 振動幅值一頻率響應(yīng)曲線移增大幅值在一階固有頻率處最小，二階固有頻率處最大，三階固有頻率處次之。
磨床電主軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下:轉(zhuǎn)子與前后保護軸承的間隙為O.lmm，與前后徑向軸承的間隙為0.2mm。由表3 可知，當(dāng)激振力頻率達到轉(zhuǎn)子一階、三階固有頻率時，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的共振位移在轉(zhuǎn)曲線，在有限元模型上分別對應(yīng)節(jié)點7746、7818、7559 和4484 的振動幅值頻率響應(yīng)。各危險截面的節(jié)點Y 方向位移如表3 所示。當(dāng)激振力頻率達到轉(zhuǎn)子的固有頻率時，轉(zhuǎn)子的位移(振動幅值)會突然增大，通過前三階的幅頻響應(yīng)曲線可以看出，轉(zhuǎn)子位子間隙范圍之內(nèi);但達到轉(zhuǎn)子二階固有頻率時，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的共振位移會超出間隙要求，使得轉(zhuǎn)子與軸承碰撞，發(fā)生危險，因此應(yīng)避免激振力頻率達到轉(zhuǎn)子的二階固有頻率。由轉(zhuǎn)子的二階振型可以看出，轉(zhuǎn)子在后保護軸承處的徑向位移小于后徑向軸承處的徑向位移，故可判定后保護軸承處在Y 方向的位移小于
2.0 X 10 一7 m。各危險截面的節(jié)點位移均在間隙范圍內(nèi)，因此可初步判定轉(zhuǎn)子在額定轉(zhuǎn)速和最高
轉(zhuǎn)速下工作時，給其施加Fn = 88.328N、Ft =1.9737N 的磨削力，可穩(wěn)定工作。結(jié)論
(1)完全彈性支承下，電主軸轉(zhuǎn)子固有頻率的總體變化趨勢隨支承剛度的增大而增大，并且在支承剛度較低時，固有頻率隨支承剛度的變化較大。當(dāng)支承剛度到達一定值時，轉(zhuǎn)子的前四階固有頻率趨于穩(wěn)定，在設(shè)計控制系統(tǒng)時可控制軸承的剛度高于此值，以便轉(zhuǎn)子具有穩(wěn)定的臨界轉(zhuǎn)速。
(2)在施加了磨削激振力后，通過幅值頻率響應(yīng)分析確定了幾個危險界面的節(jié)點位移，可初步判斷主軸系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
Dynamic Analysis for Electric Spindle Rotor System of Magnetic Levitation Grinder
Considering Grinding Force
Abstract: This paper bui1t an elastic bearing model for the rotor of grinder electric spindlesupported by electromagnet bearing and analyzed the mode of the rotor , educed the laws about therotor inherent frequencies changing along with bearing stiffness.Then, it analyzed steady stateresponse characteristics of the rotor while applying grinding force.According to the nodedisplacements of danger interface ,stability of spindle system is ensured initially.Key words: supporting system of electromagnet bearing;grinder electric spindle;mode analysis;steady state response characteristics.Introduction
Electromagnetic bearings with no friction, wear yuan, high-speed, high precision and long-term maintenance-free, etc., it is widely used in high-speed rotating machinery.The electromagnetic bearing grinder electric spindle is a typical mechatronic systems, due to the complexity of the grinding process, the supporting spindle system compared with other bearing more prominent [1 knife.The dynamic characteristics of the rotor the electromagnetic bearing characteristics and rotor structure dynamics combined result.Before control of the rotor embodiment, the study rotor dynamic behavior of the control system design is very important.An electromagnetic bearing grinder electric spindle rotor elastic support model, its modal analysis and steady-state response characteristics in the grinding force is applied.Shaft, wheel connecting rod, front and rear radial journal cover, front and rear stabilizer ring, thrust plate, and every other magnetic interference connection between the other components and the shaft.The rotor total weight of 5.90kg, Total length 507mm, stable suspension of the rotor and the radial bearing gap of 0.2mm, and the axial bearingwheel sensor 3.Former auxiliary bearing front radial bearing 5.Shaft axial bearing cooling water jacket motor section 9 after radial bearing 10 after the auxiliary bearing clearance of 0.3 mm.Finite element model
The electromagnetic bearing the typical elastic support, finite element analysis model with 16 spring element to simulate the radial magnetic bearing 16 pole.On both sides of the thrust plate 8 spring pivot
Established with ANSYS based on the structure of the rotor, the rotor solid finite element analysis model, Modal Analysis Support stiffness IMPACT natural frequency
of the rotor based on the finite element analysis model of the rotor, modal analysis using ANSYS its [5J.The damping of the spring element is ignored, the the support stiffness 5X106 ~ lXI09N / m range order modal rotor is precession natural frequencies and negative precession natural frequency, further study of the critical speed, the first natural frequency [excluding the negative precession 6J.Can get the shaft first four natural frequency of the curve with the change in stiffness of the rotor is precession natural frequency with the support stiffness increases, and the rate of increase of the low-order natural frequency of the rotor with the bearing stiffness.The 2-4 order natural frequency of the rotor Found when the supporting stiffness increases to 1.6X10 8 N / m,Modal analysis after grinding exciting force is applied at the wheel at the harmonic response analysis, the Y direction of the force applied to the wheel outer node 7746(88 328N real part, imaginary part 1 9737N), and Z directions force(the real part of 9737N, the imaginary part of the 88 328N), so that the grinding force of a simple harmonic force.COMBIN14 element stiffness take 2.0x10 7 N / m for the analysis of the response of the rotor at high frequencies, the frequency range of the excitationforce is expanded to 0 to 1600Hz, 20 load step harmonic response analysis.Spindle 30000r / min(corresponding to the nominal operating frequency 500.0Hz), of 48 OOOr / min(corresponding to the maximum operating frequency of 800 OHZ)that speed in the first-order and second-order critical speed, the second rotor vibration type(Figure 5)can be seen, the rotor wheel, the front protective bearings, the radial bearing and the rear radial bearing at the center of a sectional view of the dangerous section.Figures 7 to 10 respectively for the wheel, the front protective bearings, the front radial bearing and a radial bearing at a frequency response of the vibration amplitude of the vibration amplitude of the radial bearing at the node 4484 frequency response curve shift increased amplitude in a The natural frequencies at the minimum, followed by the natural frequency of the second-order, third-order natural frequency.Of Grinder Spindle structure parameters are as follows: rotor protection before and after bearing clearance O.lmm the front and rear radial bearing clearance of 0.2 mm.Seen from Table 3, when the frequency of the excitation force to the rotor-order, third-order natural frequency, the resonance generated by the rotor displacement in the transfer curve in the finite element model, respectively corresponding to the nodes 7746, 7818, 7559 and 4484, the amplitude of vibration frequency response.The nodes in the Y direction of the dangerous section of the displacement shown in Table 3.When the frequency of the excitation force is reached when the natural frequency of the rotor, the rotor displacement(vibration amplitude)will suddenly increases, frequency response curve of the web through the first three can be seen, within the scope of the clearance of the rotor charts;but reached rotor Second Order natural frequency of the rotor of the resonance displacement will exceed the spacing requirements, so that the rotor and the bearing collision danger, the second natural frequency of the exciting force the frequency of the rotor should therefore be avoided.By the second-order vibration of the rotor can be seen, the radial displacement of the rotor after protection of the radial displacement of the bearing
is less than the radial bearing at the displacement of the bearings in the Y direction, it can be determined after protection Smaller
2.0 X 10 a m.Of the dangerous section of the nodal displacements gap preliminary determination rotor at rated speed and maximum
Speed work when applied to its Fn = 88.328N FT = 9737N grinding force can work stably.Conclusions
(1)fully resilient support, the overall trend of the natural frequency of the electro-spindle rotor with bearing stiffness increases, and the supporting rigidity is low, the larger the change of the natural frequency with the support stiffness.When the supporting rigidity reaches a certain value, the first four natural frequencies of the rotor is stabilized in the design of the control system can control the stiffness of the bearing is higher than this value, the stability of the critical speed for the rotor having.(2)In the grinding exciting force is applied by the amplitude frequency response analysis identified several risk interface nodal displacements can determine the initial stability of the spindle system.
第三篇：《機電一體化綜合訓(xùn)練》總結(jié)(機械)
兩自由度機械臂控制系統(tǒng)實習(xí)總結(jié)
實習(xí)任務(wù)：
兩自由度機械臂控制系統(tǒng)（機械部分）時間： 2009.8.10—2009.8.22 地點： 工程訓(xùn)練中心203 一.實習(xí)目的、任務(wù)與要求
1.1目的
1.11學(xué)習(xí)機電控制技術(shù)，了解機電一體化設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)，控制方式和工業(yè)機器人的基本控制原理。
1.12學(xué)習(xí)研究系統(tǒng)基礎(chǔ)硬件構(gòu)成。了解各部件名稱、功能、選型依據(jù)和使用方法。了解網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)配置及操作特點。
1.13學(xué)習(xí)研究系統(tǒng)基礎(chǔ)軟件，了解控制軟件平臺，了解示教再現(xiàn)控制方式及其演示軟件。學(xué)習(xí)對機器人控制中兩種坐標空間運動模式的操作設(shè)計。1.14通過機械臂的操作使用，了解部分控制器件的功能、使用方法和基本控制原理。了解機械臂素描繪圖控制的圖像處理技術(shù)。
1.15通過編程訓(xùn)練，學(xué)習(xí)工業(yè)機器人控制繪圖語言的基本編程方法，了解機械臂繪圖的基本算法。
1.2任務(wù)及要求
1.21測定機械臂結(jié)構(gòu)，描述機械傳動部分的結(jié)構(gòu)形式、運動模式及減速器的結(jié)構(gòu)原理，繪出機構(gòu)運動示意圖。
1.22了解機械臂控制系統(tǒng)電器控制部分的主要器件,繪制控制系統(tǒng)框圖.標
注各部件的主要功能、型號及參數(shù)。
1.23學(xué)習(xí)使用鼠標、手寫板和攝像頭控制機械臂繪制圖案文字和素描肖像。1.24學(xué)習(xí)編寫控制程序。設(shè)計繪圖程序，控制機械臂繪出實際圖形。
二.實習(xí)環(huán)境
2.1實習(xí)設(shè)備
2.11硬件：GRB系列二自由度機械臂系統(tǒng)一套(GRB200）、PC 機一臺、GT-400-SG-PCI/ISA型四軸脈沖型開環(huán)運動控制卡、GCB-100兩軸驅(qū)動電氣箱、彩色顯示器、鼠標、手寫板和攝像頭。
2.12 軟件：WindowsXP操作系統(tǒng)、運動控制器Windows驅(qū)動程序和運動控制動態(tài)連接庫、機器人圖形示教和語言編程軟件。
三.實習(xí)內(nèi)容
3.1 測定機械臂結(jié)構(gòu)
GRB200 機器人關(guān)節(jié)1長度200mm,運動范圍±100°，關(guān)節(jié)2連桿長度150mm,運動范圍±50°。3.2 機械傳動部分的結(jié)構(gòu)形式
二自由度機械臂只有兩個旋轉(zhuǎn)運動關(guān)節(jié)，主要使用交流伺服電機和諧波減速器驅(qū)動。
交流伺服電機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，輸出力矩恒定，過載能力強，加速性能好，可以取得很高的控制精度，以松下Panasonic 小慣量交流伺服電機為例，電機軸后端帶有標準2500線增量式光電編碼器，控制器內(nèi)部采用了4 倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為360°/（2500*4）=0.036°，控制精度遠高于步進電機。交流伺服電機軸后端帶有標準2500線增量式光電編碼器，控制精度遠高于步進電機。
諧波減速傳動是一種依靠齒輪的彈性變形運動來達到傳動目的的新型傳動方式，它具有重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、傳動比大、承載力強、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)和運動精度高等特點，廣泛用于工業(yè)機器人關(guān)節(jié)傳動領(lǐng)域。
關(guān)節(jié)控制軸1，2上還安置了光電式限位開關(guān)，結(jié)合電機上的增量光電編碼器作為機器人控制軸的相對位置定位，并能在硬件上確保關(guān)節(jié)軸不超出其行程范圍，保證了機器人本體和操作者的安全。
根據(jù)實際作業(yè)的需要可以在機器人關(guān)節(jié)2 的末端工具安裝點上在第二個旋轉(zhuǎn)運動關(guān)節(jié)的末端安裝了筆和筆架便于驗證機械臂末端的運動軌跡。
本體上引出2個關(guān)節(jié)控制軸的電機控制信號、編碼器角度反饋信號和關(guān)節(jié)軸限位信號，通過連接電纜和控制器連接。本體部件采用鋁合金材料加工成型，重量輕強度高，使得關(guān)節(jié)控制軸可以取得較高的控制速度和加速度。3.3 機械傳動部分的運動模式
機器人的空間坐標直接由各個關(guān)節(jié)的坐標來確定，所有關(guān)節(jié)變量構(gòu)成一個關(guān)節(jié)矢量。所有關(guān)節(jié)矢量構(gòu)成的空間稱為關(guān)節(jié)坐標空間。因此關(guān)節(jié)坐標空間運動就是直接操作各個關(guān)節(jié)的來完成機器人動作的運動。
其中, x：關(guān)節(jié)2 末端在直角坐標空間中的X 軸坐標值； y：關(guān)節(jié)2 末端在直角坐標空間中的Y 軸坐標值； q1 ：關(guān)節(jié)坐標空間中關(guān)節(jié)1 的坐標值； q2 ：關(guān)節(jié)坐標空間中關(guān)節(jié)2 的坐標值； l1 ：關(guān)節(jié)1 的長度，為200mm；
l2 ：關(guān)節(jié)2 的長度，為150mm（GRB400 關(guān)節(jié)2 長度為200mm）；
根據(jù)關(guān)節(jié)
1、關(guān)節(jié)2 的關(guān)節(jié)坐標值q1，q2，用運動學(xué)方程式可以計算出機器人關(guān)節(jié)2 末端，即繪圖筆末端點在XY平面的位置，這是機器人運動學(xué)正解。
3.4 機械傳動部分減速器的結(jié)構(gòu)原理
諧波減速傳動是一種依靠齒輪的彈性變形運動來達到傳動目的的新型傳動方式，它具有重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、傳動比大、承載力強、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)和運動精度高等特點, 廣泛用于工業(yè)機器人關(guān)節(jié)傳動領(lǐng)域。
諧波減速傳動的工作原理如圖1-1所示：
圖1-1 諧波減速傳動的工作原理
諧波傳動包括三個基本構(gòu)件：波發(fā)生器、柔輪、剛輪。
三個構(gòu)件可任意固定一個，其余兩個一為主動、一為從動，可實現(xiàn)減速或增速（固定傳動比），也可變換成兩個輸入，一個輸出，組成差動傳動。
當(dāng)剛輪固定，波發(fā)生器為主動，柔輪為從動時：柔輪在橢圓凸輪作用下產(chǎn)生變形，在波發(fā)生器長軸兩端處的柔輪輪齒與剛輪輪齒完全嚙合；在短軸兩端 處的柔輪輪齒與剛輪輪齒完全脫開；在波發(fā)生器長軸與短軸的區(qū)間，柔輪輪齒與剛輪輪齒有的處于半嚙合狀態(tài)，稱為嚙入；有的則逐漸退出嚙合處于半脫開狀態(tài)，稱為嚙出。由于波發(fā)生器的連續(xù)轉(zhuǎn)動，使得嚙入、完全嚙合、嚙出、完全脫開這四種情況依次變化，循環(huán)不已。
波發(fā)生器在柔輪內(nèi)轉(zhuǎn)動時，迫使柔輪產(chǎn)生連續(xù)的彈性變形，此時波發(fā)生器的連續(xù)轉(zhuǎn)動，就使柔輪齒的嚙入—嚙合—嚙出—脫開這四種狀態(tài)循環(huán)往復(fù)不斷地改變各自原來的嚙合狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱之錯齒運動，正是這一錯齒運動，作為減速器就可將輸入的高速轉(zhuǎn)動變?yōu)檩敵龅牡退俎D(zhuǎn)動。3.5 機構(gòu)運動示意圖
如圖1-2所示：
圖1-2 機構(gòu)運動示意圖
在PC機的控制下，程序通過一軸編碼器、二軸編碼器，分別驅(qū)動交流伺服電機、步進電機工作，再通過諧波齒輪減速器驅(qū)動大小機械臂轉(zhuǎn)動，小機械臂帶動畫筆工作，當(dāng)畫筆間斷工作時，電磁鐵便工作，提起畫筆，最終完成所做的任務(wù)。兩自由度機械臂自由度計算：
根據(jù)機構(gòu)運動示意圖可知空間機構(gòu)共有6個活動構(gòu)件，即n=6，P5=5，P3=3。則機械臂的空間自由度為：
F=6n-(5*P5+3*P3)=6×6-(5×5+3×3)=2 故該機械臂的自由度為2，即兩自由度機械臂。
四.實習(xí)總結(jié)
在這次機電一體化綜合訓(xùn)練實習(xí)中，我們通過對兩自由度機械臂控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)初步學(xué)習(xí)了機電控制技術(shù)，了解了機電一體化設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)、控制方式和工業(yè)機器人的基本控制原理。通過機械臂的操作使用，了解部分控制器件的功能、使用方法和基本控制原理和機械臂素描繪圖控制的圖像處理技術(shù)，并且了解各部件名稱、功能、選型依據(jù)和使用方法。機械臂提供了機器人系統(tǒng)開發(fā)平臺，由通用運動控制器提供基本的電機位置和速度控制功能，數(shù)字IO功能；由PC提供的各種功能強大應(yīng)用系統(tǒng)軟件和豐富的硬件擴展功能。采用面向?qū)ο蟮姆椒ê驼Z言來進行設(shè)計開發(fā)。
兩自由度機械臂控制系統(tǒng)幾乎涵蓋了機電一體化這門課的所有知識。先前學(xué)過的課程如機械原理，機械設(shè)計，電子技術(shù)等，使我很容易理解機電一體化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，工作原理；以前學(xué)過的C語言程序設(shè)計知識，在學(xué)習(xí)和理解機器人繪圖語言過程中起到了很大的作用，我們很快掌握了繪圖語言并能夠熟練應(yīng)用。
持續(xù)好2周的機電一體化綜合訓(xùn)練實習(xí)到今天終于圓滿的結(jié)束了，在這個實習(xí)的過程中，學(xué)到了很多在平時書本中學(xué)不到的東西，同時也發(fā)現(xiàn)了自己在學(xué)習(xí)中也存在許多不足之處，現(xiàn)將其總結(jié)如下：
（1）鞏固加深了以前所學(xué)的知識，讓我們深深地感受到實踐的不足，所學(xué)的理論知識必須經(jīng)過實踐，切實地應(yīng)用到實際中，才能真正地掌握知識，學(xué)以致用；
（2）通過這次實習(xí)接觸并使用了以前沒有見到過的高科技產(chǎn)物；
（3）加強了實踐能力的鍛煉，認識到自身的缺陷，實踐很難結(jié)合課本學(xué)到的知識，理論知識總是無法運用到實踐，也發(fā)現(xiàn)了自己對機械的了解還不是很透徹。
本次實習(xí)的不足之處：在還沒有進行機電一體化課程的前提下，進行機電一體化綜合實習(xí)，我們感覺實習(xí)很盲目，很被動，不能很直觀地理解其含義。雖然我們認真地實踐，進行實物觀察，閱讀實驗指導(dǎo)書和說明書，還是有很多知識不能完全掌握，對知識的理解不夠完善，不能很系統(tǒng)地清晰地理解整個機電一體化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其工作原理。
五.展望
通過這次機電一體化實習(xí)，使我認識到在純機械技術(shù)較為完善的基礎(chǔ)上，增強與電子信息技術(shù)的融合，使機械與電子技術(shù)完美有機結(jié)合，才能更好地實現(xiàn)機電一體化系統(tǒng)的高附加價值化目標，即多功能化、高效率化、高可靠化、節(jié)省材料和能源。
以下是我對此次實習(xí)的一點建議，不對的地方希望老師批評指正。
我認為本次實習(xí)的優(yōu)點:具有一套兩自由度機械臂控制系統(tǒng)供我們進行實物分析，并有PC機一臺及相應(yīng)的機器人圖形示教和語言編程軟件，能夠編寫自己的繪圖程序，充分發(fā)揮了同學(xué)們這方面的主觀能動性。
存在的不足之處是：首先，此次實習(xí)的兩自由度機械臂服務(wù)器沒有開啟，同學(xué)們不能進行實際的機械繪圖來驗證程序；其次，同學(xué)們只能觀察機械臂的外部結(jié)構(gòu)形狀，但其內(nèi)部具體結(jié)構(gòu)不能進行觀察，因此提出建議：在老師的指導(dǎo)下對兩自由度機械臂進行簡單的拆裝，搞清楚每一部件的具體結(jié)構(gòu)，工作原理及它們之間的相對位置關(guān)系等，同時希望老師進行適當(dāng)?shù)闹v解。
第四篇：機電一體化 機械臂部分總結(jié)
1機械臂設(shè)備的工作原理
研究所使用的機械臂設(shè)備是固高科技(深圳)有限公司自行研究、開發(fā)的一款高性能二自由度串聯(lián)機械臂系統(tǒng)(GP．8．200．sv)，它可進行簡單的二維圖形的繪制，機械臂實體圖如圖1所示。該機械臂采用交流伺服電機作為驅(qū)動源，通過行星齒輪減速器直接驅(qū)動兩個運動關(guān)節(jié)，與電機耦合的增量式光電編碼器對機械臂的兩個控制軸進行位置定位。該機械臂使用基于DSP的運動控制器作為底層實時控制設(shè)備，PC機作為上層的控制系統(tǒng)，整個機械臂系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
始于原點的控制軸為關(guān)節(jié)1，與其相連接的為關(guān)節(jié)2。機械臂通過控制這2個關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)運動帶動安裝在關(guān)節(jié)2末端的繪筆完成繪圖任務(wù)。機械臂接收到繪制曲線的指令后，以當(dāng)前位置的直角坐標為繪圖的起始點，根據(jù)所要繪制曲線的參數(shù)方程及繪制精度均勻取曲線上的H個點，獲得完成繪圖任務(wù)所需的H個目標位置，然后利用運動學(xué)反解公式，將這些目標點轉(zhuǎn)化為2個關(guān)節(jié)相對應(yīng)的關(guān)節(jié)坐標，再將關(guān)節(jié)坐標系下的目標位置、最大速度、加速度等參數(shù)轉(zhuǎn)換成伺服驅(qū)動器能夠識別的脈沖量，輸入到運動控制器中驅(qū)動伺服電機運動。機械臂關(guān)節(jié)位置的反饋信息由增 量式光電編碼器獲得，先將所得到的脈沖量轉(zhuǎn)換為關(guān)節(jié)坐標值，再進行運動學(xué)正解，就可以得到當(dāng)前機械臂繪筆位置的直角坐標。圖3二自由度機械臂在平面直角坐標系中的投影圖 根據(jù)圖3，直接應(yīng)用平面幾何的知識，即可得到 關(guān)節(jié)2末端坐標的運動學(xué)正解與反解的公式㈣。
當(dāng)機械臂的繪筆在畫紙上進行實際繪圖時，觀察到以下問題。首先，機械臂實際繪出的圖形與光電編碼器反饋數(shù)據(jù)還原后的圖形有較大差異，表明反饋信息并不能真實反映實際輸出，而這個偏差是由于電機與機械臂關(guān)節(jié)之間存在傳動部件的耦合松動。其次，機械臂的繪筆在不同的位置、沿不同的方向繪出的圖形也有比較明顯的差別，而這往往是因為關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動所固有的機械特性。此外，繪出的圖線有小鋸齒狀，不平滑，仔細觀察后發(fā)現(xiàn)，繪圖過程中機械臂有輕微的 抖動，這可能是由于關(guān)節(jié)運動速度過快等原因造成的。圖5就是機械臂在畫紙上繪制四葉玫瑰線的實際圖形。因為無法改變機械臂關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動過程中的機械特性，于是僅針對在一個確定的起始位置、沿一個確定的方向的繪圖過程進行補償，如果起始點更換到其他
位置，補償思想不變。當(dāng)機械臂的關(guān)節(jié)l處于60。同時關(guān)節(jié)2處于80‘的位置時，關(guān)節(jié)2末端的繪筆剛好
位于繪圖板的中部，因此以下的研究均以這個位置作 為繪圖的起始位置。
圖5機械臂實際繪制的四葉玫瑰線
Fig．5 Four-leafrose practically drawn by robot ann 由于光電編碼器反饋回的數(shù)據(jù)與實際輸出有較
大差距，為獲得較好的實際結(jié)果，所以根據(jù)實測的間 隙值設(shè)定其補償量，對運動控制器的參考輸入進行修 正。以改進圖5為例，進行簡單的常數(shù)補償。四葉玫 瑰線的中心點坐標為‰，yo)，可以看到X 在圖5的基礎(chǔ)上進行補償后，機械臂已經(jīng)能夠繪 制出比較準確的曲線，但其平滑度還不夠理想。下面 針對關(guān)節(jié)的運動速度進行分析，期望通過降低速度來 消除曲線上的抖動，以獲得更好的繪圖效果。機械臂 的控制軸按照梯形速度曲線模式運動，即運動關(guān)節(jié)從 當(dāng)前位置點運動到下一個目標點的過程中經(jīng)歷3個階 段，第l階段速度根據(jù)設(shè)定的加速度值從零加速到最 大速度，第2階段加速度為零，速度保持已達到的最 大速度運行，第3階段速度再按設(shè)定的負向加速度減 速到零．并且此時到達要求的目標位置。寫入運動控 制器的每一條指令都含有目標位置、最大速度和加速 度這3個參數(shù)。加速度在系統(tǒng)初始化時已設(shè)定。而最 1一一I 大速度被定義為V=—Iv-—1"01STEP TIME，其中內(nèi)和p分別J。i 表示當(dāng)前點位置和下一目標點位置，STEP TIME是時 間參數(shù)。很顯然，當(dāng)圖形軌跡的離散點完全確定以后． STEP TIME就決定著最大速度的取值，其系統(tǒng)默認值 為0 000 8。增大STEP TIME．則2個關(guān)節(jié)的運動速 度會相應(yīng)減小。圖6顯示了補償之后取STEP TIME= 0．001 1時的實際繪圖結(jié)果，可以看出．曲線形狀已經(jīng) 比較標準，且抖動被消除。 第二章機械臂控制系統(tǒng)概述 2．1二自由度機械臂運動學(xué)分析 2．1．1機械臂工作空間分析 機械臂的工作空間定義為：機械臂正常運行時，機械臂末端連桿上的工具原點在空 間的最大范圍。工作空間一般是一塊或多塊空間體積，它們具有一定的邊界曲面，邊界 曲面上的點對應(yīng)的操作機的位置和姿態(tài)稱為機械臂的奇異位形，與這些奇異位形對應(yīng)的 機械臂的速度雅可比矩陣是奇異的。由于硬件設(shè)計上的限制，該二自由度機械臂的工作 空間被限制在如圖2—1所示的空問內(nèi)，空間段近似為(弧AB+弧BCD+弧DE+直線EF+弧FPG +直線GA)所圍成的封閉平面，驗證實驗也必須限制在這個空間內(nèi)完成。 篇15頁 第二章機械臂控制系統(tǒng)概述 2．1．2機械臂運動學(xué)解 機械臂通常具有兩種運動方式：關(guān)節(jié)空間運動和直角坐標運動。關(guān)節(jié)空間運動模式 是指機械臂的運動直接由各個關(guān)節(jié)的運動坐標來確定，所有關(guān)節(jié)變量構(gòu)成一個關(guān)節(jié)矢量。所有關(guān)節(jié)矢量構(gòu)成的空間稱為關(guān)節(jié)空間。所謂關(guān)節(jié)空間運動模式，就是直接操作各個關(guān) 節(jié)的運動來完成機器人的運動。直角坐標運動模式是指機械臂術(shù)端工具的位置和方位通 常是在直角坐標空間中描述。直角坐標空間運動模式通過指定機械臂術(shù)端工具在直角坐 標空間中的運動來完成機械臂操作任務(wù)。 機械臂的實際運行是通過對關(guān)節(jié)運動軸的伺服控制來實現(xiàn)的，也就是最終的機械臂 的控制是在關(guān)節(jié)坐標空間進行的，但是對操作者來說，直角坐標空間更容易讓人理解和 接受，操作者對機械臂的操作一般是在直角坐標空間中進行的，這樣就需要建立一種關(guān) 節(jié)坐標空間和直角坐標空間的對應(yīng)關(guān)系。也就是說，如果已知機械臂各個關(guān)節(jié)的坐標參 數(shù)，就需要求解機械臂木端在直角坐標空間中的坐標；反過來如果已知機械臂末端在直 角坐標空間的坐標就需要求解各個運動關(guān)節(jié)的坐標參數(shù)。前一個問題稱為機械臂的運動 學(xué)正解，后一個問題稱機械臂的運動學(xué)反解。 設(shè)機械臂的關(guān)節(jié)坐標空問中的變量記為q；【ql，q2?，吼】，機械臂木端工具在直角坐標 空間中的坐標記為x—k，Y，z，0?】，關(guān)節(jié)變量和直角坐標空間坐標存在如下運動學(xué)約束：，@，口)一0(2．1)這是一個隱式方程。如果能夠從式(2．1)求解出： x一，(g)(2．2)即由關(guān)節(jié)坐標變量表示的直角坐標變量，這就是機械臂的運動學(xué)J下解。一般地，可以得 到機械臂運動學(xué)的惟一正解。如果能夠從式(2．1)求解出： q=g(x)(2．3)也就是已知機械臂末端工具的直角坐標參數(shù)，求解出對應(yīng)關(guān)節(jié)坐標空間中的各個關(guān)節(jié)變 量，這就是運動學(xué)的反解。通常，難以得到解析的運動學(xué)反解，而且運動學(xué)反解一般不 是唯一的，實際應(yīng)用中通常采用幾何機械臂的運動學(xué)解。1．二自由度機械臂運動學(xué)正解 已知：關(guān)節(jié)1連桿長度‘，關(guān)節(jié)變量為ql(關(guān)節(jié)控制軸l角度位置)；關(guān)節(jié)2連桿長 度L，關(guān)節(jié)變量為q，(關(guān)節(jié)控制軸2角度位置)。 第16頁 第二章機械臂控制系統(tǒng)概述 求解：關(guān)節(jié)連桿末端工具安裝點在直角坐標空間的坐標x=b，Y】。 運動學(xué)所研究的主要問題包括兩個方面：正向運動 學(xué)，即給定機器人各關(guān)節(jié)角度，計算機器人末端的 位置與姿態(tài)；逆向運動學(xué)，已知機器人末端的位置 與姿態(tài)，來計算機器人對應(yīng)這個位置與姿態(tài)的全部 關(guān)節(jié)角，運動學(xué)方程是實現(xiàn)機器人運動控制的數(shù)學(xué) 基礎(chǔ)。 利用D．H方法對每一個連桿建立 坐標系如圖l所示，根據(jù)圖l所建立的坐標系，得到 各連桿的D—H參數(shù)和關(guān)節(jié)變量(表1)。各連桿之 間的齊次變換矩陣為，一般表達式為： 周拉拉 五年以上工作經(jīng)驗 | 男 |29歲（1981年7月1日） 居住地：深圳 電 話：139********（手機） E-mail：Zhoulala@51job.com 最近工作 [ 4 年2個月] 公 司： XX光電(深圳)有限公司 行 業(yè)： 電子技術(shù)/半導(dǎo)體/集成電路 職 位： CIM自動化專理 最高學(xué)歷 學(xué) 歷： 碩士 專 業(yè)： 機械電子工程/機電一體化 學(xué) 校： 廣東工業(yè)大學(xué) ------------------ 自我評價 1.扎實的計算機軟件/PLC/機電專業(yè)知識背景，豐富的CIM系統(tǒng)和軟件項目開發(fā)經(jīng)驗。 2.積極勤奮，責(zé)任感強，能承受工作壓力。 3.既具有團隊合作精神和協(xié)調(diào)性，能領(lǐng)導(dǎo)團隊達成項目目標。 4.優(yōu)秀的理解溝通能力，快速高效的學(xué)習(xí)能力。 求職意向 到崗時間： 一個月內(nèi) 工作性質(zhì)： 全職 希望行業(yè)： 儀器儀表/工業(yè)自動化，計算機軟件，電子技術(shù)/半導(dǎo)體/集成電路，其他行業(yè)，多元化業(yè)務(wù)集團公司 目標地點： 廣州，深圳，上海 期望月薪： 面議/月 目標職能： 項目主管，項目執(zhí)行/協(xié)調(diào)人員，其他，信息技術(shù)經(jīng)理/主管，專業(yè)顧問 工作經(jīng)驗 2006 /8--至今：XX光電(深圳)有限公司(500人以上)[ 4 年2個月] 所屬行業(yè)： 電子技術(shù)/半導(dǎo)體/集成電路 CIM(計算機集成制造)CIM自動化專理 主要負責(zé)： 1.評估并選擇合適的CIM 自動化解決方案廠商。 2.收集并分析工廠自動化的用戶需求，創(chuàng)建自動化系統(tǒng)系統(tǒng)的businessscenario。 3.與日本/韓國/臺灣的設(shè)備制造商進行vendor meeting，制訂設(shè)備的自動化通信規(guī)范。 4.開發(fā)CIM 自動化系統(tǒng)，開發(fā)環(huán)境與平臺：.NET，C#/SQL SERVER/Spring/NHibernate/BEPL workflow。 5.制定設(shè)備的CIM function check list，到設(shè)備制造工廠(日本/韓國)進行出貨前CIM function 的交貨前驗收測試；設(shè)備組裝后，在工廠內(nèi)進行設(shè)備的CIM function的最終驗收測試。 長沙木工雕刻機 http:// 6.進行CIM 系統(tǒng)的各項測試，含生產(chǎn)線單機測試/生產(chǎn)線全線測試/CIM內(nèi)部測試/CIM子系 統(tǒng)接口測試等。 ------------------ 2004 /9--2005 /11：廣州XX自動化技術(shù)研究院(500人以上)[ 1 年2個月] 所屬行業(yè)： 機械/設(shè)備/重工 研發(fā) 科研人員 主要從事機器視覺檢測設(shè)備機構(gòu)機械部分的設(shè)計工作，輔助完成相關(guān)電、氣部分的設(shè)計。指導(dǎo)加工部門進行生產(chǎn)，調(diào)度生產(chǎn)進程，進行相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量檢測，參與標準化歸檔。熟悉機械的傳動、材料特性及加工工藝。另除機械部分外，對機器視覺行業(yè)有一定的了解，熟悉一定的開發(fā)過程及相關(guān)的視覺軟件。 教育經(jīng)歷 2003 /9--2006 /6 廣東工業(yè)大學(xué) 機械電子工程/機電一體化 碩士 數(shù)值分析 高級計算機網(wǎng)絡(luò) 人工智能與專家系統(tǒng) 矩陣分析 現(xiàn)代集成制造技術(shù) 制造過程中的計算機測控 面向?qū)ο蠓治?數(shù)據(jù)庫應(yīng)用 現(xiàn)代生產(chǎn)管理 ------------------ 1999 /9--2003 /6 湘潭大學(xué) 機械設(shè)計制造及其自動化 本科 測試技術(shù) 微機原理 金屬切削刀具與原理 機械制造工藝學(xué) 工程材料 機械制造基礎(chǔ)電子技術(shù) 電工技術(shù) 互換性與測量 機電傳動與控制 機械制圖 控制理論基礎(chǔ) 液壓傳動 金屬切削機床 數(shù)控技術(shù) 現(xiàn)代加工方法 證書 2004 /1 大學(xué)英語六級 合格 ------------------ 2001 /10 程序員 合格 ------------------ 2001 /4 全國計算機等級三級B 合格 語言能力 英語（熟練）聽說（熟練），讀寫（熟練） 英語等級： 英語六級 長沙木工雕刻機 http://第五篇：機械電子工程,機電一體化個人簡歷范本
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