机电一体化典型实例
7页1、8机电一体化系统典型实例8、1机器人8、1、1概述机器人就是能够自动识别对象或其动作,根据识别,自动决定应采取动作的自动化装置。它能模拟人的手、臂的部分动作,实现抓取、搬运工件或操纵工具等。它综合了精密机械技术、微电子技术、检测传感技术与自动控制技术等领域的最新成果,就是具有发展前途的机电一体化典型产品。机器人技术的应用会越来越广,将对人类的生产与生活产生巨大的影响。可以说,任何一个国家如不拥有一定数量与质量的机器人,就不具备进行国际竞争所必需的工业基础。机器人的发展大致经过了三个阶段。第一代机器人为示教再现型机器人,为了让机器人完成某项作业,首先由操作者将完成该作业所需的各种知识(如运动轨迹、作业条件、作业顺序、作业时间等)通过直接或间接的手段,对机器人进行示教,机器人将这些知识记忆下来,然后根据再现指令,在一定的精度范围内,忠实地重复再现各种被示教的动作。第二代机器人通常就是指具有某种智能(如触觉、力觉、视觉等)的机器人,即由传感器得到的触觉、听觉、视觉等信息经计算机处理后,控制机器人完成相应的操作。第三代机器人通常就是指具有高级智能的机器人,其特点就是具有自学习与逻辑判断能力,可
2、以通过各类传感器获取信息,经过思考做出决策,以完成更复杂的操作。图8-1机器人三要素图8-2生物空间一般认为机器人具备以下要素:思维系统(相当于脑力工作系统(相当于手,移动系统(相当于脚),非接触传感器(相当于耳、鼻、目)与接触传感器(相当于皮肤)(图8-1)。如果对机器人的能力评价标准与对生物能力的评价标准一样,即从智能、机能与物理能三个方面进行评价,机器人能力与生物能力具有一定的相似性。图8-2就是以智能度、机能度与物理能度三座标表示的“生物空间”,这里,机能度就是指变通性或通用性以及空间占有性等;物理能度包括力、速度、连续运行能力、均一性、可靠性等;智能度则指感觉、知觉、记忆、运算逻辑、学习、鉴定、综合判断等。把这些概括起来可以说,机器人就是具有生物空间三座标的三元机械。某些工程机械有移动性,占有空间不固定性,因而就是二元机械。计算机等信息处理机,除物理能之外,还有若干智能,因而也属于二元机械。而一般机械都只有物理能,所以都就是一元机械。8、1、2机器人的组成及基本机能机器人一般由执行系统、驱动系统、控制系统,检测传感系统与人工智能系统等组成,各系统功能如下所述。执行系统。执行系
3、统就是完成抓取工件(或工具)实现所需运动的机械部件,包括手部、腕部、臂部、机身以及行走机构。驱动系统。驱动系统的作用就是向执行机构提供动力。随驱动目标的不同,驱动系统的传动方式有液动、气动、电动与机械式四种。DM4M5M2M3OL图8-3机器人的结构原理谐波减速器R3大臂驱动电机M3谐波减速器R2小臂链轮链条腕部俯仰电机M机坐直齿轮图8-4机器人机构传动关系立拄驱动电机Mi小臂驱动电机M2谐波减速器Ri腕部回车t电机M5大臂立拄W1W2谐波减速器R4 R5喷药机等。它们都就是与机器人极为相似的自动化系统,就是高新技术在农业中的应用。机电一体化典型实例控制系统。控制系统就是机器人的指挥中心,它控制机器人按规定的程序运动。控制系统可记忆各种指令信息(如动作顺序,运动轨迹,运动速度及时间等),同时按指令信息向各执行元件发出指令。必要时还可对机器人动作进行监视,当动作有误或发生故障时即发出警报信号。检测传感系统。它主要检测机器人执行系统的运动位置、状态,并随时将执行系统的实际位置反馈给控制系统,并与设定的位置进行比较,然后通过控制系统进行调整,从而使执行系统以一定的精度达到设定的位置状态。人工
4、智能系统。该系统主要赋予机器人自动识别、判断与适应性操作。8、1、4BJDP-1型机器人该机器人就是全电动式、五自由度、具有连续轨迹控制等功能的多关节型示教再现机器人,用于高噪声,高粉尘等恶环境的喷砂作业。该机器人的五个自由度,分别就是立柱回转(L)、大臂回转(D)小臂回转(X)、腕部俯仰(W1)与腕部转动(W2),其机构原理如图8-3所示,机构的传动关系如图8-4所示。8、2视觉传感式变量喷药系统简介在农业方面,近年来发达国家(如美国、英国)都投入大量资金进行现代农业技术的开发。先后开发出了精确变量播种机、精确变量施肥机以及精确变量,这种视觉传感变量喷药系统,就是以较少药剂而有效控制杂草、提高产量、减少成本的一种自动化药物喷撒机械。近年来,随着杂草识别的视觉感知技术与变量喷药控制等技术的成熟,对它的组成及工作原理作一简视觉传感式变量喷药机械也趋于成熟。下面就以这种系统为例要介绍。(1)系统的组成一般地说,这种机器由图像信息获取系统、图像信息处理系统、决策支持系统、变量喷撒系统等组成(图8-5)。各子系统的主要功能如下所述。图像信息获取系统。主要由彩色数码像机(如PULNIX,TMC-
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