主頁 > 新聞動(dòng)態(tài) > 機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的運(yùn)用 2021-11-16

機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的運(yùn)用

一、傳感器、機(jī)電一體化的定義
1) 傳感器。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。
2) 機(jī)電一體化。所謂的機(jī)電一體化是將機(jī)械技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信號(hào)變換技術(shù)等多種技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到實(shí)際中去的綜合技術(shù)，現(xiàn)代化的自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備幾乎可以說都是機(jī)電一體化的設(shè)備。
研究將電子器件的信息處理和控制功能附加或融合在機(jī)械裝置中的一種復(fù)合化技術(shù)。
二、機(jī)電一體化系統(tǒng)中的組成要素
機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，機(jī)械技術(shù)的著眼點(diǎn)在于如何與機(jī)電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其它高、新技術(shù)來更新概念，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上的變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能的要求。在機(jī)電一體化系統(tǒng)制造過程中，經(jīng)典的機(jī)械理論與工藝應(yīng)借助于計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，同時(shí)采用人工智能與專家系統(tǒng)等，形成新一代的機(jī)械制造技術(shù)。
傳感檢測技術(shù)是系統(tǒng)的感受器官，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動(dòng)化程序就越高。現(xiàn)代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境的考驗(yàn)，它是機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到高水平的保證。
一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)中一般由結(jié)構(gòu)組成要素、動(dòng)力組成要素、運(yùn)動(dòng)組成要素、感知組成要素、職能組成要素五大組成要素有機(jī)結(jié)合而成。機(jī)械本體（結(jié)構(gòu)組成要素）是系統(tǒng)的所有功能要素的機(jī)械支持結(jié)構(gòu)，一般包括有機(jī)身、框架、支撐、聯(lián)接等。動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分（動(dòng)力組成要素）依據(jù)系統(tǒng)控制要求，為系統(tǒng)提供能量和動(dòng)力以使系統(tǒng)正常運(yùn)行。測試傳感部分（感知組成要素）對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行所需要的本身和外部環(huán)境的各種參數(shù)和狀態(tài)進(jìn)行檢測，并變成可識(shí)別的信號(hào)，傳輸給信息處理單元，經(jīng)過分析、處理后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息�？刂萍靶畔⑻幚聿糠郑毮芙M成要素）將來之測試傳感部分的信息及外部直接輸入的指令進(jìn)行集中、存儲(chǔ)、分析、加工處理后，按照信息處理結(jié)果和規(guī)定的程序與節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令，控制整個(gè)系統(tǒng)有目的的運(yùn)行。執(zhí)行機(jī)構(gòu)（運(yùn)動(dòng)組成要素）；根據(jù)控制及信息處理部分發(fā)出的指令，完成規(guī)定的動(dòng)作和功能。
三、機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用
1.傳感技術(shù)在機(jī)械加工中的應(yīng)用
數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代高科技發(fā)展的產(chǎn)物，每當(dāng)一批零件開始加工時(shí)，有大量的檢測需要完成，包括夾具和零件的裝卡，找正，零件編程點(diǎn)的測定、工序間檢測及加工完畢檢測等。
將檢測技術(shù)融于數(shù)控加工的內(nèi)容之中，采用在線測量的方式，能使操作者及時(shí)發(fā)現(xiàn)工件存在的問題，并反饋給數(shù)控系統(tǒng)。在線檢測技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)，提高了測量精度，更好地保證了機(jī)床的加工質(zhì)量，促進(jìn)加工測量一體化的發(fā)展。
2.傳感技術(shù)在汽車行業(yè)中的應(yīng)用
檢測傳感技術(shù)在汽車中的應(yīng)用很廣泛，例如：為使汽車安全行駛，研制的電子防滑控制裝置與電子變速控制裝置。為防止排氣污染，大力研制的電子燃料噴射裝置、排氣再循環(huán)裝置等。
要使汽車停車，應(yīng)該根據(jù)汽車輪胎與地面的狀態(tài)求出最有效的滑移率，使制動(dòng)壓力接近這種最佳狀態(tài)。然而，對(duì)于實(shí)際的電子防滑控制裝置來說，采用電氣方式檢測路面狀態(tài)和汽車對(duì)地的速度是非常困難的。所以，一般都是只檢測車輪的旋轉(zhuǎn)速度。從車輪的旋轉(zhuǎn)速度與時(shí)間的關(guān)系計(jì)算出車輪的減速度。在超出預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)減速度情況下，與駕駛員踩制動(dòng)器的力無關(guān)，而由制動(dòng)器壓力控制裝置自動(dòng)減弱制動(dòng)器的壓力，防止打滑。
然后，根據(jù)其處理信息，控制在燃料噴射用的注油器上所安裝的脈沖電流計(jì)的時(shí)刻與加電流的時(shí)間長短，使發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃燒始終保持最佳狀態(tài)。
由此可見，隨著傳感器技術(shù)和其他新技術(shù)的應(yīng)用，現(xiàn)代化汽車工業(yè)進(jìn)入了全新時(shí)期。汽車的機(jī)電一體化要求，用自動(dòng)控制系統(tǒng)取代純機(jī)械式控制部件，這不僅體現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)上，為更全面地改善汽車性能，增加人性化服務(wù)功能，降低油耗，減少排氣污染，提高行駛安全性、可靠性、操作方便和舒適性，先進(jìn)的檢測和控制技術(shù)已擴(kuò)大應(yīng)用到汽車全身。在其所有重點(diǎn)控制系統(tǒng)中，必不可少地使用曲軸位置傳感器、吸氣及冷卻水溫度傳感器、壓力傳感器、氣敏傳感器等各種傳感器。
3.檢測傳感技術(shù)在機(jī)器人中的應(yīng)用
在手工操作的復(fù)雜工作中，就使用了機(jī)器人。在這種情況下，機(jī)器人必須具備高度信息處理能力的大腦以及相當(dāng)于人的手足的操作機(jī)構(gòu)。工業(yè)機(jī)器人之所以能夠準(zhǔn)確操作，是因?yàn)樗軌蛲ㄟ^各種傳感器來準(zhǔn)確感知自身、操作對(duì)象及作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，包括：其自身狀態(tài)信息的獲取通過內(nèi)部傳感器（位置、位移、速度、加速度等）來完成，操作對(duì)象與外部環(huán)境的感知通過外部傳感器來實(shí)現(xiàn)，這個(gè)過程非常重要，足以為機(jī)器人控制提供反饋信息[3]。
通常微動(dòng)開關(guān)、光電開關(guān)、電渦流等傳感器安裝在機(jī)器人的每個(gè)關(guān)節(jié)上進(jìn)行零位和極限位置的檢測，前者保證機(jī)器人的重復(fù)定位精度和軌跡精度，后者則起保護(hù)機(jī)器人和安全動(dòng)作的作用。
四、發(fā)展趨勢
隨著工業(yè)數(shù)字化、智能化發(fā)展，傳感器在機(jī)械加工，溫度監(jiān)測，可穿戴設(shè)備、智能家居、智慧交通中得到了廣泛的應(yīng)用。傳感器技術(shù)水平在一定程度上反映了一個(gè)國家科技現(xiàn)代化的水平，傳感器在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制及測試控制中發(fā)揮著重要的作用。傳感器技術(shù)在近些年來發(fā)展迅速，與計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)一起被稱為信息技術(shù)的三大支柱，近年來，我國傳感器市場發(fā)展比較迅猛，但是我國傳感器技術(shù)并不成熟，在國際競爭中并不占優(yōu)勢，傳感器市場被德國、美國、日本等工業(yè)國家所主導(dǎo)。根據(jù)傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢，它將由簡單的傳感器系統(tǒng)向智能化、集成化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、多樣化的復(fù)雜傳感器系統(tǒng)方向發(fā)展。近年來我國傳感器產(chǎn)業(yè)快速增長，應(yīng)用模式也日漸成熟。傳感器的重要性可說是不言而喻的，它在機(jī)械加工，可穿戴設(shè)備、智能家居、智能交通等各個(gè)領(lǐng)域都有著極為重要的應(yīng)用。傳感器在智能可穿戴設(shè)備、智能家居和智能交通的最新應(yīng)用，以及目前傳感器的市場前景、現(xiàn)代科技中，自動(dòng)化與智能化己經(jīng)成為新的發(fā)展方向，傳感器作為自動(dòng)測量與控制中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在社會(huì)的生產(chǎn)生活中應(yīng)用十分廣泛，且具有巨大的發(fā)展空間。
五、推薦設(shè)備的舉例

MYN-236B 機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)流水線實(shí)訓(xùn)設(shè)備

一、機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)流水線實(shí)訓(xùn)設(shè)備,機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)設(shè)備介紹：

本裝置是為提高學(xué)生實(shí)踐技能而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的一套實(shí)用性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該設(shè)備被廣泛的用于可編程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)師的培訓(xùn)考核，該系統(tǒng)由多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的工作站組成。其顯著特點(diǎn)是：仿真企業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程，涉及到氣動(dòng)、PLC、傳感器、電機(jī)、變頻器、觸摸屏、RS485等多種技術(shù)。給學(xué)生提供一個(gè)全真的綜合實(shí)訓(xùn)環(huán)境，通過一定的實(shí)際訓(xùn)練提高操作技能，快速適應(yīng)企業(yè)崗位的能力需求。適合大、中專院校、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)、企業(yè)對(duì)學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)及技能鑒定。
二、機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)流水線實(shí)訓(xùn)設(shè)備,機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)設(shè)備裝置功能：該實(shí)訓(xùn)設(shè)備中每個(gè)工作站都是有一套獨(dú)立的控制系統(tǒng)，既可以拆分程獨(dú)立的工作站，又可以組合成一個(gè)集成系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)拆分成獨(dú)立工作站時(shí)適合于初、中級(jí)的培訓(xùn)；當(dāng)系統(tǒng)組合成一個(gè)集成系統(tǒng)時(shí)，能提供一個(gè)學(xué)習(xí)復(fù)雜和大型控制系統(tǒng)的平臺(tái)，可應(yīng)用于高級(jí)及以上的培訓(xùn)。每個(gè)工作站都可適用不同品牌的PLC進(jìn)行控制，各站可聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，學(xué)習(xí)復(fù)雜的控制、編程、裝配、和調(diào)試技術(shù)，使獨(dú)立的各工作站能相互交換信息，模擬實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)流程控制。
三、機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)流水線實(shí)訓(xùn)設(shè)備,機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)設(shè)備裝置組成：實(shí)訓(xùn)設(shè)備由安裝在鋁合金導(dǎo)軌式實(shí)訓(xùn)臺(tái)上的上料檢測單元、搬運(yùn)單元、加工單元、流水線單元、傳輸單元、裝配搬運(yùn)單元、分類倉儲(chǔ)單元7個(gè)單元組成。其中，每一工作單元都可自成一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，同時(shí)也是一個(gè)機(jī)電一體化相關(guān)技術(shù)的訓(xùn)練系統(tǒng)。在MYN-236B設(shè)備上應(yīng)用了多種類型的傳感器，分別用于判斷物體的運(yùn)動(dòng)位置、物體通過的狀態(tài)、物體的顏色及材質(zhì)等。在控制方面采用了基于RS485串行通信的PLC網(wǎng)絡(luò)控制方案，即每一工作單元由一臺(tái)PLC承擔(dān)其控制任務(wù)，各PLC之間通過RS485串行通訊實(shí)現(xiàn)互連的分布式控制方式。根據(jù)需要選擇不同廠家的PLC及其所支持的RS485通信模式，組建成一個(gè)小型的PLC網(wǎng)絡(luò)。
1、上料檢測單元：上料檢測單元是MYN-236B中的起始單元，在整個(gè)系統(tǒng)中，起著向系統(tǒng)中的其他單元提供原料的作用。
供料單元的主要組成：主要包括物料盤，頂料氣缸，磁性開關(guān)，物料檢測傳感器部件，安裝支架平臺(tái),材料檢測裝置部件等組成。
2、搬運(yùn)單元：搬運(yùn)單元是MYN-236B中將上料機(jī)構(gòu)的物料搬運(yùn)到加工單元的物料盤上的樞紐部分，主要搬運(yùn)作用。
2.1）搬運(yùn)部分的主要組成：主要包括機(jī)械手，相對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)氣缸，磁性開關(guān)，電磁閥組件等組成。
3、加工單元：加工單元是MYN-236B中對(duì)工件處理單元之一，在整個(gè)系統(tǒng)中，起著對(duì)上料檢測單元送來工件進(jìn)行模擬沖孔處理或工件沖壓等作用。
3.1）加工單元的主要組成：主要包括物料臺(tái)，模擬沖頭,模擬鉆頭，相應(yīng)的傳感器，電磁閥組件等組成。
4、流水線單元：流水線單元是MYN-236B中完成物料加工的重要部分，組要起加工物料工位傳輸?shù)淖饔谩?br data-filtered="filtered" style="margin: 0px; padding: 0px;" /> 4.1）流水線單元的主要組成：主要包括物料轉(zhuǎn)臺(tái)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)，傳感器等組件組成。
5、傳輸單元：傳輸單元是MYN-236B中對(duì)加工好的物料進(jìn)行傳遞的介質(zhì)，主要器物料傳輸作用，同時(shí)有識(shí)別物料顏色的功能。
5.1）傳輸單元的主要組成：主要包括傳送帶，取料氣缸，顏色分辨?zhèn)鞲衅�，三相電機(jī)，磁性開關(guān)，電磁閥組件等組成。
6、裝配搬運(yùn)單元：裝配搬運(yùn)單元是MYN-236B中對(duì)加工好的物件進(jìn)行裝配和傳輸?shù)牟糠�，主要起著裝配和傳輸?shù)淖饔谩?br data-filtered="filtered" style="margin: 0px; padding: 0px;" /> 6.1）裝配單元的主要組成：主要包括吸盤機(jī)械手，配件出料系統(tǒng)，推料氣缸，傳感器，電磁閥，磁性開關(guān)組件等組成。
7、分類倉儲(chǔ)單元：分類倉儲(chǔ)單元是MYN-236B中的最后一個(gè)單元，主要的作用是將生產(chǎn)完成的產(chǎn)品進(jìn)行分類儲(chǔ)存。
7.1）分類儲(chǔ)存單元的主要組成：主要包括立體倉儲(chǔ)系統(tǒng)，步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)控制器，絲桿堆垛機(jī)，推料氣缸，電磁閥磁性傳感器組件等組成。
四、機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)流水線實(shí)訓(xùn)設(shè)備,機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)設(shè)備技術(shù)指標(biāo):
1、實(shí)驗(yàn)桌：采用鋁合金型材制成，該實(shí)訓(xùn)考核裝置PLC模塊的I/O 端子、變頻器的接線端子、各常用模塊與PLC的連接端子，均與安全插座連接，使用帶安全插頭的導(dǎo)線進(jìn)行電路連接；各指令開關(guān)、光電開關(guān)、傳感器和指示元件的電路，則通過端子排進(jìn)行連接。插拔線連接電路與端子排連接電路相結(jié)合，既保證學(xué)生基本技能的訓(xùn)練、形成和鞏固，又保證電路連接的快速、安全和可靠，本接線端子采用高低壓區(qū)分設(shè)計(jì)，避免高低壓接線錯(cuò)誤。
2、實(shí)驗(yàn)桌尺寸：長×寬×高=3450mm×800mm×840mm;
3、電腦桌尺寸：長×寬×高=600mm×550mm×1100mm;
4、交流電源：三相AC380V±10% 50Hz：
5、工作溫度： -10℃～40℃；
6、環(huán)境濕度：≤85%（25℃）；
7、整機(jī)消耗功率：≤1.5KW;
8、氣源工作壓力：最小1.8Mbar，最大2.4Mbar。
9、安全保護(hù)措施：具有接地保護(hù)、漏電保護(hù)功能，安全性符合相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)。采用高絕緣的安全型插座及帶絕緣護(hù)套的高強(qiáng)度安全型實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。
五、機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)流水線實(shí)訓(xùn)設(shè)備,機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)設(shè)備培訓(xùn)的內(nèi)容：
1、傳感器培訓(xùn)
2、氣動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)
3、PLC 技術(shù)培訓(xùn)
4、電氣控制系統(tǒng)培訓(xùn)
5、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)培訓(xùn)
6、機(jī)械系統(tǒng)安裝調(diào)試培訓(xùn)
7、系統(tǒng)維護(hù)和故障檢測技術(shù)培訓(xùn)
六、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：
1、氣動(dòng)元件學(xué)習(xí)
2、傳感器實(shí)驗(yàn)
3、機(jī)械安裝調(diào)試實(shí)驗(yàn)
4、電氣回路實(shí)驗(yàn)
5、PLC基本指令學(xué)習(xí)和實(shí)際應(yīng)用實(shí)驗(yàn)
6、系統(tǒng)故障檢測實(shí)驗(yàn)
7、485聯(lián)網(wǎng)程序控制實(shí)驗(yàn)
8、上料程序控制實(shí)驗(yàn)
9、多工位工作臺(tái)程序控制實(shí)驗(yàn)
10、流水線程序控制實(shí)驗(yàn)
11、工件安裝程序控制實(shí)驗(yàn)
12、工件搬運(yùn)程序控制實(shí)驗(yàn)
13、工件分類程序控制實(shí)驗(yàn)
14、交流電機(jī)變頻控制實(shí)驗(yàn)
15、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)
16、位置控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)
六、機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳感器技術(shù)結(jié)語
隨著機(jī)器人技術(shù)轉(zhuǎn)向微型化、智能化，以及應(yīng)用領(lǐng)域從工業(yè)結(jié)構(gòu)環(huán)境拓展至深海、空間和其他人類難以進(jìn)入非結(jié)構(gòu)環(huán)境，使得機(jī)器人傳感器技術(shù)的研究與微電子機(jī)械系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有更密切的聯(lián)系。做為機(jī)器人感知系統(tǒng)重要組成部分的接近覺傳感器也應(yīng)該順應(yīng)這個(gè)發(fā)展趨勢。但是，目前國內(nèi)的研究水平與國外的相比還有一定的差距，為解決這一問題，我們認(rèn)為現(xiàn)階段應(yīng)該跟蹤國外技術(shù)的新動(dòng)向，加強(qiáng)新原理、新材料、新工藝的研究。開展多傳感器融合技術(shù)的研究，進(jìn)一步增強(qiáng)接近覺傳感器的多功能化、智能化。

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機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的運(yùn)用

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