光機(jī)電一體化論文

課程名稱:光機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論學(xué)院： 專業(yè)： 年級(jí)：2012 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2014年6月6日光機(jī)電一體化論文前言：光機(jī)電一體化技術(shù)是由機(jī)械技術(shù)與激光一微電子等技術(shù)揉合融匯在一起的新興技術(shù)。光機(jī)電一體化是一個(gè)總的技術(shù)指導(dǎo)思想，它不僅體現(xiàn)在一些機(jī)電一體化的單機(jī)產(chǎn)品之中，而且貫穿于工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)之中。光機(jī)電一體化技術(shù)以及裝備是諸多發(fā)展領(lǐng)域的基礎(chǔ)，是現(xiàn)階段國(guó)民經(jīng)濟(jì)面臨的重要課題和發(fā)展的戰(zhàn)略點(diǎn)。今后五年到十五年，是我國(guó)實(shí)施第三步戰(zhàn)略部署的重要時(shí)期。要提高人民生活水平，要迅速提高人民生存和生活質(zhì)量的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，就必須加快裝備制造業(yè)的發(fā)展。要緊緊抓住擴(kuò)大內(nèi)需，發(fā)展市場(chǎng)的機(jī)遇，抓住西部大開發(fā)的機(jī)遇，抓住加入WTO參與國(guó)際分工的機(jī)遇，抓住加大加快發(fā)展高新技術(shù)的機(jī)遇，努力提高裝備水平，迅速改變裝備產(chǎn)業(yè)嚴(yán)重滯后生產(chǎn)建設(shè)需要的狀況，這就為光機(jī)電一體化產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了廣闊的市場(chǎng)前景?？萍及l(fā)展趨勢(shì)表明，光電技術(shù)將成為影響所有生產(chǎn)制造業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)。光電子產(chǎn)業(yè)有可能在21世紀(jì)成為全球最大的、最有前途的產(chǎn)業(yè)，對(duì)世紀(jì)人類文明將由電子時(shí)代步入光電子時(shí)代。誰在這個(gè)領(lǐng)域取得主動(dòng)權(quán)，誰就會(huì)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中取得優(yōu)勢(shì)地位。1、光機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展1.1發(fā)展歷程20世紀(jì)90年代后期，機(jī)電一體化進(jìn)入了深入發(fā)展時(shí)期。光學(xué)、通信技術(shù)、微細(xì)加工技術(shù)等進(jìn)入了機(jī)電一體化，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化的新分支。同時(shí)對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì)、分析和集成方法，以及學(xué)科體系和發(fā)展趨勢(shì)都進(jìn)行了深入研究。人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)也為機(jī)電一體化技術(shù)開辟了廣闊的發(fā)展天地。1.2發(fā)展情況機(jī)電一體化產(chǎn)品幾乎遍及所有制造業(yè)領(lǐng)域。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，數(shù)控機(jī)床占機(jī)床總數(shù)的30%?40%。工業(yè)機(jī)器人正向智能化和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展，智能機(jī)器人將逐步進(jìn)入辦公、管理、娛樂、家庭等各個(gè)領(lǐng)域。機(jī)電一體化從單機(jī)向整個(gè)制造業(yè)的集成化過渡。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)是當(dāng)今世界制造業(yè)發(fā)展的總趨勢(shì)，它打破原有部門之間的界線以制造為基干來控制“物流”和“信息流”，實(shí)現(xiàn)從經(jīng)營(yíng)決策、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)到生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理的有機(jī)結(jié)合。激光技術(shù)進(jìn)入機(jī)電一體化領(lǐng)域。光機(jī)電一體化是激光技術(shù)與機(jī)械、電子技術(shù)相結(jié)合，不僅大大擴(kuò)展了機(jī)電一體化的應(yīng)用領(lǐng)域，而且使一些行業(yè)出現(xiàn)重大變革，是當(dāng)今信息業(yè)與制造業(yè)的最佳結(jié)合點(diǎn)。2、光機(jī)電一體化的應(yīng)用情況2.1設(shè)計(jì)中的運(yùn)用2.1.1信息處理技術(shù)光電子技術(shù)：光存儲(chǔ)技術(shù)、光電數(shù)據(jù)采集技術(shù)用于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。信息傳遞媒體：光纖，比頭發(fā)絲還細(xì)的光纖用一束激光理論上可以同時(shí)傳遞100億路電話和1000萬路電視節(jié)目；信息采集：使用圖像傳感器和圖像識(shí)別與處理技術(shù)，對(duì)設(shè)計(jì)資料和數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)。如利用激光掃描儀對(duì)零件、文物、裝置外形等進(jìn)行掃描，得到物體的外形和色彩數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)軟件的處理下，在電腦中生成立體的影像，并且生成相關(guān)的數(shù)據(jù)庫?，F(xiàn)代汽車的逆向工程設(shè)計(jì)方法就是典型的應(yīng)用。2.1.2傳感檢測(cè)技術(shù)利用激光的方向性和單色性可提供各種基準(zhǔn)，如長(zhǎng)度、時(shí)間、頻率等。如大型設(shè)備的安裝、準(zhǔn)直，水壩應(yīng)力檢測(cè)(通過測(cè)變形換算成應(yīng)力)機(jī)場(chǎng)夜間導(dǎo)航，長(zhǎng)隧道開挖導(dǎo)航、海上鉆井平臺(tái)的準(zhǔn)直定位。2.2制造中的應(yīng)用2.2.1激光加工技術(shù)激光具有高相干性、高單色性、高方向性和高亮度的特點(diǎn)，可在億萬分之一秒內(nèi)聚集數(shù)百萬億千瓦的能量，溫度高達(dá)數(shù)千萬攝氏度。利用激光進(jìn)行加工的方法廣泛應(yīng)用于汽車、航空、航天、通信、微電子等行業(yè)。有如此下應(yīng)用特點(diǎn)：

激光強(qiáng)化金屬表面：利用激光進(jìn)行淬火，可精確控制淬硬層深度，能夠進(jìn)行自冷淬火，易于實(shí)現(xiàn)數(shù)控。如汽車生產(chǎn)中缸套、曲軸、活塞環(huán)和齒輪等的淬火2.2.2激光快速成型基本思想將傳統(tǒng)的材料去除和變形成型轉(zhuǎn)變?yōu)橹饾u增加材料的方法，將三維實(shí)體按照一定方向平面化，然后分層疊加，最后得出快速成形體?；竟ぷ髟硎请x散/堆積，首先將零件物理模型由概念設(shè)計(jì)或事物模型反求，得出相應(yīng)的CAD模型，再將CAD模型轉(zhuǎn)換成各類光成型機(jī)所能接受的數(shù)據(jù)信息，用分層軟件將計(jì)算機(jī)三維實(shí)體模型Z方向離散，形成一系列具有一定厚度的薄片，激光束在計(jì)算機(jī)的控制下有選擇地固化或黏結(jié)某一區(qū)域，從而形成零件實(shí)體的一個(gè)層面，逐漸形成一個(gè)三維實(shí)體。2.2.3激光塑性成形無需任何模具和任何機(jī)械接觸就可以產(chǎn)生出金屬板料制品。如激光彎曲成形和沖壓成形。3、高層建筑噴涂機(jī)器人系統(tǒng)高層建筑噴涂機(jī)器人是一種應(yīng)用于高層建筑外墻壁表面裝飾材料噴涂作業(yè)的新型爬壁機(jī)器人該機(jī)器人主要由機(jī)器人支援系統(tǒng)、機(jī)器人本體、機(jī)器人控制系統(tǒng)和噴涂作業(yè)系統(tǒng)四個(gè)部分組成。3.1機(jī)器人支援系統(tǒng)圖1噴涂機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)成3.1.1圖1噴涂機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)成在噴涂作業(yè)中機(jī)器人支援系統(tǒng)置于建筑物的頂部平臺(tái)上由移動(dòng)小車！卷纜部件和懸掛裝置組成主要起運(yùn)輸提升機(jī)器人本體！纏繞鋼絲繩和電纜的功能并由上位機(jī)與機(jī)器人本體進(jìn)行通訊實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制和噴涂作業(yè)管理，見圖1。3.1.2機(jī)器人支援系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)建筑噴涂高空作業(yè)的需要我們按照模塊化、結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)思想使機(jī)器人支援系統(tǒng)的各個(gè)組成部分既功能獨(dú)立又相互聯(lián)系構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的整體便于裝卸、方便運(yùn)輸，減輕了噴涂作業(yè)過程中工人拆卸和安裝的工作量。3.2噴涂機(jī)器人本體設(shè)計(jì)噴涂機(jī)器人本體是機(jī)器人的核心部件。要完成機(jī)器人在墻面的吸附功能、機(jī)人沿墻面的行走功能、執(zhí)行噴涂作業(yè)管理，并通過下位機(jī)與機(jī)器人支援系統(tǒng)上的上位機(jī)進(jìn)行通訊。3.2.1噴涂機(jī)器人吸附方式及吸附力(1)噴涂機(jī)器人吸附方式噴涂機(jī)器人本體是機(jī)器人的核心部件。要完成機(jī)器人在墻面的吸附功能、機(jī)人沿墻面的行走功能、執(zhí)行噴涂作業(yè)管理，并通過下位機(jī)與機(jī)器人支援系統(tǒng)上的上位機(jī)進(jìn)行通訊。3.2.1噴涂機(jī)器人吸附方式及吸附力(1)噴涂機(jī)器人吸附方式螺旋槳電機(jī)螺旋獎(jiǎng)?wù)婵瘴鍤饬鬟\(yùn)動(dòng)方向圖2圖2噴涂機(jī)器人吸附裝置磁吸附爬壁機(jī)器人用于鐵磁性壁面的作業(yè)。由于墻面為非鐵磁性壁面，故噴涂機(jī)器人采用真空吸附。噴涂機(jī)器人采用負(fù)壓吸附和空氣推力吸附的吸附方式。其吸附裝置主要由螺旋槳、螺旋槳電機(jī)、空氣涵道、真空吸板等部件構(gòu)成。如圖2所示。噴涂機(jī)器人處于工作狀態(tài)時(shí)，螺旋槳電機(jī)帶動(dòng)螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)，在真空吸板和墻面之間的氣流通道內(nèi)產(chǎn)生較強(qiáng)的負(fù)壓吸力。同時(shí)螺旋槳也對(duì)噴涂機(jī)器人本體產(chǎn)生壓向壁面的推力，從而使噴涂機(jī)器人本體貼壓在墻面上。(2)吸附力為使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)正常的噴涂作業(yè)，機(jī)器人本體的吸附裝置必須具備足夠的吸附力，從而在機(jī)器人工作過程中保證其能夠安全可靠地吸附在壁面上，吸附力計(jì)算主要是建立機(jī)器人本體空氣涵道氣流的動(dòng)力學(xué)模型，分析計(jì)算機(jī)器人本體在壁面上吸附所需的最小吸附力，并由此計(jì)算空氣涵道的斷面尺寸、螺旋槳各截面的弦長(zhǎng)、槳葉角和曲率半徑，確定螺旋槳電機(jī)的輸入功率、電機(jī)轉(zhuǎn)速和輸出扭矩。3.2.2噴涂機(jī)械手設(shè)計(jì)噴涂機(jī)械手是噴涂機(jī)器人的具體執(zhí)行部件。按照噴涂作業(yè)的工藝要求，噴涂機(jī)械手應(yīng)具有以下基本功能：往復(fù)運(yùn)動(dòng)功能：盡可能擴(kuò)大噴涂機(jī)器人一次噴涂作業(yè)面積，提高機(jī)器人的工作效率。避障功能：噴涂機(jī)械手應(yīng)具備一定的感知能力。從而在噴涂作業(yè)的過程中避過窗戶、空調(diào)等障礙物。在噴涂過程中，主要的要求是達(dá)到噴涂的均勻性這要求噴涂機(jī)械手必須以均速帶動(dòng)噴頭定向移動(dòng)。3.3噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)高層建筑噴涂是高空作業(yè)。作業(yè)環(huán)境差、溫度和濕度變化大。為此，噴涂機(jī)器人采用可靠性高、適應(yīng)性好、抗干擾能力強(qiáng)的可編程序邏輯控制器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制。3.4噴涂作業(yè)系統(tǒng)噴涂作業(yè)系統(tǒng)是用于噴涂作業(yè)的裝置。主要由噴霧泵、噴霧泵電機(jī)、涂料輸送管路、電磁閥、噴槍組成。在噴涂過程中，噴槍的噴嘴軸線始終垂直于壁面，噴嘴與壁面的距離可事先由人工調(diào)整固定。由電磁開關(guān)閥控制噴槍的開閉，調(diào)節(jié)噴霧泵的壓力和流量以控制涂料的流量和噴涂的厚度。4、 光機(jī)電一體化的應(yīng)用展望1.1全息系統(tǒng)化一一智能化今后的機(jī)電一體化產(chǎn)品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要收益于模糊技術(shù)、信息技術(shù)（尤其是軟件及芯片技術(shù)）的發(fā)展。除此之外，其系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，也變簡(jiǎn)單的“從上到下”的形勢(shì)而為復(fù)雜的、有較多冗余度的雙向聯(lián)系。1.2微型機(jī)電化——微型化目前，利用半導(dǎo)體器件制造過程中的蝕刻技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)室中已制造出亞微米級(jí)的機(jī)械元件。當(dāng)將這一成果用于實(shí)際產(chǎn)品時(shí)，就沒有必要區(qū)分機(jī)械部分和控制器了。屆時(shí)機(jī)械和電子完全可以“融合”，機(jī)體、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器、CPU等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型機(jī)械學(xué)是機(jī)電一體化的重要發(fā)展方向。1.3可持續(xù)發(fā)展一一綠色化如今，綠色與環(huán)保是世界發(fā)展的必要前提，如何保證可持續(xù)發(fā)展，歸根到底還是需要依靠科技。因此，設(shè)計(jì)綠色的光機(jī)電一體化產(chǎn)品，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前途。5、 感想與體會(huì)上了一個(gè)學(xué)期的光機(jī)電一體化課后，我的感觸頗深。在此想提出一些對(duì)于授課的建議，我希望老師讓我們觀看更多的關(guān)于光機(jī)電前沿應(yīng)用技術(shù)方面的視頻，同時(shí)給我們深入的講解。在光機(jī)電這個(gè)多種技術(shù)共同作用的領(lǐng)域里，我們需要結(jié)合專業(yè)知識(shí)，運(yùn)用光機(jī)電先進(jìn)的技術(shù)、設(shè)備來取得專業(yè)上的突破。眾所周知，機(jī)電產(chǎn)品和相應(yīng)的生產(chǎn)裝備種類與水平是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)基礎(chǔ)能力的重要標(biāo)志之一。光機(jī)電一體化技術(shù)使產(chǎn)品微型化、智能化、綠色化，使產(chǎn)品具備更良好的性能；或降低高科技成本，讓更多的人能感受到新科技、新產(chǎn)品的力量 一件事物的變革，實(shí)質(zhì)上是自身進(jìn)化的標(biāo)志，是更具競(jìng)爭(zhēng)力的象征。光機(jī)電一體化設(shè)備的進(jìn)步往往帶來一個(gè)具體生產(chǎn)領(lǐng)域的升級(jí)換代，工業(yè)生產(chǎn)與人民生活產(chǎn)生質(zhì)的變化、甚至是革命性的飛躍。支持和發(fā)展這一技術(shù)、領(lǐng)域的目的在于：提高和改變傳統(tǒng)機(jī)電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、品種結(jié)構(gòu)和配套現(xiàn)狀，開發(fā)新一代具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力的智能型產(chǎn)品，促進(jìn)傳統(tǒng)機(jī)電產(chǎn)品的升級(jí)換代；開發(fā)高度自動(dòng)化、高精度制造裝備，滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門技術(shù)裝備的需要。因此，我認(rèn)為我們應(yīng)該重視光機(jī)電一體化這門學(xué)科，充分發(fā)揮其作用?，F(xiàn)在光機(jī)電一體化的任務(wù)可以概括在另句話：一句話是廣泛深入地用機(jī)電一體化技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)；另一句話是大張旗鼓地開發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品，促進(jìn)機(jī)電產(chǎn)品的更新?lián)Q代。總的目的是促進(jìn)機(jī)電一體產(chǎn)業(yè)的形成、為我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整作貢獻(xiàn)。參考文獻(xiàn)：龔振邦，機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)，北京：電子工