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1、机电控制基础与实践,（目的，要求，案例）王田苗 丑武胜北京航空航天大学机器人研究所,机电控制系统的体系结构,机电控制的相关技术,机械技术机械技术就是关于机械的机构及利用这些机构传递运动的技术；如各种传动机构和执行机构。动力源（有的书上也称之为执行装置）动力源有电动机、液压驱动装置、气动装置等,机电控制的相关技术,传感器技术传感器一般是将机械运动量等不能直接转化为信号的物理量转化为电压或者频率信号的装置。其主要指标是分辨率和精度。另外还有可靠性的衡量指标。计算机技术在计算机内部，以传感器信号为基础，采用计算机语言来编制处理程序。,机电控制的相关技术,控制技术控制技术不是计算机语言及其管理方面的技
2、术，而是考虑如何根据传感器信号使之行装置使动力源和机械装置很好的运动，并编制出能够实现这种目标的计算机程序的技术。控制方法可分为：顺序控制和反馈控制,典型的机电控制系统机器人,机器蛇机构设计,机电控制基础与实践2004年2月,机电控制课程实践之一,本次课程实践目的,通过机器蛇机构设计：能够将所学的机械设计知识与具体应用结合起来；掌握一种CAD软件平台的基本应用；了解具体项目的机构设计流程。,设计内容和要求,内容：设计一套机器蛇的机构，并进行装配；要求：机器蛇设计功能与装配要求能够拟合生物蛇柔软的身体，蛇机器蛇具备向各个方向运动的能力；机器蛇选用舵机为动力源，舵机尺寸规格另见文件至少有一个平面平
3、整，着地性良好附：舵机尺寸另见图纸。,ss机构设计设计,SolidSnake利用垂直和水平方向正交的关节来拟和蛇类生物柔软的身体，每两个正交的关节组成一个单元体，每个单元体相当于一个万向节，具有两个方向的自由度，整体形成一个高冗余度的结构体。这样的机构设计使蛇体具有向任何方向弯曲的能力。,ss机构设计设计,壳体设计图如下：,ss机构设计设计,舵机安装方式设计：,ss机构设计设计,连接方式设计：,ss机构设计设计,从动轮机构设计如下：,ss机构设计设计,总装配示意图：,ss机构设计设计,SolidSnake具体指标：关节节的长度110mm，单元体长度为220mm，蛇体的总长度是220*61320
4、mm。由于舵机自身的约束条件限制，每个舵机的转角范围限制在9090度。总结：机器蛇的设计达到了机器蛇的功能要求，具备模块化，装配方便的特点。,作业内容：,1，每小组设计两种机器蛇机构零件图及装配图；2，机器蛇机构设计报告书；1)课程实践目的；2)课程实践的主要过程；3)课程实践的设计意图和依据；4)课程实践的收获和建议等等，字数不限。各成员角色与工作,舵机及实验报告等资料提供方式,舵机根据实物建模，或者上ftp下载。作业在第三周周末以前上交至指定FTP端口1921用户名abc密码abc,机器蛇单元装配实验,机电控制基础与实践2004年2月,机电控制课程实践之二,实验目的,通过机器蛇单元体装配：
5、能够将所学的机械设计知识与具体应用结合起来；理解设计和装配的矛盾统一；了解具体项目的机构设计流程。,实验内容和要求,内容：进行一套机器蛇的机构的单元体装配；要求：机器蛇装配要求机器蛇关节具备最大限度满足设计意图的空间运动能力；关节转动灵活，阻力小,作业内容：,1，每小组完成一套单元体的实体装配；2，机器蛇装配实验报告书；（1，课程实践目的；2，课程实践的主要步骤；3，课程实践的收获和建议（包括对本装置的不足之处予以指出）。等等，字数 不限）。各成员角色与工作,装配实验注意事项,固定舵机的两个螺栓方向不限，力求一致美观，拧紧力度适当，不可过紧,此处安装舵机的固定螺栓,装配实验注意事项,两壳体连接
6、处舵机输出轴会突出一段，小心调整扣上，切忌用力过度损坏壳体,此处白色的舵机输出轴会阻碍安装，须小心,装配实验注意事项,将关节沿切向处伸直，可以看到如图的四个小孔，然后将舵机盘（安装时取下的舵机输出盘）上四个标有数字（1，2，3，4）的小孔对准壳体连接处的四个小孔，安装回舵机输出轴上，将一颗M1.6的螺钉旋入其中一个小孔，轻转关节（某一方向转不动时切忌继续沿原方向转动以免损坏舵机）；,装配实验注意事项,若安装不合适，关节左右将不能对称转动，此时仍保持关节连接处沿切向伸直，旋下螺钉，轻轻拔出舵机盘一段，然后慢慢将舵机轴沿反方向（某个方向不能旋转至关节成90度，此处指其反方向）轻旋一定角度（此角度为
7、关节旋转中止处与关节90度位置的夹角）；拔下舵机盘，对准四个小孔重新安装，重复以上步骤直至舵机左右旋转对称满足为止。,装配实验注意事项,将另一颗M1.6螺钉对称旋上，至此基本满足此连接目的，但为保险起见，将舵机的固定螺钉旋上，不可过紧，刚好旋上为好，如果过紧，将导致连接处压紧力过大，转动受阻。,舵机最早出现在航模运动中。在航空模型中，飞行机的飞行姿态是通过调节发动 机和各个控制舵面来实现的。举个简单的四通飞机来说，飞机上有以下几个地方 需要控制：1.发动机进气量，来控制发动机的拉力（或推）；2.副翼舵面（安装在飞机机翼后缘），用来控制飞 机的横滚运动；3.水平尾舵面，用来控制飞机的俯仰角；4.
8、垂直尾舵面，用来控制飞机的偏航角；,舵机简介概述,概述,遥控器有四个通道，分别对应四个舵机，而舵机又通过连杆等传动元件带动舵面的转动，从而改变飞机的运动状态。舵机因此得名：控制舵面的伺服电机。不仅在航模飞机中，在其他的模型运动中都可以看到它的应用：船模上用来控制尾舵，车模中用来转向等等。由此可见，凡是需要操作性动作时都可以用舵机来实现。,结构和控制,一般来讲，舵机主要由以下几个部分组成，舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计5k、直流电机、控制电路板等。,结构和控制,舵机的输入线共有三条，红色中间，是电源线，一边黑色的是地线，这辆根线给舵机提供最基本的能源保证，主要是电机的转动消耗。电源有两种规格，
9、一是4.8V，一是6.0V，分别对应不同的转矩标准，即输出力矩不同，6.0V对应的要大一些，具体看应用条件；另外一根线是控制信号线，Futaba的一般为白色。,工作原理,控制电路板接受来自信号线的控制信号（具体信号待会再讲），控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机的转动方向和速度，从而达到目标停止。,控制,舵机的控制信号为周期是20ms的脉宽调制（PWM）信号，其中脉冲宽度从，相对应舵盘的位置为0180度，呈线性变化。也
10、就是说，给它提供一定的脉宽，它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上，,无论外界转矩怎样改变，直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号，它才会改变输出角度到新的对应的位置上。,常见型号,常见的舵机厂家有：日本的Futaba、JR、SANWA等，国产的有北京的新幻想、吉林的振华等。现举Futaba S3003来介绍相关参数，以供大家设计时选用。之所以用3003是因为这个型号是市场上最常见的，也是价格相对较便宜的一种（以下数据摘自Futaba产品手册）。尺 寸(Dimensions)：40.419.836.0 mm 重 量(Weight)：37.2 g 工作速度(Operating speed)：0.23 sec/60(4.8V)0.19 sec/60(6.0V)输出力矩(Output torque)：3.2 kg.cm(4.8V)4.1 kg.cm(6.0V),特点,由此可见，舵机具有以下一些特点：体积紧凑，便于安装；输出力矩大，稳定性好；控制简单，便于和数字系统接口；正是因为舵机有很多优点，所以，现在不仅仅应用在航模运动中，已经扩展到各种机电产品中来，在机器人控制中应用也越来越广泛。,有关机构设计,在实验装置中配有s3003舵机,请自己根据实物建模，以进行机构设计。,
