机电一体化系统的设计内容与过程

由于机电一体化结合了机械、微电子、计算机的信息处理、自动控制、传感与测试、电力电子、伺服驱动、系统总体技术等高新技术，因此机电一体化系统设计包含的内容很多，主要从以下3个方面考虑。

①按实现运动和动作进行广义机构设计，其中包括驱动元件、传动和执行机构的选择。

②按被测对象物理量选择传感器，可分为机械、音响、频率、电气、磁、温度、光、射线、湿度、化学、生理信息等。

③选择控制及信息处理方法，信息的处理包括信息的传输、判断、处理、决策等。

最后，根据各评价系统进行机电一体化系统的综合选优来确定最佳方案，设计过程如图5.26所示。

图5.26　机电一体化系统的方案确定过程

以清扫车的清扫装置机电一体化设计为例，分析机电一体化装置的设计过程。

（1）功能分析

清扫装置是决定清扫车性能的最重要部分，其性能好坏决定着清扫车的清扫效率。因此，合理设计清扫装置并提高其性能是清扫车设计的关键。清扫装置总功能可以分解为以下3类。

1）清扫功能

功能一：地面清扫干净（扫净）；功能二：把垃圾从地面撮起倒入斗中（撮起）；功能三：清除扫起的灰尘（除尘）。

2）传感检测功能

功能一：检测垃圾箱的荷重、物位和倾角；功能二：检测清扫用水；功能三：检测喷水的流量和速度。

3）控制功能

功能一：清扫过程由微机控制，对清扫过程中各任意组合的清扫状况进行控制；功能二：处理垃圾箱超重。(www.xing528.com)

（2）功能设计

1）执行子系统

完成执行子系统的方法：在车辆的两边各装有一个大链轮，随着车轮的转动，左边大链轮由链条通过过桥齿轮带动滚扫高速转动，利用滚扫上的毛刷驱撵地面上的灰尘、垃圾在其前方堆积；同时，车轮链轮带动凸轮转动，通过凸轮摆杆机构使撮土板间歇上下运动，以抛射方式集撮垃圾到垃圾箱内；在清扫车右车轮上装有的链轮通过链条驱动带动左边的小链轮，小链轮固定同轴的大链轮又通过链条传动驱动排风扇，并使箱内空气低于外界大气压，箱内负压使灰尘不能向外逸出，达到完成清扫、撮集垃圾、消除灰尘3个目的。

2）传感检测子系统

传感器是实现自动控制或智能化必不可少的基本元件，通过这些元件，在控制中心可以获得不同工况、不同介质、不同部位、不同环境和不同功能的各类信息，控制中心根据获得的各种信息进行处理。

根据清扫装置的垃圾箱质量、位置以及水量、流量和流速分别选择下列3种传感器。

①选择荷重传感器，检测垃圾箱质量。

②选择物位和倾角传感器，检测垃圾箱位置。

③选择检测清扫用水传感器和检测喷水的流量和速度传感器，检测喷水的流量和速度。

3）信息处理及控制子系统

信息处理及控制子系统如图5.27所示，清扫过程由微机控制，对清扫过程中各任意组合的清扫状况进行控制，在控制过程中，微机在可编程控制器中起着主要作用，是控制系统的中心，通过各种传感器，从内、外部接收有关过程的信息，对信息进行处理，然后对执行机构发出控制指令。

（3）清扫装置机电一体化集成

将以上3大子系统集成起来，便完成了清扫车清扫部分的机电一体化设计。