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课后练习0参考答案0-1．什么是机电一体化？答：“机电一体化”一词的英文名词是“Mechatronics”，它是取Mechanics（机械学）的前半部分和Electronics（电子学）的后半部分拼合而成。机电一体化是在以机械、电子技术和计算机科学为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科，而机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。机电一体化技术同时也是工程领域不同种类技术的综合及集合，它是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术基础之上的一种高新技术。0-2．试分析机电一体化技术的组成及相关关系。答：机电一体化是多学科技术的综合应用，是技术密集型的系统工程。这些技术主要体现在以下六个方面：1）精密机械技术（基础）；2）检测传感技术（感官）关键技术；3）信息处理技术（计算机）；4）自动控制技术（最佳化）；5）伺服传动技术（传动，分液压和电气）；6）系统总体技术（整体）等。机电一体化实际上是机、电、液、气、光、磁一体化的统称。0-3．试简述机电一体化系统的设计方法。答：（1）取代法取代法就是用电气控制取代原系统中的机械控制机构。该方法是改造旧产品、开发新产品或对原系统进行技术改造常用的方法，也是改造传统机械产品的常用方法。（2）整体设计法整体设计法主要用于新产品的开发设计。在设计时完全从系统的整体目标出发，考虑各子系统的设计。（3）组合法组合法就是选用各种标准功能模块组合设计成机电一体化系统。0-4．机电一体化系统中的接口的作用。答：接口主要完成电平转换、信号隔离、放大、滤波、速度匹配等。0-5．试分析机电一体化技术在打印机中的应用。答：打印机是典型的机电光一体化产品，机械、电子、光学、材料等领域的新技术大量地应用在打印机产品中，并推动打印机向自动化、人性化、多样化及更好地满足用户多种需求的方向发展。平推式走纸通道技术减少了由于纸张弯曲、卡纸造成的打印偏差，也使打印存折等复杂介质成为可能；平推式走纸还使纸张的进退纸速度加快，提高了柜台业务处理速度；而利用传感器判断纸张边界的纸张定位技术使打印内容的定位更加准确，使用户只需将纸张放入打印机即可，不必再调整纸张进纸位置——这些技术促进了平推式票据打印机的发展。引入LCD显示技术使打印机面板不再单调，液晶屏可以显示打印机状态、版本信息等内容，便于进行参数设置，使人机交流更加轻松，操作更加简单；Flash下载技术使打印机可以直接通过主机下载升级程序，改变了以往需要专业工程师拆机更换芯片的麻烦，升级更加方便、快捷，甚至用户都可以自己动手过一把“下载升级”的瘾；一些打印机厂商还根据用户的需要开发出了双用户模式，使打印机可以同时使用串口和并口进行打印，达到一机多用、一机多联的功能；部分高档的存折打印机还配备有磁条读写模块，使打印机不仅能够打印，还具有自动读取存折磁条信息的功能——存折进入打印机后，读写磁条信息、打印存折内容一气呵成，使柜台打印业务处理更高效，且保密性更好。借助磁码打印技术（需特殊色带和打印装置）可使打印输出既具有可读性，又具有防伪、机读等特性，加强了系统的安全性、保密性、高效性。安装了网卡的打印机可以实现多机共享、远程控制、远程管理、远程诊断功能；安装了无线网卡就可实现无线操作；再加上自动翻页装置就可实现自助补登功能。安装了扫描头的打印机可以同时进行扫描工作，使打印机具有了输入设备的功能，而配备IC卡读写器的打印机还可以同时进行IC卡的读写工作，这就大大节省了柜台的宝贵空间。0-6．试分析家用洗衣机脱水系统的工作原理，如何体现机电一体化技术的。答：自动洗衣机工作原理：家用洗衣机工作主要有洗涤和脱水。双桶洗衣机虽然方便，但仍需人力将衣物从洗衣桶中捞入脱水桶中。全自动洗衣机作为将人们从繁复的家务劳动中解放出来的好助手，愈来愈受到消费者的喜爱。全自动洗衣机综综合运用了大量力学、电学、光学等知识。全自动洗衣机的最大特点就是洗涤、漂洗、脱水过程全部自动化，无需人为的照料，因此这种机型引起更多用户的兴趣。洗涤和脱水属于机械运转，但自动洗衣机的机械运转靠微电脑控制，它不是单纯的机械运转，所以说自动洗衣机是机电一体化产品。洗涤过程：A制动，B放开，运动经电机、带传动、中心齿轮、行星轮、行星架、波轮；脱水过程：A放开，B制动，运动经电机、带传动、内齿圈（脱水桶）；中心齿轮、行星架、波轮与脱水桶等速旋转。家用自动洗衣机依靠波轮与脱水桶的旋转完成洗涤、脱水工序。智能控制的全自动洗衣机还可以自动判断水温、水位、衣质衣量、衣物的脏污情况，决定投放适量的洗涤剂和最佳的洗涤程序。当洗衣桶内衣物的多少和质地不同，而注入水使其达到相同的水位时，其总重量是不同的。利用这一点，通过对洗衣电动机低速转动后的惯性测量，可以判断衣质和衣量。模糊控制全自动洗衣机：由盛水桶、脱水桶、传动机构、模糊控制器等组成的，是典型的机电一体化产品。0-7．列举各行业机电一体化产品的应用实例，并分析各产品中相关技术应用情况。答：机电一体化产品涉及工业生产、科学研究、人民生活、医疗卫生等各个领域，如集成电路自动生产线、激光切割设备、印刷设备、家用电器、汽车电子化、微型机械、飞机、雷达、医学仪器、环境监测等。以制造业为例，机电一体化技术在制造业的应用从一般的数控机床、加工中心和机械手发展到智能机器人、柔性制造系统（FMS）、无人生产车间和将设计、制造、销售、管理集于一体的计算机集成制造系统（CIMS）。综合应用了精密机械技术、计算机技术、控制技术、信息处理技术、伺服传动技术、系统总体技术等。如智能机器人中行走机构就应用了机械技术，伺服传动技术；其智能控制部分则要用到传感检测技术、控制技术以及计算机技术等。课后练习1参考答案1-1．简述滚珠丝杠副的特点。答：1.传动效率高；2.传动精度高；3.可微量进给；4.同步性好；5.高可靠性。1-2．滚珠丝杠副的轴向间隙对系统有何影响？如何处理？答：滚珠丝杠副在使用过程中，除了要求本身单一方向的传动精度较高以外，还对其轴向间隙有着严格的要求，从而保证其反向的传动精度，滚珠丝杠副的轴向间隙是承载时在滚珠与滚道型面接触点的弹性变形所引起的螺母位移量和螺母原有间隙的总和。在滚珠丝杠机构中，一般采取双螺母预紧的方法，将弹性变形控制在最小限度内，从而减小或部分消除轴向间隙，从而可以提高滚珠丝杠副的刚度。1-3．直线导轨机构的特点有哪些？答：1．具有良好的自动调心能力；2．具有良好的互换性；3．所有方向都具有高刚性。1-4．直线导轨在选用时要注意哪些问题？答：1）精度不干涉原则：导轨的各项精度不管是在制造过程中，还是在使用过程中都不能互相影响，这样才能获得较高的精度。2）动摩擦系数相近的原则：在选用滚动直线导轨或者塑料直线导轨时，由于其摩擦系数都比较小，所以应尽量将动摩擦系数相近，从而获得较低的运动速度和较高的重复定位精度。3）导轨自动贴合原则：直线导轨需要较高的精度，就必须使得相互结合的导轨有自动贴合的性能。直线导轨如果水平安装，需能依靠自身的重力来进行贴合，其他布置方式时，能依靠附加的弹簧力或者其他压力来进行贴合。1-5．谐波齿轮减速器有哪几种结构类型？答1.按变形波数可分为：单波传动；双波传动；三波传动；2.按传动级数可分为：单级谐波齿轮传动；双级谐波齿轮传动；封闭谐波齿轮传动（复波传动）。1-6．谐波齿轮减速器如何计算传动比？答：谐波齿轮传动机构中，只有波发生器、刚轮和柔轮这三个基本构件。假设波发生器相当于行星轮系的转臂H，柔轮相当于行星轮R，刚轮相当于中心轮G，则RGHGHRHRGzznnnni课后练习2参考答案2-1衣物的多少、面料的软硬、脏污程度等相关信息洗衣机如何获取？答：根据传感器接收的信息，洗衣机判断出衣物多少，面料软硬和脏污程度、脏污性质，推理作出模糊决策。2-2模糊洗衣机控制器的输入、输出控制系统由哪几部分组成？答：模糊洗衣机的控制器是一个多输入、多输出的控制系统。输入变量有布质、布量、脏污程度、脏污性质、温度。输出变量有水位、水流、洗涤时间、脱水时间、洗涤剂投放量、漂洗方式和次数6种结果。2-3未来洗衣机的发展趋势有哪几个方面？答：第一,今后的洗衣机将更加注重水和洗衣剂之间的比例。第二，今后的洗衣机将在杀菌功能上继续创新。第三，未来，更多的洗衣机将加入自动烘干功能。2-4什么是机器视觉检测技术？答：机器视觉是一项综合技术，其中包括数字图像处理、机械工程、自动控制、电光源照明、光学成像、传感器、模拟与数字视频，计算机软硬件，人机接口等。这些技术在机器视觉中是并列关系，相互协调应用才能构成一个成功的机器视觉应用系统。它是采用各种成像系统代替视觉器官作为输入信息手段，由计算机来代替大脑完成处理和分析，分析结果被用来报告售息（探测结果）、控制生产过程或移动产品。2-5机器视觉检测技术中：光源的种类有哪些？不同光源的特点是什么？光照方式有几种？不同光照方式的用途是什么？答：有日光灯、白炽灯和LED等。种类名称成本亮度稳定度使用寿命复杂设计温度影响荧光灯低差差一般低一般白炽灯低好一般一般一般差LED光源一般一般好好高低（1）直前光照明：光源直接照射物体，光主要集中在被照明区域中心，经物体反射后的光传递给摄像头，可能产生照明不匀。（2）扩散光照明：散色光照射到物体正面，光线没有方向性，可以利用不同的角度的扩散光使得到的图像更平衡。（3）背景照明：光源位于物体背面，这种照明方法是将被测物放在光源和摄像头之间，它的优点是能获得比较清晰精确的边缘。（4）暗场照明：低角度的光源（水平角度大约为10-15度）能够影射出表面的轮廓。（5）轴线照明：可以得到均匀的，高亮度的光，比较适合检测反射比较厉害的表面缺陷。2-6综合机器视觉检测技术课程内容，在设计一个机器视觉检测系统时，设计过程应如何进行，需重点考虑什么问题？答：1）选取合理的光源；2）选取合适的镜头；3）选取合适的信息处理系统；4）设计合理的检测控制系统；5）针对用户需求根据软件设计相对应的程序。应该重点考虑光照的方式和图像提取的方法，合理的光照可以让采集系统得到高质量的图像，简化软件算法，提高检测速度。合适的提取方法可以是任务完成的更轻松出色。同时，由于机器视觉是一种比较复杂的系统，大多数系统检测对象都是运动的物体，系统与运动物体的匹配和协调动作尤为重要，所以系统给各部分的动作时间和处理速度带来了严格的要求。2-7简述偏心转动式传感器的组成与结构。答：偏心转动式传感器由偏心转动质量的转动平板、旋转触点与固定触点、螺旋弹簧构成。当汽车正常行驶时，转动平板利用螺旋弹簧阿回复力被拉回，处于平衡状态，此时转子上安装的旋转触点与固定触点不接触。当车辆受到正面碰撞且速度达到设定位时，偏心转动质量带动转子板旋转，使旋转触点与固定触点接触，从面向ECU发出闭合电路信号。2-8安全气囊检修注意事项有哪些？答：（1）非安全气囊专业维修人员不得进行安全气囊的检查、维修。（2）在开始检修前，应将时钟、防盗与音响系统的内容记录下来，有电动倾斜和伸缩转向系统、电动车外后视镜、电动座椅及电动肩带系统装置的车辆，维修后应重新调整和设置存储。禁止使用车外备用电源。（3）对安全气囊进行检修作业时，先将点火开关置于锁止位置，然后再断开蓄电池负极，等待3min。（4）气囊拆下放置时，应将缓冲垫（软面）朝上，且要远离水、机油、油脂、清洁剂等物。（5）对不同车型的安全气囊系统故障码的读取与消除方法应加以区别。（6）禁止对安全气囊或点火器进行加热或企图用工具打开。（7）拆卸时应注意保护安全气囊组件，特别是连接器。电焊作业前，应拔出转向柱下多功能开关附近的连接器，对安全气囊系统进行安全保护。（8）拆卸已经起爆的安全气囊后，应洗手，如有杂质进入眼睛内，应立刻用清水冲洗．以防受到损伤。（9）安全气囊的元器件要保证使用原厂包装，牌号必须一破。传感器安装架已经变形时，不论安全气囊是否爆开都必须更换新倍感器，同时对传感器安装部位进行修复，使传感器