機(jī)電一體化執(zhí)行元件總體方案設(shè)計
一、總體方案設(shè)計思路
1．總體設(shè)計要求
蓋板能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的打開及關(guān)閉是實現(xiàn)遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)在各種惡劣環(huán)境下可靠地執(zhí)行勤務(wù)和值守任務(wù)的保障，也是遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)實現(xiàn)從勤務(wù)狀態(tài)到戒備值守狀態(tài)快捷、可靠、準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。因此，為使此機(jī)電一體化執(zhí)行元件在遠(yuǎn)程操控的各種工作狀況下均能可靠地工作，其總體設(shè)計應(yīng)滿足如下要求：(1)應(yīng)保證蓋板在關(guān)閉狀態(tài)下，密封可靠．具有防雨、防潮、防鹽霧侵入等功能，并且使關(guān)閉后的蓋板結(jié)構(gòu)牢同，具有防盜、防撬和防撞擊功能。保證此機(jī)電一體化執(zhí)行元件在承受較大的外力撞擊后，仍能正�？煽康毓ぷ�，蓋板仍能正常、輕松地開啟。(2)蓋板的開啟和關(guān)閉應(yīng)平穩(wěn)、可靠、快捷，并可同時實現(xiàn)自動扁閉和應(yīng)急人工手動啟閉。具有機(jī)電聯(lián)動互鎖功能，保證自動啟閉-口T靠、準(zhǔn)確，手動扁閉輕松、方便，不誤動，不鎖死。(3)此機(jī)電一體化執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量緊湊、體積小、重量輕，以便于在整個系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)布置。(4)所控制的蓋板在開啟位置同樣應(yīng)保持鎖定狀態(tài)，并能保證在承受高頻、強(qiáng)沖擊載荷作用下不致松脫，從而造成誤關(guān)閉的現(xiàn)象。
2．機(jī)電一體化執(zhí)行元件組成和接口
本文所研究的機(jī)電一體化執(zhí)行元件主要分為三個部分：機(jī)械部分、電驅(qū)動執(zhí)行部分、信號檢測及控制部分，機(jī)械部分主要包括蓋板、滑軌、減速器、絲杠等構(gòu)件。電驅(qū)動執(zhí)行部分主要包括驅(qū)動電機(jī)、電磁離合器以及卡鎖電磁鐵等構(gòu)件。信號檢測及控制部分主要有單片機(jī)、各傳感器及數(shù)據(jù)傳輸總線組成。機(jī)械部分和電驅(qū)動執(zhí)行部分完成整個過程巾的運動和能屠傳遞，信號檢測及控制部分負(fù)責(zé)監(jiān)測和接收蓋板的狀態(tài)信號，對數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行存儲、變換等處理，并發(fā)送指令給驅(qū)動電路，以完成規(guī)定動作。
二、各組成部分方案設(shè)計
1．機(jī)械傳動部分設(shè)計
本機(jī)電一體化執(zhí)行元件的傳動機(jī)構(gòu)主要由電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、離合器和絲杠等組成。通過驅(qū)動電機(jī)，經(jīng)減速器帶動絲杠轉(zhuǎn)動，然后再通過與之配合的螺母把絲杠的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)樯w板的平行運動，從而控制蓋板的打開與關(guān)閉。減速器采用齒輪減速，主要是考慮其體積小，重量輕，傳遞轉(zhuǎn)矩大，并且啟動時轉(zhuǎn)動慣量較小。采用滾珠絲杠主要是考慮其傳動比大，軸向推力大，可使蓋板肩閉輕松方便，另外，滾珠絲杠為非自鎖絲柙=，其傳動具有可逆性，當(dāng)位于減速器與滾珠絲杠之間的離合器脫離時，蓋板町采用手動啟閉，而不會由于傳動鏈逆向自鎖而卡死。
2．機(jī)電一體化執(zhí)行元件工作流程分析
此機(jī)電一體化執(zhí)行元件要實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，通過操作上位機(jī)發(fā)出指令來控制遠(yuǎn)程的電機(jī)正反轉(zhuǎn)以及停轉(zhuǎn)來控制蓋板的打開和關(guān)閉。并通過檢測裝置檢測蓋板的位置和工作情況，并把蓋板的工作狀態(tài)反饋給上位機(jī)。一旦情況出現(xiàn)異常則需要人工維修，使之恢復(fù)正常狀態(tài)。在維修狀態(tài)下，斷開強(qiáng)電，維修人員可以通過人力來操作蓋板。正常狀態(tài)下準(zhǔn)備工作時，此執(zhí)行元件先進(jìn)行狀態(tài)自檢，在各相應(yīng)部件均處’于正常情況下時，上位機(jī)發(fā)出命令使機(jī)械卡鎖解鎖，并使離合器處于接合狀態(tài)，然后給電機(jī)驅(qū)動器發(fā)出信號，使電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過減速機(jī)構(gòu)使蓋板在電機(jī)的帶動下，緩慢滑動到指定的位置，并鎖定。如果出現(xiàn)故障，如系統(tǒng)突然斷電時，機(jī)電聯(lián)鎖裝置的電子鎖失效，機(jī)械鎖開始起作用，此時通過鑰匙來實現(xiàn)蓋板的開關(guān)，通過手動來實現(xiàn)其打開和關(guān)閉。檢修時，工作人員插入鑰匙，即時切斷電源，機(jī)電聯(lián)鎖裝置的電子鎖失效，機(jī)械鎖鎖緊，通過鑰匙打開蓋板，電機(jī)傳動裝置和蓋板的轉(zhuǎn)軸通過電磁離合器解脫嚙合，這樣通過手動將蓋板打開，進(jìn)行檢修。
三、信號檢測與控制部分方案設(shè)計
在蓋板平臺的控制系統(tǒng)巾，單片機(jī)控制器通過CAN總線可以從上位機(jī)獲得控制指令和運動數(shù)據(jù)，控制器輸出的控制信號，經(jīng)電機(jī)驅(qū)動器處理后控制直流電動機(jī)，從而控制蓋板的運動。主控模塊作為控制系統(tǒng)的核心部分對此機(jī)電一體化執(zhí)行元件進(jìn)行統(tǒng)一安排和調(diào)度，它通過分析監(jiān)控平臺傳送的控制指令、系統(tǒng)狀態(tài)和全局環(huán)境信息，規(guī)劃蓋板運動的軌跡并完成相應(yīng)的運動控制�？刂撇糠謱崿F(xiàn)的功能：(1)實現(xiàn)蓋板的開關(guān)動作：在單片機(jī)的作用下，控制電機(jī)實現(xiàn)蓋板的開關(guān)動作。(2)實現(xiàn)微機(jī)軟件控制蓋板：利用計算機(jī)的軟件實現(xiàn)單片機(jī)與上位機(jī)的通信，完成蓋板的開關(guān)動作。其中系統(tǒng)的主要部分就是單片機(jī)控制外部電機(jī)的轉(zhuǎn)動以及單片機(jī)和上位計算機(jī)的通信。這兩個功能正是單片機(jī)系統(tǒng)中常用的關(guān)鍵技術(shù)，本論文在后面的章節(jié)中將會著重介紹這兩個方面的功能。此系統(tǒng)具有以下特點：(1)使用方便：體積小，重量輕，不占用太多的空間。(2)操作簡單：操作人員通過遠(yuǎn)程計算機(jī)實現(xiàn)蓋板的開關(guān)動作。(3)程序簡單：無論是計算機(jī)還是單片機(jī)的程序都很簡單，不占用太多的程序空間。(4)成本低：使用最為簡單的控制方案。本系統(tǒng)對蓋板的控制更加智能化，開關(guān)過程更加可控化，可以利用一個單片機(jī)控制多個蓋板的開關(guān)動作。甚至可以通過微機(jī)和單片機(jī)的連接，在用戶的可視化窗口上隨時控制蓋板的開關(guān)，從而形成一個較為智能的蓋板控制系統(tǒng)。基于單片機(jī)的蓋板檢測與控制系統(tǒng)可以分為：(1)微機(jī)及控制軟件：提供用戶微機(jī)程序界面，并將用戶對蓋板的操控轉(zhuǎn)化為控制指令發(fā)送到下位機(jī)。(2)單片機(jī)控制單元：監(jiān)測和接收外部狀態(tài)信號，并發(fā)送指令給驅(qū)動電路，控制蓋板的開關(guān)。(3)驅(qū)動電路：驅(qū)動蓋板的電機(jī)動作，帶動傳動機(jī)構(gòu)實現(xiàn)蓋板的開關(guān)。(4)檢測部分：利用傳感器檢測各器件的狀態(tài)，并進(jìn)行反饋。
總之，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是機(jī)電一體化技術(shù)在諸多領(lǐng)域的應(yīng)用，促使系統(tǒng)的智能化程度越來越高，并日益成為此類執(zhí)行元件發(fā)展的一大趨勢。
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