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1、机电一体化技术模糊洗衣机本讲稿第一页，共一百零三页 第七章 机电一体化系统总体设计与实例分析知识点：知识点：机电一体化系统总体设计过程机电一体化产品实例分析智能洗衣机设计开发本讲稿第二页，共一百零三页本章导读本章导读 机电体化技术从系统工程观点出发，应用机械、微电子技术等有关技术，使机械、电子有机结合，实现系统或产品整体最优的综合性技术。机电一体化系统设计是按机电一体化思想、原理和方法进行的机电一体化产品设计，它是一项复杂的系统工程，需要综合应用各项共性关键技术才能完成。本讲稿第三页，共一百零三页7.1机电一体化系统的设计思路与开发过程 机电一体化是一门综合技术，是一项多级别、多单元组成的系统
2、工程。机电一体化系统所包容的设计与开发范围是非常广泛的。给定机电一体化系统(产品)目的功能与规格后，机电一体化技术人员利用机电一体化技术进行设计、制造的整个过程为机电一体化工程。本讲稿第四页，共一百零三页7.1.1机电一体化系统分析机电一体化系统分析一般来讲，机电一体化系统分析应包括以下内容。一、可行性论证、准备技术资料一、可行性论证、准备技术资料1）了解企业现状与系统开发的内外环境，收集国内外有关技术资料，包括现有同类产品的资料、相关的理论研究成果和先进技术资料等。2）了解所设计产品的使用要求和开发目标，包括功能、性能等方面的要求。3）了解生产单位的设备条件、工艺手段、生产基础等，能为产品开
3、发提供的技术支持、物质支持，作为研究具体结构方案的重要依据。本讲稿第五页，共一百零三页二、根据目的功能确定产品规格、性能指标二、根据目的功能确定产品规格、性能指标1）功能性指标包括运动参数、动力参数、尺寸参数、品质指标等。2）经济性指标包括成本指标、工艺性指标、标准化指标、美学指标等。3）安全性指标包括可靠性指标、操作指标、自身保护指标和人员安全指标等。本讲稿第六页，共一百零三页三、拟定总体方案三、拟定总体方案1）方案设计选择设计原则、设计原理，进行总体方案的初步设计。2）系统性能指标分析依据所掌握的技术资料以及以往的设计经验，找出设计难点及特征指标。3）系统分解，预选各环节结构 在性能指标分
4、析的基础上，初步选出多种实现各环节功能和满足性能要求的可行的结构方案。4）整体评价 选定一个或几个评价指标，求出各方案的评价指标值并进行比较和评价，从中选出最优者作为拟定的总体方案。本讲稿第七页，共一百零三页三、拟定总体方案三、拟定总体方案1总体设计的概念与过程描述总体设计的概念与过程描述机电一体化系统（或产品）是机电一体化设备与产品的总称，它表示将这些设备与产品看成一个系统。其主要内容包括：系统原理方案的构思，结构方案的设计，总体布局设计与环境设计，主要参数及技术指标的确定，总体方案的评价与决策。本讲稿第八页，共一百零三页在总体设计过程中，应逐步形成下列技术文件与图纸：系统工作原理简图。控制
5、器、驱动器、执行器、传感器工作原理图等。总体设计报告。总体装配图。部件装配图。本讲稿第九页，共一百零三页机电一体化系统总体方案的一般步骤为：（1）详尽搜集用户对所设计产品的需求设计任何系统，首先要收集所有相关信息，包括设计需求、背景技术资料。（2）设计对象工作原理的设计明确了解设计对象的需求之后，就可以开始工作原理设计了，这是总体设计的关键。（3）主要结构方案的选择机械结构类型很多，选择主要结构方案时，必须保证系统所要求的精度、工作稳定可靠、制造工艺性好，应符合运动学设计原则或误差均化原理。本讲稿第十页，共一百零三页（4）摩擦形式的选择设计机电一体化机械系统时，要认真选择运动机构的摩擦形式，如
6、果处理得不好，由于动、静摩擦力差别太大，造成爬行，会影响控制系统工作的稳定性，因此总体方案设计时，必须选取具有适用于工作要求摩擦形式的导轨。（5）系统简图的绘制选择或设计了系统中各主要功能元的解之后，用各种符号代表各子系统中功能元的解，形成机、电、控有机结合的机电一体化系统简图。根据这些简图，进行方案论证，并作多次修改，确定最佳方案。本讲稿第十一页，共一百零三页（6）总体布局及环境设计布局设计是总体设计的重要环节，布局设计的任务是确定系统各主要部件之间相对应的位置关系以及它们之间所需要的相对运动关系。（7）总体精度分配总体精度分配是将机、电、控、检测各系统的精度进行分配。精度分配时，应根据各子
7、系统所用技术系统的特点进行分配。（8）总体设计报告总结上述设计过程的各个方面，写出总体设计报告，为总体装配图和部件装配图的绘制做好准备。本讲稿第十二页，共一百零三页7.1.2 机电一体化系统设计原则机电一体化系统设计原则1）机电互补原则综合考虑机械技术和电子技）机电互补原则综合考虑机械技术和电子技术各自的特点，达到优势互补。术各自的特点，达到优势互补。从机械技术、电子技术、硬件技术和软件技术四个方面权衡经济和技术上的利弊得失，选择最佳方案。2）功能优化原则）功能优化原则主要指在系统设计时，要抓住用户最关心的技术指标，特别是系统的可靠性、实用性、经济性等。本讲稿第十三页，共一百零三页3）自动化、
8、省力化原则）自动化、省力化原则高精度、高效率、高可靠化是机电一体化系统的重要指标，因此要求系统在运行过程中,最大限度地减少人的干预，降低人的体力和智力劳动强度，尽可能排除人为的不利因素的影响。4）效益最大原则）效益最大原则要在满足用户的目的功能和适当的使用寿命的前提下，最大限度地降低成本。5）开放性原则）开放性原则 以一组标准、规范或约定的原则来统一系统的接口、通信和与外部的使系统能容纳不同厂家制造的设备及软件产品。本讲稿第十四页，共一百零三页7.1.3机电一体化系统设计过程机电一体化系统设计过程一、机电一体化产品基本开发工程路线二、机电一体化系统设计步骤机电一体化系统设计具体可分为以下几个步
9、骤：1市场调查与预测市场调查与预测市场调查与预测是产品开发成败的关键性一步。市场调查就是运用科学方法。系统地全面地收集有关市场需求和营销方面的情况和资料，分析研究产品在供需双方之间进行转移的状况和趋势。本讲稿第十五页，共一百零三页2构思比较构思比较构思就是创新，技术转移就是突破。一个好的产品构思，不仅能带来技术上的创新，功能上的突破，还能带来制造过程的简化，使用的方便，以及经济上的高效益。因此，机电一体化产品设计应鼓励创新，充分发挥创造能力和聪明才智来构思和创造新的方案 本讲稿第十六页，共一百零三页3方案评价方案评价对各种构思和多种方案进行筛选，选择较好的可行方案进行分析组合和概述评价，从中再
10、选几个方案。按机电一体化系统设计评价原则和评价方法，进行深入的综合分析评价，最后确定实施方案。本讲稿第十七页，共一百零三页4根据目的功能确定产品规格、性能指标根据目的功能确定产品规格、性能指标1）基本性能指标 运动参数：用来表征机器工作运动的轨迹、行程、方向和起、止点位置正确性的指标，如速度、加速度、转速、调速范围等。动力参数：用来表征机器输出动力大小的指标，如力、力矩和功率等。品质指标：用来表征运动参数和动力参数品质的指标2）工艺性指标 对产品结构提出的方便制造和维修的要求，要做到容易制造和便于维修。本讲稿第十八页，共一百零三页3）“人机工程学”指标 考虑人和机器的关系，针对人类在生产和生活
11、中所表现出来的卫生、体形、生理和心理学等对产品提出的综合性要求。4）美学指标 对产品的外部性质，如仪容、风格、匀称、和谐、色泽以及与外部环境的协调等方面提出的要求。5）标准化指标 即组成产品的元、部件的标准化程度。6）可靠性和安全性参数 各种可靠性指标、强度、刚度、电压值电流的极限值和额定等。本讲稿第十九页，共一百零三页5详细设计详细设计1）系统总体设计包括人一机系统的详细设计，对象作业的流程系统。2）系统功能部件、功能要素的划分及设计以各构成要素及要素之间的接口为基础来划分功能部件或功能子系统，也可以按运动的自由度划分成若干个功能子系统，再按子系统划分功能部件。3）机械本体及工具设计包括现有
12、设备的利用与改造部分设计，新设计产品的详细设计方案和工程图设计，对象的加工相关性设计(精度、基准部位等)。本讲稿第二十页，共一百零三页4）控制系统设计包括标准及扩展方案的讨论，机器控制的顺序与方法的确定，接口设计。5）程序设计根据系统设计及接口技术方案进行程序编制和调试。6）后备系统设计包括故障预测及修复方法设计，控制对策和准备工作的设计。7）完成详细设计书及制造图样包括整体构成、各模块及局部的设计说明书。8）产品出厂后使用文件的设计包括用户使用说明书，调整维护说明书验证书，出厂检验证书，教育训练计划等。本讲稿第二十一页，共一百零三页6综合评价综合评价对机电一体化系统的综合评价主要是对其实现目
13、的功能的性能、结构进行评价。7可靠性复查可靠性复查机电一体化系统既可能产生电子电路故障、软件故障，又可能产生机械故障，受到电噪声的干扰，因此可靠性问题显得格外交出。在产品设计初步完成之后，还需要进行可靠性复查和分析，以便发现问题及时改进。本讲稿第二十二页，共一百零三页8试制与调试试制与调试样机试制是检验产品设计的制造可行性的重要阶段，并通过样机调试来验证各项性能指标是否符合设计要求。系统调试包括硬件调试、软件调试、模拟调试和现场试运行等几方面。硬件调试和软件调试为基本调试；模拟调试是检查硬件和软件的整体性能，为现场试运行做准备；现场调试是对全系统的实际考验与检查。本讲稿第二十三页，共一百零三页
14、9系统设计中的质量控制系统设计中的质量控制1）质量目标管理 2）实行可靠性设计 3）进行质量评审 4）加强标准化与工艺审查。5）建立设计质量责任制。6）建立质量保证体系 本讲稿第二十四页，共一百零三页10制造工程质量管理制造工程质量管理1）元器件的筛选2）应力筛选3）老化处理4）产品的生产质量检验本讲稿第二十五页，共一百零三页7.2机电一体化产品开发实例及应用机电一体化产品开发实例及应用参考文献：参考文献：1、机电一体化技术，袁中凡主编，电子工业出版社机电一体化技术，袁中凡主编，电子工业出版社2、机电一体化技术与系统，梁景凯主编，机械工业出版社机电一体化技术与系统，梁景凯主编，机械工业出版社3
15、、模糊控制技术在家用电器中的应用模糊控制技术在家用电器中的应用，黄布毅主编，中国轻工业出版社，黄布毅主编，中国轻工业出版社 本讲稿第二十六页，共一百零三页7.2机电一体化产品开发实例及应用机电一体化产品开发实例及应用洗衣机发展洗衣机发展 双桶洗衣机是虽然方便，但仍需人力将衣物从洗衣桶中捞入脱水桶中。机械控制式机械控制式电气控制式电气控制式 传统的全自动洗传统的全自动洗衣机有两种，一种衣机有两种，一种是机械控制式，一是机械控制式，一种是电气控制式。种是电气控制式。本讲稿第二十七页，共一百零三页全自动控制洗衣机发展全自动控制洗衣机发展随着国民经济的发展,人民的生活水平不断提高，全自动洗衣机作为将人
16、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。全自动洗衣机成为近些年来洗衣机发展和研制的目标，已经生产了多品种，多类型，多功能的全自动洗衣机。本讲稿第二十八页，共一百零三页全自动控制洗衣机发展全自动控制洗衣机发展 洗衣机的洗涤过程主要是在机械产生的排渗、冲刷等机械作用和洗涤剂的润湿、分散作用下，将污垢拉入水中来实现洗净的目的。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
17、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。本讲稿第二十九页，共一百零三页机械控制式机械控制式电气控制式电气控制式模糊控制式模糊控制式 除了控制方式以外，上述三种洗衣机除了控制方式以外，上述三种洗衣机的主要传动系统没有很大的差别！的主要传动系统没有很大的差别！潘存云教授研制本讲稿第三十页，共一百零三页纳米洗衣机：所谓纳米洗衣机，也只能说是添加了纳米材料的洗衣机，而且纳米材料还只是应用在滚筒洗衣机外桶的内壁上，而对于最容易产生污垢的内桶的外壁还没有很好的解决办法。小鸭纳米洗衣机
18、正是把纳米技术运用到了洗衣机外桶上，所研制成功的无机银复合材料外桶，不但增加了韧性，具有耐摩擦、耐冲击的特点，还具有很好的光洁度和很强的防垢能力，阻止污垢在桶壁沉积，保持洗衣机自身清洁。本讲稿第三十一页，共一百零三页模糊控制洗衣机概括模糊控制洗衣机概括 模糊洗衣机是一种智能型的洗衣机，它和传统的洗衣机相比，是一种全新的家用电器。智能型模糊控制的全自动洗衣机可以自动判断水温、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。模糊洗衣机能模拟人的直觉实现判断自动化，通过传感器检测衣物重量和脏污程度，自动确定用水量，设定洗涤时间和方式等。本讲稿第三十二页，共一百零三页 模糊控制全
19、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，依靠波轮的旋转完成洗涤、漂洗等工序；依靠波轮与脱水桶的旋转完成脱水工序的家用洗衣机。模糊控制式模糊控制式潘存云教授研制本讲稿第三十三页，共一百零三页三洋三洋XQB70-5168简析：简析：神经网络模糊控制神经网络模糊控制：根据洗涤物的重量等，自动选择水位、水流、时间等。变速洗功能变速洗功能：在洗涤、漂洗过程中，通过按“水流调节”键，可人工调节水流的强弱，标准水流H0，水流增强H1、H2、H3、H4，水流减弱L1、L2、L3、L4。超音波超音波：能有效地将脏污从衣物上剥离，提高洗净度，节约洗涤剂。数码窗显示数码窗显示:让工作、剩余时间一
20、目了然。超静音离合器设计超静音离合器设计：行星轮减速机构，有效降低噪音。本讲稿第三十四页，共一百零三页二、模糊控制洗衣机设计开发本讲稿第三十五页，共一百零三页 二二 机电一体化系统总体设计方案的过程机电一体化系统总体设计方案的过程可行性研究报告、任务书原理方案图、结构设计图、总装图零、部件工作图、设计技术文件工艺文件、样机试制试验、鉴定文件信息反馈、修改完善规划阶段总体阶段详细施工阶段调试生产阶段 销售阶段用户对产品的需求总体设计关键绘制生产图纸、设计说明书、使用说明书、明细表本讲稿第三十六页，共一百零三页1、洗衣机市场概述本讲稿第三十七页，共一百零三页中国洗衣机市场概述市场销量市场销量 20
21、03年中国大陆洗衣机市场产量1705万台，与2002年相比，增长12%。预计2004年洗衣机产量将达到1900万台。2003年中国大陆洗衣机市场销量1140万台，与2002年相比，增长6%。预计2004年洗衣机销量将达到1220万台。市场需求市场需求 中国大陆城镇居民每百户大约拥有洗衣机近93台，对中低端产品的需求接近饱和。03年购买洗衣机的消 费者以新婚夫妇和迁新居为主，中高端市场需求潜力大。中国大陆农村居民洗衣机拥有率在21.78%，由于农村消费水平普遍较低，对价格便宜、功能简单的中低端产品需求量大。本讲稿第三十八页，共一百零三页品牌结构品牌结构 国内品牌。国内品牌。小天鹅、荣事达、小鸭，
22、三大国内品牌在2003年分别出现动荡，上层的变化，直接影响到下层市场，三个品牌销量骤减。但销量前三名依然垄断在国内品牌手中。日韩品牌。日韩品牌。日韩品牌松下、LG、三星加大进军中国市场力度，除了完成产品本土化生产外，广告、市场活动的大力度投入，也使其销量有大幅增长。LG在年底销量排名中名列第四。尤其在03年年底，大幅降价，挑起洗衣机市场又一轮的价格战。欧美品牌。欧美品牌。西门子、惠而浦、伊莱克斯等欧美品牌在中国也完成了本土化生产，但他们并不像日韩企业在市场展开价格战、做大量促销活动。他们坚持走高品质、高价位的产品形象路线。本讲稿第三十九页，共一百零三页n产品竞争产品竞争 价格竞争。03年在洗衣
23、机中、低端市场以价格竞争为主。由于产品同质化严重，厂家靠低价格吸引消费者注意。年底，由松下掀起了一场大规模价格战。技术竞争。在中、高端市场，各品牌产品技术含量不同，竞争焦点为技术。中国洗衣机市场概述本讲稿第四十页，共一百零三页品牌主推机型研究海尔XQSB60-JNXQSB60-JNXQSB60-JNXQSB60-JN￥3280328032803280 XQS55-78XQS55-78XQS55-78XQS55-78￥2480 2480 2480 2480 消毒洗衣功能：应用专利MW活水处理技术，在衣物漂洗时产生W离子，可以杀灭衣物上的有害细菌、病毒。具有不用洗衣粉洗涤的功能。双动力洗涤方式：应
24、用专利双动力洗涤方式，保证洗净度的前提下，比普通波轮洗衣机节水约50%、节时约50%。快洗功能：15分钟可以洗好5公斤衣物。消毒洗衣功能:应用专利全自动消毒洗衣技术HY专用消毒剂。双动力洗涤方式。十水位选择。特快洗涤程序:对1公斤以下的轻污衣物可启用特快洗涤程序，完成洗涤只需6分钟 本讲稿第四十一页，共一百零三页 XQSM26-10 XQSM26-10 XQSM26-10 XQSM26-10 保健型瓷白色保健型瓷白色保健型瓷白色保健型瓷白色￥1230123012301230 XQSM26-10 XQSM26-10 XQSM26-10 XQSM26-10 保健型香槟金色保健型香槟金色保健型香槟金
25、色保健型香槟金色￥1230123012301230消毒洗衣功能:应用专利全自动消毒洗衣技术HY专用消毒剂。双动力洗涤方式:应用专利双动力洗涤方式。可以省时、省水50%。盆形大波轮:大波轮，对水的带动力量更强，同时凹进的盆形，减少衣物和波轮直接接触，降低了磨损率。即时洗:内外衣物分开洗，小件衣物即时洗，宝宝衣物即时洗，特别适宜夏日洗衣。本讲稿第四十二页，共一百零三页LGLGWD-80180NWD-80180NWD-80180NWD-80180N￥2980298029802980WD-12175NWD-12175NWD-12175NWD-12175N￥4208420842084208简析：LG从2
26、000年开始进军中国洗衣机市场。到目前，产品分为全自动波轮和全自动滚筒，销售区域除了北京、上海、广州这些一级城市，各省省会，甚至三、四级市场都可以看到LG的洗衣机产品。03年LG滚筒洗衣机保留部分应用DD驱动技术的产品，其他产品均被TROMM特珑系列取代。WD-80180N是2003年初上市的一款低价位滚筒洗衣机，在功能比较有代表性。4月开始在全国一、二级城市大力推广。WD-12175N是LG在02年底上市的一款DD驱动滚筒洗衣机。由于采用新技术，并且有多种脱水转数选择，洗涤容量达到7KG，价格定位在4200元左右，在LG滚筒洗衣机中属于高端产品。DD直接驱动方式：DirectDrive电机直
27、接连接并带动内桶，效皮带轮所产生的噪音和故障，使用寿命更长。*95杀菌洗涤；*除泡沫系统；8段水位；*预约3-19小时；*快洗功能；*防皱功能；*手洗功能；*400、800、1000、1200除泡沫系统:洗涤和漂洗过程中发生泡 沫过量，洗衣机可自动进行感知，并通过排水和给水自动清楚泡沫，使洗涤和漂洗性 能提高。*95杀菌洗涤。*可预约3-19小时。本讲稿第四十三页，共一百零三页松下松下XQB55-8552 XQB55-8552 XQB55-8552 XQB55-8552￥2888 2888 2888 2888 XQB52-8522 XQB52-8522 XQB52-8522 XQB52-852
28、2￥1680 1680 1680 1680 简析：松下洗衣机在中国地区产品以全自动波轮为主。2003年推出的产品已“龙卷风1+1”系列为主。XQB55-8552属于该系列产品，产品全面兼容滚筒和波轮洗衣机优点，在一台洗衣机上实现多种功能组合，提出了“好衣物洗涤不变形，脏衣物洗得净”的口号。XQB52-8522也是松下龙系列产品，该产品是松下根据不同消费者需求，推出的低价位产品。虽然产品价格相对较低，但产品功能较全，并且内桶采用斜筋不锈钢，保持了品牌在消费者心中高品质的形象。*1+1离心力洗涤+波轮洗涤；*斜筋不锈钢内桶；*六段水位；*少量衣物迷你洗 本讲稿第四十四页，共一百零三页小天鹅小天鹅X
29、QB52-851G XQB52-851G XQB52-851G XQB52-851G￥1868 1868 1868 1868*特有浸泡，标准，快速、牛仔，羊毛，冲洗六种程 序洗涤及三种漂洗程序*立体喷瀑水流*八级水位*24小时预约洗涤简析：XQB52-851G属于小天鹅“靓彩”系列产品。克服了波轮洗衣机磨损率大的缺点，在洗涤程序上，增加了洗羊毛功能。小天鹅洗衣机产品一直比较重视“节能、节水”，除了“保水”系列外，还开发出国内第一台全封闭内桶洗衣机。03年下半年受到“易主”影响，新品推出速度减慢。“易主”后的小天鹅在新品发布会上推出“第五代喷瀑王”系列全自动波轮洗衣机。小天鹅通过增加水流层次、提
30、高水流强度，减少衣物缠绕从而提高洗净度。本讲稿第四十五页，共一百零三页荣事达XQG50-747G XQG50-747G XQG50-747G XQG50-747G￥1996 1996 1996 1996 内桶采用3200孔设计。可令内外桶水流交换频次增加，形成多角度，高密度千千丝般水流深入衣物纤维内部，冲淋衣物，充分漂洗、彻底瓦解顽渍，强化洗涤效果。羊绒、丝绸、牛仔等14种洗涤程序。快洗功能 半载洗涤，当衣物少于2.5KG时半载洗涤，节水省电。简析：荣事达在2003年5月推出“星河3200”系列滚筒洗衣机。该系列滚筒洗衣机通过内桶3200孔设计，增加洗净度，并且可以洗羊绒。产品价格定位在200
31、0元左右。虽然产品功能全、价格优惠，但53CM的机身在市场竞争中，会损失一部分消费者。本讲稿第四十六页，共一百零三页三星F1235JS￥4300 F1035JS￥4300 40CM超薄机身 模糊逻辑控制功能可以自动检测 衣物重量从而根据洗衣量来选择 最恰当的洗衣 时间和进水量。24小时预约功能最大脱水转速1200转最大脱水转速1000转简析：三星在2003年宣布，全线进入洗衣机市场。更明确表示，将把苏州的生产基地建成三星海外最大的洗衣机生产基地，其产品不仅供应中国市场，还要返销本土，产品线也将大大延长。5月在中国市场推出滚筒洗衣机。40CM超薄机身是该产品的最大特点，也是主要宣传点。本讲稿第四
32、十七页，共一百零三页 消费者调查调研样本背景资料本讲稿第四十八页，共一百零三页无提示品牌提及率无提示品牌提及率本讲稿第四十九页，共一百零三页消费者预期购买洗衣机种类分析消费者预期购买容量分析本讲稿第五十页，共一百零三页 海尔针对农民洗地海尔针对农民洗地瓜难的问题，推出一款瓜难的问题，推出一款能够过滤泥沙、不会堵能够过滤泥沙、不会堵塞排水口、可以洗地瓜塞排水口、可以洗地瓜的洗衣机，满足了消费的洗衣机，满足了消费者个性化的需求。者个性化的需求。【观念应用】青岛海尔集团，针对夏季洗衣量少的特点，开发出小小神童洗衣机，针对川渝地区农村居民用洗衣机洗地瓜而常常发生堵塞，开发出可洗2公斤地瓜的大地瓜洗衣机
33、等。海尔集团将内部优势与外部环境机会做到了有效的配合，从而占据了适当的市场位置。本讲稿第五十一页，共一百零三页2、总体设计、总体设计 本讲稿第五十二页，共一百零三页智能型洗衣机 智能型洗衣机和传统的洗衣机有完全不同的控制方式，它能自动识别洗衣机的重量、洗涤物的种类、洗涤物的污浊程度等；自动设置最佳的洗涤时间、洗涤水流、漂洗次数和脱水时间；自动完成整个洗涤过程。这种洗衣机的整个洗涤过程是由模糊推理进行控制的。本讲稿第五十三页，共一百零三页总体设计知识点概述总体设计知识点概述（1）总体设计的概念与过程描述总体设计的概念与过程描述 主要内容包括：系统原理方案的构思，结构方案的设计，总体布局设计与环境
34、设计，主要参数及技术指标的确定，总体方案的评价与决策。本讲稿第五十四页，共一百零三页在总体设计过程中，应逐步形成下列技术文件与图纸：系统工作原理简图。控制器、驱动器、执行器、传感器工作原理图等。总体设计报告。总体装配图。部件装配图。本讲稿第五十五页，共一百零三页机电一体化体统总体方案的一般步骤为：机电一体化体统总体方案的一般步骤为：（1）详尽搜集用户对所设计产品的需求 设计任何系统，首先要收集所有相关信息，包括设计需求、背景技术资料。（2）设计对象工作原理的设计 明确了解设计对象的需求之后，就可以开始工作原理设计了，这是总体设计的关键。（3）主要结构方案的选择 机械结构类型很多，选择主要结构方
35、案时，必须保证系统所要求的精度、工作稳定可靠、制造工艺性好，应符合运动学设计原则或误差均化原理。本讲稿第五十六页，共一百零三页(4(4）摩擦形式的选择）摩擦形式的选择 设计机电一体化机械系统时，要认真选择运动机构的摩擦形式，如果处理得不好，由于动、静摩擦力差别太大，造成爬行，会影响控制系统工作的稳定性，因此总体方案设计时，必须选取具有适用于工作要求摩擦形式的导轨。（5 5）系统简图的绘制）系统简图的绘制 选择或设计了系统中各主要功能元的解之后，用各种符号代表各子系统中功能元的解，形成机、电、控有机结合的机电一体化系统简图。根据这些简图，进行方案论证，并作多次修改，确定最佳方案。本讲稿第五十七页
36、，共一百零三页（6 6）总体布局及环境设计）总体布局及环境设计 布局设计是总体设计的重要环节，布局设计的任务是确定系统各主要部件之间相对应的位置关系以及它们之间所需要的相对运动关系。（7 7）总体精度分配）总体精度分配 总体精度分配是将机、电、控、检测各系统的精度进行分配。精度分配时，应根据各子系统所用技术系统的特点进行分配。（8 8）总体设计报告）总体设计报告 总结上述设计过程的各个方面，写出总体设计报告，为总体装配图和部件装配图的绘制做好准备。本讲稿第五十八页，共一百零三页机械本体设计本讲稿第五十九页，共一百零三页全自动洗衣机动作流程图本讲稿第六十页，共一百零三页全自动洗衣机结构图 右图是
37、全自动洗衣机的基本结构。由图中可以看出，洗衣桶兼做脱水桶，盛水涌（外桶）重叠着套在同一轴上，两轴之间留有2025mm的间隙。内桶的桶壁上设有许多小孔，可使水及洗涤液自由地流入流出。本讲稿第六十一页，共一百零三页自动洗衣机的组成：自动洗衣机的组成：上盖控制面板进水口排水管外箱体盛水桶支撑拉杆脱水桶电动机带传动减速器波轮本讲稿第六十二页，共一百零三页洗涤：洗涤：A A制动，制动，B B放开，运动经电机、带传动、中心齿轮、行放开，运动经电机、带传动、中心齿轮、行星轮、行星架、波轮星轮、行星架、波轮脱水：脱水：A A放开，放开，B B制动，运动经电机、带传动、内齿圈（脱水桶）、制动，运动经电机、带传动
38、、内齿圈（脱水桶）、中心齿轮、行星架、波轮与脱水桶等速旋转。中心齿轮、行星架、波轮与脱水桶等速旋转。AB洗衣机系统简图洗衣机系统简图带传动脱水桶波轮自动洗衣机的工作原理：自动洗衣机的工作原理：本讲稿第六十三页，共一百零三页本讲稿第六十四页，共一百零三页行星轮本讲稿第六十五页，共一百零三页行星轮 在包含行星齿轮的齿轮系统中，由于存在行星架，也就是说，可以有三条转动轴允许动力输入/输出，还可以用离合器或制动器之类的手段，在需要的时候限制其中一条轴的转动，剩下两条轴进行传动，这样一来，互相啮合的齿轮之间的关系就可以有多种组合：动力从其中一个太阳轮输入，从另外一个太阳轮输出，行星架通过刹车机构刹死；动
39、力从其中一个太阳轮输入，从行星架输出，另外一个太阳轮刹死；动力从行星架输入，从其中一个太阳轮输出，另外一个太阳轮刹死；两股动力分别从两个太阳轮输入，合成后从行星架输出；两股动力分别从行星架和其中一个太阳轮输入，合成后从另外一个太阳轮输出；动力从其中一个太阳轮输入，从另外一个太阳轮和行星架分两路输出；动力从行星架输入，分两路从两个太阳轮输出。本讲稿第六十六页，共一百零三页减速离合器实物图片本讲稿第六十七页，共一百零三页本讲稿第六十八页，共一百零三页传感检测与模糊控制系统设计本讲稿第六十九页，共一百零三页（一）、模糊洗衣机的物理量检测方法（一）、模糊洗衣机的物理量检测方法1 1浑浊度的检测浑浊度的
40、检测 衣物的脏污程度、肮脏性质和洗净程度等都需要检测，以便进行工作过程的整定和控制。浑浊度的检测是采用红外光电传感器来完成的。利用红外线在水中的透光率和时间的关系，通过模糊推理，以得出检测的结果，而这个结果就可以用于控制推理。本讲稿第七十页，共一百零三页图 混浊度检测原理本讲稿第七十一页，共一百零三页图 洗涤过程中透光度变化情况 本讲稿第七十二页，共一百零三页2布量和布质的检测布量和布质的检测 布量和布质的检测是在洗涤之前进行的。在水位为一定的时候，布量和布质的不同就会产生不同的布阻抗。通过给定一定的水位，然后在这个给定水位的条件下使主电机进行间断旋转，则不同布阻抗就会使主电机制动的性能不同，
41、利用主电机在不同布阻抗时的制动特性就可以推断出布质和布量。本讲稿第七十三页，共一百零三页 检测布阻抗时，把衣物置入洗衣桶内，启动电机以特定的速率使电机从静止上升到一定的转速，在按照某种规律运转后，检测电机的惯性以得到布阻抗的信息本讲稿第七十四页，共一百零三页图 布量与布阻抗关系曲线图本讲稿第七十五页，共一百零三页3水温检测水温检测 水温检测由温度检测器MTSl02执行。由于MTSl02有线性度好，对温度敏感等特点，故采用它对常温检测有较大的优点。在电路中，采用两个运算放大器对MTSl02的输出信号进行处理，一个用于隔离阻抗，一个用信号放大。本讲稿第七十六页，共一百零三页4脱水检测脱水检测 脱水
42、时采用压电传感器。当脱水桶高度旋转时，从脱水桶喷射出来的水作用于压电传感器上，根据这个压力变化，自动停止脱水运转。本讲稿第七十七页，共一百零三页 （二）、模糊控制洗衣机系统控制系统硬件设计（二）、模糊控制洗衣机系统控制系统硬件设计 用MC6805R3控制的模糊洗衣机和传统的洗衣机有很大的区别，它能自动识别衣质、衣量、自动识别肮脏程度，自动决定水量、自动投入恰当的洗涤剂，从而全部自动地完成整个洗涤过程。由于洗涤程序是通过模糊推理而决定的，故有着极高的洗涤效能。本讲稿第七十八页，共一百零三页MC68HC05C8单片机单片机本讲稿第七十九页，共一百零三页洗衣机基本控制系统洗衣机基本控制系统本讲稿第八
43、十页，共一百零三页本讲稿第八十一页，共一百零三页本讲稿第八十二页，共一百零三页1）电源电路）电源电路 电源电路由变压器TF、桥式整流器、滤波电容和集成稳压电路7805组成。2）洗衣机状态检测电路）洗衣机状态检测电路 状态检测电路一共有7个。3）显示电路）显示电路4）输出控制电路）输出控制电路 输出控制电路由触发电路和相应的双向晶间管组成；控制电路一共有5路。本讲稿第八十三页，共一百零三页 单片机控制的逻辑结构 本讲稿第八十四页，共一百零三页（三）、模糊洗衣机的模糊推理（三）、模糊洗衣机的模糊推理 在模糊洗衣机中，浑浊度、布质、布量等都是通过对现行状态的检测，再通过模糊推理得出的。在模糊推理中，
44、需要考虑推理的前件和后件，也即是推理的输入条件和输出结果，在模糊洗衣机中，主要是要考虑布质、布量、水温和肮脏程度这几种条件，而从这些条件求取水位，洗涤时间和水流，漂洗方式和脱水时间等。本讲稿第八十五页，共一百零三页图 模糊洗衣机的模糊推理本讲稿第八十六页，共一百零三页在洗涤剂浓度推理中，其规则如下：在洗涤剂浓度推理中，其规则如下：如果浑浊度高，则洗涤剂投入量大；如果浑浊度偏高，则没涤剂投入量偏大；如果浑浊度低，则洗涤剂投入量小；在洗衣推理中，推理规则如下：在洗衣推理中，推理规则如下：如果布量少，布质以化纤偏多，而且水温高，则水流为特弱，洗涤时间特短；如果布量多，布质以棉布偏多，而且水温低，则把
45、水流定为特弱，洗涤时间定为特长。本讲稿第八十七页，共一百零三页图 水温、布量和时间的模糊量本讲稿第八十八页，共一百零三页需要进一步解决的问题浑浊度检测波轮转速与洗涤效果间关系洗涤机理洗衣机振动、噪声控制本讲稿第八十九页，共一百零三页 随着科学技术的发展，更多物理知识在洗衣机中的运用，未来的洗衣机必将更为方便，更加节省能源，进一步提高人民的生活水平。本讲稿第九十页，共一百零三页本章小结本章小结机电一体化技术的发展水平是一个国家技术水平的标志，在一定程度上反映了该国的技术经济实力。机电一体化已经显示出了强大的生命力，并正以空前的速度和力度冲击着传统的技术思想、生产方式和方法以及传统的机电产品和产业
46、结构，国民经济的各个领域都将因此而发生深刻变革。机电一体化是科学技术发展的必然趋势，并将成为2l世纪的主流技术之一。本讲稿第九十一页，共一百零三页 模糊洗衣机模糊洗衣机PLC控制控制作业：作业：本讲稿第九十二页，共一百零三页 洗涤控制洗涤控制 编制一个用PLC控制的单缸全自动洗衣机的洗涤动作，具体操作过程见下附图（全自动洗衣机洗涤动作流程图）。动作要求如下：洗衣机的进水、排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀执行。洗涤正转、反转由洗涤电机驱动波盘正、反转来实现。脱水时，由脱水电磁离合器合上、排水电磁阀吸合，洗涤电机正转进行甩干。洗涤完成由蜂鸣器报警。停止按钮用来手动结束洗涤过程。操作面板上设有启动按
47、钮SA及停止按钮SB。本讲稿第九十三页，共一百零三页本讲稿第九十四页，共一百零三页洗涤控制洗涤控制I/O 地址分配表：地址分配表：本讲稿第九十五页，共一百零三页 PLC I/O 硬件连接图：硬件连接图：本讲稿第九十六页，共一百零三页梯形图控制程序本讲稿第九十七页，共一百零三页带有洗涤方式选择、水位选择的洗带有洗涤方式选择、水位选择的洗涤控制涤控制 考题内容考题内容 编制用PLC控制的全自动洗衣机的洗涤动作控制程序，要求增加洗涤方式选择（强洗或弱洗）、洗涤水位选择（高水位或低水位）。具体操作过程见下附图（全自动洗衣机洗涤动作流程图）。动作要求如下：洗衣机的进水、排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀执
48、行。洗涤正转、反转由洗涤电机驱动波盘正、反转来实现。脱水时，由脱水电磁离合器合上、排水电磁阀吸合，洗涤电机正转进行甩干。洗涤完成由蜂鸣器报警。洗衣机通过高水位限位检测ST3、低水位限位检测ST2、零水位限位检测ST1来检测水位的高度位置（遇水则通，ON）。水位选择由一个按钮完成。洗涤方式（强洗或弱洗）选择也由一个按钮完成。用四个LED发光二极管来指示当前的工况状态。本讲稿第九十八页，共一百零三页洗衣机所需要的输入/输出信号有：本讲稿第九十九页，共一百零三页工作流程框图本讲稿第一百页，共一百零三页I/O 地址分配表：地址分配表：本讲稿第一百零一页，共一百零三页带有洗涤方式选择、水位选择的全自动洗
49、衣控制程序带有洗涤方式选择、水位选择的全自动洗衣控制程序设计（一洗二漂）设计（一洗二漂）全自动洗衣机通过三个开关 QS、SB1、SB2 对洗衣机的洗涤过程进行控制：QS是系统运行控制开关，控制整个洗衣过程。SB1是洗涤方式选择按钮，控制强洗/弱洗两种洗涤方式的切换，即按一下，进入强洗状态，再按一下，又进入弱洗状态，如此反复循环。SB2是运行/暂停两种状态的选择按钮，即按一下，进入运行状态，再按一下，又进入暂停状态，如此反复循环。洗涤水位由机械方式实现控制，通过转换开关设置各种洗涤水位，由检测开关输出触点“通”、“断”信号，表示“水位到（ON）”及“水排空（OFF）”两种状态。洗衣程序必须经过一洗二漂，洗衣结束，报警提示10秒。整个工作过程，参见工作流程框图。动作要求如下：洗衣机的进水、排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀执行。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现。脱水时，由脱水电磁离合器合上、排水电磁阀吸合，洗涤电动机正转进行甩干。洗涤完成由蜂鸣器报警。本讲稿第一百零二页，共一百零三页 Thank You Thank You！本讲稿第一百零三页，共一百零三页