1、第一章 機電(jdin)一體化技術導論共六十頁第一章 機電(jdin)一體化技術導論2 學習(xux)目標 了解機電一體化技術的基本概念、特點、組成和分類方法。理解機電一體化的理論基礎和關鍵技術。了解機電一體化技術與其它技術的關系，以及機電一體化技術的發(fā)展趨勢。 共六十頁第一章 機電(jdin)一體化技術導論3目錄(ml)1. 1 概述1.2 基本組成和分類1.3 理論基礎與關鍵技術 1.4 優(yōu)點和效益（作用） 1.5 發(fā)展狀況 共六十頁一、機電(jdin)一體化的形成微電子技術和計算機技術的飛速發(fā)展及其向機械(jxi)工業(yè)的滲透促進了機電一體化的形成。機電一體化技術的核心是機械技術和微電子技

2、術。機電一體化技術是機械技術向自動化、智能化方向發(fā)展的必然產(chǎn)物。第一章 機電一體化技術導論41.1概述共六十頁第一章 機電一體化技術(jsh)導論5共六十頁二、機電(jdin)一體化名稱的由來 Mechatronics= Mechanics + Electronics第一章 機電(jdin)一體化技術導論6共六十頁Mechatronics1971年，日本機械設計雜志副刊1976年，一種(y zhn)以廣告為主，專門刊載“機電一體化”新產(chǎn)品的雜志Mechatronics Design News在日本正式發(fā)行。80年代中期，“Mechatronics”開始在歐美各地使用，這個日本人創(chuàng)造的英文單詞開

3、始在世界范圍內(nèi)得到普遍承認和接受。第一章 機電一體化技術(jsh)導論7共六十頁第一章 機電一體化技術(jsh)導論8三、機電(jdin)一體化的含義1981年“日本機械振興協(xié)會經(jīng)濟研究所”對機電一體化的解釋：“機電一體化是在機械主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術，并將機械裝置與電子裝置用相關軟件有機結(jié)合而構成系統(tǒng)的總稱”共六十頁第一章 機電一體化技術(jsh)導論9 基本(jbn)的特征機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測試技術、電力電子技術、接口技術、信號變換技術以及軟件編程技術等群體技術，根據(jù)系統(tǒng)功能目標

4、和優(yōu)化組織結(jié)構目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實現(xiàn)特定功能價值并使整個系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術。 共六十頁第一章 機電(jdin)一體化技術導論10由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)成為一個以微電子技術為主導，在現(xiàn)代高新技術支持(zhch)下的機電一體化系統(tǒng)或機電一體化產(chǎn)品。機電一體化涵蓋“技術”和“產(chǎn)品”兩個方面。共六十頁第一章 機電(jdin)一體化技術導論11根本區(qū)別:機電一體化技術是基于各種群體技術有機融合的一種綜合性技術，而不是(b shi)機械技術、微電子技術以及其它新技術的簡單組合、拼湊。機電一體化技術機電一體化與機械電氣化的區(qū)別？共六十頁第一章 機電

5、(jdin)一體化技術導論12 主要區(qū)別為: 電氣機械在設計過程中不考慮或少考慮電器與機械的內(nèi)在聯(lián)系，基本上是根據(jù)機械的要求，選用相應的驅(qū)動電機或電氣傳動裝置； 機械和電氣裝置之間界限分明，它們之間的聯(lián)結(jié)以機械聯(lián)結(jié)為主，整個裝置是剛性的； 裝置所需的控制以基于電磁學原理的各種電器，如接觸器、繼電器等來實現(xiàn)，屬強電范疇，其主要支撐技術(jsh)是電工技術(jsh)。機電一體化技術機電一體化與機械電氣化的區(qū)別？共六十頁第一章 機電(jdin)一體化技術導論13共六十頁第一章 機電一體化技術(jsh)導論14機電一體化產(chǎn)品不僅是人的體力放大，還是人的肢體和感官與頭腦的延伸，具有“智能化”的特征是機電

6、一體化與機械電氣化在功能(gngnng)上的本質(zhì)差別。機電一體化產(chǎn)品共六十頁第一章 機電一體化技術(jsh)導論15 機電一體化產(chǎn)品既不同于傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品，也不同于普通的電子產(chǎn)品，它是機械系統(tǒng)和微電子系統(tǒng)的有機結(jié)合(jih)，從而賦予新功能和性能的一種新產(chǎn)品。 機電一體化產(chǎn)品的特點是產(chǎn)品功能的實現(xiàn)是由所有功能單元共同作用的結(jié)果。共六十頁第一章 機電(jdin)一體化技術導論161.2機電系統(tǒng)的基本(jbn)組成和分類 一、 機電一體化系統(tǒng)的功能組成 1.系統(tǒng)的主功能:對輸入的物質(zhì)、能量和信息按照要求進行處理，輸出具有所需特性的物質(zhì)、能量與信息。 共六十頁第一章 機電一體化技術(jsh)導論17

7、2.其它內(nèi)部功能： 動力功能、檢測(jin c)功能、控制功能、構造功能 共六十頁第一章 機電一體化技術(jsh)導論18CNC機床(jchung)共六十頁第一章 機電一體化技術(jsh)導論19共六十頁第一章 機電一體化技術(jsh)導論20二、 機電(jdin)一體化系統(tǒng)的構成要素 一個較完善的機電一體系統(tǒng)一般包括以下五大基本要素：機械本體動力系統(tǒng)傳感檢測單元執(zhí)行裝置傳感與檢測系統(tǒng)信息處理及控制系統(tǒng)共六十頁第一章 機電一體化技術(jsh)導論21五大構成要素之間通過(tnggu)接口相聯(lián)系共六十頁第一章 機電(jdin)一體化技術導論22五大(w d)構成要素與五大(w d)功能共六十頁第

8、一章 機電一體化技術(jsh)導論23從機電一體化系統(tǒng)的功能看，人體(rnt)是機電一體化系統(tǒng)理想的參照物。 共六十頁人體五大要素與機電一體化產(chǎn)品(chnpn)五大要素的對應關系24(內(nèi)臟(nizng)(手足)(骨骼)(感官)(大腦)共六十頁第一章 機電(jdin)一體化技術導論25機械(jxi)本體 用于支撐和連接其他要素，是機電系統(tǒng)必要的組成部分。包括機身、床身、殼體等。追求目標：通過采用新工藝、新材料、新結(jié)構，達到高效、可靠、節(jié)能、小型、輕量、美觀等要求。機械系統(tǒng)開發(fā)的重點是模塊化、標準化、系列化共六十頁第一章 機電(jdin)一體化技術導論26動力系統(tǒng)按照系統(tǒng)控制要求，為系統(tǒng)提供能量和

9、動力，驅(qū)動執(zhí)行機構完成預定(ydng)主功能。 根據(jù)動力源的不同，可分為液壓式、氣壓式、電氣式等類型。追求目標：高效率、快速響應特性、高適應性和可靠性。共六十頁第一章 機電一體化技術(jsh)導論27傳感與檢測(jin c)系統(tǒng)在系統(tǒng)運行中對系統(tǒng)本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進行檢測，并把被檢測信號轉(zhuǎn)換成可用的輸出信號（電壓、電流、頻率和脈沖等），為信息處理及控制系統(tǒng)提供所需信息。組成：傳感器和信號檢測電路。追求目標：高精度、抗干擾、環(huán)境適應性強、體積小、安裝維護容易。 共六十頁第一章 機電(jdin)一體化技術導論28信息處理及控制系統(tǒng)(kn zh x tn)接受傳感與檢測系統(tǒng)反饋的信息，并

10、對其進行相應處理、運算、決策，根據(jù)處理結(jié)果，按照一定的規(guī)則發(fā)出相應的控制信號，控制整個系統(tǒng)按要求實現(xiàn)有序地運行。它是機電一體化系統(tǒng)的核心單元，由硬件和軟件及相應接口組成。追求目標：高可靠性、高速、抗干擾能力強共六十頁第一章 機電(jdin)一體化技術導論29執(zhí)行(zhxng)裝置根據(jù)控制系統(tǒng)的控制信息和指令，實現(xiàn)產(chǎn)品的主功能。執(zhí)行裝置一般是運動部件，常采用機、電、液、氣動等機構。執(zhí)行裝置因機電一體化產(chǎn)品的種類和作業(yè)對象不同而有較大的差異。共六十頁五大要素(yo s)之間的關系機電一體化產(chǎn)品的五大構成要素在工作中各司其職( s q zh)，互相補充、互相協(xié)調(diào)，共同完成所規(guī)定的功能。 在結(jié)構上，各

11、組成要素通過各種接口及相關軟件有機地結(jié)合在一起，構成一個內(nèi)部合理匹配、外部效能最佳的完整產(chǎn)品。 第一章 機電一體化技術導論30共六十頁第一章 機電(jdin)一體化技術導論31機電一體化系統(tǒng)是比較復雜的，有時某些構成要素是復合在一起(yq)的。構成機電一體化系統(tǒng)的幾個部分并不是并列的： 首先，機械部分是主體 其次，機電一體化的核心是電子技術（微電子技術和電力電子技術）共六十頁第一章 機電(jdin)一體化技術導論32機電(jdin)一體化技術綜述 機電一體化是一種以產(chǎn)品和過程為基礎的技術； 機電一體化以機械為主體； 機電一體化以微電子技術，特別是計算機控制技術為核心； 機電一體化將工業(yè)產(chǎn)品和過

12、程都作為一個完整的系統(tǒng)看待，因此強調(diào)各種技術的協(xié)同和集成，不是將各個單元或部件簡單拼湊到一起； 機電一體化貫穿于設計和制造的全過程中。共六十頁第一章 機電一體化技術(jsh)導論33三、機電(jdin)一體化系統(tǒng)的分類 1）按用途分類2）按執(zhí)行機構不同 數(shù)控機械類 電子設備類 機電結(jié)合類 電液伺服類 信息控制類共六十頁第一章 機電(jdin)一體化技術導論341. 數(shù)控機械類 主要產(chǎn)品為數(shù)控機床、工業(yè)機器人、發(fā)動機控制系統(tǒng)和自動洗衣機等。其特點(tdin)為執(zhí)行機構是機械裝置。共六十頁第一章 機電(jdin)一體化技術導論35 2電子設備類電子設備類主要(zhyo)產(chǎn)品為電火花加工機床、線切割

13、加工機床、超聲波縫紉機和激光測量儀等。其特點為執(zhí)行機構是電子裝置。共六十頁第一章 機電(jdin)一體化技術導論363機電(jdin)結(jié)合類機電結(jié)合類主要產(chǎn)品為自動探傷機、形狀識別裝置和CT掃描儀、自動售貨機等。其特點為執(zhí)行機構是機械和電子裝置的有機結(jié)合。共六十頁第一章 機電(jdin)一體化技術導論374電液伺服類電液伺服類主要產(chǎn)品為機電一體化的伺服裝置。其特點為執(zhí)行機構是液壓驅(qū)動(q dn)的機械裝置，控制機構是接受電信號的液壓伺服閥。共六十頁第一章 機電(jdin)一體化技術導論385信息(xnx)控制類信息控制類主要產(chǎn)品為電報機、磁盤存儲器、磁帶錄像機、錄音機以及復印機、傳真機等辦公自

14、動化設備。其主要特點為執(zhí)行機構的動作完全由所接收的信息類控制。共六十頁第一章 機電一體化技術(jsh)導論39三、機電(jdin)一體化系統(tǒng)的分類 3）按機電結(jié)合程度 功能附加型 功能替代型 機電融合型共六十頁第一章 機電一體化技術(jsh)導論401. 功能(gngnng)附加型主要特征是在原有機械產(chǎn)品基礎上，采用微電子技術，使產(chǎn)品功能增加和增強，性能得到適當提高 比如經(jīng)濟型數(shù)控機床、電子秤、數(shù)顯量具、全自動洗衣機共六十頁第一章 機電(jdin)一體化技術導論41 2功能(gngnng)替代型主要特征是在采用微電子技術及裝置取代原產(chǎn)品中的機械式控制功能、信息處理功能或主功能，使產(chǎn)品結(jié)構簡化，

15、性能提高，柔性增加。比如電子縫紉機、自動照相機、電子石英鐘、電子式電話交換機、線切割加工機床、激光手術器等。共六十頁第一章 機電(jdin)一體化技術導論423機電(jdin)融合型主要特征是根據(jù)產(chǎn)品的功能和性能要求及技術規(guī)范，采用專門設計的或具有特定用途的集成電路來實現(xiàn)產(chǎn)品中的控制和信息處理等功能，因而使產(chǎn)品結(jié)構緊湊、設計靈活、成本降低。比如傳真機、復印機、攝像機、磁盤驅(qū)動器、CNC數(shù)控機床共六十頁第一章 機電(jdin)一體化技術導論431.3 機電一體化的理論(lln)基礎與關鍵技術 一、 理論基礎 系統(tǒng)論、信息論、控制論是機電一體化技術的理論基礎，是機電一體化技術的方法論。 共六十頁第

16、一章 機電(jdin)一體化技術導論44二、 關鍵技術機電一體化技術(jsh)內(nèi)部各種因素的聯(lián)系以及外部條件的影響關系共六十頁第一章 機電一體化技術(jsh)導論45機電一體化技術的共性關鍵技術:1.精密機械技術2.傳感檢測技術 3.信息處理技術 4.伺服驅(qū)動(q dn)技術5.自動控制技術 6.接口技術 7.系統(tǒng)總體技術 共六十頁第一章 機電一體化技術(jsh)導論461.精密機械技術（研究對象：機械(jxi)本體和執(zhí)行裝置）機械技術是關于機械機構及利用機構傳遞運動的技術精密機械技術是機電一體化的基礎機械技術的著眼點在于如何與機電一體化的技術相適應，實現(xiàn)結(jié)構上、材料上、性能上的變更，滿足減輕

17、重量、縮小體積、提高精度、提高剛度、改善性能的要求。共六十頁第一章 機電一體化技術(jsh)導論472.傳感檢測技術（研究對象(duxing)：傳感檢測系統(tǒng)）在機電一體化產(chǎn)品中，工作過程的各種參數(shù)、狀態(tài)以等都要通過傳感器進行接收，并通過相應的信號檢測裝置進行測量，然后送入信息處理裝置以及反饋給控制裝置，以實現(xiàn)產(chǎn)品工作過程的自動控制。傳感原理、傳感材料、加工制造裝配技術是傳感器開發(fā)的三個重要方面。傳感器的發(fā)展進入了集成化、智能化研究階段。共六十頁第一章 機電一體化技術(jsh)導論483.信息處理技術（研究(ynji)對象：信息處理與控制系統(tǒng)）信息處理技術是指信息的輸入、識別、變換、運算、存儲、

18、輸出和決策分析等技術。實現(xiàn)信息處理的主要工具是計算機。機電系統(tǒng)中主要采用：可編程控制器，單片機，總線式工業(yè)控制機，分布式計算機測控系統(tǒng)等進行信息處理。共六十頁第一章 機電一體化技術(jsh)導論494.伺服驅(qū)動技術(jsh)（研究對象：動力系統(tǒng)）伺服驅(qū)動技術主要是指機電一體化產(chǎn)品中的執(zhí)行元件和驅(qū)動裝置設計中的技術問題，它涉及設備執(zhí)行操作的技術，對所加工產(chǎn)品的質(zhì)量具有直接的影響。執(zhí)行元件有三大類：利用電能的電動機、利用液壓能的液壓驅(qū)動裝置和利用氣壓能的氣壓驅(qū)動裝置共六十頁第一章 機電(jdin)一體化技術導論505.自動控制技術（研究對象(duxing)：控制系統(tǒng)）自動控制是在沒有人直接參與的情

19、況下，通過控制器使被控對象或過程自動地按照預定的規(guī)律運行。自動控制理論基礎是自動控制原理（經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論）。自動控制技術就是在此理論指導下對具體控制系統(tǒng)進行設計，并進行系統(tǒng)仿真及現(xiàn)場調(diào)試，使系統(tǒng)可靠地投入運行。自動控制技術目的：實現(xiàn)機電一體化系統(tǒng)的目標最佳化由于控制對象種類繁多，所以控制技術的內(nèi)容極其豐富，如速度控制、位置控制、溫度控制、壓力控制和姿態(tài)控制等。共六十頁第一章 機電一體化技術(jsh)導論516.接口技術（研究對象：各構成要素(yo s)之間的接口）從系統(tǒng)外部看，輸入/輸出是系統(tǒng)與人、環(huán)境或其它系統(tǒng)之間的接口；從系統(tǒng)內(nèi)部看，機電一體化系統(tǒng)是通過許多接口將

20、各組成要素的輸入/輸出聯(lián)系成一體的系統(tǒng)。因此，各要素及各子系統(tǒng)之間的接口性能就成為綜合系統(tǒng)性能好壞的決定性因素。共六十頁第一章 機電一體化技術(jsh)導論527.系統(tǒng)總體(zngt)技術（研究對象：整個機電系統(tǒng)）系統(tǒng)總體技術就是從整體目標出發(fā)，用系統(tǒng)的觀點和方法，將機電一體化產(chǎn)品的總體功能分解成若干功能單元，找出能夠完成各個功能的可能技術方案，再把功能與技術方案組合成方案組進行分析、評價，綜合優(yōu)選出適宜的功能技術方案。在系統(tǒng)總體技術中，對于子系統(tǒng)間的矛盾或子系統(tǒng)和系統(tǒng)整體之間的矛盾都要從總體協(xié)調(diào)的需要來選擇解決方案。系統(tǒng)總體技術除考慮優(yōu)化設計外，還包括可靠性設計、標準化設計、系列化設計、造型

21、設計等。共六十頁第一章 機電一體化技術(jsh)導論53 1.4 機電(jdin)一體化的作用1精度提高2. 生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量提高3使用安全性和可靠性提高4調(diào)整和維護方便，使用性能改善5具有復合功能，適用面廣6改善勞動條件，有利于自動化生產(chǎn)7節(jié)約能源，減少耗材8. 增強柔性共六十頁第一章 機電(jdin)一體化技術導論54汽車(qch)電子化燃油噴射電子控制裝置電子控制化油器交流發(fā)動機IC調(diào)節(jié)器發(fā)動機旋轉(zhuǎn)檢測裝置電子控制自動變速器電子自動刮水器排氣污染的電子控制器空氣凈化及調(diào)節(jié)裝置汽車防抱死制動裝置共六十頁第一章 機電(jdin)一體化技術導論55汽車生產(chǎn)系統(tǒng)(xtng)的變革 在現(xiàn)代汽車生產(chǎn)中應用計算機進行經(jīng)營和生產(chǎn)管理利用CAD進行產(chǎn)品設計利用數(shù)控機床和柔性生產(chǎn)線進行零部件加工使用機器人從事噴漆、焊接、組裝、搬運等工作共六十頁第一章 機電(jdin)一體化技術導論561.5 機電(jdin)一體化