第7章 自動化技術及應用

1、第七章第七章 自動化技術及應用自動化技術及應用機電一體化系統(tǒng)機電一體化系統(tǒng)1伺服驅動系統(tǒng)伺服驅動系統(tǒng)2可編程控制器可編程控制器3傳感與檢測技術傳感與檢測技術4第七章第七章 自動化技術及應用自動化技術及應用第一節(jié)第一節(jié) 機電一體化系統(tǒng)機電一體化系統(tǒng)v一一 機電一體化技術的內涵機電一體化技術的內涵 機電一體化技術是在機電一體化技術是在信息論、控制論和系信息論、控制論和系統(tǒng)論統(tǒng)論的基礎上，在計算機、傳感器和軟件技術的基礎上，在計算機、傳感器和軟件技術三者的支撐下發(fā)展起來的。三者的支撐下發(fā)展起來的。 機電一體化系統(tǒng)代表現(xiàn)代機械系統(tǒng)，是對機電一體化系統(tǒng)代表現(xiàn)代機械系統(tǒng)，是對傳統(tǒng)機械系統(tǒng)的升級。傳統(tǒng)機械系

2、統(tǒng)的升級。立式銑床立式銑床 主軸電機主軸電機伺服電機伺服電機刀庫刀具定位電機刀庫刀具定位電機機械手旋轉定位電機機械手旋轉定位電機帶制動器伺服電機帶制動器伺服電機加工中心加工中心第一節(jié)第一節(jié) 機電一體化系統(tǒng)機電一體化系統(tǒng)體積小，質量輕體積小，質量輕控制裝置和檢測裝置迅速向輕型控制裝置和檢測裝置迅速向輕型化和小型化發(fā)展?；托⌒突l(fā)展?？煽啃愿呖煽啃愿叻墙佑|式傳感與檢測設備的廣泛非接觸式傳感與檢測設備的廣泛應用使可靠性得到提高應用使可靠性得到提高柔性好柔性好用計算機軟件可以調整系統(tǒng)執(zhí)行用計算機軟件可以調整系統(tǒng)執(zhí)行機構的運動，適應多樣化發(fā)展。機構的運動，適應多樣化發(fā)展。二二 機電一體化系統(tǒng)的特點機電

3、一體化系統(tǒng)的特點第一節(jié)第一節(jié) 機電一體化系統(tǒng)機電一體化系統(tǒng)動力動力系統(tǒng)系統(tǒng)機械機械本體本體執(zhí)行執(zhí)行元件元件信息處信息處理與控理與控制系統(tǒng)制系統(tǒng)傳感檢傳感檢測系統(tǒng)測系統(tǒng)機電一體化系統(tǒng)機電一體化系統(tǒng)三三 機電一體化系統(tǒng)的構成機電一體化系統(tǒng)的構成必須遵循結構耦合、運動傳遞、信息控制與能量轉換必須遵循結構耦合、運動傳遞、信息控制與能量轉換 第一節(jié)第一節(jié) 機電一體化系統(tǒng)機電一體化系統(tǒng)v四四 、機電一體化技術的發(fā)展歷程及趨勢、機電一體化技術的發(fā)展歷程及趨勢 1、機電一體化技術的發(fā)展歷程、機電一體化技術的發(fā)展歷程 （1） 20世紀世紀50-60年代末，機電一體化概年代末，機電一體化概 念還未提出。念還未提出

4、。 （2）20世紀世紀70-80年代，年代，數控機床的問世數控機床的問世, ,寫下了寫下了“機電一體化機電一體化”歷史的第一頁歷史的第一頁; 微微電子技術為電子技術為“機電一體化機電一體化帶來勃勃生帶來勃勃生機。機。 （3）20世紀世紀90年代，智能化階段?？删幊绦蚰甏?，智能化階段?？删幊绦蚩刂破?、控制器、“電力電子電力電子”等的發(fā)展為等的發(fā)展為“機電一體化機電一體化”提供了堅強基礎。提供了堅強基礎。 （4）激光技術、模糊技術、信息技術等新技）激光技術、模糊技術、信息技術等新技術使術使機電一體化機電一體化躍上新臺階躍上新臺階.第一節(jié)第一節(jié) 機電一體化系統(tǒng)機電一體化系統(tǒng)v機電一體化技術機電一體化

5、技術科學技術不斷發(fā)展，生產工科學技術不斷發(fā)展，生產工藝提出新要求而迅速發(fā)展的。藝提出新要求而迅速發(fā)展的。v 在控制方法上主要是從手動到自動；在控制方法上主要是從手動到自動；v 在控制功能上，是從簡單到復雜；在控制功能上，是從簡單到復雜；v 在操作上，是由笨重到輕巧。在操作上，是由笨重到輕巧。v 隨著新的控制理論和新型電器及電子器件的隨著新的控制理論和新型電器及電子器件的出現(xiàn)，又為電氣控制技術的發(fā)展開拓了新途徑。出現(xiàn)，又為電氣控制技術的發(fā)展開拓了新途徑。第一節(jié)第一節(jié) 機電一體化系統(tǒng)機電一體化系統(tǒng)第一節(jié)第一節(jié) 機電一體化系統(tǒng)機電一體化系統(tǒng)v四四 機電一體化技術的發(fā)展歷程及趨勢機電一體化技術的發(fā)展歷

6、程及趨勢 2、機電一體化技術的發(fā)展趨勢、機電一體化技術的發(fā)展趨勢 （1）光機電一體化）光機電一體化 （2）柔性化）柔性化 （3）智能化）智能化 （4）仿生化）仿生化 （5）微型化）微型化 （6）網絡化）網絡化第一節(jié)第一節(jié) 機電一體化系統(tǒng)機電一體化系統(tǒng)v五五 機電一體化產品的分類機電一體化產品的分類 機電一體化技術一般包括五大類產品機電一體化技術一般包括五大類產品 ： 先進制造技術設備；先進制造技術設備； 機電一體化機械設備；機電一體化機械設備； 機電基礎件；機電基礎件； 儀器儀表；儀器儀表； 監(jiān)控設備及控制系統(tǒng)監(jiān)控設備及控制系統(tǒng)v典型的機電一體化系統(tǒng)有：典型的機電一體化系統(tǒng)有：v數控機床、機器

7、人、汽車電子化產品、智能化儀數控機床、機器人、汽車電子化產品、智能化儀器儀表等。器儀表等。 v 典型的機電一體化元、部件有：電力電子器件及裝置、可典型的機電一體化元、部件有：電力電子器件及裝置、可編程序控制器、模糊控制器、微型電機、傳感器、專用集編程序控制器、模糊控制器、微型電機、傳感器、專用集成電路、伺服機構等。成電路、伺服機構等。第一節(jié)第一節(jié) 機電一體化系統(tǒng)機電一體化系統(tǒng)v六六 機電一體化的相關技術機電一體化的相關技術 1.機械技術機械技術 2.計算機與信息處理技術計算機與信息處理技術 3.自動控制技術自動控制技術 4.系統(tǒng)總體技術系統(tǒng)總體技術 5.傳感與檢測技術傳感與檢測技術 6.伺服傳

8、動技術伺服傳動技術第二節(jié)第二節(jié) 伺服驅動系統(tǒng)伺服驅動系統(tǒng)v 伺服伺服驅動技術是機電一體化技術的重要組驅動技術是機電一體化技術的重要組成部分，是一種實現(xiàn)從成部分，是一種實現(xiàn)從控制信號控制信號到到機械動作機械動作的的轉換技術。轉換技術。 功能：在控制指令的指揮下，控制驅動功能：在控制指令的指揮下，控制驅動元件，使機械的運動部件按指令要求運動，并元件，使機械的運動部件按指令要求運動，并具有良好的動態(tài)性能。具有良好的動態(tài)性能。第二節(jié)第二節(jié) 伺服驅動系統(tǒng)伺服驅動系統(tǒng)v1.“伺服伺服”的起源的起源 無信號輸入時，轉子靜止不動；接到信號后，轉子無信號輸入時，轉子靜止不動；接到信號后，轉子立即轉動；信號消失時

9、，轉子能自動停止。立即轉動；信號消失時，轉子能自動停止。v2.伺服系統(tǒng)的定義伺服系統(tǒng)的定義 是使物體的是使物體的位置、角度、狀態(tài)等輸出位置、角度、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟被控量能夠跟隨隨輸入目標值輸入目標值任意變化的自動控制系統(tǒng)，又稱隨動系統(tǒng)任意變化的自動控制系統(tǒng)，又稱隨動系統(tǒng)或伺服機構。或伺服機構。 CNC裝置是數控機床的裝置是數控機床的“大腦大腦” ， “指揮機構指揮機構”伺服系統(tǒng)是數控機床的伺服系統(tǒng)是數控機床的“四肢四肢” ， “執(zhí)行機構執(zhí)行機構”。數控加工與傳統(tǒng)加工的比較數控加工與傳統(tǒng)加工的比較本質區(qū)別本質區(qū)別v 由人操作，機床進給系統(tǒng)能保證切削過程繼續(xù)進行，不能由人操作，機床進給系統(tǒng)能

10、保證切削過程繼續(xù)進行，不能控制執(zhí)行件的位移和軌跡控制執(zhí)行件的位移和軌跡.v 由由CNC裝置按照零件程序完成零件的加工。能精確地控裝置按照零件程序完成零件的加工。能精確地控制執(zhí)行件的速度、方向、和位置，且可使幾個執(zhí)行件按一制執(zhí)行件的速度、方向、和位置，且可使幾個執(zhí)行件按一定的運動規(guī)律合成軌跡。定的運動規(guī)律合成軌跡。第二節(jié)第二節(jié) 伺服驅動系統(tǒng)伺服驅動系統(tǒng)v3.伺服系統(tǒng)的基本性能要求伺服系統(tǒng)的基本性能要求 伺服系統(tǒng)的驅動與執(zhí)行元件有關，常見執(zhí)行元件有：伺服系統(tǒng)的驅動與執(zhí)行元件有關，常見執(zhí)行元件有：直流伺服電動機、交流伺服電動機、步進電動機、液壓直流伺服電動機、交流伺服電動機、步進電動機、液壓缸、液壓

11、馬達、汽缸、氣壓閥等。缸、液壓馬達、汽缸、氣壓閥等。 性能要求性能要求： 高可靠性；高可靠性； 良好的動態(tài)性；良好的動態(tài)性； 動作的準確性；動作的準確性； 高效率。高效率。v4.伺服系統(tǒng)的基本結構形式伺服系統(tǒng)的基本結構形式第二節(jié)第二節(jié) 伺服驅動系統(tǒng)伺服驅動系統(tǒng) 由控制器、功率放大器、執(zhí)行機構和檢測裝置四部分組成由控制器、功率放大器、執(zhí)行機構和檢測裝置四部分組成 反饋信號一般為位置反饋信號、速度反饋信號和電流反反饋信號一般為位置反饋信號、速度反饋信號和電流反饋信號等，要經多種傳感元件進行檢測。饋信號等，要經多種傳感元件進行檢測。第二節(jié)第二節(jié) 伺服驅動系統(tǒng)伺服驅動系統(tǒng)v 伺服系統(tǒng)的分類伺服系統(tǒng)的分

12、類按執(zhí)行元件的基本性質分為：按執(zhí)行元件的基本性質分為： 電氣伺服系統(tǒng)電氣伺服系統(tǒng) 液壓伺服系統(tǒng)液壓伺服系統(tǒng) 氣動伺服系統(tǒng)。氣動伺服系統(tǒng)。按系統(tǒng)的控制方式分為：按系統(tǒng)的控制方式分為： 開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng) 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng) 閉環(huán)伺服系統(tǒng)。閉環(huán)伺服系統(tǒng)。開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng)采用步進電機作為驅動元件；開環(huán)伺服系統(tǒng)采用步進電機作為驅動元件； 沒有位置反饋回路和速度反饋回路；沒有位置反饋回路和速度反饋回路； 設備投資低，調試維修方便，但精度差；設備投資低，調試維修方便，但精度差； 用于中、低檔數控機床及普通機床改造。用于中、低檔數控機床及普通機床改造。 閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺

13、服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置檢測裝置安裝在機床的工作臺上；閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置檢測裝置安裝在機床的工作臺上； 檢測裝置構成閉環(huán)位置控制。檢測裝置構成閉環(huán)位置控制。 閉環(huán)方式被大量用在精度要求較高的大型數控機床上。閉環(huán)方式被大量用在精度要求較高的大型數控機床上。 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)位置檢測元件安裝在電動機軸上或絲杠上，用以精確控制位置檢測元件安裝在電動機軸上或絲杠上，用以精確控制電機的角度，為間接測量；電機的角度，為間接測量；坐標運動的傳動鏈有一部分在位置閉環(huán)以外，其傳動誤差坐標運動的傳動鏈有一部分在位置閉環(huán)以外，其傳動誤差沒有得到系統(tǒng)的補償；沒有得到系統(tǒng)的補償；半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度低于閉環(huán)

14、系統(tǒng)。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度低于閉環(huán)系統(tǒng)。適用于精度要求適中的中小型數控機床。適用于精度要求適中的中小型數控機床。第二節(jié)第二節(jié) 伺服驅動系統(tǒng)伺服驅動系統(tǒng)v5.伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件 直接參與調節(jié)以及完成動作指令的叫執(zhí)行元件。直接參與調節(jié)以及完成動作指令的叫執(zhí)行元件。 按工作的能源形式分為：按工作的能源形式分為： 電動式電動式 液壓式液壓式 氣動式氣動式第三節(jié)第三節(jié) 可編程控制器可編程控制器v可編程控制器（可編程控制器（PLC） 是在繼電是在繼電接觸器接觸器控制系統(tǒng)基礎上開發(fā)出控制系統(tǒng)基礎上開發(fā)出來來的一種新型工業(yè)控制器。的一種新型工業(yè)控制器。 編程簡單、使用方便、可靠性高、維護方便

15、。編程簡單、使用方便、可靠性高、維護方便。第三節(jié)第三節(jié) 可編程控制器可編程控制器v1.可編程控制器的產生和發(fā)展可編程控制器的產生和發(fā)展 1969年，美國數字設備公司根據對生產過年，美國數字設備公司根據對生產過程進行控制的需要，研制出了第一臺可編程控程進行控制的需要，研制出了第一臺可編程控制器。制器。 目前，世界上有目前，世界上有200多家多家PLC廠商，廠商，400多多品種的品種的PLC產品，產品，PLC產品可按地域分成三大產品可按地域分成三大流派：一個流派是美國產品，一個流派是歐洲流派：一個流派是美國產品，一個流派是歐洲產品，一個流派是日本產品產品，一個流派是日本產品 。第三節(jié)第三節(jié) 可編程

16、控制器可編程控制器v2.可編程控制器的定義可編程控制器的定義 PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。計的數字運算操作的電子裝置。 采用可以編制程序的存儲器，用來在其內采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數和部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各類機械或生產過程。式的輸入和輸出，控制各類機械或生產過程。第三節(jié)第三節(jié) 可編程控制器可編程控制器v3.可編程控制器的分類可編程控制器的分類 按容量分

17、為：小型、中型和大型按容量分為：小型、中型和大型PLC。 按結構形式分為：整體式按結構形式分為：整體式PLC、模塊式、模塊式PLC、疊裝式疊裝式PLC。 按功能分為：低檔按功能分為：低檔PLC、中檔、中檔PLC、高檔、高檔PLC。第三節(jié)第三節(jié) 可編程控制器可編程控制器v4.可編程控制器的特點及應用可編程控制器的特點及應用 特點：特點：（1）可靠性高，抗干擾能力強）可靠性高，抗干擾能力強。 （2）適應性強，應用靈活。）適應性強，應用靈活。 （3）編程方便，易于使用。）編程方便，易于使用。 （4）控制系統(tǒng)設計、安裝、測試方便。）控制系統(tǒng)設計、安裝、測試方便。 （5）維修方便，維修工作量小。）維修方

18、便，維修工作量小。 （6）功能完善。）功能完善。 第三節(jié)第三節(jié) 可編程控制器可編程控制器v4.可編程控制器的特點及應用可編程控制器的特點及應用 應用：應用：（1）開關量邏輯控制）開關量邏輯控制。 （2）過程控制。）過程控制。 （3）運動控制。）運動控制。 （4）數據處理。）數據處理。 （5）通信聯(lián)網。）通信聯(lián)網。 第三節(jié)第三節(jié) 可編程控制器可編程控制器v5.可編程控制器的發(fā)展趨勢可編程控制器的發(fā)展趨勢（1）向高速度、大容量方向發(fā)展）向高速度、大容量方向發(fā)展。 （2）向超大型、超小型方向發(fā)展。）向超大型、超小型方向發(fā)展。（3）大力開發(fā)智能模塊，加強聯(lián)網與通信能力。）大力開發(fā)智能模塊，加強聯(lián)網與通

19、信能力。（4）增強外部故障的檢測與處理能力。）增強外部故障的檢測與處理能力。（5）編程語言多樣化。）編程語言多樣化。 第四節(jié)第四節(jié) 傳感傳感與檢測技術與檢測技術v基本任務：基本任務：從檢測對象中獲取反映變化規(guī)律的從檢測對象中獲取反映變化規(guī)律的動態(tài)信息，并將這些信息傳遞給機電一體化系動態(tài)信息，并將這些信息傳遞給機電一體化系統(tǒng)的大腦統(tǒng)的大腦-信息處理與控制系統(tǒng)。信息處理信息處理與控制系統(tǒng)。信息處理與控制系統(tǒng)將接收的信息處理后，指導機電一與控制系統(tǒng)將接收的信息處理后，指導機電一體化系統(tǒng)做出相應的反應。體化系統(tǒng)做出相應的反應。第四節(jié)第四節(jié) 傳感與檢測技術傳感與檢測技術v 1.傳感器的地位和作用傳感器的

20、地位和作用 通過傳感器檢測有關外界環(huán)境及自身狀態(tài)的各種物通過傳感器檢測有關外界環(huán)境及自身狀態(tài)的各種物理量及其變化，并將這些信號轉換成電信號反饋給控制理量及其變化，并將這些信號轉換成電信號反饋給控制裝置或送去顯示裝置。裝置或送去顯示裝置。 傳感器是機電一體化產品中必不可少的環(huán)節(jié)，對原傳感器是機電一體化產品中必不可少的環(huán)節(jié)，對原始的各種參數進行精確而可靠的自動檢測。始的各種參數進行精確而可靠的自動檢測。v 2.傳感器的定義傳感器的定義 能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉換成可用能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。輸出信號的器件或裝置。第四節(jié)第四節(jié) 傳感與檢測技術傳感

21、與檢測技術工作原理工作原理能量來源能量來源技術發(fā)展技術發(fā)展3.傳感器的分類傳感器的分類按工作原理分按工作原理分1物理傳感器物理傳感器2化學傳感器化學傳感器3生物傳感器生物傳感器利用生物活性物利用生物活性物質選擇性來識別質選擇性來識別的和測定生物化的和測定生物化學物質的傳感器。學物質的傳感器。利用化學反應原利用化學反應原理，把無機或有理，把無機或有機化學物質成分、機化學物質成分、含量轉換為電信含量轉換為電信號。號。利用某些敏感元利用某些敏感元件的物理性質或件的物理性質或某些功能材料的某些功能材料的特殊物理性能的特殊物理性能的傳感器，并將這傳感器，并將這些物理特性轉變些物理特性轉變?yōu)殡娦盘?。為電?/p>

22、號。物理傳感器物理傳感器紅外測溫傳感器紅外測溫傳感器 陶瓷壓力傳感器陶瓷壓力傳感器光電傳感器光電傳感器化學傳感器化學傳感器紅外二氧化碳傳感器紅外二氧化碳傳感器氯化氫（鹽酸）氣體氯化氫（鹽酸）氣體HCL傳感器傳感器 防爆型可燃氣體傳感器防爆型可燃氣體傳感器氧氣傳感器氧氣傳感器 生物傳感器生物傳感器傳感器的其他分類傳感器的其他分類按技術發(fā)展分按技術發(fā)展分聾啞傳感器聾啞傳感器智能傳感器智能傳感器網絡傳感器網絡傳感器按能量來源分按能量來源分能量控制型傳感器能量控制型傳感器能量轉換型傳感器能量轉換型傳感器第四節(jié)第四節(jié) 傳感與檢測技術傳感與檢測技術v4.傳感器傳感器的的發(fā)展發(fā)展動向動向 （1）開發(fā)新型傳感

23、器）開發(fā)新型傳感器 （2）開發(fā)新材料）開發(fā)新材料 （3）微型化傳感器）微型化傳感器 （4）傳感器多功能集成化）傳感器多功能集成化 （5）傳感器的智能化和網絡化）傳感器的智能化和網絡化 即微機電系統(tǒng)，是即微機電系統(tǒng)，是20世紀末興起的，本世紀世紀末興起的，本世紀初快速發(fā)展的高科技前沿領域，是當前一個十分初快速發(fā)展的高科技前沿領域，是當前一個十分活躍的工程科學?；钴S的工程科學。 它涉及多學科的交叉：如物理學、現(xiàn)代光學、它涉及多學科的交叉：如物理學、現(xiàn)代光學、現(xiàn)代力學、化學、生物學等基礎學科，以及材料、現(xiàn)代力學、化學、生物學等基礎學科，以及材料、機械、電子、信息等各工程技術學科。機械、電子、信息等各

24、工程技術學科。第五節(jié)第五節(jié) 微型機械的興起和應用微型機械的興起和應用第五節(jié)第五節(jié) 微型機械的興起和應用微型機械的興起和應用一、微型機械發(fā)展的起源一、微型機械發(fā)展的起源v1962年第一個硅微型壓力傳感器問世。年第一個硅微型壓力傳感器問世。v1965年斯坦福大學研制出硅腦電極探針。年斯坦福大學研制出硅腦電極探針。v1987年美國加州大學伯克利分校研制出轉子直徑年美國加州大學伯克利分校研制出轉子直徑為為6012m的利用硅微型靜電機。的利用硅微型靜電機。v21世紀美國能源部所屬的桑迪亞國家實驗室研制世紀美國能源部所屬的桑迪亞國家實驗室研制出微型發(fā)動機。出微型發(fā)動機。3 MEMS3 MEMS的形成與發(fā)展

25、的形成與發(fā)展1、MEMS的形成基礎的形成基礎與機械電子學的關系與機械電子學的關系 不是簡單的提升不是簡單的提升 基本組成相同基本組成相同機械電子學機械電子學機械學、電子學、計算機技術交叉機械學、電子學、計算機技術交叉MEMS機機/電電/磁磁 /光光/聲聲/熱熱/液液/氣氣/生生/化等多學科化等多學科交叉交叉學科交叉的產物學科交叉的產物2 2、MEMSMEMS的發(fā)展的發(fā)展MEMSMEMS發(fā)展的重要標志發(fā)展的重要標志 制作水平方面制作水平方面微馬達（靜電）微馬達（靜電） 應用水平方面應用水平方面微飛行器、微機器人微飛行器、微機器人 20 20世紀世紀6060年代年代- -，集成電路制造工藝，集成電

26、路制造工藝，CDCD目前目前已達已達45nm45nm，在，在1mm1mm2 2內有若干個內有若干個G G以上容量的單元電以上容量的單元電路路 體微加工、深槽加工技術發(fā)展，形成體微加工、深槽加工技術發(fā)展，形成MEMSMEMS制造制造技術。典型代表：技術。典型代表： 德國德國LIGA LIGA 技術技術二、微型機械的實際應用二、微型機械的實際應用v 蜻蜓蜻蜓從昆蟲類動物身上找到了靈感，利用從昆蟲類動物身上找到了靈感，利用機械組件和電子電路打造出了一種微機械組件和電子電路打造出了一種微型機器蟲，該微型機器蟲可在型機器蟲，該微型機器蟲可在1秒鐘秒鐘內可爬升內可爬升1英尺（約英尺（約30厘米）。厘米）。

27、荷蘭戴夫特技術大學，研發(fā)人員介紹微型的飛行昆蟲機器人荷蘭戴夫特技術大學，研發(fā)人員介紹微型的飛行昆蟲機器人DelFly Micro。這種機器人只有。這種機器人只有3g重、重、10cm長，飛行速度卻可以達到長，飛行速度卻可以達到18千千米米/小時，另外還可配備無線攝像小時，另外還可配備無線攝像四、微機電系統(tǒng)（四、微機電系統(tǒng)（MEMS）v1 1、定義：、定義：v美國為微機電系統(tǒng)，即美國為微機電系統(tǒng)，即MEMSMEMS。由電子和機械元件。由電子和機械元件組成的集成微器件、微系統(tǒng)，能將計算、傳感與組成的集成微器件、微系統(tǒng)，能將計算、傳感與執(zhí)行融合為一體，尺度在微米到毫米之間。執(zhí)行融合為一體，尺度在微米到

28、毫米之間。v日本為微型機械日本為微型機械，是由只有幾毫米大小的功能元，是由只有幾毫米大小的功能元件組成的，它能夠執(zhí)行復雜、細微的工作。件組成的，它能夠執(zhí)行復雜、細微的工作。v歐洲為微系統(tǒng)歐洲為微系統(tǒng)，微結構產品具有微米級結構并具，微結構產品具有微米級結構并具有由微結構形狀提供的技術功能。有由微結構形狀提供的技術功能。傳感器傳感器美國：微電子機械系統(tǒng)（微電子機械系統(tǒng)（MEMS）（MicroElectroMechanicalSystem）歐洲：微系統(tǒng)技術（微系統(tǒng)技術（MST） （MicroSystemTechnology）日本：微機械（微機械（Micromachine）微微機機電電系系統(tǒng)統(tǒng)的的模模

29、型型2、微型機械的兩個基本特征、微型機械的兩個基本特征微小尺度微小尺度系統(tǒng)集成系統(tǒng)集成3、微型機械與普通機械的不同、微型機械與普通機械的不同兩者的設計和制作方法不同兩者的設計和制作方法不同控制方法和工作方式不同控制方法和工作方式不同與環(huán)境的關系不同與環(huán)境的關系不同不可忽視的尺度效應不可忽視的尺度效應五、微型機械中的五、微型機械中的IC工藝工藝 1.機械制造方法的概述機械制造方法的概述 2.微型機械加工的特點微型機械加工的特點首先，微型機械加工精度首先，微型機械加工精度其次，如何裝配微型機械其次，如何裝配微型機械第三，微型機械的價格問題第三，微型機械的價格問題最后，系統(tǒng)的微型化最后，系統(tǒng)的微型化

30、3常用的微型機械加工方法的分類常用的微型機械加工方法的分類v第一類：使用傳統(tǒng)的超精加工方法加工微型機件第一類：使用傳統(tǒng)的超精加工方法加工微型機件（如；車、銑、刨、磨、鉆）（如；車、銑、刨、磨、鉆）v第二類：利用成熟的第二類：利用成熟的IC（集成電路）加工工藝（集成電路）加工工藝v第三類：一些有應用前景的技術。第三類：一些有應用前景的技術。如LIGA工藝（光刻電鑄成型工藝）；STM（掃描隧道顯微技術）。MEMS典型產品的應用典型產品的應用vMEMSMEMS在航空、航天、汽車、生物醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)控在航空、航天、汽車、生物醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾乎人們接觸到的所有領域中都有著、軍事以及幾乎人們接觸到

31、的所有領域中都有著十分廣闊的應用前景。十分廣闊的應用前景。v微傳感器、微閥、微泵、微控制器、微流控芯片微傳感器、微閥、微泵、微控制器、微流控芯片等等MEMS應用領域越來越廣應用領域越來越廣nMEMSMEMS從早期噴墨式打印機噴頭與汽車電子為最大宗應用市從早期噴墨式打印機噴頭與汽車電子為最大宗應用市場，到任天堂場，到任天堂WiiWii推出后，推出后，MEMSMEMS應用正式跨入消費性電子領應用正式跨入消費性電子領域。域。n蘋果蘋果iPhoneiPhone采用采用MEMSMEMS麥克風、加速器等麥克風、加速器等MEMSMEMS組件后，更讓組件后，更讓市場看到市場看到 MEMSMEMS應用無限寬廣的

32、可能性。應用無限寬廣的可能性。MEMS組件應用領域與主要廠商組件應用領域與主要廠商產品產品主要應用領域主要應用領域主要廠商主要廠商加速器加速器安全氣囊、主動式懸吊系統(tǒng)、GPS、硬盤防震應用STM、Bosch、Freescale陀螺儀陀螺儀數字相機防手震系統(tǒng)、衛(wèi)星導航系統(tǒng)行動導航推算法、游戲機運動感測方案ADI、村田(Murada)、Invensense打印機噴頭打印機噴頭打印機與多功能事務機用打印機噴頭HP、Seiko Epson、Lexmark壓力傳感器壓力傳感器醫(yī)療電子、輪胎用氣壓傳感器CanonMEMS麥克風麥克風手機麥克風、車用免持聽筒裝置、網絡電話、助聽器、脈搏傳感器Knowles、

33、Omron、ADI光學光學MEMS家用投影機、微投影機TI、MicrovisionRF MEMS手機與無線網通應用RFDM、Seiko Epson一一 、工業(yè)機器人概述、工業(yè)機器人概述1、定義、定義: 具有具有自動控制的操作功能自動控制的操作功能和和移動功能移動功能，能夠按照程序實施能夠按照程序實施各種作業(yè)的用于工業(yè)的機械各種作業(yè)的用于工業(yè)的機械”?！白詣涌刂频牟僮鞴δ茏詣涌刂频牟僮鞴δ堋笔侵冈谟嬎銠C或控制器是指在計算機或控制器控制下完成操作的功能。控制下完成操作的功能?！耙苿庸δ芤苿庸δ堋笨梢允遣叫?、無軌道、有軌道等各可以是步行、無軌道、有軌道等各種形態(tài)。種形態(tài)?！澳軌虬凑粘绦驅嵤┠軌虬凑粘?/p>

34、序實施” 指操作能夠程序化，如果指操作能夠程序化，如果變更程序則可以進行其他種類的操作。變更程序則可以進行其他種類的操作。第六節(jié)第六節(jié) “鋼領工人鋼領工人”工業(yè)機器人工業(yè)機器人第一代機器人是示教再現(xiàn)型工業(yè)機器人第一代機器人是示教再現(xiàn)型工業(yè)機器人 “尤尼梅特尤尼梅特”、沃爾薩特蘭；不具有外界信息反、沃爾薩特蘭；不具有外界信息反饋能力。饋能力。20世紀世紀70年代，第二代機器人年代，第二代機器人適應型機器人適應型機器人 可感知外界環(huán)境，有判斷能力可感知外界環(huán)境，有判斷能力第三代機器人是智能機器人第三代機器人是智能機器人 具有記憶、推理和決策能力具有記憶、推理和決策能力2 2、工業(yè)機器的發(fā)展、工業(yè)機

35、器的發(fā)展2、工業(yè)機器人在生產中的優(yōu)勢、工業(yè)機器人在生產中的優(yōu)勢首先，機器人具有人類不能達到的耐力和精確首先，機器人具有人類不能達到的耐力和精確性能性能另一個長處是不怕酷暑嚴寒，不怕高溫劇毒、另一個長處是不怕酷暑嚴寒，不怕高溫劇毒、不怕輻射和污染，不怕危險，不怕不怕輻射和污染，不怕危險，不怕“死死”，干活，干活快，縮短生產周期，減少生產成本?？?，縮短生產周期，減少生產成本。另外，由機器人、電腦、數控機床可以組成另外，由機器人、電腦、數控機床可以組成“柔性生產線柔性生產線”采用工業(yè)機器人可以組成無人工廠采用工業(yè)機器人可以組成無人工廠3、我國在工業(yè)機器人方面所取得的成績、我國在工業(yè)機器人方面所取得的

36、成績60006000米水下機器人米水下機器人二、二、 工業(yè)機器人的構造工業(yè)機器人的構造1、工業(yè)機器人的機械結構、工業(yè)機器人的機械結構 （1）直角坐標系機器人）直角坐標系機器人（2）圓柱坐標系機器人）圓柱坐標系機器人（3）水平多關節(jié)機器人）水平多關節(jié)機器人（4）垂直多關節(jié)機器人）垂直多關節(jié)機器人2、工業(yè)機器人的組成、工業(yè)機器人的組成v 按組成系統(tǒng)分類，工業(yè)機器人由執(zhí)行系統(tǒng)、按組成系統(tǒng)分類，工業(yè)機器人由執(zhí)行系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、伺服驅動系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)構成。控制系統(tǒng)、伺服驅動系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)構成。v 目前，有少數智能機器人，多數是那些具有目前，有少數智能機器人，多數是那些具有執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)、驅動系

37、統(tǒng)驅動系統(tǒng)和和控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的工業(yè)機器人。的工業(yè)機器人。（1）執(zhí)行系統(tǒng)）執(zhí)行系統(tǒng) 執(zhí)行系統(tǒng)是工業(yè)機器人完成握取執(zhí)行系統(tǒng)是工業(yè)機器人完成握取工件（或工具）實現(xiàn)所需的各種運動的機械部件工件（或工具）實現(xiàn)所需的各種運動的機械部件1）手部）手部2）腕部）腕部3）臂部）臂部4）機身）機身5）行走機構）行走機構（2）驅動系統(tǒng)）驅動系統(tǒng) 驅動系統(tǒng)是向執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供驅動系統(tǒng)是向執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動力的裝置。動力的裝置。1）液壓式）液壓式2）氣壓式）氣壓式3）電氣式）電氣式4）機械式）機械式（3 3）控制系統(tǒng)）控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是工業(yè)機器人或機械手的指揮系統(tǒng)，控制系統(tǒng)是工業(yè)機器人或機械手的指揮系統(tǒng)，它控制

38、驅動系統(tǒng)，讓執(zhí)行機構按照規(guī)定的要求進行它控制驅動系統(tǒng)，讓執(zhí)行機構按照規(guī)定的要求進行工作、并檢測其正確與否。工作、并檢測其正確與否。1 1）點位控制）點位控制2 2）連續(xù)軌跡控制）連續(xù)軌跡控制三、工業(yè)機器人的控制三、工業(yè)機器人的控制 1、工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的功能和組成、工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的功能和組成 工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)相當于人的大腦，它指工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)相當于人的大腦，它指揮機器人的動作，并協(xié)調機器人與生產系統(tǒng)之間的揮機器人的動作，并協(xié)調機器人與生產系統(tǒng)之間的關系。關系。 控制系統(tǒng)為一種分級結構，包括三級控制器：控制系統(tǒng)為一種分級結構，包括三級控制器： （1）作業(yè)控制器）作業(yè)控制器 （2）

39、運動控制器）運動控制器 （3）驅動控制器）驅動控制器2、工工業(yè)業(yè)機機器器人人控控制制方方式式3、程序控制方式、程序控制方式v 工業(yè)機器人是按照預先確定的程序進行順序工業(yè)機器人是按照預先確定的程序進行順序動作的自動機械。在重復型操作機器人的工作過動作的自動機械。在重復型操作機器人的工作過程中，如一個工作過程是由若干個步驟所構成，程中，如一個工作過程是由若干個步驟所構成，則每個步驟稱為一個則每個步驟稱為一個“程序步程序步”。v機器人控制中有三種信息：機器人控制中有三種信息： （1）順序信息）順序信息 （2）位置信息）位置信息 （3）時間信息）時間信息 4 4、運動控制方式、運動控制方式（1 1）位

40、置控制）位置控制 1 1）點位控制方式）點位控制方式 2 2）連續(xù)軌跡控制方式）連續(xù)軌跡控制方式（2 2）速度控制）速度控制 機器人的行程要遵循一機器人的行程要遵循一定的速度變化曲線。定的速度變化曲線。5、機器人的示教再現(xiàn)方式、機器人的示教再現(xiàn)方式v一是直接示教方式，即操作人員直接帶動機器一是直接示教方式，即操作人員直接帶動機器人的手臂依次通過預定的軌跡。這時，順序、人的手臂依次通過預定的軌跡。這時，順序、位置、時間信息自動記錄在存儲器中。位置、時間信息自動記錄在存儲器中。v另一種是間接示教方式，即操作人員通過手動另一種是間接示教方式，即操作人員通過手動控制盒上的按鍵，編制機器人的動作順序，確

41、控制盒上的按鍵，編制機器人的動作順序，確定位置、設定速度或限時。定位置、設定速度或限時。6、機器人計算機控制、機器人計算機控制（1）計算機在機器人中的功能）計算機在機器人中的功能人機器人接口功能人機器人接口功能軌跡運算功能軌跡運算功能伺服控制功能伺服控制功能傳感器信息的處理與判斷功能傳感器信息的處理與判斷功能故障監(jiān)視、診斷功能故障監(jiān)視、診斷功能（2）采用計算機控制的優(yōu)點：）采用計算機控制的優(yōu)點：便于編制程序，簡化示教操作，提高示教的自動化程序便于編制程序，簡化示教操作，提高示教的自動化程序可使機器人平滑地跟蹤復雜的運動軌跡，能適應外界環(huán)可使機器人平滑地跟蹤復雜的運動軌跡，能適應外界環(huán)境的變化，

42、提高機器人的通用性和靈活性境的變化，提高機器人的通用性和靈活性計算機易實現(xiàn)人和機器人的對話，且具有故障自動檢測計算機易實現(xiàn)人和機器人的對話，且具有故障自動檢測和診斷功能，使機器人的可靠性和安全性得到改進和診斷功能，使機器人的可靠性和安全性得到改進采用計算機，不僅可方便地實現(xiàn)機器人單機控制，還可采用計算機，不僅可方便地實現(xiàn)機器人單機控制，還可進而發(fā)展機器人群控系統(tǒng)，可以使多個機器人在同一時進而發(fā)展機器人群控系統(tǒng)，可以使多個機器人在同一時間進行同一工作，也可進行不同的工作，這時計算機以間進行同一工作，也可進行不同的工作，這時計算機以分時方式進行控制分時方式進行控制（3）工業(yè)機器人計算機控制類型與方式）工業(yè)機器人計算機控制類型與方式 通常有通常有3種類