機(jī)電一體化概論11課件

1、機(jī)電系統(tǒng)及生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化第一章 機(jī)電一體化概論第二章 精密機(jī)械技術(shù)第三章 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)第四章 基于單片機(jī)的控制器第五章 可編程序控制器第六章 傳感器與計(jì)算機(jī)接口第七章 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)及其計(jì)算機(jī)控制第八章 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與實(shí)例第一章 機(jī)電一體化概論機(jī)電一體化的發(fā)展及概念機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成及功能機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)及發(fā)展趨式總結(jié)第一章 機(jī)電一體化概論機(jī)電一體化的發(fā)展及概念機(jī)電一體化的產(chǎn)生與發(fā)展 機(jī)電一體化的概念及理解機(jī)電一體化產(chǎn)品（系統(tǒng)）的分類機(jī)電一體化的意義機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成及功能機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)及發(fā)展趨式總結(jié)機(jī)電一體化的產(chǎn)生與發(fā)展例子1：機(jī)械式控制計(jì)算機(jī)數(shù)字控制靠模（仿形）控制機(jī)械

2、液壓式機(jī)電一體化的產(chǎn)生與發(fā)展例子1：機(jī)械式控制計(jì)算機(jī)數(shù)字控制數(shù)控插補(bǔ)計(jì)算機(jī)數(shù)控式機(jī)電一體化的產(chǎn)生與發(fā)展例子2：機(jī)械式調(diào)速電子式調(diào)速機(jī)械式調(diào)速器瓦特原動(dòng)機(jī)機(jī)電一體化的產(chǎn)生與發(fā)展例子2：機(jī)械式調(diào)速電子式調(diào)速電子式調(diào)速器原動(dòng)機(jī)機(jī)電一體化的產(chǎn)生與發(fā)展例子3：機(jī)械式計(jì)算電子式計(jì)算第一臺(tái)機(jī)械式計(jì)算機(jī)機(jī)電一體化的產(chǎn)生與發(fā)展例子3：機(jī)械式計(jì)算電子式計(jì)算第一臺(tái)集成電路式計(jì)算機(jī)(PDP-8)總結(jié)在機(jī)械系統(tǒng)中引入電子、計(jì)算機(jī)由電路、計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械的部分功能還引入了其他技術(shù)，如液壓、控制等帶來(lái)了很多好處(功能、體積、操控性、性價(jià)比等)分立電子元器件大規(guī)模集成電路系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，應(yīng)該是一個(gè)系統(tǒng)工程機(jī)電一體化的產(chǎn)生與發(fā)展

3、120世紀(jì)50-60年代，產(chǎn)生階段，機(jī)械+電子220世紀(jì)70年代未，在日本出現(xiàn)一個(gè)新的單詞，Mechatronics（機(jī)電一體化，MechanicsElectronics），正式產(chǎn)生的標(biāo)志320世紀(jì)70-80年代，發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)（信息）技術(shù)的引入-NC/DCS420世紀(jì)80年代未至今，深入發(fā)展階段，激光、通信技術(shù)的引入CIMS/FMS/FCS5 (生物技術(shù)、新材料、新能源、空間技術(shù))第一次出現(xiàn)在1971年日本的機(jī)械設(shè)計(jì)雜志的一個(gè)副刊上，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，已被大家廣泛應(yīng)用，現(xiàn)已成為一個(gè)正式的單詞。機(jī)電一體化的產(chǎn)生與發(fā)展120世紀(jì)80年代初2大學(xué)，機(jī)電一體化專業(yè)3與歐美、日本等先進(jìn)國(guó)家相

4、比第一講 機(jī)電一體化概論機(jī)電一體化的發(fā)展及概念機(jī)電一體化的產(chǎn)生與發(fā)展 機(jī)電一體化的概念及理解機(jī)電一體化產(chǎn)品（系統(tǒng)）的分類機(jī)電一體化的意義機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成及功能機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)及發(fā)展趨式總結(jié)機(jī)電一體化的概念及理解機(jī)電一體化的概念(1) 90年代，國(guó)際機(jī)器和機(jī)械理論研究會(huì)（IFTMM）成立了機(jī)電一體化技術(shù)委員會(huì)，給出機(jī)電一體化定義：機(jī)電一體化是精密機(jī)械工程，電子控制和系統(tǒng)思想，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中的協(xié)同結(jié)合。(2) 1991，英國(guó)在創(chuàng)辦期刊Mechatronics定義：機(jī)電一體化的基本形式可以視為現(xiàn)代工程技術(shù)中機(jī)械與電子學(xué)科的結(jié)合。(3) 1996.3，電氣與電子工程學(xué)會(huì)（IEEE）與美

5、國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)（ASME）創(chuàng)刊機(jī)電一體化學(xué)報(bào)將機(jī)電一體化定義：在工業(yè)產(chǎn)品和過(guò)程的設(shè)計(jì)與制造工程中，機(jī)械工程與電子和智能計(jì)算機(jī)控制的協(xié)同集成。(4) 目前比較具有代表性的一個(gè)定義是日本機(jī)械振興會(huì)經(jīng)濟(jì)研究所1981.3給出的：機(jī)電一體化乃是機(jī)械的主功能、動(dòng)力功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。(5) 有些教材上又稱為機(jī)械電子學(xué)。 由于機(jī)電一體化出現(xiàn)的時(shí)間比較晚，內(nèi)容也在更新與完善中，所以，至今沒(méi)有一個(gè)明確的定義！第一講 機(jī)電一體化概論機(jī)電一體化的發(fā)展及概念機(jī)電一體化的產(chǎn)生與發(fā)展 機(jī)電一體化的概念及理解機(jī)電一體化產(chǎn)品（系統(tǒng)）的分類機(jī)電一

6、體化的意義機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成及功能機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)及發(fā)展趨式總結(jié)機(jī)電一體化產(chǎn)品（系統(tǒng)）的分類按功能劃分：1數(shù)控機(jī)械類：如數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、全自動(dòng)冼衣機(jī)等，特點(diǎn)是：執(zhí)行裝置是機(jī)械裝置。加工中心例子工業(yè)機(jī)器人機(jī)電一體化產(chǎn)品（系統(tǒng)）的分類按功能劃分：1數(shù)控機(jī)械類：如數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、全自動(dòng)冼衣機(jī)等，特點(diǎn)是：執(zhí)行裝置是機(jī)械裝置。2電子設(shè)備類：如線切割加工設(shè)備、激光測(cè)量?jī)x等，特點(diǎn)是：執(zhí)行裝置是電子設(shè)備。線切割線切割CT掃描儀CT掃描儀機(jī)電一體化產(chǎn)品（系統(tǒng)）的分類按功能劃分：1數(shù)控機(jī)械類：如數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、全自動(dòng)冼衣機(jī)等，特點(diǎn)是：執(zhí)行裝置是機(jī)械裝置。2電子設(shè)備類：如線切割加工設(shè)備、激光測(cè)量?jī)x等，特

7、點(diǎn)是：執(zhí)行裝置是電子設(shè)備。3機(jī)電結(jié)合類：如CT掃描診斷儀、自動(dòng)售貨機(jī)等，特點(diǎn)是：執(zhí)行裝置是機(jī)械與電子的結(jié)合。4電液伺服類：主要產(chǎn)品是機(jī)電液一體化伺服裝置，特點(diǎn)是：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械裝置，控制機(jī)構(gòu)是接受電信號(hào)的液壓伺服閥。液壓挖掘機(jī)機(jī)電一體化產(chǎn)品（系統(tǒng)）的分類按功能劃分：1數(shù)控機(jī)械類：如數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、全自動(dòng)冼衣機(jī)等，特點(diǎn)是：執(zhí)行裝置是機(jī)械裝置。2電子設(shè)備類：如線切割加工設(shè)備、激光測(cè)量?jī)x等，特點(diǎn)是：執(zhí)行裝置是電子設(shè)備。3機(jī)電結(jié)合類：如CT掃描診斷儀、自動(dòng)售貨機(jī)等，特點(diǎn)是：執(zhí)行裝置是機(jī)械與電子的結(jié)合。4電液伺服類：主要產(chǎn)品是機(jī)電液一體化伺服裝置，特點(diǎn)是：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械裝置，控制機(jī)

8、構(gòu)是接受電信號(hào)的液壓伺服閥。5信息控制類：如電報(bào)機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)等一些辦公自動(dòng)化設(shè)備，特點(diǎn)是：執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作由所接受的信息類控制。傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)機(jī)電一體化產(chǎn)品（系統(tǒng)）的分類辨析： 問(wèn)：裝有微型計(jì)算機(jī)的電視機(jī)、電飯煲是不是機(jī)電一體化產(chǎn)品？答：不是（無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，屬于純電子設(shè)備） 問(wèn)：普通的縫紉機(jī)與單片機(jī)控制的縫紉機(jī)有何差別？答：普通的縫紉機(jī)屬于純機(jī)械設(shè)備，單片機(jī)控制的縫紉機(jī)屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品特點(diǎn)是什么？1.以機(jī)械作為控制對(duì)象，改變位移、速度等參數(shù)。2.以電子或計(jì)算機(jī)作為控制器，具有一定的智能。第一講 機(jī)電一體化概論機(jī)電一體化的發(fā)展及概念機(jī)電一體化的產(chǎn)生與發(fā)展 機(jī)電一體化的概念及理解機(jī)電一體化產(chǎn)品

9、（系統(tǒng)）的分類機(jī)電一體化的意義機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成及功能機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)及發(fā)展趨式總結(jié)機(jī)電一體化的意義1功能增強(qiáng)2精度提高3結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化4可靠性提高5改善操作6提高柔性7節(jié)約能源和材料第一講 機(jī)電一體化概論機(jī)電一體化的發(fā)展及概念機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成及功能機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)及發(fā)展趨式總結(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成位置,速度檢測(cè)單元電機(jī)機(jī)械部件位置,速度反饋CNC數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)組成例子：機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成例子：執(zhí)行器控制信息電子控制單元?jiǎng)恿υ礄z測(cè)傳感部分機(jī)械本體參數(shù)變化信息驅(qū)動(dòng)力能 量檢測(cè)參數(shù)機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成由五個(gè)部分（要素）組成：1機(jī)械裝置：支承、連接

10、、實(shí)現(xiàn)某種運(yùn)動(dòng)，如機(jī)架、導(dǎo)軌、工作臺(tái)、機(jī)械手等2驅(qū)動(dòng)裝置：驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置運(yùn)動(dòng)，如各類電機(jī)、電磁鐵、液壓馬達(dá)等3動(dòng)力裝置：為驅(qū)動(dòng)裝置提供能源，又稱為動(dòng)力源，包括電源、液壓源、氣壓源4傳感檢測(cè)裝置：對(duì)系統(tǒng)本身和外界環(huán)境的一些狀態(tài)及參數(shù)進(jìn)行測(cè)量（信息獲?。⑻峁┧茏R(shí)別的信號(hào)，主要是各類傳感器，例如：位移傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器等5信息處理裝置：將多種信息進(jìn)行處理，并根據(jù)處理的結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的控制，又稱為控制子系統(tǒng)，是機(jī)電一體化系統(tǒng)中的靈魂部分，智能要素。例如：計(jì)算機(jī)、單片機(jī)、PLC等動(dòng)力裝置機(jī)械裝置驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)電一體化系統(tǒng)與人體結(jié)構(gòu)及功能比較傳感檢測(cè)裝置 不同環(huán)節(jié)之間進(jìn)行著能量轉(zhuǎn)換、運(yùn)動(dòng)傳遞、信

11、息交換與處理，并最終連接成一個(gè)有機(jī)整體，在控制單元的作用下有序的工作。動(dòng)力本體驅(qū)動(dòng)檢測(cè)大腦內(nèi)臟骨骼肌肉感官機(jī)電一體化系統(tǒng)功能與作用人體信息處理裝置控制第一講 機(jī)電一體化概論機(jī)電一體化的發(fā)展及概念機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成及功能機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)及發(fā)展趨式總結(jié)典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)機(jī)器人1機(jī)械裝置：手臂、手指、手臂的連接部分和機(jī)座。2驅(qū)動(dòng)裝置：驅(qū)動(dòng)機(jī)械手臂、手指運(yùn)動(dòng)的電機(jī)、電磁鐵等。3動(dòng)力源：電源、液壓源、氣源。4傳感檢測(cè)裝置：檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角度和擺動(dòng)角度的旋轉(zhuǎn)編碼器、測(cè)速度用的測(cè)速電機(jī)。5控制單元：計(jì)算機(jī)控制器。焊接機(jī)器人搬運(yùn)機(jī)器人電子行業(yè)點(diǎn)膠機(jī)器人例子典型的機(jī)電一

12、體化系統(tǒng)汽車汽車防抱死剎車系統(tǒng)(ABS，Anti-locked Braking System)典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)汽車我來(lái)舉例機(jī)電一體化系統(tǒng)神六機(jī)電一體化系統(tǒng)納米機(jī)器人可在毛細(xì)血管里工作的微型機(jī)器人膠囊機(jī)器人-重慶第一講 機(jī)電一體化概論機(jī)電一體化的發(fā)展及概念機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成及功能機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)及發(fā)展趨式機(jī)電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)機(jī)電一體化技術(shù)及系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)總結(jié)機(jī)電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀制造業(yè)是科學(xué)技術(shù)和國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)工業(yè)，機(jī)電一體化是制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。受到各國(guó)的高度重視日本(智能傳感器、計(jì)算機(jī)芯片制造技術(shù)、智能工業(yè)機(jī)器人、柔性制造系統(tǒng)等列為高技術(shù)領(lǐng)域的重大研究課題)西

13、歐(“尤里卡”計(jì)劃)美國(guó)(美國(guó)國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)委員會(huì)向總統(tǒng)提交的年度報(bào)告國(guó)家關(guān)鍵技術(shù))中國(guó)(863計(jì)劃，清華大學(xué)CIMS)第一講 機(jī)電一體化概論機(jī)電一體化的發(fā)展及概念機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成及功能機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)及發(fā)展趨式機(jī)電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)機(jī)電一體化技術(shù)及系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)總結(jié)機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)1傳感檢測(cè)技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)之一本身就是一門多學(xué)科融合的技術(shù)，傳感原理、傳感材料、傳感器的加工制造是傳感器開(kāi)發(fā)的三個(gè)重要方面朝著信息化、智能化、多維化、集成化方面發(fā)展2信息處理技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)之一包括信息的輸入、識(shí)別、變換、運(yùn)算、存儲(chǔ)及輸出包括硬件和軟件兩部分3自動(dòng)控制技術(shù)經(jīng)典控制論(傳遞函數(shù)，單輸

14、入、單輸出的線性定常系統(tǒng))現(xiàn)代控制論(狀態(tài)空間法，多輸入、多輸出、變參量、非線性的時(shí)變系統(tǒng))高精度定位、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷、自校正、自補(bǔ)償、再現(xiàn)、檢索等自動(dòng)控制技術(shù)皆是重要的、關(guān)鍵性技術(shù)。 從外部看，機(jī)電一體化產(chǎn)品是智能化和多功能的，從核心看，機(jī)電一體化技術(shù)是多種技術(shù)的綜合：例子機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)4伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要是指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的問(wèn)題。包括電磁鐵、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、液壓馬達(dá)、液壓缸、氣缸等交直流伺服電機(jī)控制，變頻調(diào)速、電流逆變技術(shù)，步進(jìn)電機(jī)制控制5接口技術(shù)包括機(jī)械、電子、信息等多單元接口，多種接口從某種意義上講，機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就是接口設(shè)計(jì)6精密機(jī)械技術(shù)精密機(jī)構(gòu)普通機(jī)構(gòu)的精度

15、提高7系統(tǒng)總體技術(shù)從整體目標(biāo)出發(fā)，用系統(tǒng)的觀點(diǎn)和方法，把機(jī)械和電子在功能與機(jī)構(gòu)上有機(jī)地一體化技術(shù)除了優(yōu)化設(shè)計(jì)外，還包括可靠性設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、系列化設(shè)計(jì)及造型設(shè)計(jì)第一講 機(jī)電一體化概論機(jī)電一體化的發(fā)展及概念機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成及功能機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)及發(fā)展趨式機(jī)電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)機(jī)電一體化技術(shù)及系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)總結(jié)機(jī)電一體化技術(shù)及系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)1高性能化趨勢(shì)四高：高速化、高精度、高效率、高可靠性。2智能化趨勢(shì)自診斷（自檢錯(cuò)、自糾錯(cuò)、自恢復(fù)）加工過(guò)程的智能化（對(duì)誤差的自補(bǔ)償、自學(xué)習(xí)）3系統(tǒng)化趨勢(shì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：開(kāi)放式、模塊化4微型化趨勢(shì)微細(xì)加工技術(shù)發(fā)展，新型材料的出現(xiàn)-微型機(jī)構(gòu)微電子機(jī)

16、械系統(tǒng)（MEMS） 機(jī)電一體化（mechatronics）這一術(shù)語(yǔ)已經(jīng)使用了40余年，隨著科技的發(fā)展，其內(nèi)涵不斷豐富、領(lǐng)域不斷拓展，現(xiàn)在已出現(xiàn)了“光機(jī)電一體化”（opto-mechatronics）、“微機(jī)電”（micro-mechatronics）、 “納機(jī)電”（nano-mechatronics）以及“生物機(jī)電”（bio-mechatronics）等新術(shù)語(yǔ)。 此外，還出現(xiàn)了象機(jī)電液一體化（例如液壓挖掘機(jī)）、機(jī)電儀一體化（例如核磁共振掃描儀）、光機(jī)電一體化（例如數(shù)碼照相機(jī)）、機(jī)電信一體化（例如復(fù)印機(jī)）等新產(chǎn)品，軟件機(jī)械、虛擬機(jī)械等新的設(shè)計(jì)方法。第一講 機(jī)電一體化概論機(jī)電一體化的發(fā)展及概念機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成及功能機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)及發(fā)展趨式總結(jié)總結(jié)是現(xiàn)代工程技術(shù)的前沿，是一個(gè)多門基礎(chǔ)應(yīng)用學(xué)科綜合產(chǎn)生的新的工程技術(shù)學(xué)科。 技術(shù)基礎(chǔ)是現(xiàn)代的機(jī)械制造技術(shù)和電子控制技術(shù)，以及迅猛發(fā)展的信息技術(shù)。 它的應(yīng)用所生