第1章 機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論

第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論

第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論2

學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解機(jī)電一體化技術(shù)的基本概念、特點(diǎn)、組成和分類方法。理解機(jī)電一體化的理論基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)。了解機(jī)電一體化技術(shù)與其它技術(shù)的關(guān)系，以及機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論3目錄1.1概述1.2

基本組成和分類1.3理論基礎(chǔ)與關(guān)鍵技術(shù)1.4優(yōu)點(diǎn)和效益（作用）

1.5發(fā)展?fàn)顩r一、機(jī)電一體化的形成

微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透促進(jìn)了機(jī)電一體化的形成。機(jī)電一體化技術(shù)的核心是機(jī)械技術(shù)和微電子技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)是機(jī)械技術(shù)向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展的必然產(chǎn)物。第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論4

1.1概述第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論5二、機(jī)電一體化名稱的由來(lái)

Mechatronics=

Mechanics+Electronics第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論6Mechatronics1971年，日本《機(jī)械設(shè)計(jì)》雜志副刊1976年，一種以廣告為主，專門刊載“機(jī)電一體化”新產(chǎn)品的雜志《MechatronicsDesignNews》在日本正式發(fā)行。80年代中期，“Mechatronics”開(kāi)始在歐美各地使用，這個(gè)日本人創(chuàng)造的英文單詞開(kāi)始在世界范圍內(nèi)得到普遍承認(rèn)和接受。第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論7第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論8

三、機(jī)電一體化的含義1981年“日本機(jī)械振興協(xié)會(huì)經(jīng)濟(jì)研究所”對(duì)機(jī)電一體化的解釋：“機(jī)電一體化是在機(jī)械主功能、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”第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論9

基本的特征機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測(cè)試技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信號(hào)變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標(biāo)，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(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值并使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。

第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論10由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)成為一個(gè)以微電子技術(shù)為主導(dǎo)，在現(xiàn)代高新技術(shù)支持下的機(jī)電一體化系統(tǒng)或機(jī)電一體化產(chǎn)品。機(jī)電一體化涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個(gè)方面。第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論11根本區(qū)別:機(jī)電一體化技術(shù)是基于各種群體技術(shù)有機(jī)融合的一種綜合性技術(shù)，而不是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其它新技術(shù)的簡(jiǎn)單組合、拼湊。機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化的區(qū)別？第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論12

主要區(qū)別為:①電氣機(jī)械在設(shè)計(jì)過(guò)程中不考慮或少考慮電器與機(jī)械的內(nèi)在聯(lián)系，基本上是根據(jù)機(jī)械的要求，選用相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)或電氣傳動(dòng)裝置；

②機(jī)械和電氣裝置之間界限分明，它們之間的聯(lián)結(jié)以機(jī)械聯(lián)結(jié)為主，整個(gè)裝置是剛性的；

③裝置所需的控制以基于電磁學(xué)原理的各種電器，如接觸器、繼電器等來(lái)實(shí)現(xiàn)，屬?gòu)?qiáng)電范疇，其主要支撐技術(shù)是電工技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化的區(qū)別？第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論13第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論14機(jī)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(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)差別。機(jī)電一體化產(chǎn)品第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論15機(jī)電一體化產(chǎn)品既不同于傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品，也不同于普通的電子產(chǎn)品，它是機(jī)械系統(tǒng)和微電子系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，從而賦予新功能和性能的一種新產(chǎn)品。

機(jī)電一體化產(chǎn)品的特點(diǎn)是產(chǎn)品功能的實(shí)現(xiàn)是由所有功能單元共同作用的結(jié)果。第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論161.2

機(jī)電系統(tǒng)的基本組成和分類一、機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能組成

1.系統(tǒng)的主功能:對(duì)輸入的物質(zhì)、能量和信息按照要求進(jìn)行處理，輸出具有所需特性的物質(zhì)、能量與信息。第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論172.其它內(nèi)部功能：

動(dòng)力功能、檢測(cè)功能、控制功能、構(gòu)造功能

第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論18CNC機(jī)床第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論19第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論20二、機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成要素

一個(gè)較完善的機(jī)電一體系統(tǒng)一般包括以下五大基本要素：機(jī)械本體動(dòng)力系統(tǒng)傳感檢測(cè)單元執(zhí)行裝置傳感與檢測(cè)系統(tǒng)信息處理及控制系統(tǒng)第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論21五大構(gòu)成要素之間通過(guò)接口相聯(lián)系第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論22五大構(gòu)成要素與五大功能第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論23從機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能看，人體是機(jī)電一體化

系統(tǒng)理想的參照物。

人體五大要素與機(jī)電一體化產(chǎn)品五大要素的對(duì)應(yīng)關(guān)系24(內(nèi)臟)(手足)(骨骼)(感官)(大腦)第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論25機(jī)械本體用于支撐和連接其他要素，是機(jī)電系統(tǒng)必要的組成部分。包括機(jī)身、床身、殼體等。追求目標(biāo)：通過(guò)采用新工藝、新材料、新結(jié)構(gòu)，達(dá)到高效、可靠、節(jié)能、小型、輕量、美觀等要求。機(jī)械系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)是模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論26動(dòng)力系統(tǒng)按照系統(tǒng)控制要求，為系統(tǒng)提供能量和動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成預(yù)定主功能。根據(jù)動(dòng)力源的不同，可分為液壓式、氣壓式、電氣式等類型。追求目標(biāo)：高效率、快速響應(yīng)特性、高適應(yīng)性和可靠性。第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論27傳感與檢測(cè)系統(tǒng)在系統(tǒng)運(yùn)行中對(duì)系統(tǒng)本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并把被檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成可用的輸出信號(hào)（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(hào)檢測(cè)電路。追求目標(biāo)：高精度、抗干擾、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、體積小、安裝維護(hù)容易。第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論28信息處理及控制系統(tǒng)接受傳感與檢測(cè)系統(tǒng)反饋的信息，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)處理、運(yùn)算、決策，根據(jù)處理結(jié)果，按照一定的規(guī)則發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，控制整個(gè)系統(tǒng)按要求實(shí)現(xiàn)有序地運(yùn)行。它是機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心單元，由硬件和軟件及相應(yīng)接口組成。追求目標(biāo)：高可靠性、高速、抗干擾能力強(qiáng)第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論29執(zhí)行裝置根據(jù)控制系統(tǒng)的控制信息和指令，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的主功能。執(zhí)行裝置一般是運(yùn)動(dòng)部件，常采用機(jī)、電、液、氣動(dòng)等機(jī)構(gòu)。執(zhí)行裝置因機(jī)電一體化產(chǎn)品的種類和作業(yè)對(duì)象不同而有較大的差異。五大要素之間的關(guān)系機(jī)電一體化產(chǎn)品的五大構(gòu)成要素在工作中各司其職，互相補(bǔ)充、互相協(xié)調(diào)，共同完成所規(guī)定的功能。在結(jié)構(gòu)上，各組成要素通過(guò)各種接口及相關(guān)軟件有機(jī)地結(jié)合在一起，構(gòu)成一個(gè)內(nèi)部合理匹配、外部效能最佳的完整產(chǎn)品。第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論30第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論31機(jī)電一體化系統(tǒng)是比較復(fù)雜的，有時(shí)某些構(gòu)成要素是復(fù)合在一起的。構(gòu)成機(jī)電一體化系統(tǒng)的幾個(gè)部分并不是并列的：首先，機(jī)械部分是主體其次，機(jī)電一體化的核心是電子技術(shù)（微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)）第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論32機(jī)電一體化技術(shù)綜述

機(jī)電一體化是一種以產(chǎn)品和過(guò)程為基礎(chǔ)的技術(shù)；機(jī)電一體化以機(jī)械為主體；機(jī)電一體化以微電子技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為核心；機(jī)電一體化將工業(yè)產(chǎn)品和過(guò)程都作為一個(gè)完整的系統(tǒng)看待，因此強(qiáng)調(diào)各種技術(shù)的協(xié)同和集成，不是將各個(gè)單元或部件簡(jiǎn)單拼湊到一起；機(jī)電一體化貫穿于設(shè)計(jì)和制造的全過(guò)程中。第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論33三、機(jī)電一體化系統(tǒng)的分類

1）按用途分類2）按執(zhí)行機(jī)構(gòu)不同

數(shù)控機(jī)械類電子設(shè)備類機(jī)電結(jié)合類電液伺服類信息控制類第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論341.數(shù)控機(jī)械類

主要產(chǎn)品為數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)和自動(dòng)洗衣機(jī)等。其特點(diǎn)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械裝置。第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論35

2．電子設(shè)備類

電子設(shè)備類主要產(chǎn)品為電火花加工機(jī)床、線切割加工機(jī)床、超聲波縫紉機(jī)和激光測(cè)量?jī)x等。其特點(diǎn)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)是電子裝置。第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論363．機(jī)電結(jié)合類

機(jī)電結(jié)合類主要產(chǎn)品為自動(dòng)探傷機(jī)、形狀識(shí)別裝置和CT掃描儀、自動(dòng)售貨機(jī)等。其特點(diǎn)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械和電子裝置的有機(jī)結(jié)合。第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論374．電液伺服類

電液伺服類主要產(chǎn)品為機(jī)電一體化的伺服裝置。其特點(diǎn)為執(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。第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論385．信息控制類

信息控制類主要產(chǎn)品為電報(bào)機(jī)、磁盤存儲(chǔ)器、磁帶錄像機(jī)、錄音機(jī)以及復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等辦公自動(dòng)化設(shè)備。其主要特點(diǎn)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作完全由所接收的信息類控制。第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論39三、機(jī)電一體化系統(tǒng)的分類

3）按機(jī)電結(jié)合程度

功能附加型功能替代型機(jī)電融合型第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論561.5

機(jī)電一體化的發(fā)展機(jī)電一體化是集機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)、信息等多學(xué)科的交叉融合，它的發(fā)展和進(jìn)步依賴并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。因此，機(jī)電一體化的主要發(fā)展方向如下：

1．智能化

2.模塊化

3．網(wǎng)絡(luò)化

4.微型化

5．綠色化

6．人格化7.自適應(yīng)化第一章機(jī)電一體化技術(shù)導(dǎo)論57小結(jié)本章通過(guò)對(duì)機(jī)電一體化的基本概念介紹，