机电一体化系统概论

• 利用高新技术实现结构上、材料上、性能上的变更， 满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改 善性能的要求。
• 制造过程的机电一体化系统中，经典的机械理论与工 艺应借助于计算机辅助技术，采用人工智能与专家系 统等，形成新一代的机械制造技术。
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判断机电一体化产品？
• 机器人、数控机床、自动行李输送机、自动对 焦照相机、自动对焦防颤型摄像机、装有微型 计算机的电视机、自动电饭煲、打印机、复印 机、微机控制缝纫机、洗衣机、扫描仪、传真 机、电子表……
• 判断依据：
– 工作原理在本质上是否运动？无运动的则不属于机 电一体化产品。
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人体是机电一体化系统
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机电一体化发展的技术基础
• 核心技术：
机械技术、电子技术
• 机械技术的4大支柱学科：
– 力学:有限元分析 – 机械学:优化设计CAD – 制造工艺学:数控技术CAM – 控制:手动继电器逻辑控制自动控制智能控制
• 典型机械产品：
– 自行车
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机械产品到机电一体化产品的４个阶段
阶段 举例
１ 机械
驱动
带驱动
控制
机械开关装置
２ 机械＋电器 电机(开/关) 电器－机械开 关装置
３ 机械＋电子 带转速独立控 电子控制
＋软件
制的电机
４ 机电一体化 变频器和连接 软件、连接总
总线相集成的 线和控制均集
电机
成在执行器中
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控制及信息处理单元
• 是机电一体化系统的核心。
• 组成：控制计算机、控制软件、硬件接口
• 要求：负责把来自各传感器的检测信号和外部输入命
令进行集中、存储、计算、分析，根据信息处理结果， 按照一定的程度和节奏发出相应的指令，控制整个系 统有目的地进行。
• 作用：提高信息处理的速度、抗干扰能力和可靠性，
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测试传感部分
• 组成：位移、速度、力、角度等各种类型的传感 器和仪表。
• 作用：是对系统运行中所需要的本身和外界环境 的各种参数及状态进行检测，转换为可识别的信 号，传输到信息处理单元，经分析处理后产生控 制信息。
• 要求：满足快速、精确、稳定的工作要求，输出 信息便于传输与处理。
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机电一体化的6大相关技术
1. 机械技术 2. 计算机及信息处理技术 3. 系统技术 4. 自动控制技术 5. 传感与检测技术 6. 伺服驱动技术
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机械技术
• 机械技术是机电一体化系统的基础，影响机电一体化 系统的结构、重量、体积、刚度、耐用性等。
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机电一体化技术分类
• 生产过程的机电一体化：
实例：械制造过程、冶金生产、化工生产、粮食及 食品加工过程、纺织工业、排版与印刷等
分类： – 离散制造过程的机电一体化：机械制造业 – 连续生产过程的机电一体化：化工生产流程
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机电一体化技术分类
• 机电产品的机电一体化：
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机电一体化产品的分类
• 按发展水平分类：
– 功能附加型初级系统 – 功能代替型中级系统 – 机电融合型高级系统
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机电一体化产品的分类
• 按应用分类：
– 民生机电产品：微电脑洗衣机、电子照相机 – 办公机电产品：复印机、打字机 – 产业机电产品：数控机床、工业机器人
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完善系统的自诊断功能，实现信息处理的智能化、小 型化、轻量和标准化等。
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能源
• 能源是机电一体化产品能量供应部分
• 组成 ：电能、气能和液压能，以电能为主。
• 作用：按照系统控制要求向机械系统提供能量 和动力使系统正常运行。
• 要求：用尽可能小的输入获得尽可能大的功率 输出，工作效率高，符合使用环境和结构尺寸 的要求。
• 要求：根据控制信息和指令，驱动机械部件的运 动。
• 作用：根据机电一体化系统的匹配性要求改善性 能，如提高刚性、减轻重量、实现模块化、标准 化和系列化，提高系统可靠性。
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驱动部分
• 组成 ：步进电机、直流电机、交流电机、液 压与气压伺服元件。
• 作用：在满足驱动力和速度的前提下，还应满 足高效率、快速响应、环境适应性和可靠性等 要求。
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机电一体化目标
• 机械的柔性化：
– 使机械能够像动物那样动作灵活。
• 机械的智能化：
– 使机械能够像人类那样会思考与判断。
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机电一体化系统六大基本结构要素
1. 机械本体： 2. 执行机构： 3. 驱动部分： 4. 测试传感部分： 5. 控制及信息处理单元： 6. 能源：
– 传统的机电产品＋微机控制 – 特点：功能强、性能好、精度高、重量轻、体积
小、更可靠、更方便、经济效益高。
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Baidu Nhomakorabea
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机电一体化产品
• 定义：
– 机电一体化产品是新型机械与微电子器件，特别是微 处理器、微型计算机相结合而开发出来的新一代电子 化机械产品。
– 机电仪一体化产品，机电液一体化产品，光机电一体 化产品统等称为机电一体化产品。
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机电一体化目标
• 将机械技术与电子技术相结合，充分发挥各自的 长处，弥补各自技术上的不足。
– 机械的强度高，输出功率大，可承受较大的载荷,但 实现微小运动和复杂运动比较困难。
– 电子领域，利用传感器和计算机可实现复杂的检测和 控制。
– 将机械技术和电子技术两者结合，可在重载条件下实 现微小运动和复杂运动。
机电一体化系统概论
机电一体化的概念
• 1971 年，日本提出 “机电一体化”新名词
机电一体化 (Mechatronics) =机械学(Mechanics) + 电子学(Electronics)
• 定义：
– 机电一体化技术是微电子技术、计算机技术、信息技 术与机械技术相结合的新兴的综合性高技术，是机械 技术与微电子技术的有机结合。
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机械本体
• 组成 ：机身、框架、机械联接、机械传动等
• 作用：支撑系统中其它功能单元、传递运动和 动力。
• 要求：在机械结构、材料、加工工艺性及几何 尺寸等方面适应高效、多功能、可靠、节能、 小型、轻量和美观等要求。
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执行机构
• 组成 ：通常采用电力驱动、气压驱动和液压驱 动等方式。