机电一体化.
机电一体化概述
单元一机电一体化概述1. 1. 1机电一体化的定义“机电一体化是在机械主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。
”“机电一体化”是将机械技术、微电子技术、信息技术等多门技术学科在系统工程的基础上相互渗透、有机结合而形成和发展起来的一门新的边缘技术学科。
1. 1. 3机电一体化的内容机电一体化包含了技术和产品两方面的内容，首先是指机电一体化技术，其次是指机电一体化产品。
1. 1. 4机电一体化的特点机电一体化产品的显著特点是多功能、高效率、高智能、高可靠性，同时又具有轻、薄、细、小、巧的优点，其目的是不断满足人们生产生活的多样性和省时、省力、方便的需求。
1. 2机电一体化系统的基本组成1. 2. 1机电一体化系统的功能组成传统的机械产品主要是解决物质流和能量流的问题，而机电一体化产品除了解决物质流和能量流以外，还要解决信息流的问题。
机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质、能量与信息(即所谓工业三大要素)按照要求进行处理，输出具有所需特性的物质、能量与信息。
机电一体化系统的主功能包括变换(加工、处理)、传递(移动、输送)、储存(保持、积蓄、记录)三个目的功能。
主功能也称为执行功能，是系统的主要特征部分，完成对物质、能量、信息的交换、传递和储存。
机电一体化系统还应具备动力功能、检测功能、控制功能、构造功能等其他功能。
加工机是以物料搬运、加工为主，输入物质(原料、毛坯等)、能量(电能、液能、气能等)和信息(操作及控制指令等)，经过加工处理，主要输出改变了位置和形态的物质的系统(或产品)。
动力机，其中输出机械能的为原动机，是以能量转换为主，输入能量(或物质)和信息，输出不同能量(或物质)的系统(或产品)。
信息机是以信息处理为主，输入信息和能量，主要输出某种信息(如数据、图像、文字、声音等)的系统(或产品)。
1. 2. 2机电一体化系统的构成要素机电一体化系统一般由机械本体、传感检测、执行机构、控制及信息处理、动力系统等五部分组成，各部分之间通过接口相联系。
机电一体化概论
机电一体化概论第一章机电一体化概述2•机电一体化的发展趋势:智能化，模块化，网络化，微型化,绿色化，系统化.3•机电一体化的基本含义:机电一体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进徽电子技术，并将机核装置与电子设备以及相关软件有机结合而构成的系统总称。
5•机电一体化的相关技术：机械技术、传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、系统总体技术。
6.机电一体化系统的基本要素及其功能：8•机电一体化一词最早于1971年出现在日本。
它是取机械学的前半部和电子学的后半部拼合而成，但是，机电一体化并非机械技术和电子技术的简单叠加，而是有着自身体系的新型学科。
第二章机电一体化的相关技术L机电一体化系统中的机械系统：传动部分、导向机构、执行机构、轴系、机座或机架。
2.机电一体化中机械系统的基本要求：高精度、小惯量、大刚度、快速响应性、良好的稳定性。
9•传感器的定义：传感器是一种能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用的输出信号的器件或装置。
13•常见的接近开关及其应用：电涡式接近开关（金属）、电容式接近开关（导体和非导体）、霍尔接近开关（磁性物件）、光电开关：透射型，反射型（统计产量，检测包装，精确定位等）。
16.在控制系统中根据系统信号相对于时间的连续性，通常分为连续时间系统和离散时间系统（连续系统和离散系统）。
18•计算机控制系统的类型及计算机担当的角色：操作指导控制系统（助手）、宜接数字控制系统（DDC,决策者，操作者）、监督计算机控制系统（SCC, 操作指导系统与DDC系统的综合与发展，决策人）、分级控制系统、集散控制系统（DCS）、工厂自动化（FA）系统。
25•接口的分类（1）根据接口的变换和调整功能特征：零接口、被动接口、主动接口、智能接口。
（2）根据接口的输入\输出功能的性质：信息接口、机械接口、物理接口、环境接口。
（3）按照所联系的子系统不同：人机接口、机电接口。
机电一体化考试知识点总结
机电一体化考试知识点总结一、机电一体化基础知识1. 机电一体化的概念和发展历程机电一体化是指在产品或系统的设计、制造、使用和维护过程中，完全将机械、电子、传感器、控制技术和信息技术无缝集成为一个整体。
机电一体化技术是近年来在制造业中迅速发展起来的一种先进生产技术，它结合了机械、电子、信息技术等多种技术，以实现生产过程的全面自动化和智能化。
机电一体化的发展历程可以追溯到20世纪60年代，在那个时候，自动化生产线一度兴起，为生产过程带来了很大的改善。
随着信息技术和电子技术的不断发展，机电一体化技术逐渐成为制造业的主流技术，被广泛应用于汽车制造、电子设备制造、航空航天等领域。
2. 机电一体化的特点机电一体化技术的特点主要包括：集成性、智能化、基于网络、高精度、高速度、高可靠性等。
机电一体化技术通过将机械、电子、信息技术有机结合，实现了产品生产的智能化、自动化和网络化，能够大大提高生产效率和产品质量。
3. 机电一体化的应用领域机电一体化技术被广泛应用于工业机械、汽车制造、工程机械、电子设备制造、医疗器械、航空航天、高速铁路等领域。
在这些领域，机电一体化技术可以实现设备的智能化控制、自动化生产、信息化管理等，为企业提供了更高效的生产方式。
4. 机电一体化技术的发展趋势随着信息技术和电子技术的快速发展，机电一体化技术也在不断地向智能化、网络化、高可靠性、低能耗等方向发展。
未来，机电一体化技术将更加普及，带来更多的应用和创新。
二、传感器技术1. 传感器的基本概念和分类传感器是一种可以感知和采集物理量或化学量的变化并将其转换为可用电信号的设备。
按照测量物理量分类，传感器可分为：力传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器、压力传感器、温度传感器、湿度传感器、光电传感器等。
2. 传感器的工作原理传感器的工作原理主要取决于其测量物理量的不同。
常见的传感器工作原理有：电压、电流、电阻、电容、电磁感应等。
3. 传感器的特性和性能指标传感器的特性和性能指标包括：静态特性（灵敏度、线性度、分辨率、稳定性）、动态特性（响应时间、过载能力、动态误差）以及环境适应能力（温度、湿度、抗干扰能力）等。
机电一体化
机电一体化：是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成的系统总称。
是机械技术及信息技术相互交叉、融合的产物。
精密机械技术、微电子技术、信息技术有机结合新形势。
机电一体化的目的：是使系统高附价值化，即多功能化、高效率化、高可靠化、省材料省能源化、并使产品的结构向轻、薄、短、小巧化方向发展、不断满足人们生活的多样化需求和生产的省力化、自动化需求。
解决产品（系统）采用微电子技术所面临的共性关键技术：检测传感技术、信息处理技术、伺服驱动技术、自动控制技术、精密机械技术、系统总体技术系统必须具有的目的功能：变换（加工、处理）功能；传递（移动、输送）功能；储存（保持、积蓄、记录）功能机电一体化系统的五大要素（即相应功能）：动力源（提供动力；内脏）；控制器（控制；头脑）；机构（构造；骨骼）；检测传感器（计测；感官）；执行元件（驱动；肌肉）接口：是各要素或各子系统相接处必须具备一定的联系条件接口变换、调整功能分为：零接口、无源接口、有源接口、智能接口接口输入/出功能分为：机械接口、物理接口、信息接口、环境接口工业三大要素：能量、物质、信息（省能、省资源、智能化）系统内部功能评价参数：1主功能：系统误差、抗干扰能力、废弃物输出、变换效率。
2动力功能：输入能量、能源。
3控制功能：控制输出/入口个数、手动操作。
4构造功能：尺寸重量、强度。
5计测功能：精度机电一体化系统的设计流程:1根据目的功能确定产品规格、性能指标；2系统功能部件、功能要素的划分；3接口的设计；4综合评价；5可靠性复查；6试调与调试运动参数：用来表征机器工作运动的轨迹、行程、方向和起、止点位置正确性的指标动力参数：用来表征机器输出动力大小的指标。
力、力矩、功率。
品质指标：用来表征运动参数和动力参数品质的指标。
机电一体化系统设计考虑方法：机电互补法；结合（融合）法；组合法机电一体化系统的设计类型：开发型设计；适应性设计；变异性设计设计程序分为：总体设计、部件的选择与设计、技术设计与工艺设计总体设计：明确设计思想；分析综合要求；划分功能模块；决定性功能参数；调研类似产品；你定总体方案；方案对比定性；编写总体设计论证书设计准则要考虑：人、机、材料、成本等。
二、机电一体化技术的基本原理和特点
二、机电一体化技术的基本原理和特点
机电一体化技术是一个跨学科的领域，它将机械工程、电子工程、计算机科学等多个领域的知识融合在一起，以实现各种自动化和智能化的应用。
本文将重点介绍机电一体化技术的基本原理和特点。
一、基本原理
1.系统总体效应：机电一体化系统是由多个子系统组成的复杂系统，每个子
系统都有其特定的功能和作用。
系统总体效应是指通过合理地设计、优化和协调各个子系统，以实现整个系统的最优性能。
2.能量传递：机电一体化系统中的能量传递是指将其他形式的能量转化为机
械能或电能。
例如，电动机将电能转化为机械能，发电机将机械能转化为电能。
3.信息控制：信息控制是机电一体化系统的核心，它是指通过电子和计算机
技术实现信息的采集、处理、传输和显示等功能，以实现对机械系统的精确控制。
4.执行机构：执行机构是指将电能或其它形式的能量转化为机械能的装置，
例如电动机、液压缸等。
执行机构是实现机械系统运动和动作的关键部分。
二、特点
1.高度智能化：机电一体化技术通过引入人工智能、机器学习等技术，使得
系统能够自主决策、自主学习，具有高度智能化的特点。
2.高精度：机电一体化系统中的传感器、控制器等设备具有高精度、高稳定
性的特点，能够实现对机械系统的精确控制，提高产品的质量和生产效率。
3.快速响应：机电一体化系统中的伺服控制系统能够快速地响应输入信号，
调整执行机构的状态，实现快速的运动和动作。
4.可扩展性：机电一体化技术可以通过模块化设计，方便地扩展系统的功能
和规模，满足不同领域的需求。
机电一体化
1、机电一体化概念：机电一体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总结。
2、机电一体化设计与传统系统设计比较特点|：（1）系统工程；（2）以计算机为工具，利用计算机辅助设计，优化设计，有限元分析等工具提高产品的设计效率和质量；（3）硬件与软件设计并重。
3、机电一体化系统应具备五种内部功能：主功能（变换、传递、储存）、动力功能、计测功能、控制功能、结构功能4、组成要素：动力源、机械本体、执行机构、检测与传感器装置、控制与信息处理装置5、共性的关键技术：机械技术、计算机与信息处理技术、传感与检测技术、自动控制技术、伺服传动技术、系统的总体技术6、应用的主要形式：功能附加、功能替代、机电融合7、机电一体化发展趋势：（1）性质上：高精度、高效率、智能化；（2）功能上：小型化、轻型化多功能化；（3）层次上：系统化、复合集成化8、机电一体化机械部分的要求：（1）高精度：机械部分的高精度是为了满足系统能完成其预定的机械操作（2）高刚度:采用高刚度的支承或架体，以减小产品本体的振动，降低噪声；为高精度的执行机构提供良好的支承，保证执行精度（3）低摩擦:导向和转动支承部分采用低摩擦阻力部件，以降低机械部分的阻力，提高系统的快速响应性（4）良好的稳定性:机械部分受外界环境变化的影响小，抗干扰能力强。
措施：（1）采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件（2）缩短传动链，提高传动与支承的刚度，提高安全性（3）选择最佳传动比（4）缩小反向死区误差（5）改进支承机构以提高刚性9、消除回差的方法：偏心套（轴）调整法、轴向垫片调整法、双片薄齿轮错齿调整法、斜齿轮垫片调整法、斜齿轮轴向压簧调整法、锥齿轮传动轴向压簧调整法、锥齿轮传动周向弹簧调整法10、滚动螺旋传动的特点：传动效率高、运动平稳、能够预紧、工作寿命长、定位精度和重复定位精度高、同步性好、可靠性高、不自锁、成本较高11、预紧方式：单螺母变位导程预紧（B）、单螺母增大钢球直径预紧（Z）、双螺母垫片预紧(D)、双螺母螺纹预紧（L）、双螺母齿差预紧（C）12、同步带传动的特点：（1）传动比准确，传动效率高；（2）工作平稳，能吸收振动；（3）不需润滑，耐油、水、高温、腐蚀，维护保养方便；（4）中心距要求严格，安装精度要求高（5）制造工艺复杂，成本高。
机电一体化
机电一体化系统的功能构成： 机电一体化系统的功能构成：
School of Mechanical Engineering ＆ Automation
机电一体化技术的主要特征： 机电一体化技术的主要特征： ①整体结构最优化：在传统机械产品中，为了增加功能，或实现某一种控制 整体结构最优化：在传统机械产品中，为了增加功能， 规律，往往靠增加机械机构的办法来实现。如果采用机电一体化系统， 规律，往往靠增加机械机构的办法来实现。如果采用机电一体化系统，可以 从机械、电子、硬件、软件四个方面去实现同一种功能。 从机械、电子、硬件、软件四个方面去实现同一种功能。 ②系统控制智能化：这是机电一体化技术与传统的工业自动化技术最主要的 系统控制智能化： 区别之一。电子技术的引入，显著地改变了传统机械那种单纯靠操作人员， 区别之一。电子技术的引入，显著地改变了传统机械那种单纯靠操作人员， 按照规定的工艺顺序频繁重复的工作状况。 按照规定的工艺顺序频繁重复的工作状况。 ③操作性能柔性化：计算机软件技术的引入，能使机电一体化系统的各个传 操作性能柔性化：计算机软件技术的引入， 动机构的动作通过预先给定的程序，一步一步地由电子系统来协调。 动机构的动作通过预先给定的程序，一步一步地由电子系统来协调。在生产 动作通过预先给定的程序 对象变更需要改变传动机构的动作规律时，无须改变其硬件机构， 对象变更需要改变传动机构的动作规律时，无须改变其硬件机构，只要调整 由一系列指令组成的软件，就可以达到预期的目的。 由一系列指令组成的软件，就可以达到预期的目的。
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机电一体化的相关技术： 机电一体化的相关技术： ①机械技术：机械技术是机电一体化的基础。 机械技术：机械技术是机电一体化的基础。 ②计算机与信息处理技术：计算机应用及信息处理技术是促进机电一体化技 计算机与信息处理技术： 术和系统发展的最活跃的因素。 术和系统发展的最活跃的因素。 ③检测与传感技术：传感与检测是实现自动控制、自动调节的关键环节，它 检测与传感技术：传感与检测是实现自动控制、自动调节的关键环节， 的功能越强，系统的自动化程度就越高。 的功能越强，系统的自动化程度就越高。 ④自动控制技术：自动控制技术与计算机控制技术相联系，是机电一体化中 自动控制技术：自动控制技术与计算机控制技术相联系， 十分重要的关键技术。 十分重要的关键技术。 ⑤伺服驱动技术：伺服驱动技术是直接执行操作的技术，伺服系统是实现电 伺服驱动技术：伺服驱动技术是直接执行操作的技术， 信号到机械动作的转换装置与部件。它对系统的动态性能、 信号到机械动作的转换装置与部件。它对系统的动态性能、控制质量和功能 具有决定性的影响。 具有决定性的影响。
机电一体化
机电一体化1、机电一体化的概念：机电一体化是以机械、电子技术和计算机科学为主的多门学科相互渗透、相互结合的过程逐渐形成和发展得一门新兴边缘技术学科。
机电一体化又称机械电子学它是由机械学的前半部分与电子学的后半部分组成的。
2、变量施肥的过程：获取土壤的信息，通过农业专家决策，指定变量施肥处方图并将变量数据输入到施肥变量播种机控制系统中实现变量施肥。
不同变量施肥系统包括：步进电机驱动、电控无级变速器驱动、电控液压马达驱动。
3、伺服系统的组成：输出各部分的作用：（1）控制器：控制器的功能是根据输入信号和反馈信号比较的结果，决定控制方式。
常用的控制有PID 控制和最优控制等。
控制器一般都是电子线路或计算机组成等。
（2）功率放大器：控制器输出的信号通常都很微弱，需经功率放大器放大后，才能驱动执行机构动作。
功率放大器主要由电子器件组成。
（3）执行机构：执行机构直接与被控对象打交道，最后执行控制器的指令，完成某种特定的动作。
执行机构要准确，迅速，精准，可靠地实现对被控对象的调整和控制。
执行机构主要由各种执行元件和机械传动装置等组成。
（4）检测装置：为了提高工作精度和抗干扰能力，伺服系统一般采用闭环控制。
检测装置是系统反馈环节，通过检测装置的测量，将执行机构的输出信号反馈到伺服系统输入端，实现反馈控制。
反馈信号一般为位置反馈信号、速度反馈信号和电流反馈信号，要经过多种传感元件进行检测。
用来检测位置信号的装置有自整角机、旋转变压器、光电编码器等；用来检测速度信号的装置有测速发电机、旋转变压器、光电编码器等；用来检测电流信号的装置有取样电阻霍尔集成电路传感器等，可检测的装置要求是精度高、线性度好、可靠性高、响应快。
4、采样定理：为了保证在采样过程中不丢失原来信号中所包含的信息，采样频率必须按照香侬采样原理来确定，即要求； f≥fmax（L被来原信号f（t）的最高有效频率）在实际应用中，fn≥（5-10）fmax5、采样/保持电路的作用由于采样信号f※（t）在函数轴上仍是连续变化的模拟量，因此还需要A/D转换器将其转换成数字量。
机电一体化
1.机电一体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。
2.机电一体化组成：机械系统，信息处理系统，动力系统，传感检测系统，执行元件系统机械系统：起支承和联接作用；动力系统：提供动力输入；传感检测系统：将机械模块的状态和性能参数转换为电的信号，并进行必要的信息处理后送计算机；执行系统：根据控制系统的指令完成相应的动作；信息处理系统：对来自传感器与检测部分的信息进行理，使之符合控制要求。
3.广义的接口功能有两种，一种是输入/输出；另一种是变换、调整。
1)零接口：不进行任何变换和调整、输出即为输入等，仅起连接作用的接口，称为零接口。
例如输送管、接插头、接插座、接线柱、传动轴、导线、电缆等。
2）无源接口：只用无源要素进行变换、调整的接口，称为无源接口。
例如齿轮减速器、进给丝杠、变压器、可变电阻器以及透镜等。
3)有源接口：含有有源要素、主动进行匹配的接口，称为有源接口。
例如电磁离合器、放大器、光电耦合器、D/A转换器、A/D转换器以及力矩变换器等。
4)智能接口：含有微处理器，可进行程序编制或可适应性地改变接口条件的接口，称为智能接口。
例如自动变速装置，通用输入／输出LSI(8255等通用I/O)、GP-IB总线、STD总线等。
根据接口的输入／输出功能，可将接口分成以下四种：1）机械接口：根据输入/输出部位的形状、尺寸精度、配合、规格等进行机械联接，如联轴节、管接头、法兰盘、万能插口、接线柱等。
2）物理接口：受通过接口部位的物质、能量与信息的具体形态和物理条件约束，如受电压、频率、电容、电流等约束的接口。
3）信息接口：受规格、标准、法律、语音、符号等逻辑、软件的约束，如GB、ISO、C++、VB等。
4）环境接口：对周围环境条件（温度、湿度、磁场、火、振动、放射能、水）有保护作用和隔绝作用，如防尘过滤器、防水连接器、防爆开关等。
机电一体化
（2） 信息处理技术。信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中，与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息的交换、存取、运算、判断和决策分析等。在机电一体化产品中，实现信息处理技术的主要工具是计算机。计算机技术包括硬件和软件技术、网络与通信技术、数据处理技术和数据库技术等。在机电一体化产品中，计算机信息处理装置是产品的核心，它控制和指挥整个机电一体化产品的运行，因此，计算机应用及其信息处理技术是机电一体化技术中最关键的技术，它包括目前广泛研究并得到实际应用的人工智能技术、专家系统技术以及神经网络技术等。
机电一体化技术和产品的应用范围非常广泛，涉及到工业生产过程的所有领域，因此，机电一体化产品的种类很多，而且还在不断地增加。按照机电一体化产品的功能，可以将其分成下述几类。
①数控机械类。主要产品包括数控机床、机器人、发动机控制系统以及全自动洗衣机等。这类产品的特点是执行机构为机械装置。
（2） 生产能力和工作质量提高。机电一体化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能，其控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高，通过自动控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作，使之不受机械操作者主观因素的影响，从而实现最佳操作，保证最佳的工作质量和产品的合格率。同时，由于机电一体化产品实现了工作的自动化，使得生产能力大大提高。例如，数控机床对工件的加工稳定性大大提高，生产效率比普通机床提高5 ～6 倍， 柔性制造系统的生产设备利用率可提高1 ．5 ～3．5 倍，机床数量可减少约50 ％，节省操作人员数量约50 ％，缩短生产周期40 ％，使加工成本降低50 ％左右。
机电一体化
机电一体化1. 机电一体化的定义：在机械的主功能、动力功能、信息功能、控制功能基础上引入微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机地结合所构成系统的总称。
2. 机电一体化一般包含：机电一体化产品(系统)和机电一体化技术两层含义。
3. 机电一体化产品的分类：按机电结合程度分类：✍机械电子化产品✍机械与电子融合的产品。
4. 机电一体化系统的构成：机械本体、检测传感部分、电子控制单元、执行器、动力源。
5. 执行元件：实现机电一体化系统主功能（三个目的功能）：变换、传递、储存。
6. 机械本体（构造功能）：机械本体包括机架、机械连接、机械传动等，它是机电一体化的基础，起着支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用。
7. 动力源（动力功能）：是机电一体化产品的能量供应部分，其作用是按照系统控制要求，为系统提供能量和动力，使系统正常运行。
提供能量的方式包括电能、气能和液压能，以电能为主。
8. 传感检测单元（计测功能）：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。
9. 共性关键技术：机械技术、传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、系统总体技术。
10. 广义的接口功能有两种：一种是输入/输出；另一种是变换、调整。
11. 机电一体化系统（产品）的常用设计方法（三种）的区别：✍取代法（机电互补法）：取代法就是用电气控制取代原系统中的机械控制机构。
✍整体设计法（融合法）：将各构成要素有机结合为一体构成专用或者通用的功能部件(子系统),要素间的机电参数匹配比较充分。
✍组合法：选用各种标准功能模块组合设计成机电一体化系统。
12. 开发性设计、变异性设计、适应性设计有何异同：✍开发性设计：没有参照产品的设计，仅仅是根据抽象的设计原理和要求，设计出质量和性能方面满足目的要求的系统。
✍适应性设计(改进)：是在总的方案原理基本保持不变的情况下，对现有产品进行局部更改，或用微电子技术代替原有的机械结构，或为了微电子控制进行局部适应性设计，以提高产品的性能和质量。
《机电一体化》课程标准
《机电一体化》课程标准课程名称：机电一体化适用专业：机电技术应用专业、机电设备安装与维修专业一、课程性质《机电一体化》的主要任务是加强学生机学生电一体化的系统知识，将所学“机”和“电”的知识和技能融合使用，凭借着对常用的机电一体化的操作、调试和维护，全面提高学生机电一体化知识与技能。
本课程的前叙课程是：机械制图、电机拆装维修、机床电气控制、PLC可编程技术、单片机技术，机电一体化课程是将综合应用上述课程的知识，让学生科学地建立机电一体化的概念和结构，掌握机电一体化的操作、调试、维护方法，培养机电一体化岗位素质，为后续的顶岗实习做准备。
二、课程设计思路中职机电一体化专业毕业生的就业岗位主要是企业机电岗位群，岗位人员持有电工上岗证和维修电工证书。
机电岗位的典型工作任务之一是对机电一体化的安装、调试和操作，常用的仪表有万用表、钳表、兆欧表、示波器等，常用的工具有电烙铁、螺丝刀、尖嘴钳、剥线钳、剪线钳、验电笔等。
完成岗位工作任务需要掌握机电一体化的相关理论知识和操作技能。
《机电一体化》是机电一体化三年制中职专业设置的核心课程之一，是一门集合了机械知识、电力电子知识、自动控制知识于一体的课程。
课程从工作过程分析出发，根据企业机电岗位岗位，职业能力需求，使课程的目标、内容、设计和评价贴近真实的工作岗位的需求，培养学生胜任实际工作岗位的能力。
工作项目是课程实施的载体，《机电一体化》课程的工作项目的内容选取应当具备以下特点：选用典型的机电一体化作为开展教学活动的载体；工作项目中应当使用岗位常用的工具、有操作规范的训练；工作项目应当尽量使用机电一体化各种常用的器件，例如：电机、变频器；工作项目中应当包含典型机电一体化的安装、调试、维护和维修各个完整的工作过程。
《机电一体化》本课程开设一学期，教学课时数为80学时，4学分。
三、课程培养目标通过对常见典型机电一体化的分析、安装、调试和操作等活动，使中职学校机电一体化专业的学生了解机电一体化学习领域的专业知识和技能，学会装调机电一体化的基本理论和基本方法，提高实际动手能力和群职业素养。
机电一体化全解
2.1 精密机械技术
四、轴系
轴系设计的基本要求
（1）旋转精度 （2）刚度 （3）抗振性 （4）热变形 （5）轴上零件的布置 （6）轴系的驱动方法
轴系的分类、特点和结构形式
2.2 传感检测技术
传感器技术是现代检测和自动化技术的重要基础之 一，机电一体化系统的自动化程度越高，对传感器 的依赖性也就越大。 能将各种非电物理量转换成电量的传感器及其应用 技术便成为机电一体化技术系统中不可缺少的组成 部分。 传感器是整个设备的感觉器官，其性能好坏直接影 响到工作机械的运动性能、控制精度和智能水平。
滚珠丝杠副的典型结构类型
单圆弧型
①按螺纹滚道截面形状分 双圆弧型 内循环 ②按滚珠的循环方式 外循环 端盖式外循环 插管式外循环 双螺母螺纹调隙预紧式 双螺母垫片调隙预紧式 ③按消除轴向间隙的调整方法 双螺母齿差调隙预紧式 单螺母增大滚珠直径法 单螺母偏置导程法
2.1 精密机械技术
二、机械导向机构
机械部分是主体，这不仅由于机械本体是系统重要的 组成部分，而且系统的主要功能必须要由机械装置来完成， 否则就不能称其为机电一体化产品。 机电一体化的核心是电子技术，这电子技术包括微电 子技术和电力电子技术，但重点是微电子技术，特别是微 型计算机或微处理器。
② 机电一体化将工业产品和过程都作为一个完整的系统看待，因此强 调各种技术的协同和集成，不是将各个单元或部件简单拼凑到一起。
1.6 机电一体化的发展
机电一体化的主要发展方向如下： （1）智能化 （2）模块化 （3）网络化 （4）微型化 （5）绿色化 （6）人性化
总之，机电一体化的发展前景： 性能上 高精度、高效率、高性 能、智能化 功能上 层次上 系统化、集成复合化
小型化、轻型化、多功 能
机电一体化概述
第一章机电一体化概述一、机电一体化定义及特征机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不但发展，还将被赋予新的内容。
但其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。
由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。
二、.机电与机械电气的区别：机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不但发展，还将被赋予新的内容。
机电一体化从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。
由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。
“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。
机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑。
机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不但发展，还将被赋予新的内容。
这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。
机械工程技术有纯技术发展到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体力。
但是发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还能赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等。
机电一体化概述
信息和检测等多种技术相互交叉融合而成
5)高可靠性，高稳定性
的新兴技术。
非接触传感器检测、无刷电动机驱
2)层次多，覆盖面广
动、简化的机械系统以及计算机在线监
覆盖了包括机械、电子、信息、计算 测、误差补偿和校正等技术提高了系统
机、控制和检测技术等多门学科。
的可靠性和稳定性。
3)体小量轻，结构简化，方便操作
机电一体化概述
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1.1
机电一体化的基本概念
1.2
机电一体化系统的组成与实例
1.3
机电一体化相关技术及特点
1.4
机电一体化的发展
机电一体化概述
1.1 机电一体化的基本概念
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机电一体化Mechatronics是由机械学Mechanics的前半部分与电子学 Electronics的后半部分组合而成的。
2. 传感器技术
传感器检测的精度和分辨力直接决定 系统所能达到的最高精度,其检测的信息全 面与否决定着系统的自动化程度，而检测 信息的准确度和灵敏度直接影响系统的精 度。
3. 计算机控制技术
计算机控制技术主要是根据各种理论
和算法，通过计算机对信息进行运算、判 断与决策。
4. 接口技术
接口技术是系统中非常重要的
机电一体化概述
1.2 机电一体化系统的组成与实例
1.2.2 机电一体化系统的实例
2. 指针式石英钟
指针式石英钟的组成框图
指针式石英钟步进电动机原理图
机电一体化概述
1.3 机电一体化相关技术及特点
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1.3.1 机电一体化相关技术
1. 机械技术
与一般的机械装置相比,要求质量小、 转动惯量小、摩擦小、误差小、效率高、 精度高，同时要能提高刚度及改善性能。
什么是机电一体化
一、“机电一体化”？它的来源是什么？“机电一体化”在国外被称为Mechatronics是日本人在20世纪70年代初提出来的，它是用英文Mechanics的前半部分和Electron-ics的后半部分结合在一起构成的一个新词，意思是机械技术和电子技术的有机结合。
这一名称已得到包括我国在内的世界各国的承认，我国的工程技术人员习惯上把它译为机电一体化技术。
机电一体化技术又称为机械电子技术，是机械技术、电子技术和信息技术有机结合的产物。
二、机电一体化技术基本概念机电一体化技术是在微型计算机为代表的微电子技术、信息技术迅速发展，向机械工业领域迅猛渗透，机械电子技术深度结合的现代工业的基础上，综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技术等群体技术，从系统理论出发，根据系统功能目标和优化组织结构目标，以智力、动力、结构、运动和感知组成要素为基础，对各组成要素及其间的信息处理，接口耦合，运动传递，物质运动，能量变换进行研究，使得整个系统有机结合与综合集成，并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下，形成物质的和能量的有规则运动，在高功能、高质量、高精度、高可靠性、低能耗等诸方面实现多种技术功能复合的最佳功能价值系统工程技术。
三、机电一体化技术五大组成要素与四大原则：1、五大组成要素：一个机电一体化系统中一般由结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素五大组成要素有机结合而成。
（请参考机电之家机电一体化频道）机械本体（结构组成要素）是系统的所有功能要素的机械支持结构，一般包括有机身、框架、支撑、联接等。
动力驱动部分（动力组成要素）依据系统控制要求，为系统提供能量和动力以使系统正常运行。
测试传感部分（感知组成要素）对系统的运行所需要的本身和外部环境的各种参数和状态进行检测，并变成可识别的信号，传输给信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。
机电一体化简述
第五节 机电一体化产品设计及其工程路线 一、机电一体化产品附加值与技术构成的关系
机械元器件为主，1948年出现电子元器件 发 展 历 程 机械元器件+电子元器件，1974年电子微处 理开始应用 机械元器件+标准电子电器硬件+软件， 1987年专用集成电路开始应用 机械元器件+标准电子电器硬件++专用硬件 +软件
对设计者的要求
开发性设计 要求设计者具有扎实的基础理论、丰富的想象力和敏锐 的市场洞察力。 适应性设计 要求设计者对原有产品及相关的市场需求、变化和技术 进步要有充分的了解和掌握。 变异性设计
要求设计者注意防止因参数变化可能对产品性能产生 的影响。
进行机电一体化产品设计时，应尽量以计算机为工具，充分利用计 算机辅助设计、仿真分析、模拟设计、优化设计、动态分析设计、可 靠性设计等现代化设计方法，以提高产品的效率和质量。 机电一体化设计同样也要遵循产品的一般性设计原则，即在保证 产品目的功能、性能和使用寿命的前提下，尽量降低成本。这意味着，
动力源
动力
计算机 执行件
计测
控制
操作
传感器
构造
机电一体化产品五大功能
机构
机电一体化产品功能部件
机电一体化产品的功能部件又称为结构要素
例1 人体五大要素及功能
食 物
运作 内脏
外 界 信 息
感官
头脑
手足
计测
控制
动作
构造
骨骼
人体五大要素 人体五大功能
例2
CNC机床的内部构成
热、振动 热、振动、切屑
毛 坯 （ 物 质 ）
由图知：在当代机电一体化产品中，单纯的机械技术 的附加值越来越少，而微电子技术的附加值越来越高， 因此其经济效益也相应增高。
机电一体化
机电一体化一、机电一体化概念机电一体化技术又称机械电子技术，是机械技术、电子技术和信息技术有机结合的产物。
机电一体化在国外被称为Mechatronics，是日本人在20 世纪70 年代初提出来的，它是用英文Mechanics 的前半部分和Electronics 的后半部分结合在一起构成的一个新词，意思是机械技术和电子技术的有机结合，现已得到包括我国在内的世界各国的承认。
我国的工程技术人员习惯上把它译为机电一体化技术。
机械技术是一门古老的学科，它发展到今天经历了一个漫长的历史时期。
机械是现代工业的物质基础，国民经济的各个部门都离不开机械。
机械种类繁多，功能各异，不论哪一种机械，从诞生以来都经历了使用—改进—再使用—再改进，不断革新和逐步完善的过程。
对于某一种形式的机械，一般来说都有一定的局限性，或者说都有一定的适用范围、存在某些固有的缺点，这就迫使人们寻找新的工作原理，发明新型的机械．从而使得具有同一用途的机械具有不同的种类。
机械本身的发展也是无止境的，但是这种发展却是缓慢的。
各种机械发展到今天．单从机械角度对它们进行改进是越来越不容易了。
随着科学技术的发展，一个比较年轻的学科——电子技术正在蓬勃发展，从分立电子元件到集成电路（IC），从集成电路到大规模集成电路和超大规模集成电路，特别是微型计算机的出现，使电子技术与信息技术相结合并向其他学科渗透，把人类带人了一个神化般的世界。
信息技术（3C 技术）的主体包括计算机技术、控制技术和通信技术。
电子技术与计算机技术同机械技术相互交叉，相互渗透，使古老的机械技术焕发了青春。
在原有机械基础上引入电子计算机高性能的控制机能，并实现整体最优化，就使原来的机械产品产生了质的飞跃，变成功能更强、性能更好的新一代的机械产品或系统，这正是机电一体化的意义所在。
机电一体化技术是现代科学技术发展的必然结果。
由于大规模集成电路和超大规模集成电路的出现，特别是微型电子计算机的空前发展，促进了机械技术和电子技术相互交叉和相互渗透，并使机械技术和电子技术在系统论、信息论和控制论的基础上有机地结合起来．形成今天的机电一体化技术。
机电一体化
四大原则
四大原则
构成机电一体化系统的五大组成要素其内部及相互之间都必须遵循接口耦合、运动传递、信息控制与能量转 换四大原则。
接口耦合：
两个需要进行信息交换和传递的环节之间，由于信息模式不同（数字量与模拟量，串行码与并行码，连续脉 冲与序列脉冲等）无法直接传递和交换，必须通过接口耦合来实现。而两个信号强弱相差悬殊的环节之间，也必 须通过接口耦合后，才能匹配。变换放大后的信号要在两个环节之间可靠、快速、准确的交换、传递，必须遵循 一致的时序、信号格式和逻辑规范才行，因此接口耦合时就必须具有保证信息的逻辑控制功能，使信息按规定的 模式进行交换与传递。
机电一体化
机械微电子技术术语
01 发展
03 内容 05 组成要素
目录
02 研究目的 04 阶段 06 四大原则
07 选型与设计
09 就业前景 011 光
目录
08 课程简介 010 发展方向
基本信息
机电一体化又称机械电子工程，是机械工程与自动化的一种，英语称为Mechatronics，它是由英文机械学 Mechanics的前半部分与电子学Electronics的后半部分组合而成。机电一体化最早出现在1971年日本杂志《机 械设计》的副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。随着计算 机技术的迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术获得前所未有的发展。现在的机电一体化技术，是机械和微电子 技术紧密集合的一门技术，他的发展使冷冰冰的机器有了人性化，智能化。
原型阶段
成功的测试之后，就会建立一个原型。这里要特别的是模型特性，这些特性特指通过特别费力的仿真所决定 的特性，比如组件损耗（性能）。这些数据结果，为模型基础性分析提供服务，同时为进一步研发提供知识基础。
机电一体化
机电一体化一、名词解释1、机电一体化：机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、信息处理技术、自动控制技术、检测技术、电力电子技术、接口技术及系统总体技术等群体技术，实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。
2、柔性制造系统：柔性制造系统（Flexible Manufacturing System）是由两台或两台以上加工中心或数控机床组成，并在加工自动化的基础上实现物料流和信息流的自动化。
3、传感器：传感器是机电一体化系统中不可缺少的组成部分，能把各种不同的非电量转换成电量，对系统运行中所需的自身和外界环境参数及状态进行检测，将其变成系统可识别的电信号，传递给控制单元。
4、伺服电动机：伺服电动机又称控制电机，其起动停止、转速或转角随输入电压信号的大小及相位的改变而改变。
输入的电压信号又称控制信号或控制电压，改变控制信号可以改变电动机的转速及转向，驱动工作机构完成所要求的各种动作。
5、感应同步器: 感应同步器是一种应用电磁感应原理制造的高精度检测元件，有直线和圆盘式两种，分别用作检测直线位移和转角。
6、人机接口：人机接口（HMI）是操作者与机电系统（主要是控制微机）之间进行信息交换的接口，主要完成输入和输出两方面的工作。
7、PLC：可编程控制器（Programmable Logical Controller）简称PLC.是一种在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置，广泛应用在各种生产机械和生产过程的自动控制中。
8、变频器：变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因素以及过流/过压/过载保护等功能。
9、通信协议：通信协议是指通信双方就如何交换信息所建立的一些规定和过程，包括逻辑电平的定义、应用何种物理传输介质、数据帧的格式、通信站地址的确定、数据传输方式等。
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3.1 常用执行装置及分析
3)直线平行开合型
图3-13 直线平行开合型夹持器 a)采用凸轮机构实现两手指的平行开合 b)采用齿轮齿条机构实现两手指的平行开合 1—活塞杆 2—手指的滑动块 3—导向滚子 4—滚子 5—凸轮槽 6、10—手指
粗、精位移结 合可得到大位移量
3.1 常用执行装置及分析 4.电气机械式微动装置
图3-6示是美国辛辛那提·米拉克隆S系列切入式外圆磨床的电气 机械式微动装置简图，该装置由步进电动机1与2、齿轮3、丝杠螺 母副、快速液压缸5和砂轮架4等元件组成。 特点：精度高，响 应快
图3-6 电气机械式微动装置简图 1、2—步进电动机 3—齿轮 4—砂轮架 5—快速液压缸
最小微动量Smin：Smin
=P
V
360
-手轮最小转角 P-螺距
如何提高灵敏度？
特点：手轮大操作不便，P小 加工困难易磨损，灵敏度不高
图3-1 万能工具显微镜螺旋微动装置 1—测微套 2—紧定螺母 3—调节螺母 4—微动手轮 5—螺杆 6—钢珠
3.1 常用执行装置及分析
2.热变形式微动装置 该类装置利用电热元件作为动力源，靠电热 元件通电后产生的热变形实现微小位移，其工作原理如图3-2所示。
3.1 常用执行装置及分析 2.直线运动工作台 在机电一体化系统中，直线运动工作台是最 常见的执行装置，如机床直线运动工作台、AVG和加工中心之间 的渡送装置。
图3-9 直线运动工作台结构 1—调整螺钉 2—定导轨 3—滚柱
3.1 常用执行装置及分析 3.1.5 工业机器人末端执行器
工业机器人是一种自动控制、可重复编程、多功能、多自由 度的操作机，是搬运工件或操作工具以及完成各种作业的机电一 体化设备，工业机器人末端执行器(或称手部)是其执行装置。 1.机械夹持器 机械夹持器应具备的基本功能是夹持和松开。
VL （ L t1-t0） Lt
由于摩擦副性质、位
移速度、重量、阻尼等，
会有运动误差 VS ：
VS CL EA
C-系数
相对误差： VS C
VL EAVt 特适于点行：程刚短度频高率无不间高隙场，合但难精确控制，如何减少误差？
图3-2 热变形微动装置原理 1—传动杆 2—电阻丝 3—运动件
3.1 常用执行装置及分析
图3-15 负压真空吸附系统 1—吸附手 2—送进缸 3—电磁换向阀
4—调压单元 5—负压发生器 6—空气净化过滤器
图3-16 真空吸附手的柔顺性 a)高柔顺状态 b)低柔顺状态
1—真空吸附手
3.1 常用执行装置及分析 (2)电磁吸附手：即通常所说的电磁吸盘，如图3-14e所示。
图3-17 具有磁粉袋的吸附手 1—励磁线圈 2—磁粉袋 3—工件
第3章 执行装置及伺服电动机
3.1 常用执行装置及分析 3.2 执行装置设计 3.3 伺服电动机
3.1 常用执行装置及分析
3.1.1 微动装置
微动装置是一种能在一定范围内精确、微量地移动到给定位置
或实现特定的进给运动的装置。
1.机械式微动装置 常用的机械式微动装置传动类型有螺旋传动、
齿轮传动、摩擦传动、杠杆传动以及这几种传动方案的结合。
图3-11 圆弧开合型夹持器 a)采用凸轮机构作为传动件 b)采用连杆机构作为传动件
1—活塞杆 2—凸轮槽 3—销 4、11—指支点 5、12—手指 6、13—卡爪 7—杆 8—十 字头 9—导轮 10—中间连杆
3.1 常用执行装置及分析
2)圆弧平行开合型。
图3-12 圆弧平行开合型夹持器 a)夹持时指端前进 b)夹持时指端后退
7—活塞杆齿条 8—齿轮 9—手指齿条
3.1 常用执行装置及分析 2.特种末端执行器 特种末端执行器供工业机器人完成某类特定的 作业，图列举了一些特种末端执行器的应用实例。
图3-14 特种末端执行器 a)真空吸附手 b)喷枪 c)空气袋膨胀手 d)弧焊焊枪 e)电磁吸附手 f)点焊枪
1—工件
3.1 常用执行装置及分析 (1)真空吸附手：即通常所说的电磁吸盘
最小位移量：
VLmin F 0 / K
最大位移量：
VLmax sL-Fd /K
特点：重复精度高，无间隙刚度好，转动惯量小，工作稳定性 好，结构简单紧凑；但位移量有限，适于精确位移调整、切削 刀具磨损补偿、温度补偿及自动调节系统。
3.1 常用执行装置及分析
图3-5 磁致伸缩式精密坐标工作台 1—传动箱 2—磁致伸缩棒 3—工作台
图3-3 热变形微动装置 1—传动杆 2—液压缸
1.变压器变阻 器调节加热速 度 2.压缩空气或 乳化液冷却
3.1 常用执行装置及分析
3.磁致伸缩式微动装置 该类装置利用某些材料在磁场作用下 具有改变尺寸的磁致伸缩效应来实现微量位移。
VL L λ-磁致伸缩系数
图3-4 磁致伸缩式微动原理 1—磁致伸缩棒 2—运动件
3.1 常用执行装置及分析 3.灵巧手
是一种模仿人手制作的多指、多关节的机器人末端执行器。 多自由度，灵活，但须注意协调性。
图3-18 灵巧手
3.2 执行装置设计
3.2.1 概述 执行装置是机电一体化系统的重要组成部分，是能量流系
统的末端，它直接接收系统控制器的指令，并通过传动机构来 驱动执行装置实现特定的功能。
3.1 常用执行装置及分析 3.1.3 主轴部件与直线运动工作台 1.主轴部件 主轴部件在机电一体化系统中，是直接影响生产效率 的执行装置，如加工中心主轴、发电机组主轴和炼油系统的压缩 机主轴。
要求：旋转精度、刚 度、抗振性、热稳定 性、耐磨
图3-8 MJ—50数控车床主轴部件结构 1、6、8—螺母 2—同步带 3、16—同步带轮 4—脉冲编码器 5、12、13、17—螺钉 7—主轴 9—主轴箱体 10—角接触球轴承 11、14—圆锥孔双列圆柱滚子轴承 15—带轮
3.1 常用执Βιβλιοθήκη 装置及分析3.1.2 定位装置
定位装置是机电 一体化系统中一 种确保移动件占 据准确位置的执 行装置；通常采 用分度机构和定 位装置的组合形 式来实现精确定 位要求。
图3-7 XH754型卧式加工中心分度工作台 1—工作台面 2—端面齿盘 3—推力轴承 4—齿盘 5—活塞 6—蜗杆副 7—定心轴