大学机电一体化设计概论
机电一体化概论
2．计算机与信息处理技术
• 信息处理技术包括信息的交换、存取、运算、 判断和决策，实现信息处理的工具是计算机， 因此计算机技术与信息处理技术是密切相关 的。计算机技术包括计算机的软件技术和硬 件技术，网络与通信技术，数据技术等。 • 在机电一体化系统中，计算机信息处理部 分指挥整个系统的运行。信息处理是否正确、 及时，直接影响到系统工作的质量和效率。 因此计算机应用及信息处理技术已成为促进 机电一体化技术发展和变革的最活跃的因素。 • 人工智能技术、专家系统技术、神经网络 技术等都属于计算机信息处理技术。
5．传感与检测技术
• 传感与检测装置是系统的感受器官，它与信息系统的输 入端相联并将检测到的信息输送到信息处理部分。传感 与检测是实现自动控制、自动调节的关键环节，它的功 能越强，系统的自动化程度就越高。传感与检测的关键 元件是传感器。传感器是将被测量(包括各种物理量、 化学量和生物量等)变换成系统可识别的，与被测量有 确定对应关系的有用电信号的一种装置。 • 现代工程技术要求传感器能快速、精确地获取信息， 并能经受各种严酷环境的考验。与计算机技术相比，传 感器的发展显得缓慢，难以满足技术发展的要求。不少 机电一体化装置不能达到满意的效果或无法实现设计的 关键原因在于没有合适的传感器。因此大力开展传感器 的研究对于机电一体化技术的发展具有十分重要的意义。
1．机电一体化的高性能化
• 高性能化一般包含高速化、高精度、高效率和 高可靠性。新一代CNC系统就是以此”四高” 为满足生产急需而诞生的。它采用32位多CPU 结构，以多总线连接，以32位幅度进行高速数 据传递。因而，在相当高的分辨率(0.1μm)情况 下，系统仍有高速度(100m／min)，可控及联 动坐标达16轴，并且有丰富的图形功能和自动 程序设计功能。为获取高效率，减少各辅助时 间这是一方面，而实现高速化的关键是CNC、 主轴转速进给率、刀具交换，托板交换等各关 键部分实现高速化。
机电一体化概论
机电一体化概论机电一体化是指将机械部分和电气部分有机地结合在一起，形成一个整体的系统。
机电一体化技术的发展为工业自动化提供了强大的支撑，使得生产过程更加高效、精确和可靠。
本文将从机电一体化的定义、发展历程、应用领域以及未来发展趋势等方面进行探讨。
机电一体化是将机械和电气两个领域进行整合的一种技术。
机械部分主要涉及机械结构、动力传输、运动控制等方面，而电气部分则包括电力传输、控制系统、传感器等内容。
通过将机械和电气结合在一起，可以实现对机械运动的控制和监测，从而提高生产效率和质量。
机电一体化技术的发展可以追溯到上个世纪六七十年代。
当时，工业自动化的需求不断增加，传统的机械和电气分离的方式已经不能满足生产的要求。
机电一体化技术的出现，使得机械和电气能够更加紧密地结合在一起，实现了生产过程的自动化和智能化。
机电一体化技术已经广泛应用于各个领域。
在制造业中，机电一体化系统可以实现生产线的自动化操作，提高生产效率和产品质量。
在交通运输领域，机电一体化技术可以应用于轨道交通、航空航天等方面，提高交通工具的安全性和性能。
在医疗健康领域，机电一体化系统可以用于医疗设备的控制和监测，提高诊断和治疗的效果。
在农业领域，机电一体化技术可以应用于农机作业、温室控制等方面，提高农业生产的效率和产量。
未来，随着科技的不断进步，机电一体化技术还将得到更广泛的应用。
首先，随着人工智能、大数据和物联网等技术的发展，机电一体化系统将更加智能化和自动化。
其次，随着虚拟现实技术的成熟，机电一体化系统可以应用于虚拟仿真和培训等方面。
此外，机电一体化技术还可以与其他新兴技术相结合，如生物技术、纳米技术等，实现更多的创新和应用。
机电一体化是将机械和电气两个领域进行有机结合的一种技术。
它的出现和发展为工业自动化提供了强大的支撑，广泛应用于各个领域。
未来，机电一体化技术还将继续发展，实现更高级别的自动化和智能化。
我们期待着机电一体化技术在各个领域的更广泛应用，为人们的生产和生活带来更多的便利和效益。
机电一体化1.概论
机电一体化1.概论第一篇：机电一体化1.概论1序言及概论序言一、对机电一体化技术的初步了解什么是机电一体化技术呢？机电一体化技术是在生产、制造机电一体化产品过程中使用的各种现代先进的技术。
那么哪些是机电一体化产品呢？日本学者高森年在他的著作中说：“当今世上只要是使人感到比较灵活、灵巧便利的机械都是基于机电一体化技术制造的，这样的说法毫不过分。
”因此可在自己感兴趣的领域想象。
实际上，机电一体化在家用电器、各种车辆、工厂设备、航天航空等各种领域、场所都得到了广泛的应用。
如家用照相机、全自动洗衣机、无人驾驶的汽车、全自动的玩具小车、工厂化流水线作业设备、航天器、火星探测器及机器人等。
综上所述，机电一体化产品是机械装置和电子装置的有机结合而形成的。
机电一体化技术是机械技术和电子技术等互相结合的各种技术的统称。
二、机电一体化产品的优越性列举出一系列实例后，这些机械都是机电一体化产品，由此可见机电一体化产品在各行各业都得到了非常广泛的应用。
随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化产品有逐步取代传统机电产品的趋势，这完全取决于机电一体化技术所存在的优越性和潜在的应用性能。
这些机电一体化产品，它们有哪些优越性呢？它比一般机械产品及传统机电产品突出的优越性具体体现在：（1）精度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。
数控机床的加工精度比一般手工操作的机床的加工精度大大提高。
（2）功能增强机电一体化产品跳出了机电产品的单技术和单功能限制，具有复合技术和复合功能，使产品的功能水平和自动化程度大大提高。
机电一体化产品一般具有自动化控制、自动补偿、自动校验、自动调节、自动保护和智能化等多种功能，能应用于不同的场合和不同领域，满足用户需求的应变能力较强。
机电一体化系统设计-概论
机电一体化的含义
日本<<机械振兴协会经济研 究所>>于1981年提出的解释:“机 电一体化乃是机械的主功能、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.”
机电一体化是一种崭新的学术思想 • 按照机电一体化思想，凡是由各种 现代高新技术与机械和电子技术相 互结合而形成的各种技术、产品 （或系统）都应属于机电一体化的 范畴.
(1)计算机辅助设计,(CAD) (2)计算机辅助工艺过程设计,(CAPP) (3)计算机辅助制造, (CAM) (4)CAD/CAM集成系统 (5)柔性制造系统(FMS) (6)柔性制造单元(FMC) (7)计算机集成制造系统（CIMS）
CIMS集成关系
六.机电一体化的相关技术
• 涉及到四大基础科学，即机械学、 控制论、电子学和计算机科学。
• 机电一体化系统是由若干具有特定 功能的机械与微电子要素组成的有 机整体，具有满足人们使用要求的 功能。根据不同的使用目的，要求 系统能对输入的物质、能量和信息 进行某种处理，输出所需要的物质、 能量和信息。
三大“目的功能”
1。变换功能 2。传递功能 3。储存功能
系统的目的功能
系统内部功能
• 主功能 • 动力功能 • 检测功能 • 控制功能 • 构造功能
习题
• 1-1 机电一体主要有哪两大分支， 试简要说明之。 • 1-2 机电一体主要有哪些设计方法？ • 1-3 简述用单片机开发机电一体化 产品的过程。
1. 机械技术
•
对于绝大多数的机电一体化产品， 机械本体在质量、体积等方面都占有 绝大部分，如原动机、工作机和传动 装置一般都采用机械结构。这些机械 结构的设计和制造问题，都属于机械 技术的范畴。
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。
机电一体化概论
机电一体化概论xx年xx月xx日contents •机电一体化概述•机电一体化的核心技术•机电一体化系统设计•机电一体化在各领域的应用•机电一体化的发展趋势与挑战•案例分析目录01机电一体化概述机电一体化是指在机械、电子、计算机和自动化等技术的有机结合下，实现机械与电子的深度融合，使得机械具备自动化、智能化、网络化等特点的一种技术手段。
定义主要包括机械设计制造技术、传感器与检测技术、计算机与信息技术、控制与传动技术、伺服驱动技术等。
内涵定义与内涵初始阶段20世纪60年代以前，主要是在军事和工业领域应用了一些简单的电子技术，如继电器、电气控制器等。
发展阶段20世纪70-80年代，计算机和微电子技术的快速发展，推动了机电一体化的进步，出现了可编程控制器、数控机床等高级机电一体化产品。
智能化阶段20世纪90年代以后，随着人工智能、物联网、云计算等技术的不断发展，机电一体化进入智能化阶段，出现了智能机器人、自动化生产线等。
智能家居如智能家电、智能照明、智能门锁等。
工业制造如数控机床、自动化生产线、工业机器人等。
交通运输如自动驾驶汽车、智能交通管理系统、自动化港口等。
服务行业如智能服务机器人、自动化服务系统等。
医疗护理如智能医疗设备、远程诊疗系统等。
02机电一体化的核心技术总结词机械设计技术是机电一体化的重要核心技术之一，主要包括机械系统的概念设计、详细设计、结构设计、工艺设计、材料选择等方面的技术。
详细描述机械设计技术是机电一体化领域的基础，涉及到机械系统的各个方面，包括机械传动系统、液压气压系统、机械执行机构、传感器和执行器等。
机械设计技术的发展趋势是向着轻量化、小型化、精密化、模块化和智能化方向发展。
机械设计技术总结词电子控制技术是机电一体化中的核心技术之一，主要涉及到微处理器、可编程控制器、传感器、执行器和信号处理等方面的技术。
详细描述电子控制技术是机电一体化的重要支撑，包括数字信号处理、模拟信号处理、传感器信号处理、控制算法等方面。
机电一体化设计基础概论
4．控制与信息处理装置 主要是指由计算机及其相 应硬、软件所构成的控制系统。 5．执行机构 包括机械传动与操作机构，在控制信 息作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。 是机电一体化产品中最重要的组成要素之一。 其中，机电一体化产品五大要素及功能如图1-2所示。
第四节 机电一体化产品的分类
机电一体化产品可划分为功能附加型、功能替 代型和机电融合型三类。 1．功能附加型产品：主要特征是在原有机械产 品基础上，采用微电子技术，使产品功能增加和增 强，性能得到适当的提高。经济型数控机床、电子 秤、数显量具、全自动洗衣机等都属于这一类机电 一体化产品。 2．功能替代型产品：主要特征是采用电子技术 及装置取代原产品中的机械控制功能、信息处理功 能或主功能，使产品结构简化，性能提高。柔性增 加，如电子缝纫机、自动照相机等用微电于装置取 代了原来复杂的机械控制机构；线切割加工机床、 激光手术器等则用因微电子技术的应用而产生的新 功能，取代了原来机械的主功能。
第五节 机电一体化共性关键技术
一、机械技术 二、 检测传感技术 三、信息处理技术 四、自动控制技术
五、伺服驱动技术
六、系统总体技术
第五节 机电一体化共性关键技术
一、机械技术 实现机电一体化产品的主功能和构造功能， 影响系统的结构、重量、体积、刚性、可靠 性等。 机电一体化产品要求：机械结构更简单、机 械功能更强、体积更小、重量更轻、精度更 高、刚度更大、动态性能更好。
系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统工 程的观点和方法，将系统各个功能模块有机的结合 起来，以实现整体最优。其重要内容为接口技术。 接口包括电气接口、机械接口、人机接口。
第一节
机电一体化基本概念
机电一体化是随着生产和技术的发展，在以 机械、电子技术为主的多门技术学科相互渗透、 相互结合过程中逐形成和发展起来的一门新兴边 缘技术学科。 机电一体化是一种崭新的学术思想，它除了 强调机与电的有机结合，还具有更深刻、更广泛 的涵义。按照机电一体化思想，凡是由各种现代 高新技术与机械和电子技术相互结合而成的各种 技术，产品(或系统)都属于机电一体化范畴。 机电一体化是一个综合的概念，包含了技术 和产品两方面内容。
机电一体化概论
计算机辅助工程（CAE）是采用CAE技术以 及有限元分析发，可实现对质量、体积、
惯性力矩、强度等计算分析；对产品的运 动精度，动、静态特征等的性能分析；对 产品的应力、变形等的结构分析。
五、并行工程
并行工程是集成地、并行地设计产品及其 部件和相关各种过程的一种系统工作模式。
律、分析方法和自控系统的构造等。 三、机电一体化技术的特点 机电一体化技术具有以下特点： 1、体积小、重量轻
2、速度快、精度高 3、可靠性高 4、柔性好
由于机电一体化技术的上述特点，使其机 电一体化产品具有节能、高质、高效、低 成本的共性，从而产生一系列过去不可想 象的新产品。
管理信息系统（MIS）、物料需求计划（MRP） 制造资源计划(MRP)等。
从狭义上来讲，先进制造是指各种计算机辅助制 造设备和计算机集成制造系统。
生产过程中机电一体化所包括的内容： 一、计算机的辅助设计
计算机的辅助设计是在计算机硬件与软件的支撑 下，通过对产品的描述、造型、系统分析、优化、 仿真和图形处理的研究，使计算机辅助完成产品 的全部设计过程，最后输出满意的设计结果和产 品图形。
为系统提供能量和动力。使系统正常运行。 （4）传感器（检测要素） 传感器是将被测对象的状态、性质等信息
转换为一定的物理量或者化学量。 （5）计算机控制装置（控制要素） 为达到一定的目的而实行的适当的操作成
为控制。
6、接口
机电一体化系统由许多要素或子系统构成， 各子系统之间必须能顺利进行物质、能量 和信息的传递与交换，为此各要素或子系 统相接处必须具备一定的联系部件，这个 部件称为接口，其基本功能主要有三个：1、 交换，需要进行信息交换和传输之间，2、 放大，在两个信息强度相差悬殊的环节间， 经接口放大，达到能量的匹配；
机电一体化第一章概论
“目的功能”。 构造功能 ：使构成系统的子系统及元、部件维持所
定的时间和空间上的相互关系所必需的 功能
机电一体化第一章概论
16
机电一体化系统的五种内部功能
机电一体化第一章概论
17
机电一体化系统（产品）的 内部功能
主功能 动力功能 控制功能 构造功能 计测功能
机电一体化第一章概论
6
第二节 优先发展机电一体化的 领域及其共性关键技术
优先发展的机电一体化领域必须同时具备下述几个 条件：
①短期或中期普遍需要； ②具有显著的经济效益 ； ③具备或经过短期努力能具备必需的物质技术基础； ④社会效益十分显著的领域 。
机电一体化第一章概论
7
机电一体化技术内部联系与外 部影响
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。
机电一体化第一章概论
23
根据输入／输出功能可分 成以下四种广义接口：
第一章 概 论
第一节 机电一体化时代与机电一体化技术革命 第二节 优先发展机电一体化的领域及其共性关键技术 第三节 机电一体化系统构成要素及功能构成 第四节 机电一体化系统构成要素之间的连接 第五节 机电一体化系统的评价 第六节 机电一体化系统设计的考虑方法及设计类型 第七节 机电一体化系统的设计流程 第八节 机电一体化工程与系统工程 第九节 机电一体化系统的设计程序、准则与规律 第十节 机电一体化系统的开发工程与现代设计方法
机电一体化
要求：能快速、精确地获得信息并在相应的应 用环境中具有高可靠性。
1.4 共性关键技术
2、信息处理技术 主要完成信息的交换、存取、运算、判断 和决策等.其主要工具是计算机。
传感 器 A/D 计算 机 D/A 执行
装置
3、控制技术
关于软件方面的技术，主要以控制理论为 指导，对控制系统设计、仿真、现场调试、可 靠运行等。
数 控 铣 床
数控车床
焊接机器人
1.3 机电一体化的相关技术
机电一体化技术是自动化技术之一！
过程自动化 自动化 机械自动化 办公室自动化
主要目标
机电一体化
1.3 机电一体化的相关技术
1 2 3 4 5 6
检测传感技术 信息处理技术 自动控制技术 伺服驱动技术 机械技术 系统总体技术
1.2 机电一体化系统的构成
3、检测传感装置 检测产品内部状态和外部环境，实现计测 功能。 要求：体积小、精度高、抗干扰 4、电子控制单元
处理、运算、决策，实现控制功能。 要求：高可靠性、柔性、智能化
1.2 机电一体化系统的构成
5、执行机构
包括机械传动与操作机构，接收控制信息，完 成要求的动作，实现主功能。
1.2 发展概况
3.90年代后期开始为第三阶段，“智能化阶段”
① 光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术 也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机 电一体化等新分支； ② 对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电 一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。 ③ 由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取 得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。 这些研究，将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐 渐形成完整的科学体系。
机电一体化概论教案
机电一体化概论教案教案标题：机电一体化概论教案教案概述：本教案旨在为学生提供机电一体化概论的基础知识和理解，使他们能够了解机电一体化的概念、原理和应用领域。
通过本课程的学习，学生将能够认识到机电一体化在现代工程中的重要性，并了解其在自动化、机械制造和电子工程等领域的应用。
教学目标：1. 理解机电一体化的概念和基本原理。
2. 了解机电一体化在自动化、机械制造和电子工程等领域的应用。
3. 能够分析和评估机电一体化系统的优势和局限性。
4. 培养学生的团队合作和问题解决能力。
教学重点：1. 机电一体化的概念和基本原理。
2. 机电一体化在自动化、机械制造和电子工程等领域的应用。
教学难点：1. 分析和评估机电一体化系统的优势和局限性。
教学准备：1. 教材：《机电一体化概论》。
2. 多媒体设备：投影仪、电脑等。
3. 实验设备：机电一体化实验装置（如果有）。
教学过程：一、导入（5分钟）1. 利用多媒体设备展示一些机电一体化系统的应用案例，引发学生对机电一体化的兴趣。
2. 引导学生讨论他们对机电一体化的理解和认识。
二、讲解机电一体化的概念和基本原理（15分钟）1. 通过讲解教材中的相关内容，介绍机电一体化的概念和基本原理。
2. 强调机电一体化系统的优势，如提高生产效率、降低成本、提高产品质量等。
三、讨论机电一体化在自动化、机械制造和电子工程等领域的应用（20分钟）1. 分组讨论：将学生分成小组，每个小组负责研究一种领域中机电一体化的应用案例。
2. 小组展示：每个小组向全班展示他们的研究成果，并进行讨论和交流。
四、分析和评估机电一体化系统的优势和局限性（15分钟）1. 引导学生思考机电一体化系统的优势和局限性，并进行讨论。
2. 指导学生分析不同应用场景下机电一体化系统的适用性和局限性。
五、课堂练习（15分钟）1. 分发练习题，让学生在课堂上完成。
2. 收集学生的答案，进行讲评。
六、总结与延伸（5分钟）1. 总结本节课的重点内容和学习收获。
机电一体化概论
机电一体化概论一．机电一体化的基本概念及主要特性1，机电一体化的基本概念机电一体化是微电子技术向传统机械工业渗透过程中逐渐形成的一个新概念，是机械技术、微电子技术相互融合的产物，如图8—1所示。
机电一体化打破了传统的机械工程、电子工程、化学工程、建筑工程、信息工程、控制工程等旧模块的划分，形成了融机械技术、微电子技术、信息技术等多种技术为一体的一门新兴的交叉学科。
在1971年，日本《机械设计》杂志提出了”MECHA TRONICS”这个新英文名词，它是由英文单词“MECHANICS”(机械学)的前半部分和“ELECTRONIS”(电子学)后半部分组合@成的。
用汉子表达即为“机电一体化”。
目前对“机电一体化”的涵义有各种各样的认识。
即使在最早提出这一概念的日本也有众多说法。
例如，“机电一体化是机械工程中采用微电子技术的体现”;“机电一体化就是利用微电子技术，最大限度地发挥机械能力的一种技术”；“机电一体化是考&事物的一种方法”。
总之，由于各自的出发点和着眼点不尽相同，在加上“机电一体化”本身的涵义还在随着生产和科学技术的发展被赋予新的内容，因@，目前较为人们普遍接受的涵义是：“机电一体化乃是机械的主功能、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设备以及相关软件有机结合@构成系统的总称”。
机电一体化技术不是机械技术和电子技术的简单叠加，@是将电子设备的信息处理功能和控制功能“揉和”到机械装置中去，从而达到扬长避短、互为补充的目的，使机电一体化产品更具有系统性、完整性和科学性。
“机电一体化”具有“技术”与“产品”两方面的内容。
“机电一体化技术”主要是指其技术原理和机电一体化系统（或产品）得以实现、得已实现、使用和发展的技术。
而“机电一体化产品”是机电一体化技术的物化结果。
机电一体化产品主要指机械系统和微电子系统有机结合，从而赋予新的功能和性能的新一代产品。
2，机电一体化产品的主要特征机电一体化是在信息论、控制论和系统论基础上建立起来的应用技术。
机电一体化系统设计第一章概论
第一章 概 论
第二节 机电一体化系统的基本构成 *重点介绍机电一体化系统的功能构成、原理
图1-2 系统内部功能
系统内部必须具备图1-2所示的五种内部功能，即主功能、动力 功能、检测功能、控制功能、构造功能。
1、主功能（目的功能）是实现系统目的的功能，是对输入的物 料、能量和信息进行预处理的①变换（加工、处理）功能；②传 递（移动、输送）功能；③储存（保持、积蓄、记录）功能。
目的是指多个计算机控制和协调的、高级机电一体化产 品。
第一章 概 论
第一节 机电一体化的基本含义
*重点介绍机电一体化概念
三、德国的精密工程技术的定义
图1-1 精密工程技术的含义
精密工程技术定义为光、机、电一体化的综合技术，并用图1-1 来说明其含义。它包括
机械（含液压、气动及微机械）、电工与电子、光学，二者相互 组合电工与电子机械、光电子技术与光学机械，其核心技术为精 密工程技术。
其主要参数有：系统误差、外扰、废弃输出、变换效率。
第一章 概 论
第二节 机电一体化系统的基本构成
*重点介绍机电一体化系统的功能构成、原理
二 机电一体化系统的功能构成
1、主功能
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），称为加工机。例如：各种机床（切削、 锻压、铸造、电加工、焊接设备、高频淬火等）、交通运输机械、食品加工 机械、起重机械、纺织机械、印刷机械、轻工机械等。
区分机电一体化或非机电一体化的产品，其核心是计算机控制的伺服系统， 其它都是与此匹配的重要部分。有人认为机电一体化产品是“在机械产品的 基础上应用微电子技术和计算机技术产生出来的新一代的机电产品”，这是 机械电子化的概念。实践证明，现有机械产品的电子化，需要采用系统科学 的观点和综合集成技巧，使机械装置、电子设备和软件之间相互适应和匹配， 发挥各自的优势，这是我们应该研究的课题。
机电一体化技术-第01章 概论
自动控制技术的难点在于自动控制理论的工程化与实用化，这 是由于现实世界中的被控对象往往与理论上的控制模型之间存在较大差 距，使得从控制设计到控制实施往往要经过多次反复调试与修改，才能 获得比较满意的结果。
产品的各功能单元通过接口联接成一个有机的整体。接口包括电气接 口、机械接口、人—机接口。电气接口实现系统间电信号连接；机械 接口则完成机械与机械部分、机械与电气装置部分的连接；人—机接 口提供了人与系统间的交互界面。
第五节 机电一体化系统设计
Mechatronics System Design
机电一体化系统是从简单的机械产品发展而 来，其设计方法、程序与传统的机械产品类似， 一般要经过市场调查、方案设计、详细设计、样 机试制、小批量生产和正常生产几个阶段。
机电一体化产品:
(product of Mechatronics)
是由机械系统（或部件）与电子系统（或部件）及信息处理单元（硬 件和软件）有机结合、而赋予了新功能和新性能的高科技产品。
CNC
位置,速 度反馈
位置,速度 检测单元
电机
数控机床伺服系统组成
机械 部件
第二节 机电一体化发展概况
机电一体化技术的发展 ：分为萌芽阶段、快 速发展阶段和智能化阶段三个阶段。
系统总体技术 System overall technology 是一种从整体目标出发，用系统工程的
观点和方法，将系统总体分解成相互有机联系 的若干功能单元，并以功能单元为子系统继续 分解，直至找到可实现的技术方案，然后再把 功能和技术方案组合成方案组进行分析、评价 和优选的综合应用技术。
第一章 概论(机电一体化系统设计)
机电一体化产品的表现形式
（3）用电子装置完全替代原来执行信息处理功能 的机构，既减化了结构，又极大地丰富了信息传输的内 容，提高了速度。例如，石英电子钟表、电子秤、按键 式电话等。 （4）用电子装置替代机械的主功能，形成特殊的 加工能力。例如，电火花加工机床、线切割加工机床、 激光加工机床等。
机电技术完全融合形成新型机电一体化产品
3 网络化
20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。 机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可 靠，很快就会畅销全球。由于网络的普及，基于网络的各种 远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身 就是机电一体化产品。因此，机电一体化产品无疑朝着网络 化方向发展。
机电一体化的发展趋势
美国机械工程师协会ASME提出：
机电一体化是由计算机信息网络协调控制，用于 完成包括机械力，运动和能量流等动力任务的机 械和（或）机电部件相互联系的系统。
根据目前机电一体化发展趋势可以认为：
机电一体化是一门技术，是机械工程技术吸 收微 电子技术、信息处理技术、控制技术、传感器技术等 融合而成的一种新技术。
4 微型化
微型化兴起于20世纪80年代末，国外称其为微电 子机械系统（MEMS），泛指几何尺寸不超过1cm3的 机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体 化产品体积小 、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军 事、信息等方面具有不可比拟的优势。微机电一体化发 展的瓶颈在于微机械技术，微机电一体化产品的加工采 用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀 刻技术两类。目前研制的微机电系统，主要有光盘读取 头、微机械光开关、光扫描器、微型机器人等。
机电一体化在微型化领域的发展产生微机电系 统。微机电系统是电子和机械元件结合的微装置或 系统。 关于微机电系统一个较普遍的定义： 微机电系统是电子和机械元件相结合的微装置 或系统，采用与集成电路兼容的批加工技术制造， 尺寸可从毫米到微米量级范围内变化。这些系统结 合了传感和执行功能并进行运算处理，改变了我们 感知和控制物理世界的方式。
机电一体化技术-概论部分
机电一体化技术是将机械与电子技术有机结合的技术体系，广泛应用于制造、 农业、能源等众多领域，发展历程丰富，优势与挑战并存。
机电一体化技术的应用领域
制造业
实现智能制造、自动化生产线和机器人技术的融合
能源
提升能源效率、智慧电网的建设和管理
农业
提高农业生产效率、精确施肥和病虫害预警
挑战
技术复杂性、专业人才缺乏和标准化问题
机电一体化技术的关键技术与核心要素
1 传感器技术
实时获取和处理物理量信息
3 物联网技术
构建网络化的设备和系统
2 自动化控制技术
实现精确的运动控制和自动化流程
4 数据分析技术
提取有用信息和优化决策
机电一体化技术的未来趋势
人工智能与机器人技术
实现自主学习和智能决策的机器人应用
可穿戴设备和智能物联
以人为中心的技术创新和智慧生活方式
可持续能源技术
提升能源效率和减少环境影响的新能源应用
智慧城市建设
创建智慧、可持续和宜居的城市环境
结论
机电一体化技术在现代社会的各个领域发挥着重要作用，未来的发展将继续推动产业升级和创新，为人们带来更多疗和健康监测系统
机电一体化技术的发展历程
1
1 960年代
机电一体化概念的提出和早期实践
1 980年代
2
计算机技术和自动控制技术的快速发展
3
1 990年代
机电一体化应用开始普及
2 000年代至今
4
机电一体化技术成为产业创新的重要驱动力
机电一体化技术的优势与挑战
优势
提高效率、降低成本、增强产品竞争力
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课程介绍 课程性质：专业方向课程
先修课程：
电工电子技术、机械设计、理论力学、材料力学、工程测试技术、微机原理及接口技术、 控制工程、单片机、可编程控制器 等。
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课程介绍
课程学习目标：
通过本课程的学习，学生能够掌握机电一体化 的基础理论与关键技术，熟悉机电一体化单元技术 的接口和运用，了解典型机电一体化系统的结构、 性能和特点。
通过学习机电一体化系统设计原理和综合集成 技术，能够把各项技术有机地结合起来进行简单的 机电一体化系统的分析和设计。
第一章 概论
§1 机电一体化基本概念
§2 机电一体化发展概况 §3 机电一体化产品的构成 §4 机电一体化产品的分类 §5 机电一体化共性关键技术 §6 机电一体化设计及其工程路线
/sundae_meng
1.1 机电一体化基本概念
Mechatronics的含义
[1]《机电一体化系统设计》 王茁, 李颖卓, 张波主编. - 北京: 化学工业 出版社, 2005 [2]《机电一体化设计基础》 朱喜林,张代治主编 科学出版社 2004年
[3]《机械电子学》.刘政华等编著.国防科技大学出版社，1999
[4]《机电一体化系统设计》.赵松年等主编.机械工业出版社，2004.1
<试以讲课内容为主，以要求自学的内容为辅； 考核方式：作业+考勤（30%） 卷面考试（70%）
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教材
《机电一体化设计基础》.郑堤、唐可洪主编.机械工业出版社，1997.7
推荐参考书目:
Mechatronics = Mechanics + Electronics 机械电子学
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1.1 机电一体化基本概念
Mechatronics的含义
1.JAPAN：
TECHNICAL RESEARCH INSTITUTE JAPAN SOCIETY FOR THE PROMOTION OF MACHINE INDUSTRY （日本机械振兴协会经济研究所）:
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1.1 机电一体化基本概念
Mechatronics的含义
1.JAPAN：
1980s中期,
“Mechatronics”一词开始在欧美各地使用，从此，这个日本人创造的英文单词开始在世界范围内得 到普遍承认和接受。
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1.1 机电一体化基本概念
Mechatronics的含义
3. Germany：
Precision Engineering Technology 精密工程技术
4.CHINA：
有多钟理解，但普遍接受日本机械振兴协会所作的解释 机电一体化包含两个方面：产品 (系统) 与技术
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1983.3 《The Existent Condition of JAPAN Machinery Industry ( Ⅱ)——the Machinery Industry and Electronic》 （《日本机械工业的存在条件(Ⅱ)——机械工业和电子化》） ：
“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。”
机电一体化 1.JAPAN：
1971
“Mechatronics” 出现于The supplement of 《Journal of Machine Design》（机械设计杂志副刊）：
1976
一种以广告为主，专门刊载“机电一体化”新产品的杂志在日本正式发行，它的全名被冠以：
《Mechatronics Design News》。
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1.1 机电一体化基本概念
日本学术界一些有影响的人物和学术团体代言人的论述：
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什么是机电一体化？ 机电一体化是怎么产生和发展起来的？
机电一体化产品的组成包括哪几个部分？
机电一体化产品有哪些种类？
机电一体化的关键技术有哪些？
机电一体化产品是怎么开发出来的？
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1.1 机电一体化基本概念
Mechatronics的含义
2. the United States：
1952，MIT，the First CNC Machine Tool in the world 1962 ，GM ， the First Industrial Robot
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1.1 机电一体化基本概念
机电一体化的定义
机电一体化是指机械装置和电子设备适当地组合起来，构成机械产品或机电一体与机信一 体的新趋势。
机电一体化是把机械学和电子学有机地结合起来，提供更加优越技术的一种技术。
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。
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生活中的机电一体化
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第一章 概论
§1 机电一体化基本概念 §2 机电一体化发展概况 §3 机电一体化产品的构成 §4 机电一体化产品的分类 §5 机电一体化共性关键技术 §6 机电一体化设计及其工程路线