第一章-机电一体化基础知识

➢ 缩短传动链，提高传动与支撑刚度。
➢ 选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率, 并尽可能提高 加速能力。
➢ 缩小反向死区误差，采取消除传动间隙、减少支撑变形 的措施。
➢ 改进支撑及架体的结构设计以提高刚性，减小振动，降 低噪声。
➢ 适应精密化、高速化、小型化及轻量化的发展趋势 。 15
二 传感与检测技术
➢第三阶段：从20世纪90年代后期开始。 ➢第三阶段特征：人工智能技术及网络技术等领域取得的巨大进步， 使机电一体化技术向智能化新阶段迈进。
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机电一体化技术的发展趋势
➢智能化 ➢网络化 ➢模块化 ➢微型化 ➢绿色化 ➢人性化 ➢自带能源化
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四 机电一体化技术的分类
生产过程的机电一体化
➢计算机辅助设计 ➢计算机辅助制造 ➢计算机辅助工艺设计 ➢柔性制造系统 ➢计算机集成制造系统
传感器发展方向：
➢ 向高灵敏度、高精度和高可靠性方向发展。 ➢ 向集成化、智能化和微型化的方向发展。
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三 计算机与信息处理技术
➢ 在机电一体化产品中，信息处理是否正确、及时，直接 影响到产品工作的质量和效率，因此，计算机应用及信 息处理技术己成为促进机电一体化技术和产品发展的最 活跃的要素。
➢ 信息处理技术包括信息的输入、识别、变换、运算、存 取及决策等，它们大都与计算机技术密切相关。
➢ 机电一体化系统作为一个整体，即使各个部分的性 能、可靠性都很好，如果整个系统不能很好地协调， 它也很难保证正常、可靠地运行。而相反，即使是 性能一般的元件，只要从系统出发组合得恰当，也 可能构成性能优良的系统。
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汽车防抱死系统
（ABS）
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焊接机器人
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机电产品的机电一体化
➢机、电、仪一体化产品 ➢机、电、液一体化产品 ➢光、机、电一体化产品
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➢功能增强 ➢提高系统精度 ➢简化系统结构 ➢提高可靠性 ➢方便操作 ➢提高系统柔性
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第二节 机电一体化相关技术
➢机械技术 ➢传感与检测技术 ➢计算机与信息处理技术 ➢自动控制技术 ➢执行与驱动技术 ➢系统总体技术
➢ 机电一体化系统中主要采用工业控制器进行信息处理。 可通过提高集成度来提高计算机及其外部设备的运算速 度和便于嵌入机械本体；通过自诊断、自恢复及容错技 术来提高其可靠性；通过人工智能技术和专家系统来加 速其智能化；使计算机适应恶劣的工业环境。
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四 自动控制技术
➢ 自动控制技术就是通过控制器使被控对象或过程自动地按 照预定的规律运行。
按输出信 号性质分
模拟型
数字型
电阻型：电位器、电阻应变片等
电压、电流型：热电偶、光电电池、压电元件等 记数型：二值＋计数器
代码型：编码器、磁尺等
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传感器的现状及发展 传感与检测技术发展现状：
➢ 目前检测与传感技术的发展落后于机电一体化其它相关技术 的发展，使得不少机电一体化产品不能达到满意的效果或无 法实现设计。
纺织机电一体化技术基础
第一章 机电一体化基础知识
本章知识点 ➢ 了解机电一体化概念 ➢ 了解机电一体化相关技术 ➢ 了解机电一体化产品的开发步骤
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第一章 机电一体化基础知识
➢ 第一节 机电一体化概述 ➢ 第二节 机电一体化相关技术
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第一节 机电一体化概述
一 机电一体化的概念
➢ 机电一体化技术（Mechatronics）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。
➢ 自动控制技术的难点在于自动控制理论的工程化。
➢ 自动控制技术越来越多地与计算机控制技术联系在一起。
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五 执行与驱动技术
➢ 执行与驱动技术是实现机电一体化产品运动功能的基础。
➢ 电动驱动执行元件主要包括交流伺服电机、直流伺服电机、 电磁铁、开关磁阻电机、直线电机和步进电机等。
➢ 液压和气动执行元件主要包括泵、阀、油（气）缸、液压 （气动）电动机及其附属液（气）压元器件等。
➢ 自动控制技术范围很广，包括自动控制理论、控制系统设 计、系统仿真、现场调试、可靠运行等从理论到实践的整 个过程。
➢ 以传递函数为基础，研究单输入、单输出线性自动控制系 统分析与设计问题的古典控制技术发展较早，已趋成熟。
➢ 现代控制技术主要以状态空间法为基础，研究多输入、多 输出、非线性、高精度、高效能控制系统的分析和设计。
➢ 伺服驱动技术主要是指在控制指令的指挥下控制执行元件， 使机械的运动部件按照指令的要求进行运动，并具有良好 动态性能的技术。
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六 系统总体技术
➢ 系统总体技术是一种从全局角度和系统目标出发， 用系统的观点和方法，将系统分解成若干个相互有 联系的功能单元，找出能完成各个功能单元的技术 方案，并将其进行分析、评价和优化的综合应用技 术。
➢ 系统精度和稳定性、快速性和稳定性之间有一种对立的关 系，特别是对于闭环控制系统，因此，驱动部分与机械部 分的关系及其对系统特性的影响至关重要。重点应考虑机 械部分的刚性、惯性矩、固有频率及启动力与驱动部分参 数间的关系。
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提高机械系统动态响应特性应采取的措施
➢ 采用低摩擦阻力的传动部件和导向支撑部件。
➢ 利用微电子技术、信息技术(主要包括通信技术、控制技术、计算机 技术等技术)使机械设备实现柔性化和智能化的技术。机电一体化涵 盖“技术”和“产品”两个方面。
电子技术
机电一体 信息技术 化技术
机械技术
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二 机电一体化系统的构成
控制单元部分
参数变 化信息
检测传感 部分
控制 信息
检测 参数
执行元件 能 量
➢ 传感与检测技术研究对象是传感器及其信号检测装置，将各种被测参 数转换为标准的电信号输入到信息处理系统中。
➢ 传感器是实现检测的核心，传感器一般由敏感元件、转换元件、基本 转换电路三部分组成。
被测量 敏感元件
转换元件
基本转换电路
电量
➢ 敏感元件直接感受被测量，并以确定关系输出某一物理量。 ➢ 转换元件将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数量。 ➢ 基本转换电路将电路参数量转换成便于测量的电信号。
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一 机械技术
➢ 机械技术是机电一体化技术的基础，机电一体化产品中的 主功能和构造功能往往是以机械技术为主实现的。
➢ 机械系统应包括传动机构、导向机构及执行机构，并应具 有良好的动态品质。即响应要快、稳定性要好。
➢ 机械系统的设计要考虑产品的总体布局、机构选型、结构 造型的合理化和最优化。
➢ 制造时很难全部挽回机械系统设计不合理造成的损失。
驱 动 力 机械机构
动力源
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数控机床伺服系统组成
CNC单元
位置,速度 反馈
位置,速度检 测单元
电机
机械 部件
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机电一体化系统的组成要素及其相应功能
五大要素
机械本体 动力部件 传感器 控制器 执行器
五大功能
结构功能 运转功能 检测功能 控制功能 驱动功能
控制 （大脑）
动力 （五传官感）（内脏（）肌驱、动筋）
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传感器的分类
➢ 按被测量物理量的不同分：位移、距离、速度、加速度、力、力矩、 温度、湿度、图像传感器等。
➢ 按测量原理分：电阻式、电感式、电容式、磁电式、压电式、光电 式、热电式、气电式等传感器。
➢ 按用途分有：位置、压力、流量、温度、湿度、气味、声音、亮度 等传感器。
开关型
接触型：如微动开关、接触开关等 非接触型：光电开关、接近开关
Байду номын сангаас机械部件（身躯）
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三 机电一体化技术的发展
机电一体化技术的发展阶段
➢第一阶段：20世纪60年代以前，也可称为萌芽阶段。 ➢第一阶段特征：在这一阶段，由于电子技术的迅速发展，人们自 觉或不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。
➢第二阶段： 20世纪70年代至20世纪80年代，为蓬勃发展的阶段。 ➢第二阶段特征：人们自觉地、主动地利用计算机技术、控制技术、 通信技术的成果创造新的机电一体化产品。