机电一体化技术绪论
机电一体化原理与应用PPT教程-第一章 绪论
80年代，在日本首先被提出，
交叉学科，一门综合性学科
2、相关知识
机械技术
设计、 仿真
加工、制造、装配
微电子技术
电子技术
自动化技术 信息技术 传感器技术
计算机技术
硬件：微处理器技术 软件：汇编、C、C＋＋、VC
1.1.2 机电一体化系统的基本组成要素
FMS构成：加工系统、物料运输系统、 控制系统
5、CIMS 定义1：计算机集成制造系统 （Computer Integrated Manufacturing System）是研究从定货到设计、制造、 检查、搬运、市场分配、计划决策、销 售经营等整个企业自动化的一种技术， 也是一种适于多品种、中小批量生产的 高效益、高柔性的智能制造系统。
2）工业发达国家数控机床发展
1.2.3 机器人技术
1、机器人发展三个阶段： 第一代：固定程序型机器人、重复型机 器人、示教再现机器人 第二代：自适应机器人和服务性机器人 第三代：智能机器人
2、工业机器人的构成 操作部分、主机部分、控制部分、检测 部分
3、机器人在各国的发展： 机器人技术在美国、英国、法国、苏联、 日本、中国的发展
1.2 现代制造业中的机电一体 化技术
1.2.1 现代制造系统与新生产方式 1.2.2 机床产业数控化 1.2.3 机器人技术
1.2.1 现代制造系统与新生产方式
1、MRPII 制造资源计划（manufacturing resource planning 简称MRPII）是基于物料需求计 划（Material Requirement Planning）扩 展而成的，它把生产、库存、采购、销 售、财务、成本等系统都联系起来，发 展成为一个覆盖企业全部生长资源的管 理信息系统。
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。
机电一体化绪论
1980' 1983 1985
1990' 1993
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1.2 发展概况
微电子技术
微处理器
半导体晶体管诞生
半导体集成电路
大规模集成电路
4位微处理器 8位微处理器
机电一体化
第一台数控机床 第一台可编程机器人
超大规模集成电路
16位微处理器
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。
输入
主功能 （变换、传递、储存）
构
造
计测功能
功
能
动力功能
控制功能
{（新） 物质 能量 信息
输出
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能量
输入 信息 输出
控制
控制
动力
人或其它系统
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输入
1.3 机电一体化系统的构成
1、机械本体 机身、框架、机械联接等产品支持机构，
实现构造功能。
要求：可靠、小型、美观、经济
2、能源（动力）
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1. 数控机床的问世，写下了“机电一体化”历史 的第一页。
2. 微电子技术为“机电一体化”带来勃勃生机。
机电一体化技术 第2版 第一章 绪论
机械技术 （机械学 机构学）
机电一体 化技术领 域
微电子技术 （半导体技 术、计算机 技术）
求真务实 自强不息
1.1 机电一体化的基本概念
什么是机电一体化？
尽管不断尝试去定义机电一体化, 划分机电一体化产品以 及开发标准化的机电一体化课程,
。 在机电一体化定义上缺乏共识是一个积极的信号，它表明机 电一体化是有生命力、朝气蓬勃的学科。即使机电一体化没有一 个无可争辩的确切描述，但机电一体化工程师仍能从上面给出的 定义和他们亲身经历中理解机电一体化学科的精髓。 机电一体化将传感器,执行器,信号调节,电力电子,决策和 控制算法,以及计算机硬件和软件有机结合去处理工程系 统中的复杂性，不确定性和进行通信。
零件装配和插入:机器人可以 通过使用力传感器来进行机 械零件的精装配和插入。在 相位匹配后机器人进入插入 零件阶段，但不是简单地插 入零件，这能使高技巧工作 自动化。
求真务实 自强不息
传感器: IV
例子
6个超声波声纳转换器探索广阔、开放的区域； • 检测从15厘米到3米范围内的障碍物； • 16个内置的红外接近传感器(在5-20厘米范 围内); • 红外传感器作为一个“虚拟缓冲器”，允许 在狭小的空间进行处理。
• 4）传感检测系统：数控车床刀具的位置状态， 用直线感应同步器或者直线光栅进行检测，直 线感应同步器或者直线光栅就是传感器。
• 5）执行元件系统：数控车床的走刀运动就是 利用步进电机或者伺服电机驱动滚珠丝杆完成， 所以步进电机或者伺服电机为执行元件。
求真务实 自强不息
1.3 机电一体化实例——机器人介绍
1.2 机电一体化系统基本组成
动力源
动力源
传感器
计算机
执行元 件
第一章机电一体化技术概论
四. 自动控制技术的范围很广，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 从理论到实践的过程。由于被控对象种类繁多，所 以控制技术的内容十分丰富，包括高精度定位控制、 速度控制、自适应控制、自诊断、校正、补偿、示 教再现、检索等控制技术。其主要技术关键在于现 代控制理论在机电一体化技术中的工程化与实用化、 优化控制模型的建立及边界条件的确定等。由于微 型计算机的广泛应用，自动控制技术越来越多地与 计算机控制技术联系在一起，成为机电一体化中十 分重要的关键技术。
二、系统（产品）评价 三、设计的方法 四、设计类型 五、设计程序、准则和规律
一、 机 电 一 体 化 系 统 （ 产 品） 设 计 流 程
开 始 根据系统（产品）的目的功能确定产品规格及性能指标 按系统（产品）内部五大功能划分功能部件或功能子系统 确定各功能部件或子系统的功能要素 接 口 设 计 整 体 评 价 NO
系统误差
系统（产品）的价 值 高 低
少 强 少 高 少 内装 多 少 小、轻 高 大 弱 多 低 多 外设 少 多 大、重 低
主功能
抗干扰能力 废弃物输出 变换效率 输入能量 能 源 控制I/O口个 数 手动操作 尺寸、重量 强度
动力功能 控制功能 构造功能
计测功能
精度
高
低
三、系统（产品）设计的常用方法
二、功能和要素
机电一体化系统要实现其目的功能，一般需要具备 五种内部功能，即主功能、动力功能、计测功能、 控制功能和结构功能。其中，主功能是实现系统目 的功能直接必需的功能，它表明了系统的主要特征； 动力功能是向系统提供动力、让系统得以运转的功 能；计测功能和控制功能的作用是根据系统内部信 息和外部信息对整个系统进行控制，使系统正常运 转；结构功能则将系统各要素组合起来，进行空间 配置，形成一个统一的整体。如下图。
第1章 机电一体化技术绪论
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D、执行机构
功能是根据控制信息和指令，完成各种动作。执 行机构是运动部件，一般采用液压、气动、电动 等机构。它将输入的各种形式的能量转换为机械 能。如数控车床刀具的走刀运动，就是利用步进 电机驱动滚珠丝杠完成的。 液压、气动系统比较复杂，包括：泵、阀、油缸 (气缸)、过滤器、管路等。 电动机作为驱动机构已被广泛采用。
动力部分 (内脏)
执行机构 (肌肉)
液压 气动 电动
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视觉 触觉 力觉
计算机 (大脑) 机械装置 (骨架)
传感器 (五官)
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A、机械本体
包括机械传动装置和机械结构装置，主要功能 是使构造系统的各子系统、零部件按照一定的 空间关系安置在一定位置上，并保持特定的关 系。如数控车床的机械本体，就是车床的机械 结构部分(车身、主轴箱、尾架等）
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法国Herriau-Turbosem XM12 传感器监测输种管
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2、播种机械
多传感器监测：驱动轴和排种盘
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2、播种机械
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气压监测和排种质量监测
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中国农业大学
机电一体化的实例
1、焊接机器人
2、步行机器人
3、西红柿采摘机器人
4、黄瓜采摘机器人 5、草莓采摘机器人 6、葡萄采摘机器人
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1、耕整地机械
双向翻转犁、深松联合整地机、驱动耙等
特点：1、工作效率高：作业速度7-10km/h 2、工作幅宽大：caas(7m)，lemken(5-9m/12m) 3、自动化程度高，液压自动调整耕深
中职机电一体化技术与系统绪论教学课件
第四节 机电一体化的应用目标和发展方向
2、网络化
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。
第四节 机电一体化的应用目标和发展方向
3、微型化
微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机 电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。 国外称其为微机电系统（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。
第四节 机电一体化的应用目标和发展方向
4、节约能源
例如目前我国各类电风扇年产量在200万台左 右，如每台电扇的调速器和定时器(现常用电磁机 械式)用电子调速器和定时器代替，估计每台风扇 可节电5W以上，全年以用扇100天，每天开扇 6h计，则每年可节约用电量600万kW·h，还可 节省大批铜材和钢材。
为执行装置提供能量，并转换成需要的形式， 实现动力功能。如电源，液压泵等 要求：效率高、可靠性好
第二节 机电一体化系统的基本功能要素
3、传感检测单元（传感器）
检测机械运动（位移、速度、
位置）和外部环境信息，
能源
实现检测功能。
要求：体积小、精度高、抗干扰性好
4、控制单元（计算机）
处理、运算、决策，实现控制功能。 要求：高可靠性、柔性、智能化
基本功能要素： 机械本体、能源部分、 传感检测单元、执行单元、 控制与信息处理单元
第二节 机电一体化系统的基本功能要素
能源
机电一体化系统的基本要素之间的关系
第二节 机电一体化系统的基本功能要素
1、机械本体(机械装置)
机电一体化第1章绪论
一簇蓝色精灵的小确幸
CHENYING0907
机电一体化系统要素与人体组成要素
机电一体化系统 组成要素
控制器(计算机等) 执行元件
检测传感器 动力源 机构
人体 组成要素
大脑 驱动(操作) （肌肉伸缩） 五种感官 内脏提供能量
骨架
机电一体化设备的智能化、多样化。 仿生
2、系统的功能
3、机电一体化系统构成要素的相互连接
机电一体化系统由许多要素或子系统构成，各要素或 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，各要素或各子系统相接处必须具备一定的联系条件， 这些联系条件就可称为接口（interface）。
机电一体化系统的性能在很大程度上取决于接口的性 能，各要素或各子系统之间的接口性能就成为整个系统性能 好坏的决定性因素。在某种意义上讲，机电一体化系统设计 主要是“接口”。
为充分发挥机电一体化的三大效果,使系统(或产品)得 到最佳性能，1、要求设计机械系统时应选择与控制系统的电 气参数相匹配的机械系统参数；2、要求设计控制系统时，应 根据机械系统的固有结构参数来选择和确定电气参数，综合 应用机械技术和微电子技术，使二者密切结合、相互协调、 相互补充,充分体现机电一体化的优越性。
机电将接口分成以下四种： 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。
机电一体化技术 第2版 课后习题答案
机电一体化技术课后习题答案第一章绪论1-1 简述机电一体化的含义答：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的总称。
1-2 机电一体化产品的主要组成、作用及其特点是什么？答：1．机械本体2．动力源3．检测和传感装置4．控制与信息处理装置5．执行机构机械本体用于支撑和连接其他要素，并把这些要素合理的结合起来，形成有机的整体。
动力系统为机电一体化产品提供能量和动力功能，驱动执行机构工作以完成预定的主功能。
传感与检测系统将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数及状态转换成可以测定的物理量，同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。
执行装置在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。
1-3 机电一体化产品的分类有哪些？答：1．数控机械类2．电子设备类3．机电结合类4．电液伺服类5．信息控制类1-4 您在生活中还遇到哪些机电一体化产品？试分析其组成及功能。
答：工业机器人等。
工业机器人一般由机械系统、驱动系统、控制系统、检测传感系统和人工智能系统等组成。
各系统功能如下所述。
1）机械系统。
该系统主要是完成抓取工件（或工具）实现所需运动的机械部件，包括手部、腕部、臂部、机身以及行走机构。
2）驱动系统。
驱动系统的作用是向机械系统（即执行机构）提供动力。
随驱动目标的不同，驱动系统的传动方式有液动、气动、电动和机械式四种。
3）控制系统。
控制系统是机器人的指挥中心，它控制机器人按规定的程序运动。
控制系统可记忆各种指令信息（如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间等），同时按指令信息向各执行元件发出指令；必要时还可对机器人动作进行监视，当动作有误或发生故障时即发出警报信号。
4）检测传感系统。
它主要检测机器人机械系统的运动位置、状态，并随时将机械系统的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使机械系统以一定的精度达到设定的位置状态。
机电一体化绪论说课
机电一体化绪论说课第一篇：机电一体化绪论说课一、机电一体化技术发展历程及其趋势自电子技术一问世,电子技术与机械技术的结合就开始了,只是出现了半导体集成电路,尤其是出现了以微处理器为代表的大规模集成电路以后,“机电一体化”技术之后有了明显进展,引起了人们的广泛注意.—————————————————————————————————————(一)“机电一体化”的发展历程1.的问世,写下了“机电一体化”历史的第一页;2.微电子技术为“机电一体化''带来勃勃生机;3.、”电力电子“等的发展为”机电一体化“提供了坚强基础;4.激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使”机电一体化“跃上新台阶.(二)”机电一体化"发展趋势-—————————————————————————————————————1..一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、、机械结构等部件组成的.因此,引进光学技术,实现光学技术的先天优点是能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源(动力)系统和信息处理系统.光机电一体化是机电产品发展的重要趋势.2.自律分配系统化——.未来的机电一体化产品,控制和执行系统有足够的“冗余度”，有较强的“柔性”，能较好地应付突发事件，被设计成“自律分配系统”。
在自律分配系统中，各个子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律性”，可根据不同的环境条件作出不同反应。
其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息，在总的前提下，具体“行动”是可以改变的。
这样，既明显地增加了系统的适应能力(柔性)，又不因某一子系统的故障而影响整个系统。
3.全息系统化——智能化。
今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高。
这主要收益于模糊技术、信息技术(尤其是软件及芯片技术)的发展。
除此之外，其系统的层次结构，也变简单的“从上到下”的形势而为复杂的、有较多冗余度的双向联系。
绪论机电一体化设备的组成
绪论——机电一体化设备的组成引言机电一体化设备是指集机械、电气和控制技术为一体的综合设备系统。
机电一体化设备的出现，极大地提高了工业生产效率和质量，并在现代工业中得到广泛应用。
本文将介绍机电一体化设备的组成，包括机械部分、电气部分和控制部分，并简要阐述其功能和作用。
机械部分的组成机械部分是机电一体化设备中最基础的部分，它包括了设备的结构和运动部件。
具体包括： - 机体：机体是机械部分的主要结构，承载着其他部件的安装和固定。
机体材料通常选择钢材或铝材，以保证设备的稳定性和耐用性。
- 传动系统：传动系统是用于传递动力的部分，包括传动轴、联轴器、齿轮、皮带等。
传动系统的设计和选择直接影响到设备的运动精度和效率。
- 器件部件：机械部分还包括各种器件和部件，如轴承、润滑系统、密封装置等。
这些器件和部件保证了设备的稳定运行和寿命。
电气部分的组成电气部分是机电一体化设备中的重要组成部分，它负责设备的电力供应和控制。
主要包括： - 电源系统：电源系统提供设备所需的电力，通常包括变压器、开关柜、电缆等设备。
不同设备的电源系统需根据需求和规范进行设计选择。
- 电机和驱动器：电机是转换电能为机械能的装置，而驱动器则是控制电机运转的装置。
电机和驱动器的选择和控制方式将直接影响设备的运动性能和效率。
- 传感器和检测器：传感器和检测器用于感知设备的状态和工作环境，如温度、压力、速度等参数。
这些参数的实时监测和反馈对设备的安全和性能至关重要。
控制部分的组成控制部分是机电一体化设备中的大脑，它通过对机械部分和电气部分的控制，实现设备的自动化运行。
主要包括： - PLC（可编程逻辑控制器）：PLC是一种常用于工业自动化控制的计算机控制设备。
它通过编程、逻辑和输入/输出接口，控制和监视设备的运行状态和过程。
- 控制算法：控制算法是用于设备运行控制的计算方法和策略。
根据设备的具体需求和要求，采用不同的控制算法，如PID控制、模糊控制等。
1机电一体化技术(绪论)第一章
1.1 机电一体化基本概念
发展概况： 发展概况： 20世纪60年代前为第一阶段 世纪60年代前为第一阶段， 萌芽阶段” 1. 20世纪60年代前为第一阶段，“萌芽阶段” 事实上要追溯到20年代以前， 20年代以前 事实上要追溯到20年代以前，工程师们自觉或者不自觉地 把机械产品和电子技术相结合，以提高机械产品的性能。 把机械产品和电子技术相结合，以提高机械产品的性能。但是 由于电子技术的发展相对落后， 由于电子技术的发展相对落后，使得机械与电子的结合还没有 得到广泛的应用。 得到广泛的应用。 70年代到80年代为第二阶段 年代到80年代为第二阶段， 蓬勃发展阶段” 2. 70年代到80年代为第二阶段，“蓬勃发展阶段”，理论研 究阶段 计算机技术、控制技术、通信技术的发展， 计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化 的发展奠定了技术基础这个时期的特点是： 的发展奠定了技术基础这个时期的特点是： mechatronics一词首先在日本被普遍接受 大约到20世纪80 一词首先在日本被普遍接受， 20世纪 ①mechatronics一词首先在日本被普遍接受，大约到20世纪80 年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认； 年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认； ②机电一体化技术和产品得到了极大发展； 机电一体化技术和产品得到了极大发展； ③各国均对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支持。
我国已研制成功了用于喷漆、焊接、搬运以及能前 后行走的、能爬墙、能上下台阶、能在水下作业的 多种类型机器人。CIMS研究方面,我国已在清华大学 建成国家CIMS工程研究中心（ERC）,在一些著名大 学和研究单位建立了7个CIMS单元技术实验室和8个 CIMS培训中心,在国家立项实施CIMS的企业已达70余 家。1994年清华大学荣获美国制造工程师协会（SME） 颁发的CIMS研究“大学领先奖”。1995年北京第一 机床厂荣获SME颁发的“工业领先奖”。上述成果的 取得使我国在制造业机电一体化的研究和应用方面 积累了一定的经验,它必将推动机电一体化技术向更 高层次纵深发展。
《机电一体化技术》课程读书笔记
第一章绪论1．机电一体化包括哪六大共性关键技术（相关技术）？p1答:机电一体化包括六大共性关键技术:（1）精密机械技术，（2)伺服传动技术，(3）检测传感技术，（4）信息处理技术，（5)自动控制技术，（6）系统总体技术。
2．一个较完善的机电一体化系统，应具有哪六个基本功能要素？p2答：机电一体化系统应具有以下六个基本功能要素：（1）机械本体，（2)动力部分,（3）传感检测部分，（4）执行机构，(5）驱动部分，(6）控制及信息处理、各要素和环节之间相联系的接口.3．何谓机电一体化系统中的接口?接口的作用和基本功能是什么？p3答：机电一体化系统中的接口,是机电一体化系统中各子系统之间进行物质、能量和信息传递与交换的联系部件。
接口的作用使各要素或子系统联接成为一个有机整体，使各个功能环节有目的地协调一致运动，从而形成机电一体化的系统工程。
接口的基本功能主要有三个：一是交换，通过接口完成使各要素或子系统之间信号模式或能量的统一;二是放大,在两个信号强度相差悬殊的环节间,经接口放大，达到能量的匹配；三是传递，变换和放大后的信号在环节间可靠、快速、精确地交换，必须遵循协调一致的时序、信号格式和逻辑规范。
接口具有保证信息传递的逻辑控制功能，使信息按规定模式进行传递。
4．简述执行部分的功能和分类。
P3答：执行机构的功能是根据控制信息和指令完成所要求的动作。
执行部分是运动部件，一般采用机械、电磁、电液等机构。
它将输入的各种形式的能量转换为机械能。
5．何谓机械本体？P2答：机械本体包括机械传动装置和机械结构装置。
其主要功能是使构造系统的各子系统、零部件按照一定的空间和时间关系安置在一定位置上。
6．何谓动力部分？p2答:部分动力部分的功能是按照机电一体化技术系统的控制要求，为系统提供能量和动力以保证系统正常运行。
7．何谓传感检测部分?p2答：传感检测部分的功能是对系统运行过程中所需要的本身和外界环境和各种参数及状态进行检测，并转换成可识别信号,传输到信息处理单元,经过分析、处理后产生相应的控制信息。
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• 随着集成电路制造技术及工艺的深入发展，微机械和微 机电工艺取得了很大的进展，它们不仅将数微米至数百 微米的机构集成在芯片中，而且同时集成了计算机、驱 动器和微执行器件。 2）模块化 • 机电一体化系统是由各种单元组成的，如驱动单元、控 制单元等。但是目前各单元之间并没有完全标准化，从 而使机电一体化系统的设计和各种单元的选用受到了很 大的限制，成本也很高。
微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传
感器检测技术、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，并保 证整个系统最优化运行的系统工程技术。由此而产生的功 能系统，称为机电一体化系统或机电一体化产品。
机械和机电部件相互联系的系统” 。
• 通常来说，机电一体化是指在机械的主 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 设备及软件结合起来所构成的系统的总称。 如图1-1所示为机.1 机电一体化的基本概念
• 机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、
图1-5 指针式石英钟步进电动机原理图
1.3 机电一体化相关技术及特点
• • • • • • 精密机械技术 传感器检测技术 伺服驱动技术 信息处理技术 自动控制技术 接口技术
1.3.1 机电一体化相关技术
• • 1.精密机械技术 精密机械技术是机电一体化的基础。精密机械在满足强度、刚 度和抗振性的基础上，要能实现很好的控制，因此，在结构、材 料和性能上与传统机械有所不同。 • 2.传感器检测技术 • 传感器检测技术是系统实现自动控制和调节的重要环节。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.伺服驱动技术 伺服驱动技术根据电动机和机械系统的特性来实现高品质的控 制，它必须能快速准确地实现信号的跟踪、误差的调整等，同时 须具有一定的抗干扰能力，并且能够稳定地工作。
1.3.1 机电一体化相关技术
• • 4.信息处理技术 信息处理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。 5.自动控制技术 自动控制技术包括高精度定位控制、速度控制、自适应 控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等各种内容。 6.接口技术 接口技术是系统中相当重要的部分，它实现了各种相互 关联的若干功能单元之间的有机连接，因此，也有人将机 电一体化技术称为接口技术。
图1-3 数控机床的组成
1.2.2 机电一体化系统的实例
• • 2.指针式石英钟 如图1-4所示为指针式石英钟的组成框图。接通电源后，电流通过集成 电路流入石英晶体。由于石英晶体的压电效应，使其开始出现机械变形， 产生32768 Hz的振荡信号。该信号经过缓冲器缓冲后，驱动能力增强。然 后进行16级二分频，即65536 Hz分频，输出0.5 Hz的频率。窄脉冲形成电 路主要是将1 s的脉冲宽度变窄为31.25 ms，使脉冲能量减小，节约电能。 该窄脉冲通过功率放大器后驱动步进电动机运行。而步进电机则通过机械 装置（齿轮）使指针运行，实现时间的指示功能。
1.2.1 机电一体化系统的组成
• 机电一体化系统的组成可归纳为机械本体、动力单元、控制和信 息处理单元、传感器检测单元和执行单元及其驱动5部分。这些单 元的功能和关系如图1-2所示。
图1-2 机电一体化系统组成
1.2.2 机电一体化系统的实例
• • 1.数控机床 数控机床是机械制造设备，其种类很多，但是所有数控机床的组成有 很多共同点。数控机床一般由输入/输出（I/O）装置、计算机控制装置、 可编程逻辑控制器、伺服驱动系统、检测装置和机床本体等组成，其中I /O装置、计算机控制装置、可编程逻辑控制器组成了系统的控制和数据 处理单元，如图1-3所示。
图1-4 指针式石英钟的组成框图
机电一体化系统的实例
•
指针式石英钟的步进电动机，它由定子线圈、永磁式转子和铁芯组成，其 原理如图1-5所示。为了防止转子反转或者转向不定，在铁芯或者转子上采用了 非直线对称磁场，从而在转子置入未通电线圈的定子中时，形成了一个启动角度 。当功率脉冲加到线圈上时，在铁芯上便产生磁场，磁场的极性随着脉冲极性的 变化而交替发生变化，转子随着脉冲极性的变化以π的步距角运转。
机电一体化技术
第 1章 绪论
1.1 机电一体化的基本概念
• 日本机械振兴协会 1981 年给出定义是 “机电一体化是指在机械的主功能、动力 功能和信息处理功能与控制功能的基础上 引进了微电子技术，并将机械装置和电子
设备及软件等有机结合的系统的总称” 。
• 美国机械工程师协会在1984年给出的 定义是“由计算机信息网络协调与控制的， 用于完成机械力、运动和能量流等任务的
1.3.2 机电一体化特点和发展趋势
3）智能化
目前人工智能的应用还在实验阶段，随着控制理论的发 展，机电一体化产品将跟多地应用各种先进的控制理论 ，使产品智能程度更高。
4 ）网络化
• 工业现场在地域上具有很大的分散性，如高速公路的隧 道设备控制、发电厂的各个系统的控制和信息采集以及 化工企业的各种阀门控制等。它们均有多个控制对象， 并且对象之间有一定的距离。随着技术的发展和各种标 准的统一，各类单一控制对象和系统经过网络连接后可 以实现远距离整体控制，网络化是机电一体化系统发展 的一个趋势。
• • • •
1.3.2 机电一体化特点和发展趋势
• • • • • • • 1.机电一体化特点 1）综合性与系统性 2）层次多，覆盖面广 3）体小量轻，结构简化，方便操作 4）高速度，高精度 5）高可靠性，高稳定性 6）柔性化和智能化
1.3.2 机电一体化特点和发展趋势
• 2.机电一体化的发展趋势