机电一体化
机电一体化概述
机电一体化概述机电一体化就是机械技术与电子技术的有机结合，它涵盖了机械、电子、计算机、控制等多个领域的知识，通过综合运用这些领域的技术来实现机械系统的智能化、自动化和高效化。
机电一体化技术的核心在于信息的传递与处理，机电一体化系统通过传感器、执行器等电子元件能够实时获取机械系统的运行状态，并根据预设的控制策略进行相应的调整。
这种信息的传递与处理使得机械系统具备了更高的灵活性和适应性，能够应对各种复杂的工作环境和任务需求。
此外机电一体化还强调系统的整体优化，它不仅仅关注单个元件或部件的性能提升，更注重整个系统的协同工作和整体性能。
通过合理的结构设计、参数配置和算法优化，机电一体化系统能够实现更高的效率、更低的能耗和更好的稳定性。
机电一体化涉及的关键技术众多，其中最为核心的是传感技术、控制技术和驱动技术。
传感技术是机电一体化系统获取信息的重要手段，系统通过各类传感器能够实时感知外部环境的变化和机械系统的运行状态从而为控制决策提供依据。
随着传感技术的不断发展、新型的传感器不断涌现，使得系统的感知能力不断增强。
控制技术是机电一体化系统的核心，它根据传感器提供的信息，通过预设的控制算法和策略对执行器进行精确的控制，以实现机械系统的自动化和智能化。
现代控制技术的发展为机电一体化系统提供了更为先进和高效的控制手段，驱动技术则是机电一体化系统执行动作的关键，它通过各种电机、液压、气压等驱动元件将控制信号转化为机械动作实现系统的运动控制。
随着科技的进步和产业的发展，机电一体化技术得到了广泛的应用和深入的研究。
它不仅提高了生产效率，降低了生产成本，还使得产品的质量和性能得到了显著提升，对于推动工业现代化、提升国家竞争力具有重要意义。
机电一体化技术被广泛应用于自动化生产线、机器人、数控机床等设备中，通过引入传感器、控制器和执行器等元件，这些设备能够实现自动化生产、精确加工和高效运行从而提高生产效率和产品质量。
机电一体化技术被应用于汽车、火车、飞机等交通工具中，通过引入智能驾驶、自动导航等系统，这些交通工具能够实现更加安全、高效和舒适的行驶体验。
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。
机电一体化认识与理解
机电一体化是一种跨学科的技术，它将机械、电子、计算机和信息技术等多个领域的知识融合在一起，以实现各种功能。
以下是对机电一体化的认识与理解：机电一体化的定义：机电一体化是指在机械设计、制造和生产过程中，引入电子技术、计算机技术和信息技术等，将各种技术有机地结合在一起，以提高机械产品的性能和效率。
机电一体化的特点：机电一体化具有许多优点，包括提高生产效率、降低生产成本、提高产品质量、增加产品功能等。
此外，机电一体化还可以实现自动化生产，减轻工人的劳动强度，提高生产安全性和环保性。
机电一体化的应用范围：机电一体化被广泛应用于各个领域，如工业制造、交通运输、电力、通讯、航空航天等。
在工业制造领域，机电一体化可以实现自动化生产线、智能制造、机器人等应用；在交通运输领域，机电一体化可以实现自动驾驶汽车、智能交通信号灯等应用；在电力领域，机电一体化可以实现智能电网、新能源发电等应用；在航空航天领域，机电一体化可以实现无人机、卫星等应用。
机电一体化的未来发展：随着科技的不断发展，机电一体化将会进一步发展壮大。
未来，机电一体化将会更加智能化、自动化和绿色化，为人类的生产和生活带来更大的便利和效益。
同时，机电一体化也将会与其他领域的技术结合更加紧密，如人工智能、物联网、云计算等，实现更加复杂的应用场景。
总之，机电一体化是一种综合性的技术，它通过将多种技术相结合，实现了机械产品的智能化、自动化和绿色化。
未来，机电一体化将会在更多的领域得到应用和发展，为人类的生产和生活带来更多的便利和效益。
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。
什么是机电一体化技术
机电一体化技术是什么机电一体化又称机械电子学机电一体化是由计算机技术、信息技术、机械技术、电子技术、控制技术、光学技术等相融合构成的一门独立的交叉学科。
机电一体化主要发展方向为智能化，模块化，网络化，微型化，系统化等。
主干课程：机械制图、机械设计与加工、气动与液压技术、电工与电子、电气控制与PLC、自动生产线、工业机器人技术、机电设备维护维修与管理等。
培养目标：本专业培养德、智、体、美全面发展，具有良好职业道德和人文素养，掌握机械加工技术、电工电子技术、检测技术、液压与气动、电气控制技术、自动生产线技术及机电设备维修等基本知识，具备机电一体化设备操作、安装、调试、维护和维修能力，从事自动生产线等机电一体化设备的安装调试、维护维修、生产技术管理、服务与营销以及机电产品辅助设计与技术改造等工作的高素质技术技能人才。
培养要求：机电一体化技术专业培养德、智、体、美全面发展，具有创业、创新精神和良好职业道德的高等专门人才，掌握机械技术和电气技术的基础理论和专业知识；具备相应实践技能以及较强的实际工作能力，熟练进行机电一体化产品和设备的应用、维护、安装、调试、销售及管理的第一线高等技术应用型人才。
发展现状包括以下几种①.智能化智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。
人工智能在机电一体化建设者的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。
这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。
诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。
但是，高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。
②.模块化模块化是一项重要而艰巨的工程。
由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。
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
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
（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。
机电一体化专业的简单理解和认识
机电一体化专业的简单理解和认识
机电一体化是机械工程与自动化的一种，它是机械、电子、控制、计算机、信息等多学科的交叉融合，旨在设计和制造智能机械系统。
机电一体化涵盖了许多领域，包括机械设计、电子技术、传感器技术、控制系统、计算机编程等。
学生在学习过程中需要掌握这些领域的基础知识，并能够将它们整合到实际的机械系统中。
该专业的学生通常会学习机械制图、机械设计、电路分析、电子学、自动控制原理、传感器技术、计算机控制系统等课程。
他们还将学习如何使用各种工具和软件来设计、分析和测试机械系统。
机电一体化的应用非常广泛，包括工业自动化、机器人技术、汽车制造、航空航天、医疗设备等领域。
随着科技的不断发展，机电一体化的应用也在不断扩大和深化。
机电一体化是一个跨学科的专业，它结合了机械、电子、控制和计算机等多个领域的知识和技术，旨在培养具备综合设计和开发能力的工程师，为现代工业和科技的发展做出贡献。
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
《机电一体化介绍》课件
如Profibus、Modbus等，用于实现分布式控制和数据传输。
可编程控制器（PLC）
用于自动化生产线和工业控制系统的逻辑控制和顺序控制。
检测技术
传感器技术
利用各种物理效应和化学反应， 将物理量或化学量转换为电信号 ，用于监测和控制机电一体化系
统的运行状态。
信号处理技术
对传感器输出的电信号进行滤波、 放大、转换等处理，提取出有用的 信息。
数控机床的应用范围广泛，涉及汽车 、航空、模具、仪器仪表等领域，对 提高产品质量和生产效率具有重要作 用。
数控机床通常包括数控系统、伺服系 统、主轴系统、刀具系统等部分，各 业机器人
工业机器人是用于自动化生产线 的机电一体化产品，能够执行各 种重复性或危险性任务，提高生
电子电路设计
包括模拟电路、数字电路、集成电路等，为机电 一体化系统提供信号处理和能源供给。
嵌入式系统
将微处理器嵌入到机械系统中，实现智能化控制 和数据处理。
传感器与执行器
用于检测和驱动机电一体化系统的各种物理量， 如温度、压力、位移等。
控制技术
控制算法
如PID控制、模糊控制等，用于实现机电一体化系统的精确控制。
自动化生产线广泛应用于汽车、家电、食品等领域，能够大幅提高生产效 率、降低能耗和减少人力成本。
智能家居系统
1
智能家居系统是利用机电一体化技术将家居设备 进行智能化改造，实现家庭生活的智能化和舒适 化。
2
智能家居系统包括智能照明、智能安防、智能环 境控制等子系统，通过互联网和物联网技术实现 远程控制和智能化管理。
机电一体化技术使得定制化生产成为可能，满足了消费者对个性化 产品的需求。
在人工智能领域的应用前景
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
返回
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
返回
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
返回
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。
机电一体化专业特色介绍
机电一体化专业特色介绍
一、综合应用
机电一体化是一个跨学科的领域，融合了机械工程、电子工程、计算机科学等多个学科的知识。
这种跨学科的特点使得机电一体化专业具有很强的综合应用性。
在实际应用中，机电一体化系统通常需要综合考虑机械、电子、控制等多个方面的因素，以实现最优的系统性能。
二、技术更新迅速
随着科技的不断发展，机电一体化技术也在不断更新和进步。
新的材料、新的加工技术、新的控制算法等不断涌现，为机电一体化带来了更多的可能性。
因此，机电一体化专业的学生需要具备敏锐的科技洞察力，不断跟踪最新的技术动态，掌握最新的知识和技能。
三、实践性强
机电一体化专业非常注重实践性和应用性。
学生需要通过实验、课程设计、实习等多种方式来提高自己的实践能力。
只有通过实践，学生才能真正理解和掌握机电一体化的知
识，提高自己的实际操作能力。
四、适应性强
机电一体化专业的毕业生具备较强的适应能力。
由于该专业涉及多个学科领域，毕业生可以在机械、电子、自动化等多个行业找到适合自己的工作。
同时，机电一体化专业的毕业生具备较强的综合素质，可以快速适应新的工作环境和任务。
五、持续学习
由于机电一体化技术的不断更新和发展，该专业的毕业生需要具备持续学习的能力。
只有不断学习新的知识和技能，才能跟上时代的步伐，保持竞争力。
因此，机电一体化专业的学生需要养成良好的学习习惯和自主学习能力。
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
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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新疆工程学院机械工程系毕业设计课题名称: 自动导引小车(AGV)系统的设计专业：机械设计制造及其自动化姓名： X X学号：20122200XX指导教师：潘江如完成日期：摘要自动导引小车(AGV)控制系统是AGV 的运动控制部件，对AGV 的平稳运行起着重要的作用。
随着工厂自动化、计算机集成制造系统技术的逐步发展以及柔性制造系统、自动化立体仓库的广泛应用，新的控制算法的应用和电子技术的发展，AGV 正朝着高速、高精度,开放化、智能化、网络化发展，对运动控制系统也提出了更高的要求。
首先，介绍了自动导引小车的硬件构成，着重讲述了控制电路的设计方法，接口电路的设计；推导了直流电机的仿真模型和AGV 运动学模型，完成了电机驱动电路以及导引信号控制器的设计；根据AGV的功能要求设计了应用于AGV的传感器系统，包括超声传感器、电磁导引传感器的设计。
首先，论述了AGV系统的组成、路径导引方式及原理，结合课题要求，选择“红外导引”作为该系统的导引方式。
其次，介绍了AGV车体机械结构的设计，并根据小车的驱动方式和工作要求，对底盘、电机、蓄电池等进行了设计和选型。
再次，根据AGV系统的控制和工艺要求，确定了控制系统的总体框架结构。
硬件方面，选择合适的传感器、单片机以及电机驱动器，对传感检测电路和单片机控制系统硬件电路进行了设计软件方面，采用模块化的编程方式来实现系统的各种功能，并实现了单片与电机控制器之间的串口通信。
最后，在总结全文的基础上，对AGV小车的设计和研究提出了展望。
关键词：AGV，自动导引小车，模糊PID第一章绪论1.1 引言AGV (Automated Guided Vehicle)即自动导引小车，是一种以电池为动力，装有非接触导向装置和独立寻址系统的无人驾驶自动化搬运车辆。
它的主要特征表现为具有小车编程、停车选择装置、安全保护以及各种移载功能，并能在计算机的监控下，按指令自主驾驶，自动沿着规定的导引路径行驶，到达指定地点，完成一系列作业任务。
自动导引小车AGV 适应性好、柔性程度高、可靠性好、可实现生产和搬运功能的集成化和自动化，在各国的许多行业都得到广泛的应用。
自动导引小车具有运输效率高、节能、工作可靠、能实现柔性运输、使用灵活、无公害等许多优点，已经广泛地运用在汽车制造、新闻印刷、电子工业、家用电器、机械加工、烟草业、食品业、自动仓库、办工自动化等许多领域。
AGV 是针对具体应用环境而设计的特定用途机器人，以应用为中心，以计算机技术为基础，软件、硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗要求严格的专用计算机系统称为嵌入式系统。
嵌入式控制系统是AGV 的核心，它的主要任务是控制AGV 导向、启动、停车、运行车速、选择路径、安全监控、避免碰撞和交通干涉、与交通控制器通讯、与其它物料搬运设备和机器人等接口。
在控制系统的功能日渐复杂的当今社会，新设计一个新的控制软件系统的费用和工作量就成倍地增长。
因此，嵌入式操作系统的概念就相应地提出来了。
嵌入式操作系统就是将嵌入式控制软件的通用部分提取出来，抽象为一个底层硬件系统和上层应用软件层之间的一个中间层。
它负责屏蔽不同硬件系统和应用软件系统之间的不同，使它们彼此透明。
这样，在设计新的嵌入式控制系统时，只需在嵌入式操作系统的基础上更新相应的驱动程序和应用软件就可以快速地组建出一个功能全新的嵌入式控制系统。
因此，嵌入式操作系统就是一个嵌入式控制系统的构建平台，使得应用软件的设计可以抛开具体的硬件和资源管理的细节，而专注于自身具体应用功能的实现，这就大大减轻了应用软件的开发难度。
1.2 AGV 自动导引小车概述AGV是一种牵引式小车系统。
小车中有一个真空管组成的控制器，小车跟随一条钢丝索引的路径行驶，装备有电磁或光学自动导引装置，能够沿着规定的导引路径行驶，具有小车编程与停车选择装置、安全保护以及各种移载功能的运输小车。
AGV 是以电池为动力、装有非接触导向装置，独立寻址系统的无人驾驶自动运输车。
应用AGV 具有很多特点：(1) AGV 可十分方便地与其它物流系统实现自动连接，如AS/RS(通过出/入库台)、各种缓冲站、自动积放链、升降机和机器人等；实现在工作站之间对物料进行跟踪；对输送进行确认；按计划输送物料并有执行检查记录；与生产线和库存管理系统进行在线连接以向工厂管理系统提供实时信息。
(2) 采用AGV 使人工检取与堆置物料的劳动力减少，使操作人员无需为跟踪物料而进行大量的报表工作，因而显著提高劳动生产率。
另外，非直接劳动力如物料仓库会计员、发料员以及运货车调度员的工作的减少甚至完全取消又进一步减低了成本。
(3) AGV 运输物料时，很少有产品或生产设备的损坏，这是因为AGV 按固定路径行驶，不易与加工设备和其他障碍物碰撞。
(4) 绝大多数AGV 的使用者均证明，2－3 年从经济上均能收回AGV 的投资成本。
(5) AGV 通过安装在地面之下的电缆或其他不构成障碍的地面导引物，其通道必要时可作其他用处。
(6)系统具有极高的可靠性。
AGV 系统由若干台小车组成，当一台小车需要维修时，其它小车的生产率不受影响并保持高度的系统可利用性。
(7)约能源与保护环境。
AGV 的充电和驱动系统耗能少，能量利用率高，噪音极低对制造和仓储环境没有不良影响。
纵观国内外AGV 的应用实例，AGV 大体上用于以下三个方面：(1)物料搬运在工业现场AGV 常用于工位间或自动仓库与工位间的物料搬运作业。
例如在装线上，AGV 从自动仓库取出机器零件并送到相应的组装工位。
又如在柔性加工系统中，AGV 依照加工工序顺次将被加工工件送到相应自动机床进行加工，加工好的零件由AGV 送到质检站测，最后合格品送到半成品库。
(2)移动工作台在组装或柔性加工系统中AGV 常作为移动工作台使用。
以欧美一些汽车厂为例，在轿车组装过程中从汽车底盘焊装组立、安装悬挂系统、车轮和制动系统、安装发动机、变速箱、离合器、安装转向系统、安装汽车外壳、安装风档玻璃和座椅到整车配电等一系列组装过程都是在一台AGV 上进行的。
又如在欧美一些柴油机厂中，柴油机一系列的组装过程也都是在一台AGV 上完成的。
(3)与机器人或机器手配合在特殊工作环境下代替人工作业在AGV 上可以安装机器人或机器手，在特殊工作环境下代替人工作业。
例如在核电站中代替人在具有放射线的工作环境下进行遥控作业。
1.3 自动导引小车国内外研究现状与发展趋势AGV 是伴随着柔性加工系统、柔性装配系统、计算机集成制造系统、自动化立体仓库而产生并发展起来的，日本人认为1981 年是柔性加工系统元年。
这样计算AGV大规模应用的历史也只有15 至20 年。
但是，其发展速度是非常快的。
例如:美国通用公司1981 年开始使用AGV，1985 年AGV 保有量500 台，1987 年AGV 保有量3000台。
资料表明欧洲40%的AGV 用于汽车工业，日本15%的AGV 用于汽车工业，也就是说AGV 在其他行业也有广泛的应用。
1.3.1 国外AGV 研究现状及发展趋势1913 年美国福特汽车公司开始使用有轨道的导引车辆;1954 年英国首先研制出电磁导引AGV；五十年代末 AGV 已在欧洲推广应用；六十年代将计算机技术用于 AGV 系统控制与管理；七十年代 AGV 应用范围扩大，车型多样化，导引方式五花八门；八十年代 AGV 随计算机技术发展而发展。
成本降低，性能先进，普及迅速，己形成新的产业；九十年代 AGV 进入高智能化，数字化，网络化，信息化；90 年代以来，以研制高水平的环境信息传感器和信息处理技术、高适应性的自动导航机器人控制技术、真实环境下的规划技术为标志，开展了移动机器人更高层次的研究。
其中的代表有：1997 年美国发射到火星表而的索杰纳(Sojourner)；2004 年成功登陆火星的“勇气号”和“机遇号”火星探测器；到目前为止，全世界已拥有AGV 系统10000 多个，约100000 辆AGV 小车。
1.3.2 国内AGV 研究现状及发展趋势六十年代开始研究，七十年代北京起重运输机械研究所研制的 ZDB－1 型自动搬运车是最早的实用型AGV，八十年代邮电部设计研究院等单位先后开始对 AGV 进行研究与实践，九十年代沈阳自动化所为沈阳金杯汽车公司总装线上设计的九台 AGV 自动装配系统，是国内较先进的实用型AGV。
九十年代中期，昆船公司在引进国外最先AGV 进技术的基础上，先后承担了数十个AGV 系统的设计、安装，其水平代表了目前国内的最高水平。
九十年代以来，清华大学研制的智能车 THMR-V，采用分层递阶的体系结构，基于以太网通信，集成有CCD摄像机、激光雷达、磁罗盘一光码盘、GPS等多种传感器，能够实现结构化环境下的车道线自动跟踪，以及复杂环境下的道路避障、道路停障，最高车速达到150km/h；最近几年哈尔滨工业大学研制的轮式智能服务机器人能无缆行走、自动避障、识别语音并能与人对话、用于服务场合的导游导购等。
1.3.3 国内外AGV 导航控制技术导引控制技术是AGV 的核心技术，采用不同的导引方式就形成了各种形式的AGV。
(1)电磁导引在AGV 要行驶的路线地而之下，预先理设好导引线。
当给导引线通以一定频率的交流电流后，在导引线周围产生交变电磁场。
AGV 上的探测线圈就能够检测此电磁场并使AGV 沿着导引线方向运动。
当探测线圈偏离导引线时，两个线圈中的感应电压就有差异，车载控制系统就能根据电压差驱动转向电机，使 AGV 回到正确的路径上。
(2)磁条导引这种方式和电磁导引比较类似，只是把导引线换成磁条，在两个探测线圈之外多加了个激励线圈。
因为磁条的磁场是不变的，探测线圈中不能自动感应出电压。
(3)激光导引在AGV 行驶路径周围预先垂直设置好一系列反光板，AGV 上装的激光扫描器不断扫描周围环境，当扫描到反光板时，扫描器就能感知。
只要扫描到三个以上的反光板，就可以根据反光板的坐标值以及各反光板的法线和纵向轴的夹角，由控制器计算出AGV 当前的全局坐标系中的坐标，以及行驶方向与X 轴的夹角，达到准确定位和定向。
(4)惯性导航AGV 上装有陀螺仪，小车在行驶时有个基准方位，用陀螺仪测量加速度，并将陀螺仪的坐标值和加速度换算成AGV 当前的坐标和方向，将它们和规定的路线相比较。
当AGV 偏离规定路径时，测得的加速度值和规定值就有一个矢量差，对这个差进行二次积分就能得到偏差值，并作为纠正小车行驶方向的依据。
(5)GPS(全球定位系统)导航通过卫星对非固定路面系统中的控制对象进行跟踪和导航，目前此项技术还在发展和完善，通常用于室外远距离的跟踪和导航，其精度取决于卫星在空中的定点水平及控制对象周围环境等因索。