第一章 概论-机电一体化

机电一体化设计时优先满足利用率最高的功能要 求，然后再在成本允许的条件下考虑其它功能要求。需 要综合应用各项共性关键技术才能完成。
机电一体化产品设计一般可分为三种类型： 开发性设计 一个从无到有的创造过程，是在没有
任何样板可供参考的情况下，根据功能和性能要求所进 行的设计。
要求：设计者具备敏锐的市场洞察力、丰富的想象 力和广泛而扎实的基础理论知识。
第五节 机电一体化共性关键技术
二、检测传感技术
研究对象：传感器及其信号检测装置（即变送器）
作用：感受器官、反馈环节。 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。
第五节 机电一体化共性关键技术
三、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。
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。
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。
第六节 机电一体化设计及其工程路线
机电一体化设计突出体现在两个方面：一方面，当 产品的某一功能单靠某一种技术无法 实现时，必须进 行机械与电子及其它多种技术有机结合的一体化设计； 另一方面，当产品某一功能的实现有多种可行的技术方 案时，也必须应用机电了体化技术对各种技术方案进行 分析和评价，选择最优的技术方案。因此，机电一体化 设计必须充分考虑各种技术方案的等效性、互补性及可 比性。
3．机电融合型产品：主要特征是根据产品的功能 和性能要求及技术规范，采用专门设计的或具有特定 用途的集成电路来实现产品中的控制和信息处理等功 能，因而使产品结构更加紧凑、设计更灵活、成本进 一步降低。传真机、复印机、摄象机、磁盘驱动器、 CNC数控机床等都是这一类机电一体产品。
其中，机电一体化产品分类概况表1-1
适应性设计 在原有产品总的方案基本不变的情况 下，对产品的某些局部加以变动或改进，以增加功能、 提高性能和质量或降低成本为目的生所进行的设计。
要求：设计者对原有产品及相关的市场需求变化和 技术进步有充分的了解和掌握。
变异性设计 在设计方案和功能结构不变的情况 下，通过改变改变尺寸、速度、力或功率等参数，以满 足市场对产吕规格方面的需求进行的系列化设计。
第二节 机电一体化发展概况
机电一体化也经历了较长期的自然产生和发展过 程。直到70年代初，日本人对机电一体化的长期实践 和最新应用成果加以系统地概括和总结，才形成一个 比较完整的机电一体化概念。目前，机电一体化产品 已经渗透到国民经济和日常工作、生活的各个领域。
我国对机电一体化的研究虽起步较晚，80年代以 来，制订了一系列有利于机电一体化发展的政策法规， 确定了数控机床、工业自动化控制仪表、工业机器人、 汽车电子化等15个优先发展领域及6项共性关键技术 的研究方向和课题。
3．检测与传感装置 包括各种传感器及其信号检测 路，用于对产品运行时的内部状态和外部环境进行 检测，提供运行控制所需的各种信息，实现计测功 能。
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。
变异性设计比较容易，但设计中必须注意采取措施 防止因参数变化可能对产品性能产生的影响。
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。
机电一体化是科学技术发展的必然趋势，并将成 为21世纪的主流技术之一。
第三节 机电一体化发展概况
机电一体化产品由下述五个基本要素构成：
1．机械本体 包括机身、框架机械联接等在内的产 品支持结构属于基础部分，实现产品的构造功能。
2．动力源 向系统提供能量，并将输入的能量转换 成需要的形式，实现动力功能。
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。
产品技术附加值与技术构成
机电一体化技术的突出特点在于它在机械产 品中注入了过去所没有的新技术，把电子器件的 信息处理和自动控制等功能“揉和”到机械装置 中去，从而获得了过去单靠某一种技术而无法实 现的功能和效果。其技术附加值随机电结合程度 的加深而提高。其中产品技术附加值与技术构成 比例的发展情况如图1-1。
第一章 概论
❖ 第一节 机电一体化基本概念 ❖ 第二节 机电一体化发展概况 ❖ 第三节 机电一体化产品的构成 ❖ 第四节 机电一体化产品的分类 ❖ 第五节 机电一体化共性关键技术 ❖ 第六节 机电一体化设计及其工程路线
第一节 机电一体化基本概念
❖ “机电一体化”一词的英文是“Mechatronics”, 是 20 世 纪 70 年 代 初 由 日 本 首 先 提 出 的 ， 它 是 取 Mechanics（机械学）的前半部分和Electronics（电 子学）的后半部分拼合而成的。 ❖ 国内也称为“机械电子学”。
传
计
感 A/D 算
器
机
D/A
执行 装置
四、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。
第五节 机电一体化共性关键技术
五、伺服驱动技术 研究对象：执行元件及其驱动装置
执行元件种类：电动、液压、气压
驱动装置：各种电动机的驱动电源电路
六、系统总体技术
机械技术（机械 学、机LSI）
Mechanics
技术 Electronics
第一节 机电一体化基本概念
❖ 迄今为止，“机电一体化”一词尚无统一的定 义。一般认为，机电一体化的定义是：
❖ 机电一体化技术是从系统的观点出发，将机械 技术 、微电子技术、信息技术、控制技术等在系统 工程基础上有机地加以综合集成，以实现多种技术 功能复合的最佳功能价值的系统工程技术，或者称 为一门新兴边缘性技术学科。 ❖ 它不是机械与电子的简单的叠加，而是在信息 论（利用传感技术）、控制论（利用控制理论）和 系统论（“系统”整体筹划，机械和电子分别只是 “环节”）的基础上建立起来的应用技术。
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。
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。