机械工程学科导论

机械工程学科导论
用光刻技术做成的 微米尺寸的微机械
军事、航空航天的应用
上海大学机自学院
现代机械工程
机械原理 电工电子原理 传感测试原理 微机原理 控制原理
+
现代先 进技术
机械工程学科导论
机械科学与技术发展或许是我们限定思维所难以展望的 ，但人们在机械创新的漫漫征程中所积累的机械设计基 础知识为我们提供了认识和改造客观世界的基础。
适应性： 机器人的适应性(adaptivity)是指其对环境的自适
应能力，即所设计的机器人能够自我执行未经完全指定的任务， 而不管任务执行过程中所发生的没有预计到的环境变化。在这 方面，机器人使用下述能力:(1)运用传感器感测环境的能 力;(2)分析任务空间和执行操作规划的能力;(3)自动指令模式 能力。
目前许多机械中仍在采用的青铜轴瓦和金属人字圆柱齿轮，在我国 东汉年代的文物中都可以找到它们的原始形态。
我国古代在机械研制方面 有许多杰出的发明创造。
机械工程学科导论
上海大学机自学院
机械发展的历史回顾----中国古代
1980年出土的秦始皇陵铜车马代表了当时铸 造技术、金属加工和组装工艺的水平。东汉 以后出现了记里鼓车和指南车。记里鼓车有 一套减速齿轮系，通过鼓镯的音响分段报知 里程。三国马钧所造的指南车除用齿轮传动 外，还有自动离合装置，在技术上又胜记里 鼓车一筹。自动离合装置的发明，说明传动 机构齿轮系已发展到相当的程度。
机械工程学科导论
（3）服务机器人
（4）军事机器人
上海大学机自学院
按机器人的智能程度分 （1）一般机器人：不具有智能，只具有一般编程能力操作功能； （2）智能机器人：具有不同程度的智能；又可分为： 传感型机器人：具有利用传感信息（视觉、听觉、触觉、接近觉、 力觉和红外、超生及激光等）进行传感信息处理，实现控制与操作的 能力。 交互型机器人：机器人通过计算机系统与操作员或程序员进行人-机 对话，实现对机器人的控制与操作； 自主型机器人：在设计制作之后，机器人无需人的干预，能够在各 种环境下自动完成各项拟人任务。
机械工程学科导论
机械对自然环境的污染、自然资源的过度消耗、社会安全等 问题的预防和处理
上海大学机自学院
机械工程应用领域
动力机械（风、水、热、电、化学、原子能等） 交通运输（汽车、轮船、飞机及相应设施、仓储物流等） 装备技术（农、林、矿山、冶金、化工、纺织、食品、印刷等
制造设备） 工作母机、仪表仪器等 通风取暖、医疗器械、家用器械、环保设备等民生机械 国防武器等
智能、系统工程等多种学科于一体的综合性很强的新技术。
机械工程学科导论
上海大学机自学院
机械制造技术
机械制造技术，它有两方面的含义：
其一是用机械来加工零件(或工件)的技术，更明确说是在一种 机器上用切削方法来加工，这种机器通常称为机床或工作母机； 另一方面是指制造某种机械的技术，如制造汽车、涡轮机、农 业机械、土木建筑机械和军工机械等。 以后，由于在制造方法上有了很大的发展，除用机械方法加工 外，出现了电加工、光学加工、电子加工和化学加工等非机械加工 方法，又有信息、管理等方面的融入，因此,人们把机械制造技术 扩大，称之为制造技术。制造技术省去了“机械” 二字，取其泛 指之意，同时又有时代感，强调了各种各样的制造技术，但机械制 造技术仍是它的主体和基础部分。
机械工程学科导论
上海大学机自学院
机械发展的历史回顾----国外
18世纪初以蒸汽机的出现为代表产生了第一次产业革命， 人们开始设计制造各种各样的机械，例如纺织机、火车、汽轮船。
与此同时，机械制造设备和技术也在同步发展
机械工程学科导论
哈格里沃斯发明
上海大学机自学院
的 “珍妮纺纱机”
法国陆军技术军官古诺发明 了世界上第一辆蒸汽动力车
机械工程学科导论
2、 智能化
上海大学机自学院
机器人技术
机器人的由来

幻想时期: 1、在我国西周时代（公元前1066年—前771年），流传有关巧匠偃师 献给周穆王一个歌舞机器人（艺伎）的故事； 2、公元前3世纪，古希腊发明家戴达罗斯用青铜为克里特岛国王迈诺 斯塑造了一个守卫宝岛的青铜卫士塔罗斯；我国东汉时期（公元25—220 年），张衡发明的指南车是世界上最早的机器人雏形；
机械工业是国民经济的支柱工业之一。
机械工程学科导论
机械工业是社会生产力发展水平的重要标志。
上海大学机自学院
机械发展的历史回顾----中国古代
五千年前已开始使用简单的纺织机械；
晋朝时在连机椎和水碾中应用了凸轮原理； 西汉时应用轮系传动原理制成了指南车和记里鼓车； 东汉张衡发明的候风地动仪是世界上第一台地震仪。
自动机械时期： 1、公元1768—1774年间，瑞士钟表匠德罗斯父子三人，设计制造出三 个像真人一样大小的机器人-----写字偶人、绘图偶人和弹风琴偶人； 2、公元1893年，加拿大摩尔设计的行走机器人“安德罗丁”，采用蒸 汽作为动力； 现实服务时期： 1、1954年，美国人乔治·德沃尔设计了第一台电子程序可编的工业机 器人，并于1961年发表了该项机器人专利； 2、1962年美国万能自动化(Unimation)公司的第一台机器人Unimate在 美国通用汽车公司(GM)投入使用，这标志着第一代机器人的诞生。
机械工程学科导论
国际太空站
航天飞机正在利用机械臂施放哈 勃空间望远镜
上海大学机自学院
现代机械工程的发展
现代机械工程范围广泛
自动化流水线 、数控机床、 机器人、成组 技术、柔性制 造系统
机械工程学科导论
特种加工
高精度加工、 超精密加工
18世纪前，机械工程师主要凭借经验和技艺
现代机械工程，引入了计算机信息技术


机械工程学科导论
上海大学机自学院
机器人的定义
“机器人” ---1920年，捷克作家卡雷尔·凯培克(Karel Capek)在他的幻想情节剧《罗萨 姆的万能机器人》(R.U.R)中第一次提出了“机器人”这个名词。 ---1950年，美国著名科学幻想小说家阿西莫夫在他的小说《我是机器人》中， 提出了有名的“机器人三守则”： 机器人必须不危害人类，也不允许它眼看人将受害而袖手旁观； 机器人必须绝对服从人类，除非这种服从有害于人类； 机器人必须保护自身不受伤害，除非为了保护人类或者是人类命令它作出 牺牲。
上海大学机自学院
现代机械工程的发展
汽车生产线
机器人
机械工程学科导论
上海大学机自学院
现代机械工程的发展
数控机床
（点击此处看机床换刀动作）
柔性制造系统
机械工程学科导论
上海大学机自学院
未来机械工程的发展
展望未来机械工程，智能机械、微型机构、仿生机械的蓬勃发 展，将促进材料、信息、计算机技术、自动化等领域的交叉与融合， 进一步丰富和发展机械基础学科知识。
1797年，莫兹利 首创螺纹车床。
1914年，福特流
水生产线，大 量 生产汽车。 19世纪末，泰勒
机械工程学科导论
“科学管理法”的 出现
上海大学机自学院
现代机械工程的发展
20世纪中后期，以机电一体化技术为代表，在机器人，航空航 天，海洋舰船等领域开发出了众多高新机械产品，如火箭、卫星、 宇宙飞船、空间站、航空母舰、深海探测器等。
科学技术的发展不断给机械科技提出新课题 机械科技的发展成为科学技术发展的基础
机械工程学科导论
上海大学机自学院
机电一体化的组成和发展
机电一体化是从系统工程观点出发，应用机械、电子等有关技术 ，使机械、电子有机合，实现系统或产品整体最优的综合性技术& 是工业信息化的重要内容。 机电一体化技术，主要包括技术原理和使用机电一体化产品， （ 或系统） 得以实现、使用和发展的技术。机电一体化发展至今 已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展， 还将被赋予新的内容。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，并使整个系统最优化的系统工程技术。 机电一体化的发展趋势 1、光机电一体化
上海大学机自学院
现代机械工程的内容和重要任务
建立和发展应用了机械工程的基础理论及利用新技术改造 传统技术
现 代 机 械 工 程
研究开发新的机械产品满足人们当前和将来的需要 机械产品的正规生产，包括设计、生产准备、加工、计划调度、 装配调试、包装运输及质量控制等
各类机械系统的运行，包括设备的选购、验收、安装、调试、 操作、监控、诊断、维修以至整个企业的经营管理
国际标准化组织(ISO)的定义： "机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这 种机械手具有几个轴，能够借助于可编程序操作来处理各种材料、零件、 工具和专用装置，以执行种种任务"。
机械工程学科导论
上海大学机自学院
机器人学
形成新的学科-----机器人学 当一种工业、技术和经济发生重大变化时，总是要求科学和教育系统发 生与之相适应的调整和发展。发展知识经济对机器人的需求和机器人工 业的迅速发展，为机器人学的建立奠定了基础。现在，机器人学这一新 学科己从它的幼年时代转入朝气蓬勃的青年时代。 以机器人学科为中心的国际学术会议，如国际工业机器人会议(ISIP)、 国际工业机器人技术会议(CIRT)、国际自控联(IFAC)、国际科学技术发 展协会(IASTED)主办的主办的国际机器人学与自动化会议(ICR＆A)等， 每年或隔年举行一次。 有关出版刊物：国际杂志就有《Robotics Research》，《Robotica》和 《Robotics and Automation》等多种。
机械发展的历史回顾----国外
19世纪到20世纪初的第二次产业革命，随着内燃机的出 现，促进了汽车、飞机等运输工具的出现和发展。
“圣路易斯精神”号飞机 1898年问世的“ 雷诺”牌汽车
机械工程学科导论
1927年美国人林德伯格驾驶 着它完成了人类首次不着陆 飞越大西洋的壮举。
上海大学机自学院
机械发展的历史回顾


机械工程学科导论
上海大学机自学院
机器人的主要特点
通用性： 机器人的通用性(versatility)取决于其几何特性和
机械能力。通用性指的是某种执行不同的功能和完成多样的简 单任务的实际能力。 通用性也意味着，机器人具有可变的几何结构，即根据生 产工作需要进行变更的几何结构;或者说，在机械结构上允许 机器人执行不同的任务或以不同的方式完成同一工作。 现有的大多数机器人都具有不同程度的通用性，包括机械 手的机动性和控制系பைடு நூலகம்的灵活性。
机械工程学科导论
上海大学机自学院
机器人的分类
按机械手的几何结构来分
（1）柱面坐标机器人（2）球面坐标机器人（3）关节式球面机器人 按机器人的控制方式分：可分为非伺服机器人和伺服机器人 （1）非伺服机器 non-servo robots （2）伺服控制机器人 servo- controlled robots 按机器人的用途分 （1）工业机器人或产业机器人 （2）探索机器人
明初的造船业已有很大进展。郑和下西洋的 船队是当时世界上最大的船队。郑和所乘宝 船长约137米，张12帆，舵杆长11米多，是 古代最大的远洋船舶。
机械工程学科导论
上海大学机自学院
机械发展的历史回顾----中国古代
机械技术的进步促进了学术研究
王徵于1627年编 译和出版了《远西 奇器图说录最》， 介绍了西方机械工 程的概况。来自西 方的自鸣钟表和水 铳等也在一定范围 内得到流传。 1634～1637年 ，明朝的宋应星编著和 出版了《天工开物》，记录了许多先进的 工艺技术和科学创见。它反映出当时的农 业和手工业的生产技术水平。记载了不少 有关机械制造和产品性能的情况。内容涉 及泥型铸釜、失蜡法铸造以及铸钱等铸造 技术，还记述了千钧锚和软硬绣花针的制 造方法、提花机和其他纺织机械以及车船 等各种交通工具的性能和规格等。《天工 开物》被称为中国17世纪的工艺百科全书 。
机械工程学科导论
裴仁清
上海大学机自学院
目 录
机械工程的历史发展 现代机械工程的内容和主要任务 机械制造技术 机械工程的发展方向 机械工程人才的基本素质
机械工程学科导论
上海大学机自学院
什么是机械工程？

机械工程是19世纪初期从民用工程中分离
出来的一门工程学科。它的目标是运用数
学、物理等基础理论和有关机械方面的专 门知识，结合生产实际经验，有判断地、 经济有效地解决在设计、研究、制造和运 行各种机械中遇到的实际问题。
机械工程学科导论
上海大学机自学院
按机器人的移动性分 （1）固定式机器人 （2）移动式机器人：轮式机器人、履带式机器人、步行机器人 其中步行式又分为：单足、双足、四足、六足和八足。
机器人是一种能够代替人从事多类工作的高度灵活的自动化机械
系统。
机器人技术是集力学、机械学、电子学、生物学、控制论、人工