机电一体化设计绪论

机电一体化不是机械 与电子简单的叠加，而 是在信息论 、控制论 和 系统论 的基础上建立起 来的应用技术
电子学
机
械 机电一
学
体化
信息科学
1.1 机电一体化定义
机电一体化技术：综合运用了机械技术、微电 子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试 技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技 术等
典型的机电一体化产品(系统)有：数控机床、 机器人、汽车电子化产品、智能化仪器仪表、 电子排版印刷系统、CAD／CAM系统等。
动力、医疗、环保及公共服务自动化设备；文教、体育、娱乐
第一章 绪论
? 1.1 机电一体化定义 ? 1.2 机电一体化系统的构成 ? 1.3 机电一体化的相关技术 ? 1.4 机电一体化系统设计的目标和方法 ? 1.5 机电一体化发展趋势
机电一体化技术发展概况
1. 20世纪60年代前为第一阶段，“萌芽阶段 ”
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。但是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。
参数变 化信息
检测传 感部分
控制 பைடு நூலகம்息
检测 参数
执行器 能 量 动力源
驱 动 力 机械本体
1.2 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：高效、多功能、节能、可靠、小型、美观
2、动力单元 提供能量，转换成需要的形式，实现动力
功能。 要求：效率高、可靠性好
器
机
执行 装置
4、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。
1.3 机电一体化的相关术
5、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
6、系统总体技术
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
要求：高性能、高精度、高效率
1.3 机电一体化的相关术
1 机械技术 2 检测传感技术 3 信息处理技术 4 自动控制技术 5 伺服驱动技术 6 系统总体技术
1.3 机电一体化的相关术
1、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。
典型的机电一体化产品
数控铣床
数控车床
典型的机电一体化产品 焊接机器人
焊接机器人
典型的机电一体化产品 ? 汽车防抱死系统 (ABS)
1.2 机电一体化系统的构成
输入设备 显示设备
CNC
位置,速 度反馈
位置,速度 检测单元
电机
数控机床伺服系统组成
机械 部件
1.2 机电一体化系统的构成
电子控制单元
化提供了坚强基础。 ? 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。
1.1 机电一体化定义
机电一体化： Mechatronics (机电一体化,机械电子学,机电学)
机电一体化：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，以实现整个系统最佳化的一门新科学 技术。
? 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。
机电一体化技术发展概况
? 数控机床的问世，写下了 “机电一体化 ”历史的第一 页。
? 微电子技术为 “机电一体化 ”带来勃勃生机。 ? 可编程序控制器、 ”电力电子“等的发展为 “机电一体 ”
1.4 机电一体化系统设计的目的与方法
? 1.4.1 机电一体化产品系统分类 ? 1.4.2 现代机械的机电一体化目标 ? 1.4.3 机电一体化技术方向 ? 1.4.4 机电一体化系统的设计方法 ? 1.4.5 机电一体化的系统
1.4.1 机电一体化产品系统分类
1生产用机电一体化产品
数控机床、机器人、自动生产设备；柔性生产单元、自 动组合生产单元； FMS、无人化工厂、 CIMS
1.2 机电一体化系统的构成
3、检测传感单元 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 存储、分析、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。
持。
机电一体化技术发展概况
? 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。
1.3 机电一体化的相关术
2、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。
1.3 机电一体化的相关术
3、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
计
感 A/D 算 D/A
2运输、包装及工程用机电一体化产品
微机控制汽车、机车等交通运输工具；数控包装机械 及系统；数控运输机械及工程机械设备等
3储存、销售用机电一体化产品
自动空调与制冷系统及设备；自动仓库；自动称量、分 选、销售及现金处理系统；自动化办公设备等。
1.4.1 机电一体化产品系统分类 4社会服务性机电一体化产品
2. 70年代到80年代为第二阶段，“蓬勃发展阶”
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： 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； ②机电一体化技术和产品得到了极大发展； ③各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支