机电一体化系统设计课件
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机电一体化系统设计课件(第4章)
机电一体化系统设计课件(第4章)
• 机电一体化系统概述 • 机电一体化系统设计基础 • 机电一体化系统硬件设计 • 机电一体化系统软件设计
01 机电一体化系统概述
机电一体化的定义与特点
总结词
机电一体化的定义、特点
详细描述
机电一体化是将机械技术、电子技术、计算机技术等有机地结合在一起，实现 机械装置的高效、精确、自动化控制的一门技术。其主要特点包括系统化、模 块化、智能化、微型化等。
详细设计
对各组成部分进行详细设计， 包括机械结构、控制系统、传 感器等。
试制与测试
根据优化后的设计，试制样机 并进行各种工况下的测试，确 保满足设计要求。
机电一体化系统设计的关键技术
机械与控制系统集成设计
如何实现机械结构与控制系统的有效 集成，是机电一体化设计的关键。
传感器技术
传感器是实现系统感知外界信息的重 要元件，其性能直接影响系统的控制 精度和稳定性。
伺服驱动系统设计实例
通过实例讲解伺服驱动系统设计的具体方法和步骤。
04 机电一体化系统软件设计
嵌入式系统软件设计
1 2 3
嵌入式系统软件概述
嵌入式系统软件是指嵌入到硬件中，用于实现特 定功能的软件。它通常具有实时性、可靠性和专 用性的特点。
嵌入式系统软件开发流程
包括需求分析、设计、编码、测试和部署等阶段 。在开发过程中，需要考虑到硬件资源的限制和 实时性的要求。
详细介绍常用机械零件， 如轴、轴承、联轴器、齿 轮等的设计计算和选用原 则。
机械结构布局设计
探讨机械结构布局的基本 原则和优化方法，以及提 高机械系统性能的措施。
控制系统设计
控制系统概述
介绍控制系统的基本组成 和工作原理。
• 机电一体化系统概述 • 机电一体化系统设计基础 • 机电一体化系统硬件设计 • 机电一体化系统软件设计
01 机电一体化系统概述
机电一体化的定义与特点
总结词
机电一体化的定义、特点
详细描述
机电一体化是将机械技术、电子技术、计算机技术等有机地结合在一起，实现 机械装置的高效、精确、自动化控制的一门技术。其主要特点包括系统化、模 块化、智能化、微型化等。
详细设计
对各组成部分进行详细设计， 包括机械结构、控制系统、传 感器等。
试制与测试
根据优化后的设计，试制样机 并进行各种工况下的测试，确 保满足设计要求。
机电一体化系统设计的关键技术
机械与控制系统集成设计
如何实现机械结构与控制系统的有效 集成，是机电一体化设计的关键。
传感器技术
传感器是实现系统感知外界信息的重 要元件，其性能直接影响系统的控制 精度和稳定性。
伺服驱动系统设计实例
通过实例讲解伺服驱动系统设计的具体方法和步骤。
04 机电一体化系统软件设计
嵌入式系统软件设计
1 2 3
嵌入式系统软件概述
嵌入式系统软件是指嵌入到硬件中，用于实现特 定功能的软件。它通常具有实时性、可靠性和专 用性的特点。
嵌入式系统软件开发流程
包括需求分析、设计、编码、测试和部署等阶段 。在开发过程中，需要考虑到硬件资源的限制和 实时性的要求。
详细介绍常用机械零件， 如轴、轴承、联轴器、齿 轮等的设计计算和选用原 则。
机械结构布局设计
探讨机械结构布局的基本 原则和优化方法，以及提 高机械系统性能的措施。
控制系统设计
控制系统概述
介绍控制系统的基本组成 和工作原理。
机电一体化系统设计课件
机电一体化系统设计课件1. 简介机电一体化系统是将机械、电子和控制工程相结合，形成一个协同工作的系统。
本课件将介绍机电一体化系统的设计原理、组成部分以及常见应用。
机电一体化系统设计的原理是通过集成机械、电子和控制工程的知识，实现系统的自动化和优化。
设计原理包括以下几个方面：2.1 机械设计机械设计是机电一体化系统设计的基础。
在机械设计中，需要考虑系统的运动学、动力学和机构设计等问题。
通过合理的机械设计，可以实现系统的精确运动和高效能力。
电子设计是机电一体化系统设计的重要组成部分。
在电子设计中，需要考虑系统的传感器、执行器、电路和电源等问题。
通过合理的电子设计，可以实现系统的自动化和智能化。
2.3 控制工程设计控制工程设计是机电一体化系统设计的关键。
在控制工程设计中，需要考虑系统的控制算法、控制器和通信接口等问题。
通过合理的控制工程设计，可以实现系统的稳定性和可靠性。
机电一体化系统由机械部分、电子部分和控制部分组成。
下面将分别介绍这三个部分的组成部分：3.1 机械部分机械部分包括结构、传动、执行和传感器等部件。
结构部件负责支撑和固定系统的其他部件，传动部件负责将能量和动力从一个部件传递到另一个部件，执行部件负责完成系统的特定任务，传感器部件负责感知系统的状态和环境。
电子部分包括电路、传感器、执行器和通信接口等组件。
电路负责系统的信号处理和控制算法的实现，传感器负责感知系统的状态和环境，执行器负责执行系统的动作，通信接口负责系统的数据传输。
3.3 控制部分控制部分包括控制算法、控制器和人机接口等组成部分。
控制算法负责分析系统的状态和环境，并根据预设条件进行控制决策，控制器负责实施控制算法，人机接口负责人机交互和系统监控。
4. 常见应用机电一体化系统在众多领域均有应用，下面介绍其中几个常见的应用：4.1 自动化生产线机电一体化系统被广泛应用于自动化生产线中。
通过集成机械、电子和控制工程的知识，可以实现生产线的自动化和流程优化。
机电一体化系统设计ppt课件
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
3、有源接口：含有有源要素，可以主动进 行匹配的接口。如电磁离合器、放大器、 光电耦合器等
4、智能接口：带有微处理器，可以进行程 序编制或可适应性地改变接口条件。如自 动变速装置、通用输入/输出集成电路， STD总线等
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
1.2.2 机电一体化系统的功能构成
构成功能的目的：处理工业三大要素 信息、能量、物质 功能构成
1、变换（加工、处理）功能 2、传递（移动、输送）功能 3、储存（保持、积蓄、记录）功能
2.2机电一体化系统设计与现代设计方法
设计程序 ①明确设计思想 ②分析综合要求 ③划分功能模块 ④决定性能参数 ⑤调研类似产品 ⑥拟定总体方案 ⑦方案对比定型 ⑧编写总体设计论证书
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
3、信息接口：受规格、标准、法律、语言、 符号等逻辑、软件约束的接口。如RS232， GB，ISO，ASCII，FORTRAN，C++等
4、环境接口：对周围环境条件（温度、湿 度、磁场、振动、水、气、灰、火、放射） 有保护作用的接口。如防尘接头，防水开 关等
机电一体化系统设计课件(第7章)
机电一体化系统的发展趋势
总结词
机电一体化系统的发展趋势与未来展望
详细描述
随着技术的不断进步和应用需求的不断提高，机电一体化系统的发展趋势主要包括智能化、模块化、网络化、绿 色化等。未来，机电一体化系统将更加注重人工智能、物联网等新技术的应用，实现更加高效、智能的生产和服 务。
CHAPTER 02
对系统的各项性能指标进行测试，如速度 、精度、稳定性等。
对测试数据进行整理、分析和评估，提出 改进意见和建议，为系统的优化和完善提 供依据。
CHAPTER 06
机电一体化系统可靠性设计
可靠性分析
可靠性定义
01
产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。
失效模式与影响分析
02
识别产品可能的失效模式，分析其对系统功能的影响，为可靠
THANKS
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机电一体化系统设计基础
机电一体化系统设计的基本原则
功能完整性
确保系统能够完成预定 的功能，满足用户需求
。
技术先进性
采用当前最先进的科学 技术，确保系统的性能
和效率。
经济合理性
在满足功能和技术要求 的前提下，尽可能降低
系统成本。
安全可靠性
确保系统在各种工作条 件下都能安全、稳定地
运行。
机电一体化系统的设计流程
可靠性测试与评估
可靠性试验
在模拟或实际使用条件下 测试产品的可靠性表现。
故障分析
对产品故障进行深入分析 ，找出根本原因，为可靠 性改进提供依据。
可靠性评估
根据测试数据和实际使用 情况，评估产品的可靠性 水平，为产品设计改进提 供参考。
CHAPTER 07
机电一体化系统设计案例分析
典型机电一体化系统课件
三、工业机器人的末端执行器
根据其结构和用途的不同，可以分为机械式夹持 器、吸附式末端执行器和专用工具（如焊枪、喷 嘴、电磨头等）。 （一）机械式夹持器的结构 机械式夹持器多为双指爪式，其手指的运动为平 移或回转（单点支承或双点支承）
典型机电一体化系统课件
机械式夹持器 a)单支点回转型 b)双支点回转型 c)平移型典型机电一d体)内化系撑统型课件
典型机电一体化系统课件
装配系统中的双臂机器人
1~7—固定式电视摄像机 8—可转式电视摄像机 9—抓握手臂 10—感知手臂 11~13—吸典型尘机器电零一体部化件系统1课4—件吸尘器装配成品
焊接作业系统的机器人 1—机器人 2—传送带 3—汽车壳体
喷漆作业系统中的机器人 1—工装板 2—循环拖动链条 3—工件识别站 4—工件 5—行程开关 6—直角坐标机 器人 7、8、9、10—垂直关 节机器人
原点PB X35
原点PB X35
PB 停止X27
起动 PB
急停 PB
用于通断外部负载的电源的按钮
图l0-8 机械手控制的操作面板
典型机电一体化系统课件
初始化电路 原点位置条件
左移限位 上限位
放松
M8044
S0
手动方式 初始状态
M8000 RUN监控
初始状态 1ST X20 S20 S27 MANUAL OPERATION
典型机电一体化系统课件
（a）关节型
（b）球坐标型
（c）圆柱坐标型
（d）直角坐标型
典型机电一体化系统课件
工业机器人的坐标系
典型机电一体化系统课件
（a） PUMA机器人的坐标系
（b）
（a）基准装填 （b）坐标系
典型机电一体化系统课件
机电一体化系统设计控制系统设计教学课件
机电一体化的定义、特点
详细描述
机电一体化是一门跨学科的综合性技术，它将机械技术、电子技术、计算机技 术等多项技术进行有机融合，实现各种技术之间的优势互补。其主要特点包括 高效、精确、自动化和智能化。
机电一体化系统的组成
总结词
机电一体化系统的组成
详细描述
机电一体化系统主要由机械本体、动力部分、传感检测装置、执行机构、控制系 统以及信息处理部分等组成。这些组成部分相互协作，共同实现系统的功能。
VS
执行器的工作原理
不同类型的执行器工作原理不同，但基本 原理都是基于能量转换。例如，电动式执 行器通过电能驱动电动机转动，实现控制 动作；气动式执行器通过压缩气体驱动活 塞或气动马达工作，实现控制动作。
传感器与执行器的选择与使用
选择原则
在选择传感器和执行器时，应根据具体的应用需求和条件综合考虑，选择性能稳定、可 靠性强、易于维护的传感器和执行器。同时要考虑其精度、灵敏度、响应速度等参数是
02
控制系统设计基础
控制系统的基本概念
控制系统的定义
控制系统的分类
控制系统是一种通过反馈机制，对被 控对象进行自动调节的系统，以实现 预定的目标或过程。
根据不同的分类标准，如控制方式、 控制结构、控制参数等，可以将控制 系统分为多种类型。
控制系统的基本原理
控制系统基于负反馈原理，通过比较 期望值与实际值之间的偏差，调整系 统输出，以减小偏差。
闭环控制策略
根据系统输出信号的反馈，实时调整控制信 号，以实现精确控制。
模糊控制策略
基于模糊逻辑和模糊集合理论的控制策略， 适用于不确定性和非线性系统的控制。
神经网络控制策略
模拟生物神经网络的自适应学习算法，用于 处理复杂的、非线性的系统控制问题。
详细描述
机电一体化是一门跨学科的综合性技术，它将机械技术、电子技术、计算机技 术等多项技术进行有机融合，实现各种技术之间的优势互补。其主要特点包括 高效、精确、自动化和智能化。
机电一体化系统的组成
总结词
机电一体化系统的组成
详细描述
机电一体化系统主要由机械本体、动力部分、传感检测装置、执行机构、控制系 统以及信息处理部分等组成。这些组成部分相互协作，共同实现系统的功能。
VS
执行器的工作原理
不同类型的执行器工作原理不同，但基本 原理都是基于能量转换。例如，电动式执 行器通过电能驱动电动机转动，实现控制 动作；气动式执行器通过压缩气体驱动活 塞或气动马达工作，实现控制动作。
传感器与执行器的选择与使用
选择原则
在选择传感器和执行器时，应根据具体的应用需求和条件综合考虑，选择性能稳定、可 靠性强、易于维护的传感器和执行器。同时要考虑其精度、灵敏度、响应速度等参数是
02
控制系统设计基础
控制系统的基本概念
控制系统的定义
控制系统的分类
控制系统是一种通过反馈机制，对被 控对象进行自动调节的系统，以实现 预定的目标或过程。
根据不同的分类标准，如控制方式、 控制结构、控制参数等，可以将控制 系统分为多种类型。
控制系统的基本原理
控制系统基于负反馈原理，通过比较 期望值与实际值之间的偏差，调整系 统输出，以减小偏差。
闭环控制策略
根据系统输出信号的反馈，实时调整控制信 号，以实现精确控制。
模糊控制策略
基于模糊逻辑和模糊集合理论的控制策略， 适用于不确定性和非线性系统的控制。
神经网络控制策略
模拟生物神经网络的自适应学习算法，用于 处理复杂的、非线性的系统控制问题。
机电一体化系统设计课程设计课件
设计软件介绍
SolidWorks
三维机械设计软件，用于建立三维模型、进行运动分析和优化设计。
AutoCAD
二维绘图软件，用于绘制平面图、电路图和布局图等。
MATLAB/Simulink
仿真软件，用于系统建模、分析和优化。
LabVIEW
虚拟仪器软件，用于数据采集、处理和控制等。
设计经验分享
经验一
注重系统整体性
设计要求
明确课程设计的要求，包括技术指标、性能参数、安全性能等方 面。
设计优化
在设计过程中注重优化，提高系统的性能、稳定性和可靠性。
设计成果评价
评价标准
制定合理的评价标准，对设计成果进行评价 。
评价方法
采用多种评价方法，如专家评审、实验测试 等，确保评价结果的客观性和准确性。
反馈与改进
根据评价结果，及时反馈设计中的不足之处 ，并进行改进和完善。
01
课程设计任务与要 求
设计任务书解读
任务书内容
01
详细解读课程设计任务书，明确设计目标、要求、限制条件和
预期成果。
任务书分析
02
对任务书中的各项内容进行深入分析，理解设计的重点和难点
。
任务书实施计划
03
根据任务书要求，制定合理的设计实施计划，确保按时完成设
计任务。
设计要求与规范
设计规范
掌握机电一体化系统设计的基本规范和标准，确保设计符合行业 要求。
实时性、稳定性、可扩展性
传感检测系统设计
设计内容
传感器选型、信号处理电路、数据采 集与传
设计要点
准确性、可靠性、抗干扰能力
01
机电一体化系统设 计实践
设计案例分析
机电一体化系统设计课件
二、机电一体化产品
录 像 机
数控机床、机器人、自动生产设备 生产用机电一体化产品 柔性生产单元、自动组合生产单元 FMS、无人化工厂、CIMS 微机控制汽车、机车等交通运输工具 运输、包装及工程用机电一体化产品 数控包装机械及系统 数控运输机械及工程机械设备 自动仓库 储存、销售用机电一体化产品 自动空调与制冷系统及设备 自动称量、分选、销售及现金处理系统 自动化办公设备 社会服务性机电一体化产品 动力、医疗、环保及公共服务自动化设备 文教、体育、娱乐用机电一体化产品 微机或数控型耐用消费品 家庭用机电一体化产品 炊事自动化机械 家庭用信息、服务设备 测试设备 科研及过程控制用机电一体化产品 控制设备 信息处理系统 农、林、牧、渔及其它民用机电一体化产品 航空、航天、国防用武器装备等机电一体化产品
一、机电一体化对机械传动的要求 1、高精度 2、快速响应 3、良好的稳定性 二、机械传动系统的特性
转动惯量小 摩擦小 阻尼合适 刚度大 抗振性能好 间隙小
转动惯量大会是机械负载增大、系统响应性能变慢、灵敏度降低、固有频率下降， 容易谐振。同时，使电气驱动部件谐振频率降低，阻尼增大。 阻尼越大，最大振幅越小，衰减越快。但定位精度降低，易产生爬行；稳态误差大， 精度降低。 刚度大，失动量小。提高刚度可增加闭环系统的稳定性。
5 伺服传动技术
伺服传动包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置常见的伺服驱动系统主要 有电气伺服（如步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机等）和液压伺服（如液 压马达、脉冲油缸等）两类。
6 系统总体技术
机电一体化系统是一个技术综合体，它利用系统总体技术将各有关技术协调配合、 综合运用而达到整体系统的最佳化。
机电一体化系统设计
机电一体化构成要素
机电一体化系统设计(最终版)ppt课件
2020/4/11
电力拖动
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第三节 机电一体化的相关技术
机械技术（精密机械技术）
是机电一体化的基础。机电一体化的机械产 品与传统的机械产品的区别在于：机械结构 更简单、机械功能更强、性能更优越。
机械技术的出发点在于如何与机电一体化技 术相适应，利用其他高新技术来更新概念， 实现结构、材料、性能以及功能上的变更。
现代机械：以力学、电子学、计算机学、控制 论、信息论等为理论基础，以经验、机、电、 计算机、传感与测试等技术为实践基础。
机械：强度高、输出功率大、承载大载荷；实 现微小复杂运动难。
电子：可实现复杂的检测和控制；但无法实现 重载运动。
202的定义
机电一体化是在以机械、电子技术和计算 机科学为主的多门学科相互渗透、相互结 合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴 边缘技术学科。
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电力拖动
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第四节 机电一体化系统的 基本功能要素
接口
将各要素或子系统连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。
其基本功能主要有三个：变换、放大、传 递
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电力拖动
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第五节 本课程的目的和要求
本课程的目的和要求
第三节 机电一体化的相关技术
自动控制技术
自动控制技术的目的在于实现机电一体化 系统的目标最佳化。 机电一体化系统中的自动控制技术主要包 括位置控制、速度控制、最优控制、自适 应控制、模糊控制、神经网络控制等。
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电力拖动
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第三节 机电一体化的相关技术
伺服驱动技术
伺服驱动技术就是在控制指令的指挥下， 控制驱动元件，使机械的运动部件按照指 令要求运动，并具有良好的动态性能。 常见的伺服驱动系统主要有电气伺服和液 压伺服。
机电一体化系统设计PPT
四、系统论、控制论和信息论的相互关系 系统论、
信息论研究的是如何认识信息和度量信息。 而系统论和控制论是研究如何利用信息，系统 论是利用信息来实现系统最优化，控制论是利 用信息来实现系统的有目的最佳控制。
1.5.2 关键技术（技术构成） 关键技术（技术构成）
1、机械技术 、
数控机床、机器人、自动生产设备 生产用机电一体化产品和系统 柔性生产单元、自动组合生产单元 FMS、无人化工厂、CIMS 微机控制汽车、机车等交通运输工具 运输、包装及工程用机电一体化产品 数控包装机械及系统 数控运输机械及工程机械设备 自动仓库 储存、销售用机电一体化产品 自动空调与制冷系统及设备 自动称量、分选、销售及现金处理系统 自动化办公设备 社会服务性机电一体化产品 动力、医疗、环保及公共服务自动化设备 文教、体育、娱乐用机电一体化产品 微机或数控型耐用消费品 家庭用机电一体化产品 炊事自动化机械 家庭用信息、服务设备 测试设备 科研及过程控制用机电一体化产品 控制设备 信息处理系统 农、林、牧、渔及其它民用机电一体化产品 航空、航天、国防用武器装备等机电一体化产品
机电一体化技术只是将计算机作为核心部件应用，目 的是提高和改善系统性能。计算机在机电一体化系统中 的应用仅仅是计算机应用技术的一部分，它还可以在办 公、管理及图像处理等方面得到广泛应用。机电一体化 技术研究的是机电一体化系统，而不是计算机应用本身。
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
D、节约能源
• 机电一体化的产品 ， 可以节约材料、 节约 机电一体化的产品， 可以节约材料 、
能源。 能源。例如： • 我国目前各类电风扇的调整器为电磁机械 式 ， 如果用电子式调整器每年全国可节约 电600万度； 600万度； • 汽油机电子点火； • 液压挖掘机电子节能。
机电一体化系统总体设计 ppt课件
• 总体设计报告要突出设计重点，将所设计系统的特点阐述 清楚，同时应列出所采取的措施及注意事项。
• 总体设计给具体设计规定了总的基本原理、原则和布局， 指导具体设计的进行;而具体设计则是在总体设计基础上 进行的具体化。具体设计不断地丰富和修改总体设计，两
者相辅相成，有机结合。因此，只有把总体设计和系统的 观点贯穿于产品开发的过程，才能保证最后的成功。
2.2 机电一体化系统原理方案设计
• 机电一体化系统原理方案设计是整个总体设计的关键，是 具有战略性和方向性的设计工作。
• 在机电一体化系统原理方案设计中，常用的方法有功能分 析设计法、创造性方法、评价与决策方法、商品化设计思 想及方法、变型产品设计中的模块化方法和相似产品系列 设计方法等。
2.2.1 机电一体化系统原理方案设计步骤
功
物料 能量 信息
总功能
物料 能量 信息
能 分
分功能1
分功能2
分功能3
解
分功能4
模
分功能21
分功能22
分功能23
型
......
分功能…
分功能…
分功能…
• (1)功能元在机电一体化系统设计中常用的基本功能元有 物理功能元、逻辑功能元和数学功能元。
• 1)物理功能元。它反映系统中能量、物料、信号变化的物 理基本动作，常用的有转变-复原、放大-缩小、合并-分 离、传导-绝缘、存储-提取。(常用的五种物理功能元)
2.2.2.3 求解功能元(分功能)
• 功能元的原理解法是通过物理作用和作用件确定的。现在 的任务是，寻找实现各个分功能的物理作用，即求得功能 元的原理解，通常有下述几种求解方法。
• (1)直觉法 • 直觉法是设计师凭借个人的智慧、经验和创造能力，充分
• 总体设计给具体设计规定了总的基本原理、原则和布局， 指导具体设计的进行;而具体设计则是在总体设计基础上 进行的具体化。具体设计不断地丰富和修改总体设计，两
者相辅相成，有机结合。因此，只有把总体设计和系统的 观点贯穿于产品开发的过程，才能保证最后的成功。
2.2 机电一体化系统原理方案设计
• 机电一体化系统原理方案设计是整个总体设计的关键，是 具有战略性和方向性的设计工作。
• 在机电一体化系统原理方案设计中，常用的方法有功能分 析设计法、创造性方法、评价与决策方法、商品化设计思 想及方法、变型产品设计中的模块化方法和相似产品系列 设计方法等。
2.2.1 机电一体化系统原理方案设计步骤
功
物料 能量 信息
总功能
物料 能量 信息
能 分
分功能1
分功能2
分功能3
解
分功能4
模
分功能21
分功能22
分功能23
型
......
分功能…
分功能…
分功能…
• (1)功能元在机电一体化系统设计中常用的基本功能元有 物理功能元、逻辑功能元和数学功能元。
• 1)物理功能元。它反映系统中能量、物料、信号变化的物 理基本动作，常用的有转变-复原、放大-缩小、合并-分 离、传导-绝缘、存储-提取。(常用的五种物理功能元)
2.2.2.3 求解功能元(分功能)
• 功能元的原理解法是通过物理作用和作用件确定的。现在 的任务是，寻找实现各个分功能的物理作用，即求得功能 元的原理解，通常有下述几种求解方法。
• (1)直觉法 • 直觉法是设计师凭借个人的智慧、经验和创造能力，充分
机电一体化系统设计课件
机械传动系统设计
选择合适的传动方式
根据工作需求和条件，选择合适的传 动方式，如齿轮传动、带传动、链传 动等。
确定传动装置的参数
根据机械系统的功率、转速和运动特 性，确定传动装置的参数，如齿轮模 数、带轮直径等。
优化传动装置的结构
在满足功能和可靠性的前提下，优化 传动装置的结构，降低制造成本和维 护成本。
控制系统的基本概念是指通过一定的 控制手段，使被控对象根据设定的目 标进行运作的系统。
控制系统的组成
控制系统的分类
根据不同的分类标准，控制系统可以 分为开环控制系统和闭环控制系统、 连续控制系统和离散控制系统等。
控制系统通常由控制器、受控对象、 执行机构和反馈回路等部分组成。
控制系统设计方法
系统工程方法
考虑传动装置的安装和维修
在设计传动装置时，应考虑其安装和 维修的便利性，以确保机械系统的长 期稳定运行。
机械结构设计
确定机械结构的基本布局 根据机械系统的功能和使用要求 ，确定合理的机械结构基本布局 。
进行结构优化 在满足功能和可靠性的前提下， 对机械结构进行优化，降低制造 成本和维护成本。
设计关键零部件
数控机床的机电一体化设计特点
数控机床的机电一体化设计主要体现在数字化控 制技术的应用上，包括高精度定位、高速切削、 高刚性结构等。
工业机器人的机电一体化设计
工业机器人概述
01
工业机器人是一种自动化生产设备，能够实现高效、精准、快
速的作业。
工业机器人的组成
02
工业机器人由机械臂、控制系统、伺服系统等部分组成，各部
机电一体化的发展历程与趋势
总结词
发展与展望
详细描述
机电一体化技术的发展经历了多个阶段，从最初的简单机械与电气组合，到计算机控制 和可编程逻辑控制器的出现，再到现代的智能制造和物联网技术，其发展历程体现了技 术与工业需求的不断进步。未来，随着人工智能、大数据等新技术的融合，机电一体化
机电一体化系统设计课件(PPT51张)
真题解析——选择题
（ 05、4 ）1、主要用于系统中各级间的信息传递 的模块称为【 】 B A．软件模块 C．通信模块 B．接口模块 D．驱动模块
（ 04、4 ）1．由计算机网络将计算机辅助设计、 计算机辅助规划、计算机辅助制造联接成的系统称
为【 】
D
A．顺序控制系统 C．柔性制造系统
真题解析——选择题
（ 12、4 ）1．用于承载、传递力和运动的模块是
【 】A
A．机械受控模块 C．接口模块 B．驱动模块 D． 微计算机模块
（ 09、4 ）1．系统中用于提供驱动力改变系统运 行状态，产生所希望运动的模块称为 【 】 A A．驱动模块 B．接口模块 C .微计算机模块 D．测量模块
B．自动引导车系统 D． 计算机集成制造系统
真题解析——选择题
（ 03、4 ）1.将计算机数控机床、工业机器人以 及自动引导车联接起来的系统称( C ) A.顺序控制系统 B.计算机集成制造系统 C.柔性制造系统 D.伺服系统 （ 02、4 ）1.受控变量是机械运动的一种反馈控 制系统称( A.顺序控制系统 D.工业机器人 )B B.伺服系统 C.数控机床
1.2 典型机电一体化系统
工业机器人组成部件：主体结构、终端器、控制器
1.2 典型机电一体化系统
4、自动导引车 自动导引车是另一种形式的移动工业机器人。他能 跟踪编程路径，在工厂内江一个零件从一个地方移动 到另一个地方。
1.2 典型机电一体化系统
5、顺序控制系统 顺序控制系统是按照预先规定的次序完一系列操作 的系统。 根据如何开始和终结操作可分为两类： （1）当某一事件发生时，开始或结束操作的称为事件驱 动顺序控制； （2）在某一时刻或一定时间间隔之后，开始或结束操作 的称为时间驱动顺序控制。
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机电一体化系统设计
自学考试
第一章 概论
1 机电一体化系统的发展及其基本概念 2 典型机电一体化系统
系统结构与模块 3 4 设计依据与评价标准
设计思想与方法 5
设计过程 6
1.1 机电一体化系统的发展及其基本概念
1、机电一体化系统的发展
❖ 1971年日本学者提出——机械与电子的简单结合 （伺服技术）
1.5 设计思想与方法
机电一体化系统设计的思想： ❖ 系统的设计思想
1、并行设计； 2、按系统工程的理论和方法分析处理问题； 3、多学科交叉进行设计； 4、掌握有关各领域信息资料； 5、以达到顾客满意的设计目标和评价标准为系统 设计的最终目标。
1.5 设计思想与方法
机和电融合的设计思想 如何处理”机”与”电”的关系？ （1）替代机械系统 （2）简化机械系统 （3）增强机械系统 （4）综合机械系统
❖ 本书主要讨论的是线性、定常、确定性、动态系统。
（ 2）机电一体化（Mechatronics)
❖ （2）机电一体化 Mechatronics=Mechanics+Electronics
❖ 涵义是机械与电子的集成技术。机电一体化是微 电子技术、信息技术的快速发展并向传统机械产品渗 透和融合的结果。
3、工业机器人 它是另一类数控机器。它是可编程多自由度
的，用来通过一系列动作，搬运物料、零件、工 具，或者其他装置，以实现给定的任务。
功能：移动零件、加载NC机床、操作压铸 机、装配产品、焊接、喷漆、打毛刺、以及包装等功能。
1.2 典型机电一体化系统
工业机器人组成部件：主体结构、终端器、控制器
1.2 典型机电一体化系统
特点：体积和质量小、成本和能耗低、集 成度和智能化程度高。
1.3 系统结构与模块
现场
控制模块
驱动模块
测量模块
机械受控模块
环境
设计原则
1、机械受控模块
代表系统的机械结构，又称为执行模块
考虑刚度和强 度精度、惯量、 阻尼、最小和 外形美观灯设 计原则
输入：驱动模 块和环境； 输出：测量模 块接收，并转 化为电信号
设计文件主要包括：（1）产品的全套图样
（2）产品零件明细表、备件表和装箱单
和检验
（3）产品使用说明书、维护说明书、检验标准
方法说明书等
真题解析——选择题
❖ （ 13、7 ）(08、4)1、利用预先决定的指令控制 一系列加工作业的系统成为【 D 】
❖ A．自动引导车 B．伺服系统 ❖ C．工业机器人 D．数控系统 ❖ （ 13、4 ）1.系统的输入输出满足线性叠加原理
答案：
11、非线性时变系统是指随时间变化的并且不满足线性叠加原理 的系统。
12、机械受控模块又称为执行模块，包含机械传动、支承和支座 等，其主要作用是承载、传递力和运动，同时也起着外观、 造型和防护作用。
真题解析——问答题
（ 12、4 ） ❖ 11．伺服系统的工作特点是什么? ❖ 12．简述通信模块及接口模块的作用。
行状态，产生所希望运动的模块称为 【 】
A
❖ A．驱动模块
B．接口模块
❖ C .微计算机模块 D．测量模块
真题解析——选择题
（ 07、4 ）
1．受控变量是机械运动，如位置、速度及加速度
的一种反馈控制系统称为 【B 】
❖ A．数控机床
B．伺服系统
❖ C．自动导引车 D．顺序控制系统
❖ （ 06、4 ）．有伺服放大器、执行机构、传动装
的系统称为 【 A 】 ❖ A．线性系统 B．时变系统 ❖ C．定常系统 D．随机系统
真题解析——选择题
❖ （ 11、4 ）1、负责系内部个模块之间信息传递 的模块称为【 C 】
❖ A．软件模块 B．接口模块 ❖ C．通信模块 D．驱动模块 ❖ （ 10、4 ）1. 在系统中负责处理由测量模块和接
4、自动导引车 自动导引车是另一种形式的移动工业机器人。他能
跟踪编程路径，在工厂内江一个零件从一个地方移动 到另一个地方。
1.2 典型机电一体化系统
5、顺序控制系统 顺序控制系统是按照预先规定的次序完一系列操作
的系统。
根据如何开始和终结操作可分为两类： （1）当某一事件发生时，开始或结束操作的称为事件驱
承载、传递力 和运动，也有 外观、造型和 防护的作用。
输入输出
功能
2、测量模块
功能：采集有关系统状态和行为的信息； 组成：由传感器、调理电路、变换电路组成 输入：确定机械受控模块性能的物理变量，如：压力、
位移、速度等； 输出：被测量的特征值，如：电压、电流、相位等；
设计要求：不失真地反映被测物理量的时间变化曲线。 包含分辨率、精度、线性范围、动态响应特性等指标。
通信模块 通讯模块功能是传递信息，实现系统内部、外部，
近程、远程通信。 实现的方法有：有线和无线
4、控制模块
微计算机模块 作用：在系统中负责处理由测量模块和接口模块提
供的信息。 输入参数：被测量的反馈量和与系统运行有关的设
定参数 输出：一部分决定驱动模块的工作状态；另一部分
供给接口模块的信息 设计要求：取决于原始的系统功能。
注重创新的设计思想
1.6 设计过程
机电一体化产品的设计流程如图1-15：
1.6 设计过程
1、市场调研、需求分析和技术预测 以设计模具加工中心为例，调研的主要内容：
（1）现有的模具技术 （2）现代模具加工装备的结构形式 （3）用户对开发设计新型模具加工中心的意见
和要求 （4）市场情况 （5）发展趋势
❖ （3）机电一体化系统 机电一体化系统是按照机电一体化方法设计出来
的机械与电子紧密结合的产品或制造系统。 即机电一体化系统应包括机电表体化产品和机电
一体化制造系统。
（ 2）机电一体化（Mechatronics)
核心技术： 精密机械技术、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。
❖ C.柔性制造系统
D.伺服系统
❖ （ 02、4 ）1.受控变量是机械运动的一种反馈控
制系统称(
)B
❖ A.顺序控制系统 B.伺服系统
C.数控机床
D.工业机器人
真题解析——问答题
（ 13、7 ） ❖ 11．简述典型机电一体化系统中微计算机模块的定
义与功能。 ❖ 12．简述机电一体化设计，“简化机械系统”的设
机辅助规划以及计算机辅助制造，统一连接成一个大 系统，实现了全工厂的自动化。
1.2 典型机电一体化系统
7、微机电系统 微机电系统（MEMS）是电子和机械元件相结
合的微装置或系统，采用与集成电路兼容的批加 工技术制造，尺寸可以从毫米到微米量级范围变 化。这些系统结合传感和执行功能并进行运算处 理，改变了我们感知和控制物理世界的方式。
答案：
11、伺服系统又称为随动系统，是一种反馈控制系统，受控变量 是机械运动，如位置、速度及加速度的一种反馈控制系统
12、通讯模块功能是传递信息，实现系统内部、外部，近程、远 程通信。接口模块主要用于系统中各级间的信息传递
真题解析——问答题
（ 11、4 ） ❖ 11．机电一体化产品设计中需要贯彻哪些设计思想？ ❖ 12．简述典型机电一体化系统中测量模块的功能及
4A革命 ❖ 机电一体化系统被广泛应用于工厂自动化、办公自
动化、家庭自动化以及社会服务自动化（4A革命）等 各种自动化环境条件下中。
（4）系统数学模型 ❖ 经典控制理论：传递函数 ❖ 现代控制理论：状态空间方程
1.2 典型机电一体化系统
❖ 典型的机电一体化系统包括： ❖ 机械手关节伺服系统； ❖ 数控机床； ❖ 工业机器人； ❖ 自动导引小车； ❖ 顺序控制系统； ❖ 数控自动制造系统； ❖ 微机电系统。
1.2 典型机电一体化系统
1、机械手关节伺服系统 伺服系统（Servo system）：又称作随动系统，它
的受控变量是机械运动，如位置、速度及加速度。
1.2 典型机电一体化系统
2、数控机床 通过数字控制系统控制加工过程的机床。它是一种利
用预先决定的指令控制一系列加工作业的系统。
1.2 典型机电一体化系统
口模块提供信息的模块称 【 D】 ❖ A．软件模块 B．通信模块 ❖ C．驱动模块 D．微计算机模块
真题解析——选择题
❖ （ 12、4 ）1．用于承载、传递力和运动的模块是 【 】A
❖ A．机械受控模块 B．驱动模块
❖ C．接口模块 D． 微计算机模块
❖ （ 09、4 ）1．系统中用于提供驱动力改变系统运
计思想。
答案： 11、微计算机模块在系统中负责处理由测量模块和接
口模块提供的信息。 12、机械系统可采用机电一体化方法加以简化。依靠
微计算机和执行器可以提供诸如轮廓、速度以及定 位控制任务的功能。
真题解析——问答题
（ 13、4 ） ❖ 11．什么是非线性时变系统？ ❖ 12．简述机械受控模块的定义与功能
置等组成的模块称
【A 】
❖ A．机械结构模块 B．测量模块
❖ C．驱动模块
D．接口模块
真题解析——选择题
❖ （ 05、4 ）1、主要用于系统中各级间的信息传递 的模块称为【 】 B
❖ A．软件模块 B．接口模块 ❖ C．通信模块 D．驱动模块 ❖ （ 04、4 ）1．由计算机网络将计算机辅助设计、
1.6 设计过程
3、可行性分析
从理论、技术和经济是三个方面评估。
4、编制设计任务书
5、初步设计——方案设计
工作内容（1）划分模块和子模块
（2）提出实现每个模块功能的技术方案
（3）对提出的方案中所含的主要元器件及其主要参 数进行预选和粗算。
6、方案设计评估与优化
7、详细设计和参数核算
自学考试
第一章 概论
1 机电一体化系统的发展及其基本概念 2 典型机电一体化系统
系统结构与模块 3 4 设计依据与评价标准
设计思想与方法 5
设计过程 6
1.1 机电一体化系统的发展及其基本概念
1、机电一体化系统的发展
❖ 1971年日本学者提出——机械与电子的简单结合 （伺服技术）
1.5 设计思想与方法
机电一体化系统设计的思想： ❖ 系统的设计思想
1、并行设计； 2、按系统工程的理论和方法分析处理问题； 3、多学科交叉进行设计； 4、掌握有关各领域信息资料； 5、以达到顾客满意的设计目标和评价标准为系统 设计的最终目标。
1.5 设计思想与方法
机和电融合的设计思想 如何处理”机”与”电”的关系？ （1）替代机械系统 （2）简化机械系统 （3）增强机械系统 （4）综合机械系统
❖ 本书主要讨论的是线性、定常、确定性、动态系统。
（ 2）机电一体化（Mechatronics)
❖ （2）机电一体化 Mechatronics=Mechanics+Electronics
❖ 涵义是机械与电子的集成技术。机电一体化是微 电子技术、信息技术的快速发展并向传统机械产品渗 透和融合的结果。
3、工业机器人 它是另一类数控机器。它是可编程多自由度
的，用来通过一系列动作，搬运物料、零件、工 具，或者其他装置，以实现给定的任务。
功能：移动零件、加载NC机床、操作压铸 机、装配产品、焊接、喷漆、打毛刺、以及包装等功能。
1.2 典型机电一体化系统
工业机器人组成部件：主体结构、终端器、控制器
1.2 典型机电一体化系统
特点：体积和质量小、成本和能耗低、集 成度和智能化程度高。
1.3 系统结构与模块
现场
控制模块
驱动模块
测量模块
机械受控模块
环境
设计原则
1、机械受控模块
代表系统的机械结构，又称为执行模块
考虑刚度和强 度精度、惯量、 阻尼、最小和 外形美观灯设 计原则
输入：驱动模 块和环境； 输出：测量模 块接收，并转 化为电信号
设计文件主要包括：（1）产品的全套图样
（2）产品零件明细表、备件表和装箱单
和检验
（3）产品使用说明书、维护说明书、检验标准
方法说明书等
真题解析——选择题
❖ （ 13、7 ）(08、4)1、利用预先决定的指令控制 一系列加工作业的系统成为【 D 】
❖ A．自动引导车 B．伺服系统 ❖ C．工业机器人 D．数控系统 ❖ （ 13、4 ）1.系统的输入输出满足线性叠加原理
答案：
11、非线性时变系统是指随时间变化的并且不满足线性叠加原理 的系统。
12、机械受控模块又称为执行模块，包含机械传动、支承和支座 等，其主要作用是承载、传递力和运动，同时也起着外观、 造型和防护作用。
真题解析——问答题
（ 12、4 ） ❖ 11．伺服系统的工作特点是什么? ❖ 12．简述通信模块及接口模块的作用。
行状态，产生所希望运动的模块称为 【 】
A
❖ A．驱动模块
B．接口模块
❖ C .微计算机模块 D．测量模块
真题解析——选择题
（ 07、4 ）
1．受控变量是机械运动，如位置、速度及加速度
的一种反馈控制系统称为 【B 】
❖ A．数控机床
B．伺服系统
❖ C．自动导引车 D．顺序控制系统
❖ （ 06、4 ）．有伺服放大器、执行机构、传动装
的系统称为 【 A 】 ❖ A．线性系统 B．时变系统 ❖ C．定常系统 D．随机系统
真题解析——选择题
❖ （ 11、4 ）1、负责系内部个模块之间信息传递 的模块称为【 C 】
❖ A．软件模块 B．接口模块 ❖ C．通信模块 D．驱动模块 ❖ （ 10、4 ）1. 在系统中负责处理由测量模块和接
4、自动导引车 自动导引车是另一种形式的移动工业机器人。他能
跟踪编程路径，在工厂内江一个零件从一个地方移动 到另一个地方。
1.2 典型机电一体化系统
5、顺序控制系统 顺序控制系统是按照预先规定的次序完一系列操作
的系统。
根据如何开始和终结操作可分为两类： （1）当某一事件发生时，开始或结束操作的称为事件驱
承载、传递力 和运动，也有 外观、造型和 防护的作用。
输入输出
功能
2、测量模块
功能：采集有关系统状态和行为的信息； 组成：由传感器、调理电路、变换电路组成 输入：确定机械受控模块性能的物理变量，如：压力、
位移、速度等； 输出：被测量的特征值，如：电压、电流、相位等；
设计要求：不失真地反映被测物理量的时间变化曲线。 包含分辨率、精度、线性范围、动态响应特性等指标。
通信模块 通讯模块功能是传递信息，实现系统内部、外部，
近程、远程通信。 实现的方法有：有线和无线
4、控制模块
微计算机模块 作用：在系统中负责处理由测量模块和接口模块提
供的信息。 输入参数：被测量的反馈量和与系统运行有关的设
定参数 输出：一部分决定驱动模块的工作状态；另一部分
供给接口模块的信息 设计要求：取决于原始的系统功能。
注重创新的设计思想
1.6 设计过程
机电一体化产品的设计流程如图1-15：
1.6 设计过程
1、市场调研、需求分析和技术预测 以设计模具加工中心为例，调研的主要内容：
（1）现有的模具技术 （2）现代模具加工装备的结构形式 （3）用户对开发设计新型模具加工中心的意见
和要求 （4）市场情况 （5）发展趋势
❖ （3）机电一体化系统 机电一体化系统是按照机电一体化方法设计出来
的机械与电子紧密结合的产品或制造系统。 即机电一体化系统应包括机电表体化产品和机电
一体化制造系统。
（ 2）机电一体化（Mechatronics)
核心技术： 精密机械技术、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。
❖ C.柔性制造系统
D.伺服系统
❖ （ 02、4 ）1.受控变量是机械运动的一种反馈控
制系统称(
)B
❖ A.顺序控制系统 B.伺服系统
C.数控机床
D.工业机器人
真题解析——问答题
（ 13、7 ） ❖ 11．简述典型机电一体化系统中微计算机模块的定
义与功能。 ❖ 12．简述机电一体化设计，“简化机械系统”的设
机辅助规划以及计算机辅助制造，统一连接成一个大 系统，实现了全工厂的自动化。
1.2 典型机电一体化系统
7、微机电系统 微机电系统（MEMS）是电子和机械元件相结
合的微装置或系统，采用与集成电路兼容的批加 工技术制造，尺寸可以从毫米到微米量级范围变 化。这些系统结合传感和执行功能并进行运算处 理，改变了我们感知和控制物理世界的方式。
答案：
11、伺服系统又称为随动系统，是一种反馈控制系统，受控变量 是机械运动，如位置、速度及加速度的一种反馈控制系统
12、通讯模块功能是传递信息，实现系统内部、外部，近程、远 程通信。接口模块主要用于系统中各级间的信息传递
真题解析——问答题
（ 11、4 ） ❖ 11．机电一体化产品设计中需要贯彻哪些设计思想？ ❖ 12．简述典型机电一体化系统中测量模块的功能及
4A革命 ❖ 机电一体化系统被广泛应用于工厂自动化、办公自
动化、家庭自动化以及社会服务自动化（4A革命）等 各种自动化环境条件下中。
（4）系统数学模型 ❖ 经典控制理论：传递函数 ❖ 现代控制理论：状态空间方程
1.2 典型机电一体化系统
❖ 典型的机电一体化系统包括： ❖ 机械手关节伺服系统； ❖ 数控机床； ❖ 工业机器人； ❖ 自动导引小车； ❖ 顺序控制系统； ❖ 数控自动制造系统； ❖ 微机电系统。
1.2 典型机电一体化系统
1、机械手关节伺服系统 伺服系统（Servo system）：又称作随动系统，它
的受控变量是机械运动，如位置、速度及加速度。
1.2 典型机电一体化系统
2、数控机床 通过数字控制系统控制加工过程的机床。它是一种利
用预先决定的指令控制一系列加工作业的系统。
1.2 典型机电一体化系统
口模块提供信息的模块称 【 D】 ❖ A．软件模块 B．通信模块 ❖ C．驱动模块 D．微计算机模块
真题解析——选择题
❖ （ 12、4 ）1．用于承载、传递力和运动的模块是 【 】A
❖ A．机械受控模块 B．驱动模块
❖ C．接口模块 D． 微计算机模块
❖ （ 09、4 ）1．系统中用于提供驱动力改变系统运
计思想。
答案： 11、微计算机模块在系统中负责处理由测量模块和接
口模块提供的信息。 12、机械系统可采用机电一体化方法加以简化。依靠
微计算机和执行器可以提供诸如轮廓、速度以及定 位控制任务的功能。
真题解析——问答题
（ 13、4 ） ❖ 11．什么是非线性时变系统？ ❖ 12．简述机械受控模块的定义与功能
置等组成的模块称
【A 】
❖ A．机械结构模块 B．测量模块
❖ C．驱动模块
D．接口模块
真题解析——选择题
❖ （ 05、4 ）1、主要用于系统中各级间的信息传递 的模块称为【 】 B
❖ A．软件模块 B．接口模块 ❖ C．通信模块 D．驱动模块 ❖ （ 04、4 ）1．由计算机网络将计算机辅助设计、
1.6 设计过程
3、可行性分析
从理论、技术和经济是三个方面评估。
4、编制设计任务书
5、初步设计——方案设计
工作内容（1）划分模块和子模块
（2）提出实现每个模块功能的技术方案
（3）对提出的方案中所含的主要元器件及其主要参 数进行预选和粗算。
6、方案设计评估与优化
7、详细设计和参数核算