1.3 机电一体化典型设备简介

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四、机电一体化的共性关键技术及发展方向
机电一体化技术的共性关键技术: 1.精密机械技术 2.传感检测技术 3.信息处理技术 4.伺服驱动技术 5.自动控制技术 6.接口技术 7.系统总体技术
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1.精密机械技术 （研究对象：机械本体和执行装置）
机械技术是关于机械机构及利用机构传递运动的技术 精密机械技术是机电一体化的基础 机械技术的着眼点在于如何与机电一体化的技术相适 应，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足减轻 重量、缩小体积、提高精度、提高刚度、改善性能的 要求。
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五大要素之间的关系
机电一体化产品的五大构成要素在工作 中各司其职，互相补充、互相协调，共 同完成所规定的功能。 在结构上，各组成要素通过各种接口及 相关软件有机地结合在一起，构成一个 内部合理匹配、外部效能最佳的完整产 品。
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机电一体化系统是比较复杂的，有时某 些构成要素是复合在一起的。 构成机电一体化系统的几个部分并不是 并列的： 首先，机械部分是主体 其次，机电一体化的核心是电子技术（ 微电子技术和电力电子技术）
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动力系统
按照系统控制要求，为系统提供能量和 动力，驱动执行机构完成预定主功能。 根据动力源的不同，可分为液压式、气 压式、电气式等类型。 追求目标：高效率、快速响应特性、高 适应性和可靠性。
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传感与检测系统
在系统运行中对系统本身和外界环境的 各种参数及状态进行检测，并把被检测 信号转换成可用的输出信号（电压、电 流、频率和脉冲等），为信息处理及控 制系统提供所需信息。 组成：传感器和信号检测电路。 追求目标：高精度、抗干扰、环境适应 性强、体积小、安装维护容易。
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⑤信息控制类
信息控制类主要产品为电报机、磁盘存储器、磁 带录像机、录音机以及复印机、传真机等办公自 动化设备。其主要特点为执行机构的动作完全由 所接收的信息类控制。
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3）按机电结合程度 功能附加型 功能替代型 机电融合型
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①功能附加型
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，性能得到适当提高 比如经济型数控机床、电子秤、数显量具、全自 动洗衣机
其主要组成是：曳引机构、轿厢、导轨、驱动控制系统和安全保 护装置。
电梯分类：
（1）按用途分有客梯、货梯、客货两用梯、医用梯、 杂物梯、消防梯等。 （2）按曳引电动机分有交流电梯、直流电梯和液压 电梯等。 （3）按传动机械分 有齿轮电梯（带蜗轮减速机） 和无齿轮电梯（曳引轮和制动轮直接固定于电动机轴 上）。
小结
本章通过对机电一体化的基本概念介绍， 详细讲解了机电一体化系统的基本组成 和分类，重点强调机电一体化的理论基 础与关键技术，熟悉并了解机电一体化 的优点和效益和机电一体化的发展状况 和发展趋势
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智能洗衣机
蛋黄派生产线
电热水器
汽车
GPS导航仪 电动刮雨器 汽车ABS系统 电动门窗 汽车配件生产设备等
CT机
火星探测器
起重运输机械
用以升降、输送物或人的机械设 备的总称
常用起重运输机械
1.电动葫芦
2.桥式起重机
大车、小车、 橡胶带、机头 和机尾卷筒及 驱动装置等
3.带式输送机
4.电梯
系统总体技术就是从整体目标出发，用系统的观点和 方法，将机电一体化产品的总体功能分解成若干功能 单元，找出能够完成各个功能的可能技术方案，再把 功能与技术方案组合成方案组进行分析、评价，综合 优选出适宜的功能技术方案。 在系统总体技术中，对于子系统间的矛盾或子系统和 系统整体之间的矛盾都要从总体协调的需要来选择解 决方案。 系统总体技术除考虑优化设计外，还包括可靠性设计、 标准化设计、系列化设计、造型设计等。
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2、机电一体化的含义
1981年“日本机械振兴协会经济研究所” 对机电一体化的解释： “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”
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基本的特征 机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机 械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机 技术、信息技术、传感测试技术、电力电子技 术、接口技术、信号变换技术以及软件编程技 术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织 结构目标，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。
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3.信息处理技术 （研究对象：信息处理与控制系统）
信息处理技术是指信息的输入、识别、变换、运算、 存储、输出和决策分析等技术。 实现信息处理的主要工具是计算机。 机电系统中主要采用：可编程控制器，单片机，总线 式工业控制机，分布式计算机测控系统等进行信息处 理。
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4.伺服驱动技术 （研究对象：动力系统）
伺服驱动技术主要是指机电一体化产品中的执行元件 和驱动装置设计中的技术问题，它涉及设备执行操作 的技术，对所加工产品的质量具有直接的影响。 执行元件有三大类：利用电能的电动机、利用液压能 的液压驱动装置和利用气压能的气压驱动装置
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5.自动控制技术 （研究对象：控制系统）
自动控制是在没有人直接参与的情况下，通过控制器 使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。 自动控制理论基础是自动控制原理（经典控制理论、 现代控制理论和智能控制理论）。 自动控制技术就是在此理论指导下对具体控制系统进 行设计，并进行系统仿真及现场调试，使系统可靠地 投入运行。 自动控制技术目的：实现机电一体化系统的目标最佳 化 由于控制对象种类繁多，所以控制技术的内容极其丰 富，如速度控制、位置控制、温度控制、压力控制和 姿态控制等。
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②电子设备类
电子设备类主要产品为电火花加工机床、线切割 加工机床、超声波缝纫机和激光测量仪等。其特 点为执行机构是电子装置。
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③机电结合类
机电结合类主要产品为自动探伤机、形状识别装 置和CT扫描仪、自动售货机等。其特点为执行机 构是机械和电子装置的有机结合。
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④电液伺服类
电液伺服类主要产品为机电一体化的伺服装置。 其特点为执行机构是液压驱动的机械装置，控制 机构是接受电信号的液压伺服阀。
机电一体化产品的特点是产品功能的实 现是由所有功能单元共同作用的结果。
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机电一体化产品的分类
1）按用途分类 2）按执行机构不同 数控机械类 电子设备类 机电结合类 电液伺服类 信息控制类
第一章 机电一体化
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① 数控机械类
主要产品为数控机床、工业机器人、发动机控制系 统和自动洗衣机等。其特点为执行机构是机械装置。
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机电一体化技术
机电一体化与机械电气化的区别？
主要区别为:
① 电气机械在设计过程中不考虑或少考虑电器与 机械的内在联系，基本上是根据机械的要求，选用 相应的驱动电机或电气传动装置； ② 机械和电气装置之间界限分明，它们之间的联 结以机械联结为主，整个装置是刚性的；
③ 装置所需的控制以基于电磁学原理的各种电器， 如接触器、继电器等来实现，属强电范畴，其主要 支撑技术是电工技术。
机电一体化产品举例:
1、机械制造及数控设备
2、办公自动化设备 3、机器人
5、自动生产线
6、汽车 7、医疗仪器及设备
4、家用电器
8、航空航天设备等
悬垂线夹
地担
直线杆型
避雷线 横担
导线 绝缘子 防震锤
Biblioteka Baidu
跳线 耐张线夹 拉线 钢筋混凝 土电杆
巡检机器人
地面基站
拉线基础
杆塔基础 耐张杆型
巡检机器人运行模拟图
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2.传感检测技术 （研究对象：传感检测系统）
在机电一体化产品中，工作过程的各种参数、状态以 等都要通过传感器进行接收，并通过相应的信号检测 装置进行测量，然后送入信息处理装置以及反馈给控 制装置，以实现产品工作过程的自动控制。 传感原理、传感材料、加工制造装配技术是传感器开 发的三个重要方面。 传感器的发展进入了集成化、智能化研究阶段。
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三、机电一体化系统的组成
一个较完善的机电一体系统一般包括以 下五大基本要素： • 机械本体 • 动力系统传感检测单元 • 执行装置 传感与检测系统 信息处理及控制系统
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五大构成要素与五大功能
动力 系统
动力 功能
传感 检测 系统
信息处 理及控 制系统
执行 装置
检测 功能
控制 功能
主功 能
机械 本体
构造 功能
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从机电一体化系统的功能看，人体是机电一体化 系统理想的参照物。
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人体五大要素与机电一体化产品五大要素 的对应关系
动力 系统
(内脏)
(感官)
传感 检测 系统
信息处 理及控 制系统
执行 装置
(手足)
(大脑)
机械 本体
(骨骼)
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机械本体 用于支撑和连接其他要素，是机电系统 必要的组成部分。包括机身、床身、壳 体等。 追求目标：通过采用新工艺、新材料、 新结构，达到高效、可靠、节能、小型、 轻量、美观等要求。 机械系统开发的重点是模块化、标准化、 系列化
1.3
机电一体化典型设备简介
2017年2月22日
星期三
1.3.1 机电一体化概述
一、机电一体化的基本概念
1、机电一体化名称的由来
Mechatronics = Mechanics + Electronics
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Mechatronics
1971年，日本《机械设计》杂志副刊 1976年，一种以广告为主，专门刊载“机 电一体化”新产品的杂志《Mechatronics Design News》在日本正式发行。 80年代中期，“Mechatronics”开始在欧美 各地使用，这个日本人创造的英文单词开 始在世界范围内得到普遍承认和接受。
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6.接口技术 （研究对象：各构成要素之间的接口）
从系统外部看，输入/输出是系统与人、环境或其它系统 之间的接口； 从系统内部看，机电一体化系统是通过许多接口将各组 成要素的输入/输出联系成一体的系统。 因此，各要素及各子系统之间的接口性能就成为综合系 统性能好坏的决定性因素。
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7.系统总体技术 （研究对象：整个机电系统）
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信息处理及控制系统
接受传感与检测系统反馈的信息，并对 其进行相应处理、运算、决策，根据处 理结果，按照一定的规则发出相应的控 制信号，控制整个系统按要求实现有序 地运行。 它是机电一体化系统的核心单元，由硬 件和软件及相应接口组成。 追求目标：高可靠性、高速、抗干扰能 力强
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执行装置
根据控制系统的控制信息和指令，实现 产品的主功能。 执行装置一般是运动部件，常采用机、 电、液、气动等机构。 执行装置因机电一体化产品的种类和作 业对象不同而有较大的差异。
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机电一体化的发展方向
机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、 信息等多学科的交叉融合，它的发展和进步依赖并促 进相关技术的发展和进步。因此，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．人格化 7. 自适应化
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1.3.2 机电一体化典型设备简介
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由此而产生的功能系统成为一个以微电子技术 为主导，在现代高新技术支持下的机电一体化 系统或机电一体化产品。
机电一体化涵盖“技术”和“产品”两个方面。
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机电一体化技术
机电一体化与机械电气化的区别？ 根本区别:
机电一体化技术是基于各种群体技术有 机融合的一种综合性技术，而不是机械技 术、微电子技术以及其它新技术的简单组 合、拼凑。
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二、机电一体化产品及分类
机电一体化产品不仅是人的体力放大，还是人 的肢体和感官与头脑的延伸，具有“智能化” 的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的 本质差别。
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机电一体化产品既不同于传统的机械产 品，也不同于普通的电子产品，它是机械 系统和微电子系统的有机结合，从而赋予 新功能和性能的一种新产品。
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②功能替代型
主要特征是在采用微电子技术及装置取代原产品 中的机械式控制功能、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。 比如电子缝纫机、自动照相机、电子石英钟、电 子式电话交换机、线切割加工机床、激光手术器 等。
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③机电融合型
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 产品结构紧凑、设计灵活、成本降低。 比如传真机、复印机、摄像机、磁盘驱动器、 CNC数控机床