机电一体化典型设备简介 PPT
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《机电一体化》课件
传感器技术
传感器原理与特性
介绍常见传感器的原理、特性 及应用范围。
传感器信号处理
研究如何将传感器信号转换为 可处理的信息。
智能传感器与MEMS技术
介绍智能传感器和MEMS技术 的最新发展。
传感器在机电一体化中的 应用实例
结合实际案例，介绍传感器在 机电一体化系统中的应用。
03
机电一体化系统设计
系统设计方法
02
机电一体化技术基础
机械技术
机械系统设计
研究如何根据功能需求，设计 出合理的机械结构、传动方式
和机构。
材料力学
研究材料的力学性能，为机械 设计提供材料依据。
制造工艺
涉及机械零件的加工、装配和 检测，确保机械系统的制造精 度。
机械振动与噪声控制
研究如何减小机械系统运行中 的振动和噪声。
电子技术
智能化
机电一体化设备能够根据预设程序或外部信号进 行自主决策和控制。
跨学科性
机电一体化涉及到多个学科领域，需要多方面的 知识和技能。
高效化
机电一体化技术的应用能够提高生产效率、降低 能耗和减少人力成本。
机电一体化的应用领域
工业自动化
在制造业中，机电一体化设备能够实现自动 化生产线、机器人焊接、智能仓储等。
工业机器人的应用范围非常广泛，包括焊接、 装配、搬运、喷涂等领域。
自动化生产线
自动化生产线是将多个机电一体化产品集成在一起，实现生产过程的自动化和智能 化。
自动化生产线通常由输送带、提升机、分拣机、检测设备等组成，其中输送带是主 线，负责将工件从一个工序传输到下一个工序。
自动化生产线的应用范围非常广泛，包括食品、饮料、制药、电子等制造业领域。
机电专业介绍PPT课件
，并能与时俱进 培养业余兴趣爱好，提高幸福感
全面提高学生自身素质
给学生的几点建议 学会与人相处 学会宽容，“海纳百川，有容乃大”，
宽容与否是一个社会能否走向进步、走 向成熟的标志。同样宽容是一个人走向 进步、走向成熟的标志。 掌握好说话与办事的尺度 学会换位思考
全面学习，提升自身涵养，培养高雅情 操
基础课：公共基础课和人文素质类课程 具体有思修、体育、高数、英语、计算
机文化等
专业课：机械技术类课程，电技术类课 程、计算机应用技术类课程组成。
实践类课程
1 、机械技术类课程主要有： 《机械制图与测绘》、《工程力学》、 《机械设计基础》、《材料工艺学》、 《机械制造基础》、《机械加工设备》、 《机械产品精度检测》等。
钻床
铣削过程
1．铸件 2．锻件 3．型材 4．焊接件 5．冲压件 6．粉末冶金件
木模砂型手工造型
金属模砂型机器造型
金属型浇铸法
离心浇铸法 熔模铸造
压力铸造
锻件 模锻
型材 组合毛坯 冲压挤压件
机电专业概况
机电一体化专业人才被国家列为二 十一世纪社会发展最急需的十大专业人 才之一，是就业领域最宽的专业。机电 一体化技术是在机、电、自动控制和检 测、计算机应用等学科相结合的基础上 建立起来的一门综合性应用技术，该主 专业主要培养能进行机电一体化技术应 用，并具有初步设计开发能力的中级工 程技术人才。
由于职业教育有很强的岗位针对性，因 此对高职毕业生来说，以下岗位是目前 我国比较热门的：
（二）机电专业的就业岗位
1、数控机床操作及维修人员：负责数 控机床的操作，编程工艺与组织管理以 及维修。
2、机械产品一线的生产人员：主要是指 产品的在线检测与新产品性能实验，仪
全面提高学生自身素质
给学生的几点建议 学会与人相处 学会宽容，“海纳百川，有容乃大”，
宽容与否是一个社会能否走向进步、走 向成熟的标志。同样宽容是一个人走向 进步、走向成熟的标志。 掌握好说话与办事的尺度 学会换位思考
全面学习，提升自身涵养，培养高雅情 操
基础课：公共基础课和人文素质类课程 具体有思修、体育、高数、英语、计算
机文化等
专业课：机械技术类课程，电技术类课 程、计算机应用技术类课程组成。
实践类课程
1 、机械技术类课程主要有： 《机械制图与测绘》、《工程力学》、 《机械设计基础》、《材料工艺学》、 《机械制造基础》、《机械加工设备》、 《机械产品精度检测》等。
钻床
铣削过程
1．铸件 2．锻件 3．型材 4．焊接件 5．冲压件 6．粉末冶金件
木模砂型手工造型
金属模砂型机器造型
金属型浇铸法
离心浇铸法 熔模铸造
压力铸造
锻件 模锻
型材 组合毛坯 冲压挤压件
机电专业概况
机电一体化专业人才被国家列为二 十一世纪社会发展最急需的十大专业人 才之一，是就业领域最宽的专业。机电 一体化技术是在机、电、自动控制和检 测、计算机应用等学科相结合的基础上 建立起来的一门综合性应用技术，该主 专业主要培养能进行机电一体化技术应 用，并具有初步设计开发能力的中级工 程技术人才。
由于职业教育有很强的岗位针对性，因 此对高职毕业生来说，以下岗位是目前 我国比较热门的：
（二）机电专业的就业岗位
1、数控机床操作及维修人员：负责数 控机床的操作，编程工艺与组织管理以 及维修。
2、机械产品一线的生产人员：主要是指 产品的在线检测与新产品性能实验，仪
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
《机电一体化产品》课件
提高生产效率和产品质量。
智能制造
02
智能制造是机电一体化技术在工业生产领域的综合应用，通过
自动化生产线和智能设备实现高效、精准的生产。
智能家居
03
智能家居中的各种设备如智能照明、智能安防等都是机电一体
化技术的应用。
机电一体化的发展历程
20世纪60年代
机电一体化技术初步发展，主 要应用于数控机床和工业机器
通过自动化生产线，企业可以大幅提 高生产效率、降低生产成本、保证产 品质量，提高企业的市场竞争力。
详细描述：自动化生产线是利用先进 的自动化技术实现生产过程的自动化 和智能化，包括机械加工、装配、检 测等环节。
目前自动化生产线已经在汽车制造、 电子制造、食品加工等领域得到了广 泛应用。
05
机电一体化产品的 未来展望
软件与硬件
控制部分涉及软件编程和硬件电路设计，需确保稳定性和可靠性 。
系统集成
功能与作用
集成要求
系统集成是将机械、电子和控制部分 有机整合，形成一个协调工作的整体 。
需确保各部分之间的兼容性和互操作 性，实现整体性能最优。
集成方法
采用模块化设计、标准化接口和总线 技术等手段，实现各部分之间的有效 集成。
机电一体化产品的普及将促进传统产业的 升级和转型，加速工业4.0的实现。
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对社会和经济发展的影响
创造就业机会
机电一体化行业的发展将创造更多的就业 机会，包括研发、生产、销售和技术支持
等。
A 提高生产效率
机电一体化产品的广泛应用将大幅 提高生产效率，降低生产成本，推
动经济发展。
B
C
D
提升生活质量
机电一体化技术基础课件：典型机电一体化系统(产品)分析
典型机电一体化系统分析
(1) 什么是“插补”。 插补:就是在线段的起点和终点坐标值之间进行“数据点
的密化。
典型机电一体化系统分析
(2) 程序编制及程序载体。 ①数控程序 数控程序：是数控机床自动加工零件的工作指令。 编制程序的工作可由人工进行；对于形状复杂的零
件，则要在专用的编程机或通用计算机上进行自动编程 (APT)或CAD/CAM设计。
2) 机器人分类
工业机器人
机器人
特种机器人
服务机器人 水下机器人 娱乐机器人 军用机器人 农业机器人 机器人化机器
典型机电一体化系统分析
3) 工业机器人定义 工业机器人定义：就是面向工业领域的多关节机械手或多自
由度的机器人。
工业机器人按程序输入方式区分为编程输入型和示教输 入型两类。
示教输入型机器人的示教方法有两种：一种是由操作者 用手动控制器。另一种是由操作者直接引导执行机构。
典型机电一体化系统分析
7.1 了解数控机床 1. 数控机床的发展及其基本原理
1) 数控机床的发展 （1）数控技术：即NC(Numerical Control)技术，是指用数 字化信息(数字量及字符)发出指令并实现自动控制的技术。
1952年，麻省理工学院(MIT)发明了是世界上第一台数 控机床。
典型机电一体化系统分析
ABS的主要元件如图7-21所示。
ABS的主要组成部分如下： (1) 常规液压制动系统。 (2) 轮速传感器。 (3) 电子控制单元(ECU)。 (4) 制动压力调节器。 (5) 警告灯。
典型机电一体化系统分析 2) 电子控制单元(ECU) （1）ABS电子控制单元(ECU)功用：是接受轮速传感器 及其它传感器输入的信号，进行放大、计算、比较，按 照特定的控制逻辑，分析判断后输出控制指令，控制制 动压力调节器执行压力调节任务。 （2）ABS的 ECU主要包括：输入级电路、计算电路、 输出级电路及安全保护电路。
机械第8章 典型机电一体化系统PPT课件
结构较复杂,能加工工艺复杂的零件,如数控转摆机床。 ➢ 3)机械加工中心(MC)。它配有刀库,能实现自动换刀,工件一次装夹
后,一次完成多道工序的加工任务。
8.1 CNC机床
8.1.1 CNC机床的分类
目前,CNC机床的种类很多,但总体可以按工艺用途和刀具相对工件移动的 轨迹两种方法分类。 ➢ (2)按刀具相对工件移动的轨迹分类:CNC机床按刀具相对工件移动的
8.1 CNC机床
由于CNC机床实现了很高的自动化,所以在其工作时, 应先将被加工零件的加工工序、工艺参数和机床运动 参数等用数控语言输入到CNC数控装置中,再由其控制 机床运动来实现对工件的加工。
8.1 CNC机床
CNC机床构成了一个封闭控制系统,如图8-1所示。
图8-1 CNC机床加工原理
8.1 CNC机床
8.2 工业机器人
8.2.2 工业机器人的应用实例
1.焊接机器人
➢ 焊接机器人有点焊机器人和弧焊机器人等。仅我国近 10多年来研制的弧焊机器人或可用于弧焊的通用工业 机器人就有多种型号,可以单机焊接,也可构成焊接机器 人生产线。它们适用于汽车制造、电动机制造和其他重 型机械制造工业中的弧焊作业。这些机器人基本上都是 全电动、多关节机器人,具有5个自由度,受载能力为 10kg左右,重复定位精度在0.2~0.5mm之间。下面简要 介绍这种机器人控制系统的硬件组成及软件系统。
轨迹可以分为以下3类: ➢ 1)点位控制数控机床。该类数控机床只控制机床移动部件,从一个位置
准确地移动另一位置,在移动过程中不进行任何加工,如数控钻床。 ➢ 2)点位直线控制数控机床。该类数控机床除具有点位控制数控机床的
特点外,还要控制两相关点的移动路线(一般均为与各轴线平行的直线), 可以沿一个坐标轴的方向进行加工。如数控铣床。 ➢ 3)轮廓控制数控机床。该类数控机床可同时对两个以上的坐标轴进行 连续轨迹控制,即控制整个加工过程的速度及每个点的位置,如数控车 床等。
后,一次完成多道工序的加工任务。
8.1 CNC机床
8.1.1 CNC机床的分类
目前,CNC机床的种类很多,但总体可以按工艺用途和刀具相对工件移动的 轨迹两种方法分类。 ➢ (2)按刀具相对工件移动的轨迹分类:CNC机床按刀具相对工件移动的
8.1 CNC机床
由于CNC机床实现了很高的自动化,所以在其工作时, 应先将被加工零件的加工工序、工艺参数和机床运动 参数等用数控语言输入到CNC数控装置中,再由其控制 机床运动来实现对工件的加工。
8.1 CNC机床
CNC机床构成了一个封闭控制系统,如图8-1所示。
图8-1 CNC机床加工原理
8.1 CNC机床
8.2 工业机器人
8.2.2 工业机器人的应用实例
1.焊接机器人
➢ 焊接机器人有点焊机器人和弧焊机器人等。仅我国近 10多年来研制的弧焊机器人或可用于弧焊的通用工业 机器人就有多种型号,可以单机焊接,也可构成焊接机器 人生产线。它们适用于汽车制造、电动机制造和其他重 型机械制造工业中的弧焊作业。这些机器人基本上都是 全电动、多关节机器人,具有5个自由度,受载能力为 10kg左右,重复定位精度在0.2~0.5mm之间。下面简要 介绍这种机器人控制系统的硬件组成及软件系统。
轨迹可以分为以下3类: ➢ 1)点位控制数控机床。该类数控机床只控制机床移动部件,从一个位置
准确地移动另一位置,在移动过程中不进行任何加工,如数控钻床。 ➢ 2)点位直线控制数控机床。该类数控机床除具有点位控制数控机床的
特点外,还要控制两相关点的移动路线(一般均为与各轴线平行的直线), 可以沿一个坐标轴的方向进行加工。如数控铣床。 ➢ 3)轮廓控制数控机床。该类数控机床可同时对两个以上的坐标轴进行 连续轨迹控制,即控制整个加工过程的速度及每个点的位置,如数控车 床等。
《机电一体化》课件 项目六 了解典型机电一体化产品
图 6﹣11 3DP 工作原理
图 6﹣12 SLS 工作原理
基于FDM技术的3D打印机系统组成
软件系统
• 3D模型数据处理是快速成型制造至关重要、不可或缺的一步。3D 打印机与上位机相连，上位 机软件根据 STL格式的三维模型生成打印机能够识别的语言 G 代码，然后通过串口通信传递 给控制系统，控制系统再发送指令给机械系统，控制打印路径。
图 数控机床伺服系统的组成
数控机床的控制对象
主运动控制
• 主运动是形成切削速度，对切除工件上多余材料起主要作用的工作运动，用来完成切削任务。
进给运动控制
• 进给运动是传递给刀具或工件的运动，主要配合主运动依次地或连续不断地切除工件上多余材 料，同时形成具有所需几何特征的已加工表面。
辅助功能控制
• 数控装置要对机床的各种状态进行控制。这些状态包括冷却和润滑装置的启动和停止，刀具自 动交换，工件夹紧和放松及分度工作台转位等。
典型机电一体化产品
CONTENT
目
• 数控机床
录
• 工业机器人
• 3D打印机
数控机床
数控机床是典型的机电一体化产品，是集机床、计算机、电动机及拖动、运动控 制、检测等技术为一体的自动化设备。
图 数控机床加工零件的工作过程
数控机床的组成
控
输
数
伺服系统
机
制
入
控
床
介
装
装
辅助控制装置
本
质
置
置
体
图 数控机床的组成
图 6﹣7 PUMA 机器人的控制器结构
焊接机器人
图 6﹣8 焊接机器人的组成
3D打印机原理
3D打印机，是采用快速成形技术的机器。3D打印机的工作原理和传统打印机基本一 样，都是由控制组件、机械组件、打印头、耗材和介质等架构组成的，打印原理是一 样的。3D打印机主要是在打印前在电脑上设计了一个完整的三维立体模型，然后再进 行打印输出。它的原理是：把数据和原料放进3D打印机中，机器会按照程序把产品一 层层打印出来。打印出的产品，可以即时使用。说的简单一点，打印时实质上是断层 扫描的逆过程，断层扫描是把某个东西“切”成无数叠加的片，3D打印机工作时就是一 片一片的打印，然后叠加到一起，成为一个立体物体。
机电一体化技术(1)幻灯片PPT
机电一体化技术(1)幻灯片 PPT
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第二章 机械系统设计
生产加工过程监测
切削力传感器，加工噪声 传感器，超声波测距传感 器、红外接近开关传感器 等。
开始 前页 后页 结束 20212/50/2213/5/23
密歇根大学数字化工厂
流程工业设备运行状态监控
扬子石化50MW热电机组监测系统
在电力、冶金、石化、化阳 统工逻等电流厂程30工0M业W中汽，轮生机产组监线测上系 设备运行状态关系到整个生产线荆流门电程厂。2通00常MW 建机立组2监4小测时系统在
组成：
见右图
大带轮4
电动机1 V带3
轴板7
小带轮2
开始 前页 后页 结束 20212/50/2213/5/23
机械设计的一般程序
设计机器的一般程序
计划阶段
一
方案设计阶段
般
程 序
技术设计阶段
技术文件编制
开始 前页 后页 结束 20212/50/2213/5/23
对所设计的机器需求情况进行充 分调查分析，明确机器功能及约
齿轮9
排气阀4 气缸体1
凸轮7
工作过程：
活塞下行，进气阀打开，燃气被 吸入汽缸
活塞上行，进气阀关闭，压缩燃气
点火后燃气燃烧膨胀，推动活塞 下行，经连杆带动曲轴输出转动
活塞上行，排气阀打开，排出废气
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第二章 机械系统设计
生产加工过程监测
切削力传感器，加工噪声 传感器，超声波测距传感 器、红外接近开关传感器 等。
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密歇根大学数字化工厂
流程工业设备运行状态监控
扬子石化50MW热电机组监测系统
在电力、冶金、石化、化阳 统工逻等电流厂程30工0M业W中汽，轮生机产组监线测上系 设备运行状态关系到整个生产线荆流门电程厂。2通00常MW 建机立组2监4小测时系统在
组成：
见右图
大带轮4
电动机1 V带3
轴板7
小带轮2
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机械设计的一般程序
设计机器的一般程序
计划阶段
一
方案设计阶段
般
程 序
技术设计阶段
技术文件编制
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对所设计的机器需求情况进行充 分调查分析，明确机器功能及约
齿轮9
排气阀4 气缸体1
凸轮7
工作过程：
活塞下行，进气阀打开，燃气被 吸入汽缸
活塞上行，进气阀关闭，压缩燃气
点火后燃气燃烧膨胀，推动活塞 下行，经连杆带动曲轴输出转动
活塞上行，排气阀打开，排出废气
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《机电一体化介绍》课件
工业控制网络
如Profibus、Modbus等，用于实现分布式控制和数据传输。
可编程控制器（PLC）
用于自动化生产线和工业控制系统的逻辑控制和顺序控制。
检测技术
传感器技术
利用各种物理效应和化学反应， 将物理量或化学量转换为电信号 ，用于监测和控制机电一体化系
统的运行状态。
信号处理技术
对传感器输出的电信号进行滤波、 放大、转换等处理，提取出有用的 信息。
数控机床的应用范围广泛，涉及汽车 、航空、模具、仪器仪表等领域，对 提高产品质量和生产效率具有重要作 用。
数控机床通常包括数控系统、伺服系 统、主轴系统、刀具系统等部分，各 业机器人
工业机器人是用于自动化生产线 的机电一体化产品，能够执行各 种重复性或危险性任务，提高生
电子电路设计
包括模拟电路、数字电路、集成电路等，为机电 一体化系统提供信号处理和能源供给。
嵌入式系统
将微处理器嵌入到机械系统中，实现智能化控制 和数据处理。
传感器与执行器
用于检测和驱动机电一体化系统的各种物理量， 如温度、压力、位移等。
控制技术
控制算法
如PID控制、模糊控制等，用于实现机电一体化系统的精确控制。
自动化生产线广泛应用于汽车、家电、食品等领域，能够大幅提高生产效 率、降低能耗和减少人力成本。
智能家居系统
1
智能家居系统是利用机电一体化技术将家居设备 进行智能化改造，实现家庭生活的智能化和舒适 化。
2
智能家居系统包括智能照明、智能安防、智能环 境控制等子系统，通过互联网和物联网技术实现 远程控制和智能化管理。
机电一体化技术使得定制化生产成为可能，满足了消费者对个性化 产品的需求。
在人工智能领域的应用前景
如Profibus、Modbus等，用于实现分布式控制和数据传输。
可编程控制器（PLC）
用于自动化生产线和工业控制系统的逻辑控制和顺序控制。
检测技术
传感器技术
利用各种物理效应和化学反应， 将物理量或化学量转换为电信号 ，用于监测和控制机电一体化系
统的运行状态。
信号处理技术
对传感器输出的电信号进行滤波、 放大、转换等处理，提取出有用的 信息。
数控机床的应用范围广泛，涉及汽车 、航空、模具、仪器仪表等领域，对 提高产品质量和生产效率具有重要作 用。
数控机床通常包括数控系统、伺服系 统、主轴系统、刀具系统等部分，各 业机器人
工业机器人是用于自动化生产线 的机电一体化产品，能够执行各 种重复性或危险性任务，提高生
电子电路设计
包括模拟电路、数字电路、集成电路等，为机电 一体化系统提供信号处理和能源供给。
嵌入式系统
将微处理器嵌入到机械系统中，实现智能化控制 和数据处理。
传感器与执行器
用于检测和驱动机电一体化系统的各种物理量， 如温度、压力、位移等。
控制技术
控制算法
如PID控制、模糊控制等，用于实现机电一体化系统的精确控制。
自动化生产线广泛应用于汽车、家电、食品等领域，能够大幅提高生产效 率、降低能耗和减少人力成本。
智能家居系统
1
智能家居系统是利用机电一体化技术将家居设备 进行智能化改造，实现家庭生活的智能化和舒适 化。
2
智能家居系统包括智能照明、智能安防、智能环 境控制等子系统，通过互联网和物联网技术实现 远程控制和智能化管理。
机电一体化技术使得定制化生产成为可能，满足了消费者对个性化 产品的需求。
在人工智能领域的应用前景
《机电一体化》PPT课件
二、物流系统组成及工作原理
运动控制分析举例
堆垛机：堆垛机的零位：出库口，升降台位于最
下位置，作业结束后堆垛机回零位（零位限位开关）。
列认址：在巷道货架底部与每个货格相对应都安装有
一个固定的认址片，在堆垛机底部安装有光电开关随 堆垛机一起运动，每经过一个货格，向控制器发出一 个脉冲；层认址类似。到目的货格的前一个货格时开 始减速，堆垛机到达目标货位后检测目标货位是否空，
步进电机
五、相关知识简介—步进电机控制
环形分配表：
0 1 2 3 4 5
16进制
五、相关知识简介—步进电机控制
软件环形分配器控制流程框图 软件环形分配器：单片机和PLC 中通过定时功能实现脉冲分配；再 通过光电隔离、功率放大实现电机 驱动。
六、参考资料
1. 机电一体化系统设计课程设计指导书 2. 机电一体化原理及应用 3. 自动化立体仓库设计（刘昌祺主编） 4. 现代生产物流作业系统中PLC运动控制技术的应用 5. 电气制图与读图 6. 电工读图 7. 常用自动化控制器手册 8. 电气控制与PLC 9. 单片机在控制系统中的应用 10. 运动控制器与专用控制系统解决方案 11. GT系列运动控制器编程手册 12. GT系列运动控制器用户手册 13. SIMENS S7-200可编程序控制器系统手册 14. 欧姆龙变频器说明书 15. 步进电机说明书
三、具体要求—说明书
1. 说明书用16开纸书写或打印。说明书、任务书及相关图 装于资料袋并贴上标签。
2. 说明书字数8000~10000字。
3. 说明书的内容一般应包括（供参考）： 目录
第一章 机电一体化技术的发展及其所带来的影响
第二章 课程设计的目的和要求 第三章 控制系统硬件设计
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22
五大构成要素与五大功能
动力 系统
传感 检测
信息处 理及控
执行
检测
系统
制系统
装置
功能
机械 本体
动力 功能
控制 功能
主功 能
构造 功能
23
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。
24
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”
4
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。
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。
27
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。
11
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 12
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。
13
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。
20
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
21
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
7
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。
5
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。
6
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。
信息处 理及控 制系统
执行 装置
(手足)
(大脑)
机械
本体 (骨骼)
25
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
26
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。
3
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：
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
2
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
17
3）按机电结合程度 功能附加型 功能替代型 机电融合型
18
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
19
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。
8
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。
10
• 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。 • 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。
14
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。
15
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。
16
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。
五大构成要素与五大功能
动力 系统
传感 检测
信息处 理及控
执行
检测
系统
制系统
装置
功能
机械 本体
动力 功能
控制 功能
主功 能
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。
24
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。
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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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 12
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。
13
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。
20
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
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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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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。
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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。
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
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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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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：
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
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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
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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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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。 • 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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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。
15
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。
16
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。