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第五章 机电一体化技术
1. 定义
“机电一体化”(mechatronics)一词在20世纪70年代起源于日 本。它取英文单词mechanics(机械学)的前半部分和 electronics (电子学)的后半部分拼成一个新词，即机械电子学 或机电一体化。
机电一体化主要涉及的相关技术：
机械技术
传感器技术
计算机与信 息处理技术
FMS动画.wmv
示教盒ຫໍສະໝຸດ Baidu可手动有线遥控机器人
“机电一体化”(mechatronics)一词在20世纪70年代起源于日 本。它取英文单词mechanics(机械学)的前半部和electronics (电子学)的后半部分拼成一个新词，即机械电子学或机电一体化。
机电一体化技术就是以机械工程学和电子工程学为支柱，综合 控制工程学、信息工程学、材料学、光学等形成的多学科综合 技术。
道或血管进行检测的微型医疗机器人。
➢ 建筑机器人：用于大型建筑物墙面的清洁、检测探伤或表面喷涂防护
等作业。
➢ 农业机器人：对瓜果进行采摘或对农作物进行护理、施肥或收获。 ➢ 林业机器人：用于树枝修剪、树木清理或搬运等作业。 ➢ 教育、娱乐机器人：针对青少年寓教于乐，或用于抚慰老年人。 ➢ 社会、家庭服务机器人：展览馆接待或导航，家庭清洁或安全监控，
机电一体化技术
接口技术
伺服驱动技术
自动控制技术
2. 机电一体化系统的组成要素
动力部分 （内脏）
传感器 （五官）
计算机系统 （大脑）
执行机构 （四肢）
机械本体 （骨骼）
机电一体化系统与人体的功能和要素对照示意图
3.机电一体化产品分类
机电一体化产品按产品的应用领域可以划分为以下几类： (1) 工业，如：数控机床、机器人、自动生产设备、FMS、CIMS、 无人化工厂等； (2) 运输、包装及工程，如：电子化汽车、数控包装机械、数控 运输机械及工程机械设备等； (3) 储存销售，如：自动仓库、自动称量、销售及现金处理等； (4) 社会服务性，如：自动化办公机械、医疗与环保及公共服务 自动化设备、文教、娱乐用机电一体化产品等； (5) 家用，如：洗衣机、炊事自动化机械等； (6) 科研及过程控制，如：测试设备、信息处理设备等； (7) 农、林、牧、渔，如：现代农业生产控制装置等； (8) 航空、航天、国防用武器装备等。
（3） 机器人手爪开闭动作指令：OPEN/CLOSE OPEN（打开） CLOSE（闭合）
（4） 设定运动速度：SPEEDA/SPEEDB SPEEDA 25（设A组运动速度为最大值的25%，默认值为30%） SPEEDB 10（设B组运动速度为最大值的10%）
（5） 条件语句：IF.....ELSE.....ENDIF IF A=1 MOVED 1 ELSE MOVED 2 ENDIF
类人型机器人
根据应用领域，机器人可分类如下：
➢ 工业机器人：应用于工业生产，它发展最早、技术最成熟、应用最广。 ➢ 军事机器人：用于物资搬运、火炮发射、探雷排险或侦察等军事作业。 ➢ 安保机器人：从事反恐、排爆、巡逻、监控等工作。 ➢ 医疗机器人：辅助医生进行手术、扎针、整骨等工作，另有能进入肠
对老弱病残护理等。
工业机器人（Industrial Robot）是在工业生产中应用的机器人， 是一种可重复编程的、多功能的、多自由度的自动控制操作机。 工业机器人可用于制造、装配、焊接、喷涂、搬运等作业，在 汽车和电子生产线上大量使用。
机器人用于焊接车身
五轴机器人手臂在三维空间的运动区域
五轴机器人坐标系 （世界坐标系、工具坐标系）
6. 柔性制造系统（FMS）
➢ 20世纪50年代在美国的MIT（麻省理工学院）诞生了第一台 数控机床以后，机电一体化及数控（NC）的概念出现了。
➢ 随着机电一体化技术的进一步发展, 出现了计算机数控(CNC)、 计算机直接控制 (又称群控) (DNC)、计算机辅助制造 (CAM)、 计算机辅助设计 (CAD)、成组技术 (GT)、计算机辅助工艺规程 (CAPP)、工业机器人技术 (ROBOT) 等新技术。
轴3 轴2
轴4 轴5
轴1
五轴机器人各轴的运动方向
机器人编程基本指令 (ACL编程语言)
（1） 移动指令：MOVED/ MOVELD MOVED 1 （移动到点1） MOVELD 1 （直线移动到点1） MOVELD 1 200（在2秒钟时间内直线移动到点1）
（2）显示运动轨迹：DRAWON/ DRAWOFF DRAWON （4）（4为轨迹线的颜色编号） DRAWOFF （取消显示运动轨迹）
应用实例一：机器人用于零件重新排列
应用实例二：机器人用于装配
应用实例二：机器人用于装配
装配过程 动画.wmv
应用实例三：机器人用于喷涂油漆
应用实例四：机器人用于涂抹粘结剂
应用实例四：机器人用于涂抹粘结剂
应用实例五：机器人用于机床上下料
机床上下料过程 动画.wmv
应用实例六：机器人用于柔性制造系统
FMS的组成： （1）加工系统 （2）运储系统 （3）计算机控制系统
FMS的特点： （1）柔性（能同时加工不同零件、机床故障时能自动排除故障或将零件
转移至其他机床上加工）
（2）自动化（加工自动化、运储自动化、信息流自动化） （3）设备利用率高，占地面积小 （4）减少直接劳动工人数 （5）产品质量高而稳定 （6）减少在制品库存量 （7）投资高、风险大，开发周期长、管理水平要求高。
➢ 在这些新技术的基础上，为多品种、中小批量生产的需要而 兴起的柔性自动化制造技术得到了迅速的发展，作为这种技术 具体应用的柔性制造系统 (FMS)、柔性制造单元 (FMC)和柔性 制造自动线(FML)等柔性制造设备纷纷问世，其中柔性制造系统 (Flexible Manufacturing System，FMS)最具代表性。
（6）循环（无限次的循环） LABEL 1（做一个标签1） .... GOTO 1（跳转到标签1）
（7）赋值语句：SET SET A=0 SET A=A+1 SET OUT [2]=1（使2号输出端口的信号状态为1，常用于与其他控制器
进行通讯）
手爪
手爪
气动吸盘
焊枪
机器人末端执行机构
应用实例一：机器人用于零件重新排列
机械技术 (机械学、机构学)
机电一体化 技术
微电子技术
(半导体技术、 计算机技术)
3.机电一体化产品分类
机电一体化产品种类繁多，目前还在不断扩展，按产品的功能， 可以划分为以下几类： (1)数控机械类：如：数控机床、工业机器人、自动洗衣机等。 (2)电子设备类：如： (3) (4) (5)
1. 定义
“机电一体化”(mechatronics)一词在20世纪70年代起源于日 本。它取英文单词mechanics(机械学)的前半部分和 electronics (电子学)的后半部分拼成一个新词，即机械电子学 或机电一体化。
机电一体化主要涉及的相关技术：
机械技术
传感器技术
计算机与信 息处理技术
FMS动画.wmv
示教盒ຫໍສະໝຸດ Baidu可手动有线遥控机器人
“机电一体化”(mechatronics)一词在20世纪70年代起源于日 本。它取英文单词mechanics(机械学)的前半部和electronics (电子学)的后半部分拼成一个新词，即机械电子学或机电一体化。
机电一体化技术就是以机械工程学和电子工程学为支柱，综合 控制工程学、信息工程学、材料学、光学等形成的多学科综合 技术。
道或血管进行检测的微型医疗机器人。
➢ 建筑机器人：用于大型建筑物墙面的清洁、检测探伤或表面喷涂防护
等作业。
➢ 农业机器人：对瓜果进行采摘或对农作物进行护理、施肥或收获。 ➢ 林业机器人：用于树枝修剪、树木清理或搬运等作业。 ➢ 教育、娱乐机器人：针对青少年寓教于乐，或用于抚慰老年人。 ➢ 社会、家庭服务机器人：展览馆接待或导航，家庭清洁或安全监控，
机电一体化技术
接口技术
伺服驱动技术
自动控制技术
2. 机电一体化系统的组成要素
动力部分 （内脏）
传感器 （五官）
计算机系统 （大脑）
执行机构 （四肢）
机械本体 （骨骼）
机电一体化系统与人体的功能和要素对照示意图
3.机电一体化产品分类
机电一体化产品按产品的应用领域可以划分为以下几类： (1) 工业，如：数控机床、机器人、自动生产设备、FMS、CIMS、 无人化工厂等； (2) 运输、包装及工程，如：电子化汽车、数控包装机械、数控 运输机械及工程机械设备等； (3) 储存销售，如：自动仓库、自动称量、销售及现金处理等； (4) 社会服务性，如：自动化办公机械、医疗与环保及公共服务 自动化设备、文教、娱乐用机电一体化产品等； (5) 家用，如：洗衣机、炊事自动化机械等； (6) 科研及过程控制，如：测试设备、信息处理设备等； (7) 农、林、牧、渔，如：现代农业生产控制装置等； (8) 航空、航天、国防用武器装备等。
（3） 机器人手爪开闭动作指令：OPEN/CLOSE OPEN（打开） CLOSE（闭合）
（4） 设定运动速度：SPEEDA/SPEEDB SPEEDA 25（设A组运动速度为最大值的25%，默认值为30%） SPEEDB 10（设B组运动速度为最大值的10%）
（5） 条件语句：IF.....ELSE.....ENDIF IF A=1 MOVED 1 ELSE MOVED 2 ENDIF
类人型机器人
根据应用领域，机器人可分类如下：
➢ 工业机器人：应用于工业生产，它发展最早、技术最成熟、应用最广。 ➢ 军事机器人：用于物资搬运、火炮发射、探雷排险或侦察等军事作业。 ➢ 安保机器人：从事反恐、排爆、巡逻、监控等工作。 ➢ 医疗机器人：辅助医生进行手术、扎针、整骨等工作，另有能进入肠
对老弱病残护理等。
工业机器人（Industrial Robot）是在工业生产中应用的机器人， 是一种可重复编程的、多功能的、多自由度的自动控制操作机。 工业机器人可用于制造、装配、焊接、喷涂、搬运等作业，在 汽车和电子生产线上大量使用。
机器人用于焊接车身
五轴机器人手臂在三维空间的运动区域
五轴机器人坐标系 （世界坐标系、工具坐标系）
6. 柔性制造系统（FMS）
➢ 20世纪50年代在美国的MIT（麻省理工学院）诞生了第一台 数控机床以后，机电一体化及数控（NC）的概念出现了。
➢ 随着机电一体化技术的进一步发展, 出现了计算机数控(CNC)、 计算机直接控制 (又称群控) (DNC)、计算机辅助制造 (CAM)、 计算机辅助设计 (CAD)、成组技术 (GT)、计算机辅助工艺规程 (CAPP)、工业机器人技术 (ROBOT) 等新技术。
轴3 轴2
轴4 轴5
轴1
五轴机器人各轴的运动方向
机器人编程基本指令 (ACL编程语言)
（1） 移动指令：MOVED/ MOVELD MOVED 1 （移动到点1） MOVELD 1 （直线移动到点1） MOVELD 1 200（在2秒钟时间内直线移动到点1）
（2）显示运动轨迹：DRAWON/ DRAWOFF DRAWON （4）（4为轨迹线的颜色编号） DRAWOFF （取消显示运动轨迹）
应用实例一：机器人用于零件重新排列
应用实例二：机器人用于装配
应用实例二：机器人用于装配
装配过程 动画.wmv
应用实例三：机器人用于喷涂油漆
应用实例四：机器人用于涂抹粘结剂
应用实例四：机器人用于涂抹粘结剂
应用实例五：机器人用于机床上下料
机床上下料过程 动画.wmv
应用实例六：机器人用于柔性制造系统
FMS的组成： （1）加工系统 （2）运储系统 （3）计算机控制系统
FMS的特点： （1）柔性（能同时加工不同零件、机床故障时能自动排除故障或将零件
转移至其他机床上加工）
（2）自动化（加工自动化、运储自动化、信息流自动化） （3）设备利用率高，占地面积小 （4）减少直接劳动工人数 （5）产品质量高而稳定 （6）减少在制品库存量 （7）投资高、风险大，开发周期长、管理水平要求高。
➢ 在这些新技术的基础上，为多品种、中小批量生产的需要而 兴起的柔性自动化制造技术得到了迅速的发展，作为这种技术 具体应用的柔性制造系统 (FMS)、柔性制造单元 (FMC)和柔性 制造自动线(FML)等柔性制造设备纷纷问世，其中柔性制造系统 (Flexible Manufacturing System，FMS)最具代表性。
（6）循环（无限次的循环） LABEL 1（做一个标签1） .... GOTO 1（跳转到标签1）
（7）赋值语句：SET SET A=0 SET A=A+1 SET OUT [2]=1（使2号输出端口的信号状态为1，常用于与其他控制器
进行通讯）
手爪
手爪
气动吸盘
焊枪
机器人末端执行机构
应用实例一：机器人用于零件重新排列
机械技术 (机械学、机构学)
机电一体化 技术
微电子技术
(半导体技术、 计算机技术)
3.机电一体化产品分类
机电一体化产品种类繁多，目前还在不断扩展，按产品的功能， 可以划分为以下几类： (1)数控机械类：如：数控机床、工业机器人、自动洗衣机等。 (2)电子设备类：如： (3) (4) (5)