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1、机电一体化技术与系统主讲教师：熊小琴 手 机：15071363651 E-mail: 2考核方式l作业占总成绩的20；l平时考勤，占总成绩的20；l期末考试占总成绩的60。主要参考书机电一体化系统设计，姜培刚、盖玉先主编 ，机 械工业出版社，2003第一章 绪论n第一节 机电一体化的定义 n第二节 机电一体化系统的基本功能要素 n第三节 机电一体化的相关技术 n第四节 机电一体化的目标与发展第一节 机电一体化的定义n 机电一体化术语的来源：最早（1971年）起源于日本。n 英文名称：Mechatronics（Mechanics的前半部 +Electronics的后半部）n 机电一体化的定义：利
2、用电子技术、信息技术（包括传感 器、控制、计算机等）使机械柔性化和智能化的技术。n 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机电一 体化信息学机 械 学电子学n 机电一体化产品的例子：典型的机电一体化产品有：数控机床、机器人、汽车电子化产品,柔性制造系统等。第一节 机电一体化的定义数 控 铣 床数 控 铣 床数控车床数控车床弧焊机器人点焊机器人 空间机器人 相扑机器人仿 人 型 机 器 人汽车防抱死系统(ABS)第二节 机电一体化系统的基本功能要素n n 基本功能要素：基本功能要素：机械本体、能源部分、机械本体、能源部分、传感检测单元、执行单元
3、、传感检测单元、执行单元、控制与信息处理单元控制与信息处理单元第二节 机电一体化系统的基本功能要素机电一体化系统的基本要素之间的关系能源能源1 1、机械本体、机械本体( (机械装置机械装置) )机身、框架、机械联接机身、框架、机械联接等产品支撑机构，等产品支撑机构，实现实现构造功能构造功能 。要求：可靠、小型、美观要求：可靠、小型、美观2 2、能源、能源为执行装置提供能量，并转换成需要的形式，为执行装置提供能量，并转换成需要的形式，实现实现动力功能。如电源，液压泵等动力功能。如电源，液压泵等要求：效率高、可靠性好要求：效率高、可靠性好第二节 机电一体化系统的基本功能要素能源能源3 3、传感检测
4、单元（传感器、传感检测单元（传感器 ）检测机械运动（位移、速度、检测机械运动（位移、速度、 位置）和外部环境信息，位置）和外部环境信息， 实现实现检测功能。检测功能。要求：体积小、精度高、抗干扰性好要求：体积小、精度高、抗干扰性好4 4、控制单元（计算机）、控制单元（计算机）处理、运算、决策，实现处理、运算、决策，实现控制功能控制功能。要求：高可靠性、柔性、智能化要求：高可靠性、柔性、智能化第二节 机电一体化系统的基本功能要素能源能源5 5、执行单元（执行装置）、执行单元（执行装置）驱动机械传动装置运动，驱动机械传动装置运动，完成所要求的动作。完成所要求的动作。如电动机、液压缸等如电动机、液压
5、缸等要求：高性能、高精度、高效率要求：高性能、高精度、高效率第二节 机电一体化系统的基本功能要素能源能源思考：思考：人体就是一种人体就是一种机电一体化系统，包机电一体化系统，包含机电一体化系统的含机电一体化系统的基本功能要素，请指基本功能要素，请指出人体各个部分分别出人体各个部分分别对应的机电一体化系对应的机电一体化系统的基本功能要素？统的基本功能要素？肌肉肌肉位置位置, ,速度速度 检测单元检测单元电机电机机械机械 部件部件位置位置, ,速速 度反馈度反馈CNCCNC数控机床伺服系统组成数控机床伺服系统组成机械本体机械本体控制单元控制单元 执行装置执行装置传感器传感器数 控 铣 床控制单元控
6、制单元执行装置执行装置机械本体机械本体传感器传感器能源能源第三节 机电一体化的相关技术n1 机械技术（第二章）n2 传感检测技术（第三章）n3 信息处理技术（第五章）n4 自动控制技术（第五章）n5 伺服传动技术（第四章）考虑设计机械传动方案，支承联结相关部考虑设计机械传动方案，支承联结相关部 件等，实现机电一体化产品的件等，实现机电一体化产品的主功能主功能和和构造构造 功能功能。1 1、机械技术（第二章）、机械技术（第二章）第三节 机电一体化的相关技术2 2、检测传感技术（第三章）、检测传感技术（第三章）作用：作用：感受器官、反馈环节。感受器官、反馈环节。研究对象：研究对象：传感器及其信号处
7、理电路。传感器及其信号处理电路。要求：要求：能快速、精确地获得信息并在能快速、精确地获得信息并在 相应的应用环境中具有高可靠性。相应的应用环境中具有高可靠性。第三节 机电一体化的相关技术3 3、信息处理技术（第五章）、信息处理技术（第五章）主要完成信息的交换、存取、运算、判断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。和决策等。其主要工具是计算机。传感传感 器器A/A/D D计算计算 机机D/D/A A执行装执行装 置置4 4、控制技术（第五章）、控制技术（第五章）关于控制算法编制技术，主要以控制理论关于控制算法编制技术，主要以控制理论为指导，对控制系统设计、仿真、现场调
8、试、为指导，对控制系统设计、仿真、现场调试、 可靠运行等。可靠运行等。第三节第三节 机电一体化的相关技术机电一体化的相关技术5 5、伺服传动技术（第四章、伺服传动技术（第四章 ）执行元件种类：执行元件种类：电电动动、液压液压、气压气压研究对象：研究对象：执行元件执行元件及其及其驱动装置驱动装置驱动装置：例如驱动装置：例如各种电动机的驱动电源电路各种电动机的驱动电源电路第三节第三节 机电一体化的相关技术机电一体化的相关技术第四节 机电一体化的应用目标和发展方向n 应用目标：n1、提高精度、扩展功能 今日的数控机床充分发挥计算机的威力，已有可能实时预报包括随机误差在内的机床误差， 然后自动校正，从
9、而达到前所未有的精度。采用 对阻尼进行预报，一旦接近临界值时就自动调整 切削用量，这又可能出现永不颤振的机床，保证 很高的生产率和良好的加工表面。 第四节 机电一体化的应用目标和发展方向n n2 2、简化结构，减轻重量、简化结构，减轻重量n3、提高可靠性在提高电子元件质量、可靠性的前提下，机电一体化产品可以提高耐久性，减少故障率。另一 方面由于赋予其自动监视诊断功能，并采取安全 联锁控制，过负荷和失控保护、停电对策，提高了设备的安全可靠性。 第四节 机电一体化的应用目标和发展方向n4、节约能源例如目前我国各类电风扇年产量在200万台左 右，如每台电扇的调速器和定时器(现常用电磁机 械式)用电子
10、调速器和定时器代替，估计每台风扇 可节电5W以上，全年以用扇100天，每天开扇6h计 ，则每年可节约用电量600万kWh，还可节省大 批铜材和钢材。第四节 机电一体化的应用目标和发展方向n5、操作改善n 传统的车削 数控车削 第四节 机电一体化的应用目标和发展方向n 机电一体化的发展方向n1、智能化人工智能在机电一体化建设中的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用 。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述， 是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学 、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混 沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使 它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力， 以求得到更高的控制目标。第四节 机电一体化的应用目标和发展方向n2、网络化由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身 就是机电一体化产品。因此，机电一体化产品无 疑朝着网络化方向发展。第四节 机电一体化的应用目标和发展方向n3、微型化微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。 国外称其为微机电系统（MEMS），泛指几何尺 寸不超过1cm3的机电一体化产品，并向微米、 纳米级发展。微机电一体化产品体积小 、耗 能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等 方面具有不可比拟的优势。第四节 机电一体化的应用目标和发展方向
