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1、 1.3 1.3 机电一体化典型设备简介机电一体化典型设备简介20172017年年2 2月月2222日日 星期三星期三一、机电一体化的基本概念一、机电一体化的基本概念Mechatronics=Mechanics+Electronics21.3.1机电一体化概述机电一体化概述1、机电一体化名称的由来、机电一体化名称的由来Mechatronics1971年年，日本机械设计杂志副刊1976年年，一种以广告为主，专门刊载“机电一体化”新产品的杂志MechatronicsDesignNews在日本正式发行。80年代中期年代中期，“Mechatronics”开始在欧美各地使用，这个日本人创造的英文单词开始
2、在世界范围内得到普遍承认和接受。342、机电一体化的含义、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主功能、动力功动力功能能、信息功能信息功能和和控制功能控制功能上引进微电子微电子技术技术，并将机械装置与电子装置用相关相关软件软件有机结合而构成系统的总称”5基本基本的的特征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
3、、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。6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“技术技术”和“产品产品”两个方面。7根本区别根本区别: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。机电一体化技术机电一体化技术机电一体化与机械电气化的区别？机电一体化与机械电气化的区别？8主要区别主要区别为: 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； 机械和电气装置之
4、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； 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。机电一体化技术机电一体化技术机电一体化与机械电气化的区别？机电一体化与机械电气化的区别？10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“智智能能化化”的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质差别。二、机电一体化产品及分类二、机电一体化产品及分类11 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
5、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。第一章机电一体化技术导论12机电一体化产品的分类机电一体化产品的分类 1）按用途分类）按用途分类2）按执行机构不同）按执行机构不同数控机械类数控机械类电子设备类电子设备类机电结合类机电结合类电液伺服类电液伺服类信息控制类信息控制类13 数控机械类数控机械类 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。统和自动洗衣机等。其特点为执行机构是机械装置。14电子设备类电子设备类电子设备类主要产品为电火花加工机床、线切割电子设备类主要产品为电火花加工机床、线切割加
6、工机床、超声波缝纫机和激光测量仪等。其特加工机床、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。点为执行机构是电子装置。15机电结合类机电结合类机电结合类主要产品为自动探伤机、形状识别装机电结合类主要产品为自动探伤机、形状识别装置和置和CT扫描仪、自动售货机等。其特点为执行机扫描仪、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。构是机械和电子装置的有机结合。16电液伺服类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。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
7、阀。机构是接受电信号的液压伺服阀。17信息控制类信息控制类信息控制类主要产品为电报机、磁盘存储器、磁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。所接收的信息类控制。183）按机电结合程度功能附加型功能替代型机电融合型19功能附加型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，性能得到适当提高术，使产品功能增加和增强，性能得到适当提高比
8、如经济型数控机床、电子秤、数显量具、全自动比如经济型数控机床、电子秤、数显量具、全自动洗衣机洗衣机20功能替代型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，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。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、激光手术器子式电话交换机、线切割加工机床、激光手术器等。等。21机电融合型机电融合型主要特征是根据产品的功能和性能要求及技
9、术规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。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、比如传真机、复印机、摄像机、磁盘驱动器、CNC数控机床数控机床22三、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五大基本要素：机械本体机械本体动力系统动力系统传感检测单元传感检测单元执行装置执行装置传感与检测系统传感与检测系统信息处理及控制系统信息处理
10、及控制系统23五大构成要素与五大功能五大构成要素与五大功能24从机电一体化系统的功能看，人体是机电一体化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。系统理想的参照物。 人体五大要素与机电一体化产品五大要素人体五大要素与机电一体化产品五大要素的对应关系的对应关系25(内脏内脏)(手足手足)(骨骼骨骼)(感官感官)(大脑大脑)26机械本体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：通过采用新工艺新工艺、新材料新材料、新结构新结构，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27动力系统动力系
11、统按照系统控制要求，为系统提供能量能量和动力动力，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。28传感与检测系统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检测，并把被检测信号转换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：传感器传感器和信号检测电路信号检测电路。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。29信息处理及控制系统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
12、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，由硬硬件件和软件软件及相应接口相应接口组成。追求目标：高可靠性、高速、抗干扰能力强30执行装置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。五大要素之间的关系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接口及相关软件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
13、的完整产品。3132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）33机电一体化技术的共性关键技术机电一体化技术的共性关键技术机电一体化技术的共性关键技术机电一体化技术的共性关键技术: :1 1. .精密机械精密机械技术技术2.2.传传感检测感检测技技术术3.3.信息处理技术信息处理技术4.4.伺服驱动技术伺服驱动技术5 5. .自动控制技术自动控制技术6 6. .接口技术接口技术7.7.系统总体技术系统总体技术四、机电一体化的共性关键技术及发展方向四、机电一
14、体化的共性关键技术及发展方向四、机电一体化的共性关键技术及发展方向四、机电一体化的共性关键技术及发展方向 341 1. .精密机械技术精密机械技术（研究对象：（研究对象：机械本体机械本体和和执行装置执行装置）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、改善性能的重量、缩小
15、体积、提高精度、提高刚度、改善性能的要求。要求。352 2. .传传感检测技术感检测技术（研究对象：（研究对象：传感检测系统传感检测系统）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。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。
16、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。传感器的发展进入了集成化、智能化研究阶段。363 3. .信息处理技术信息处理技术（研究对象：（研究对象：信息处理与控制系统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、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。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。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式工业控制机，分布式计算机测控系统等进行信息处理。理。374 4. .伺服驱动技术伺服驱动技术（研究对象：（研究对象：动力系统动力系统）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。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
