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1、机电一体化概论第一章 机电一体化概论 第一节 机电一体化的基本概念 第二节 机电一体化技术的发展 第三节 机电一体化系统的功能及其组成第二章 机电一体化的分类 第一节 机电一体化的分类概述 第二节 生产过程的机电一体化 第三节 机电产品的机电一体化 第三章 机电一体化相关技术 第一节 机械技术 第二节 传感器技术 第三节 信号与信息处理技术 第四节 伺服驱动技术 第四章 机电一体化实例 第一节 自动门 第二节 直角坐标机械手 第一章 机电一体化概论 进入20世纪70年代以来，以大规模集成电路和微型计算机为代表的微电子技术迅速应用到机械工业中，出现了种类繁多的计算机控制的机械、仪器和军械装备，以
2、及具有柔性功能的自动化生产线、车间或工厂，这大幅度提高了产品质量和劳动生产率，使传统机械工业的生产面貌焕然一新，进入了机电一体化时代第一节 机电一体化的基本概念一.机电一体化的定义 机电一体化是从系统的角度出发，将机械技术、信息技术、 控制技术、信息技术、控制技术等在系统工程的基础上有机的加以综合，实现整个机械系统最佳化而建立起来的一门新的科学技术。由此而产生的功能系统则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。二、机电一体化与其他技术的区别 区分机电一体化与非机电一体化，其核心是计算机控制的伺服系统(1)机电一体化技术与传统电气机械是不同的。传统电气机械的主要功能依然是代替和放大体力。例如（2
3、）机电一体化与并行工程是有区别的 前者将各种技术在设计和制造阶段有机的结合起来，十分注意机械和其他部件之间的相互影响和作用而并行工程是将机械、电子、计算机、控制和电工技术等尽量在各自范围内齐头并进，独立运作，在不同技术内部的设计和制造之间紧密结合，最后完成整体装置 第二节机电一体化的发展 一.机电一体化的发展状况 （一）20世纪60年代 初级阶段 （二）20世纪7080年代 蓬勃发展阶段 （三）20世纪90年代 深入发展阶段二、机电一体化的发展趋势 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综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。数控机床的问世写下了机电一体化
4、历史的第一页；微电子技术为机电一体化带来勃勃生机；可编程控制器、电工电子技术等的发展为机电一体化提供了坚实基础；激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使机电一体化跃上台阶。因此机电一体化的主要发展方向有：智能化、模块化、微型化、网络化、绿色化、和系统化。 因此机电一体化的主要发展方向有：智能化、模块化、微型化、智能化、模块化、微型化、网络化、绿色化、和系统化。网络化、绿色化、和系统化。1.智能化 机器人和数控机床就是代表 。 数控机床 2、模块化 模块化是一项重要而艰巨的工程，如下图所示就是集成电路，就是在硅板上集合多种电子元器件实现某种特定功能的电路模块。 它是电子设备中最重要的部分，承担运算
5、和储存功能。集成电路的应用范围覆盖了军工、民用的几乎所有电子设备。 3、微型化 微型化是指机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统，泛指几何尺寸不超过1立方厘米的机电一体化产品，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。 难度在于微机械技术。微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。 4、网络化 计算机网络是利用通信线路将地理位置分散的、具有独立功能的许多计算机系统连接起来，按照某种协议进行数据通信已实现资源共享的信息系统。5、绿色化 工业的发达给人们生活带来了巨大
6、变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是，人们呼吁保护环境资源回归自然。绿色产品概念在这种呼声之下应运而生，绿色化是时代的趋势。因此设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前途。6、系统化 系统化的表现特征之一是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构，系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，寻求实现多子系统协调控制和综合管理；特征之二是通信功能的大大加强。第三节机电一体化系统的功能及组成一.机电一体化系统的功能构成原理 机电一体化系统是一种比较复杂的工程系统，它是由相关联的、若干种类的元素组成的具有特定目标的有机整体。机电一体化系统的目的，是对输入
7、物质、能量和信息进行预订的变换、传递和保存。 机电一体化系统要实现其目的还必须具备五种内部功能即主功能、动力功能、信息处理功能、控制功能和结构功能。 主功能：是实现系统目的所必需的，它表明了该系统的主要特征；任何系统无论多少都需要能量即动力功能，为使系统正常动作，信息处理与控制功能是必不可少的；结构功能是将系统各个要素结合起来，进行空间配置形成一个统一的整体。 主功能控制功能信息处理功能动力功能结构功能机电一体化系统的功能构成二、 机电一体化系统的组成要素 机电一体化产品种类繁多，层次不同，大小不一，功能各异，结构有别，但其本身都是一个完整系统，完成规定功能。因此从系统角度来认识和理解机电一体
8、化的产品，对于掌握和研究机电一体化技术是十分重要的。 一个较完整的机电一体化系统应包括机械本体、动力部分、检测部分、驱动部分、控制器和接口。 下面对机电一体化系统的各个组成部分做简单的介绍：1.机械部分（机构要素） 机械部分包括机械传动和机械结构装置2、执行装置（能量转换装置） 执行装置就是按照指令将电信号转换为流体或机械能，驱动机械部分进行运动的装置。机电一体化系统的执行装置可以分为电动、液压、气动三大类。3、动力部分（能量要素） 动力部分的功能是按照机电一体化的要求为系统提供能量和动力，为系统提供能量和动力，使系统正常运行。用尽可能小的输入获取尽可能大的输出，是机电一体化的显著特征。4、传
9、感器（检测要素） 传感器是将被测对象的状态、性质等信息转换为一定的物理量或者化学量。 5、计算机控制装置（控制要素） 为了达到一定的目的而实行适当的操作称为控制。目前几乎所有的控制装置都是由具有微处理器的计算机和输入和输出接口构成的。控制系统一般分为开环控制系统和闭环控制系统。6、接口 机电一体化系统由许多要素或子系统构成，各子系统之间必须能顺利进行物件、能量和信息的传递和交换，为此各要素或各子系统相接处必须具备一定的联系部件，这个部件称为接口，其基本功能主要有三个：（1）交换，需要进行信息交换和传输的环节之间，由于信号模式不同，无法直接实现信息或能量的交流，通过接口完成信号或能量的统一； (2)放大，在两个信息强度相差悬殊的环节间，经接口放大，达到能量的匹配；（3）传递，变换和放大后的信号在环节间能可靠、快速、准确地交换，必须遵循协调一致的时序、信号格式和逻辑规范。接口具有保证信息传递的逻辑控制功能，使信息按规定模式进行传递。 习题 1-1 试述机电一体化的基本定义 1-2 机电一体化与其他技术有何区别？ 1-3 结合实例，分析机电一体化系统的功能构成原理。 1-4 机电一体化系统有何特点？ 1-5 接口的作用是什么 ？
