《机电一体化概论》PPT课件.ppt

机电一体化系统与设计,第一章 机电一体化概论 第二章 精密机械技术 第三章 工业控制计算机 第四章 基于单片机的控制器 第五章 可编程序控制器 第六章 传感器与计算机接口 第七章 动力驱动及其计算机控制 第八章 机电一体化系统设计方法与实例,第一章 机电一体化概论,机电一体化的发展及概念 机电一体化系统的组成及功能 机电一体化的相关技术及发展趋式 总结,第一章 机电一体化概论,机电一体化的发展及概念 机电一体化的产生与发展 机电一体化的概念及理解 机电一体化产品（系统）的分类 机电一体化的意义 机电一体化系统的组成及功能 机电一体化的相关技术及发展趋式 总结,机电一体化的产生与发展,例子1：机械式控制计算机数字控制,靠模（仿形）控制机械式,配钥匙啦！谁配钥匙呀？,机电一体化的产生与发展,例子1：机械式控制计算机数字控制,靠模（仿形）控制机械液压式,机电一体化的产生与发展,例子1：机械式控制计算机数字控制,数控插补计算机数控式,机电一体化的产生与发展,例子2：机械式调速电子式调速,机械式调速器,这是俺的发明！,瓦特,机电一体化的产生与发展,例子2：机械式调速电子式调速,电子式调速器,机电一体化的产生与发展,例子3：机械式计算电子式计算,机械式乘法计算器,手摇式机械计算器,机电一体化的产生与发展,例子3：机械式计算电子式计算,第一台机械式计算机,机电一体化的产生与发展,例子3：机械式计算电子式计算,第一台电子式计算机（ENIAC）,俺可是“重量级”人物！俺还是造第一颗原子弹的功臣。,ENIAC(电子数字积分计算机，Electronic Numerical Integrator And Computer)。于1946年2月15日在美国诞生。占地面积170平方米，重达30吨，耗电量150千瓦。造价48万美元。由真空管、二极管、 电阻器、电容器、继电器、开关等组成。每秒执行5000次加法或400次乘法，是手工计算的20万倍。,机电一体化的产生与发展,例子3：机械式计算电子式计算,第一台集成电路式计算机(PDP-8),机电一体化的产生与发展,例子3：机械式计算电子式计算,第一台带电池的笔记本电脑 (1985，东芝),带旋转手写功能的笔记本电脑 (IBM，X41T),小黑，我的至爱！,总结,在机械系统中引入电子、计算机 由电路、计算机实现机械的部分功能 还引入了其他技术，如液压、控制等 带来了很多好处(功能、体积、操控性、性价比等) 分立电子元器件大规模集成电路 系统越来越复杂，应该是一个系统工程 ,机电一体化的产生与发展,120世纪50-60年代，产生阶段，机械+电子 220世纪70年代未，在日本出现一个新的单词，Mechatronics（机电一体化，MechanicsElectronics），正式产生的标志 320世纪70-80年代，发展阶段，计算机（信息）技术的引入-NC/DCS 420世纪80年代未至今，深入发展阶段，激光、通信技术的引入CIMS/FMS/FCS 5 (生物技术、新材料、新能源、空间技术),第一次出现在1971年日本的机械设计杂志的一个副刊上，随着机电一体化技术的发展，已被大家广泛应用，现已成为一个正式的单词。,俺是支新股， 但是涨得很猛哟!,机电一体化的产生与发展,120世纪80年代初 2大学，机电一体化专业 3与欧美、日本等先进国家相比,革命尚未成功，同学仍需努力！,第一讲 机电一体化概论,机电一体化的发展及概念 机电一体化的产生与发展 机电一体化的概念及理解 机电一体化产品（系统）的分类 机电一体化的意义 机电一体化系统的组成及功能 机电一体化的相关技术及发展趋式 总结,机电一体化的概念及理解,机电一体化的概念 (1) 90年代，国际机器和机械理论研究会（IFTMM）成立了机电一体化技术委员会，给出机电一体化定义：机电一体化是精密机械工程，电子控制和系统思想，在产品设计和制造过程中的协同结合。 (2) 1991，英国在创办期刊Mechatronics定义：机电一体化的基本形式可以视为现代工程技术中机械与电子学科的结合。 (3) 1996.3，电气与电子工程学会（IEEE）与美国机械工程学会（ASME）创刊机电一体化学报将机电一体化定义：在工业产品和过程的设计与制造工程中，机械工程与电子和智能计算机控制的协同集成。 (4) 目前比较具有代表性的一个定义是日本机械振兴会经济研究所1981.3给出的：机电一体化乃是机械的主功能、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。 (5) 有些教材上又称为机械电子学。,由于机电一体化出现的时间比较晚，内容也在更新与完善中，所以，至今没有一个明确的定义！,机电一体化的概念及理解,如何理解机电一体化概念 机电一体化是机械技术、微电子技术、信息技术等多种技术融为一体的新兴的交叉学科； 机电一体化是以机械技术、电子技术为主，通过信息技术将二者有机的结合在一起，而不是简单地相加； 机电一体化的内涵： 机电一体化技术：是指其技术原理和使机电一体化系统（或产品）得以实现、使用、发展的技术，包括：精密机械技术、微电子技术、计算机（信息）技术、自控技术和电工技术。 机电一体化产品：应用机电一体化技术设计和制造的新一代产品，如：CNC机床、智能机器人、全自动洗衣机、数字空调和针式打印机等。,生产过程的机电一体化,产品的机电一体化,机电一体化系统与机电系统差别： 传统机电技术的操作控制主要通过具有电磁特性的各种电器来实现，如继电器、接触器等，在设计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系； 机械本体和电气驱动界限分明，整个装置是刚性的，不涉及软件和计算机控制。 机电一体化技术以电子、计算机为控制中心，在设计过程中强调机械部件和电器部件间的相互作用和影响，整个装置在电子、计算机控制下具有一定的智能性。,第一讲 机电一体化概论,机电一体化的发展及概念 机电一体化的产生与发展 机电一体化的概念及理解 机电一体化产品（系统）的分类 机电一体化的意义 机电一体化系统的组成及功能 机电一体化的相关技术及发展趋式 总结,机电一体化产品（系统）的分类,按功能划分： 1数控机械类：如数控机床、机器人、全自动冼衣机等，特点是：执行装置是机械装置。,数控车床,加工中心,工业机器人,工业机器人,FANUC M-430iA 工业机器人正在做寿司 工业机器人+仿真手,机电一体化产品（系统）的分类,按功能划分： 1数控机械类：如数控机床、机器人、全自动冼衣机等，特点是：执行装置是机械装置。 2电子设备类：如线切割加工设备、激光测量仪等，特点是：执行装置是电子设备。,线切割,线切割,机电一体化产品（系统）的分类,按功能划分： 1数控机械类：如数控机床、机器人、全自动冼衣机等，特点是：执行装置是机械装置。 2电子设备类：如线切割加工设备、激光测量仪等，特点是：执行装置是电子设备。 3机电结合类：如CT扫描诊断仪、自动售货机等，特点是：执行装置是机械与电子的结合。,CT扫描仪,CT扫描仪,机电一体化产品（系统）的分类,按功能划分： 1数控机械类：如数控机床、机器人、全自动冼衣机等，特点是：执行装置是机械装置。 2电子设备类：如线切割加工设备、激光测量仪等，特点是：执行装置是电子设备。 3机电结合类：如CT扫描诊断仪、自动售货机等，特点是：执行装置是机械与电子的结合。 4电液伺服类：主要产品是机电液一体化伺服装置，特点是：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。,液压挖掘机,机电一体化产品（系统）的分类,按功能划分： 1数控机械类：如数控机床、机器人、全自动冼衣机等，特点是：执行装置是机械装置。 2电子设备类：如线切割加工设备、激光测量仪等，特点是：执行装置是电子设备。 3机电结合类：如CT扫描诊断仪、自动售货机等，特点是：执行装置是机械与电子的结合。 4电液伺服类：主要产品是机电液一体化伺服装置，特点是：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。 5信息控制类：如电报机、传真机、复印机等一些办公自动化设备，特点是：执行机构的动作由所接受的信息类控制。,传真机、复印机,机电一体化产品（系统）的分类,辨析： 问：装有微型计算机的电视机、电饭煲是不是机电一体化产品？ 答：不是（无机械运动，属于纯电子设备） 问：普通的缝纫机与单片机控制的缝纫机有何差别？ 答：普通的缝纫机属于纯机械设备，单片机控制的缝纫机属于机电一体化产品,特点是什么？,1.以机械作为控制对象，改变位移、速度等参数。 2.以电子或计算机作为控制器，具有一定的智能。,第一讲 机电一体化概论,机电一体化的发展及概念 机电一体化的产生与发展 机电一体化的概念及理解 机电一体化产品（系统）的分类 机电一体化的意义 机电一体化系统的组成及功能 机电一体化的相关技术及发展趋式 总结,机电一体化的意义,1功能增强 2精度提高 3结构简化 4可靠性提高 5改善操作 6提高柔性 7节约能源和材料,第一讲 机电一体化概论,机电一体化的发展及概念 机电一体化系统的组成及功能 机电一体化系统的组成 典型的机电一体化系统 机电一体化的相关技术及发展趋式 总结,机电一体化系统的组成,例子：,机电一体化系统的组成,例子：,机电一体化系统的组成,由五个部分（要素）组成： 1机械装置：支承、连接、实现某种运动，如机架、导轨、工作台、机械手等 2驱动装置：驱动机械装置运动，如各类电机、电磁铁、液压马达等 3动力装置：为驱动装置提供能源，又称为动力源，包括电源、液压源、气压源 4传感检测装置：对系统本身和外界环境的一些状态及参数进行测量（信息获取），并提供所能识别的信号，主要是各类传感器，例如：位移传感器、压力传感器、温度传感器等 5信息处理装置：将多种信息进行处理，并根据处理的结果进行相应的控制，又称为控制子系统，是机电一体化系统中的灵魂部分，智能要素。例如：计算机、单片机、PLC等,动力 装置,机械 装置,驱动 装置,机电一体化系统与人体结构及功能比较,传感检 测装置,动力,本体,驱动,检测,头脑,内脏,骨骼,肌肉,感官,信息处 理装置,控制,报告老大，人类不仅仿生了咱们鲨鱼皮，连自个也仿了。,第一讲 机电一体化概论,机电一体化的发展及概念 机电一体化系统的组成及功能 机电一体化系统的组成 典型的机电一体化系统 机电一体化的相关技术及发展趋式 总结,典型的机电一体化系统机器人,1机械装置：手臂、手指、手臂的连接部分和机座。 2驱动装置：驱动机械手臂、手指运动的电机、电磁铁等。 3动力源：电源、液压源、气源。 4传感检测装置：检测旋转角度和摆动角度的旋转编码器、测速度用的测速电机。 5控制单元：计算机控制器。,焊接机器人,搬运机器人,电子行业点胶机器人,典型的机电一体化系统汽车,汽车防抱死系统(ABS),第一讲 机电一体化概论,机电一体化的发展及概念 机电一体化系统的组成及功能 机电一体化的相关技术及发展趋式 机电一体化的发展现状 机电一体化的相关技术 机电一体化技术及系统发展趋势 总结,机电一体化的发展现状,制造业是科学技术和国家经济发展的基础工业，机电一体化是制造业发展的必然趋势。 受到各国的高度重视 日本（智能传感器、计算机芯片制造技术、智能工业机器人、柔性制造系统等列为高技术领域的重大研究课题） 西欧（“尤里卡”计划） 美国（美国国家关键技术委员会向总统提交的年度报告国家关键技术） 中国（863计划，清华大学CIMS）,第一讲 机电一体化概论,机电一体化的发展及概念 机电一体化系统的组成及功能 机电一体化的相关技术及发展趋式 机电一体化的发展现状 机电一体化的相关技术 机电一体化技术及系统发展趋势 总结,机电一体化的相关技术,1传感检测技术 关键技术之一 本身就是一门多学科融合的技术，传感原理、传感材料、传感器的加工制造是传感器开发的三个重要方面 朝着信息化、智能化、多维化、集成化方面发展 2信息处理技术 关键技术之一 包括信息的输入、识别、变换、运算、存储及输出 包括硬件和软件两部分 3自动控制技术 经典控制论（传递函数，单输入、单输出的线性定常系统） 现代控制论（状态空间法，多输入、多输出、变参量、非线性的时变系统） 高精度定位、速度控制、自适应控制、自诊断、自校正、自补偿、再现、检索等自动控制技术皆是重要的、关键性技术。,从外部看，机电一体化产品是智能化和多功能的，从核心看，机电一体化技术是多种技术的综合：,例子,机电一体化的相关技术,4伺服驱动技术 主要是指驱动机构中的问题。包括电磁铁、伺服电机、步进电机、液压马达、液压缸、气缸等 交直流伺服电机控制，变频调速、电流逆变技术，步进电机制控制 5接口技术 包括机械、电子、信息等多单元接口，多种接口 从某种意义上讲，机电一体化系统的设计就是接口设计 6精密机械技术 精密机构 普通机构的精度提高 7系统总体技术 从整体目标出发，用系统的观点和方法，把机械和电子在功能与机构上有机地一体化技术 除了优化设计外，还包括可靠性设计、标准化设计、系列化设计及造型设计,第一讲 机电一体化概论,机电一体化的发展及概念 机电一体化系统的组成及功能 机电一体化的相关技术及发展趋式 机电一体化的发展现状 机电一体化的相关技术 机电一体化技术及系统发展趋势 总结,机电一体化技术及系统发展趋势,1高性能化趋势 四高：高速化、高精度、高效率、高可靠性。 2智能化趋势 自诊断（自检错、自纠错、自恢复） 加工过程的智能化（对误差的自补偿、自学习） 3系统化趋势 系统结构：开放式、模块化 4微型化趋势 微细加工技术发展，新型材料的出现-微型机构 微电子机械系统（MEMS）,机电一体化（mechatronics）这一术语已经使用了30余年，随