N机械电子学-第2部分 应用 [兼容模式].pdf

11 机械电子学机械电子学 教师 罗 华 E Mail luohuabox What drives Research in Mechatronics What drives Research in Mechatronics What are New Opportunities in Mechatronics What do we want to do mechatronics of USA UNV pdf Gesture control Gesture control Fudan University gesture control flv 机电一体化系统的目的机电一体化系统的目的 机械电子学的应用 简化机械机构 提高生产效率 提高精度 易于实现多功能 增加可靠性和稳定性 而且 产品开发周期短 竞争能力强 ABB机器人能带来什么机器人能带来什么 flv 机电一体化系统的应用机电一体化系统的应用 机械电子学的应用 机械电子学的应用领域不仅仅局限于工业 石油化工 农林牧渔业 通讯业 交通业 服 务业 航空航天 国防军事等各行各业 更是 扩大到了人们生产和生活的方方面面 以智能 化为代表的机电技术已经应用得如此广泛 以 至于没有人能完全列举出来 医疗机器人医疗机器人 flv 0007 汽车生产线上的汽车生产线上的KUKA点焊机器人点焊机器人 以数控机床 工业机器人为代表的机械制 造工艺设备 以数控机床 工业机器人为代表的机械制 造工艺设备 机械电子学的应用 机床是机械工业的基础 而数控机床是用 计算机的指令来控制各种操作的自动化机床 是典型的机械电子技术产品 机床产值和机床 拥有量的数控化率就是衡量一个国家机床生产 和机械制造装备水平的重要指标 当代数控机 床综合应用了计算机 自动控制 精密测量等 机械电子学的各项技术成果 已经解决了价格 可靠性和编程等问题 已经在生产企业中大量 普及 0001 土豆网土豆网 HACO数控折弯机数控折弯机 flv 12 以数控机床 工业机器人为代表的机械制 造工艺设备 以数控机床 工业机器人为代表的机械制 造工艺设备 机械电子学的应用 自从美国首先开发出以Unimat通用自动装 卸机和Versatra万能搬运机为代表的第一代产业 机器人以来 当代工业机器人更是集聚了机械 电子学领域中的最新科技成就 是多学科 多 产业紧密结合的综合产物 在自动化生产中起 到了非常重要的作用 自动化仪器仪表自动化仪器仪表 机械电子学的应用 微处理器与仪器仪表结合 使传统的仪器 仪表有了 大脑 比如可使过程检测控制仪 表具有程序控制的功能 能适应被测参数的变 化 自动补偿 校准 记录 显示 自诊断故 障 自动进行指标判断 还能方便地与其它电 子设备进行通讯和互连 特别是精密量仪 由 于广泛采用微电子 光 计算机和精密机械等 技术 其测量范围和效率比传统量仪大为提高 电机电气驱动装置电机电气驱动装置 机械电子学的应用 电机电气驱动装置涉及到所有以电能为动力的 部件 电气驱动系统以前主要采用电动机 发电机 组的调速方式 随着晶体管 晶闸管 功率晶体管 技术的发展 由它们组成的变频变流器代替了电动 机 发电机组 在控制中使用微处理系统 使控制 具有完善的保护监视性能 出现故障时具有自诊断 功能 装置的可靠性大大提高 利用晶闸管和微处 理系统组成的交流驱动系统 如调频调压大功率调 速装置 带矢量变换的变频装置 无换向器电动机 调速装置等 不但功能丰富 而且性能上也直逼直 流驱动系统 交通工具与工程机械交通工具与工程机械 机械电子学的应用 飞机 火车 汽车 轮船等交通工具和挖掘机 起重机等工程机械 都用了大量机械电子学技术 比如它们都用内燃机作为动力来源 内燃机用微处 理器系统控制发动机准时点火 控制燃油喷射 空 燃比和废气再循环 使燃烧完全 节约能源 减少 污染 此外 还包括用微处理器系统控制车辆速度 使其在不同工况下均处于最经济合理的运转状态 采用电子技术控制排气和过滤 使废气中有毒气体 含量最少 高速行驶的防撞车控制系统 防死锁刹 车系统 ABS 以及各种显示和调节仪表 轻工业 医疗等行业轻工业 医疗等行业 机械电子学的应用 食品包装机械 塑料成型机械 皮革机械 纺 织机械和印刷等机械与人民生活和健康有着密切联 系 轻工机械涉及面很广 品种多 专业性强 采 用微处理器的智能化技术由于适应性强 易于与生 产工艺精密结合 已经获得了广泛的应用 微电子控制的纺织机械 对于提高纺织品质量 更新花色品种 提高效率和节能都有明显效益 化 纤机械 印染机械 织造机械和纺纱机械中均大量 采用了机械电子技术 轻工业 医疗等行业轻工业 医疗等行业 机械电子学的应用 现代印刷机械中 微机控制已成为保证印刷质 量的重要手段 电子照相排字机 电子分色机 雕 刻机 电子制版和印刷 自动装订机等早已经成为 现代印刷不可或缺的自动化设备 医疗器械目前正向大型 精巧 精密 自动化 方向发展 其核心就是智能化 集成化和信息化 比如医学成像设备 放射治疗设备 医用生化分析 仪器 医用光学仪器和医疗康复保健器械等 13 能源 化工等行业能源 化工等行业 机械电子学的应用 在能源和化工中的流量测量 化学成分在线 分析 催化裂化过程控制 品质管理 过程在线 监控及诊断系统 防爆与泄漏报警等诸多领域 机械电子技术与传统生产工艺紧密结合 不但提 高了生产效率和生产质量 节省了能源 也提高 了出险的预警能力 极大地保证了生产的可靠性 和安全性 办公自动化和信息化产业办公自动化和信息化产业 机械电子学的应用 在当今社会里 办公和信息机械是传递 存 储 处理文字图像信息的必不可少的工具 计算 机 服务器 网络设备 打印机 电报传真机 自动绘图机 磁盘存储器 静电复印机 传真机 以及缩微设备等机械电子产品 在信息化高速发 展的今天使用越来越普及 需求量越来越大 已 经在国民经济中占有重要地位 家用电器家用电器 机械电子学的应用 随着人民生活水平提高 对家用电器的需求 与日俱增 人们对产品性能 质量 操作性和品 种的要求也越来越高 数字电视 电冰箱 影碟 机 家用电脑 照相机 通讯设备 空调设备 自动洗衣机 电子炊具 吸尘器和控温器等家用 电器 随着机械电子技术水平的提高 不但越来 越简单易用 而且功能也越来越丰富了 传统相机与数码相机传统相机与数码相机 机械电子学应用的一个范例机械电子学应用的一个范例 为了便于理解和掌握 我们以在生活中已经 广泛使用而且大家熟知的数码相机为例来介绍机 械电子学技术的经典结构和具体应用 传统相机与数码相机传统相机与数码相机 机械电子学应用的一个范例机械电子学应用的一个范例 为了便于理解和掌握 我们以在生活中已经 广泛使用而且大家熟知的数码相机为例来介绍机 械电子学技术的具体应用 机械电子学应用的一个范例机械电子学应用的一个范例 普通相机的雏形为一捕捉影像的暗箱 不 论简易型或单眼相机 都有四个基本构造 镜 头 光圈 快门和观景窗 照相时 肉眼由观景 窗瞄准被摄体 镜头则 搜集从被摄体反射的光 源 光源经过光圈至快 门 此时按下快门钮使 快门开闭 让光源到达 胶卷而曝光 被摄体即 映在胶卷上 照相机便 完成捕捉影像的动作 14 机械电子学应用的一个范例机械电子学应用的一个范例 结合了强大电子功能的数码相机 数码相机是以电子存储设备作为摄像记录载体 通过 光学镜头在光圈和快门的控制下 实现在电子存储设备上 的 曝光 完成被摄影像的记录 数码相机记录的影像 不 需要进行复杂的暗房工作就可以非常方便地由相机本身的 液晶显示屏或由电视机或个人电脑再现被摄影像 也可以 通过打印机完成拷贝输出 与传统摄影技术相比 数码相 机大大简化了影像再现加工过程 可以快捷 简便地显示 被摄画面 机械电子学应用的一个范例机械电子学应用的一个范例 结合了强大电子功能的数码相机 CCD 电荷耦合器件 光 电 ADC 模数转换器 连续信号 离散信号 DSP 数字信号处理器 信号 图像 MCU 主控程序芯片 协调各部分电路和运算 LCD 液晶显示器 观察图像 图像存储器 保存图像信号 机械电子学应用的一个范例机械电子学应用的一个范例 数码相机的镜头通常是 由1组或多组镜片构成 镜头 采集所拍摄影像发出或反射 的光线 并改变其光路以投 射到后面的感光成像器件上 成像 镜头组件中的焦距调 节系统和快门系统是连接在 一起 在电机的带动下 透 镜组和电子快门可以前后移 动 进行焦距调节 从而获 得最清晰的图像 并由电子 快门控制曝光 机械电子学应用的一个范例机械电子学应用的一个范例 驱动镜头变焦的步进电机和镜头位置传感器 机械电子学应用的一个范例机械电子学应用的一个范例 感光成像器件 数码相机的感光成像器件主要采用两大 类光敏元件 电荷耦合器件CCD和互补金属 氧化物半导体器件CMOS 是由为数众多的 微小光电二极管及译码寻址电路构成 光电 二极管可以感受光信号 色彩 强度等 其 工作原理与传统的胶卷相似 并且可以把光 信号转换为对应的电流信号 机械电子学应用的一个范例机械电子学应用的一个范例 主电路板 由模 数转换器 微处理器系统 专用信号处理器 存储器 伺服控制器 电机驱动器等构成的主电路板 15 机械电子学应用的一个范例机械电子学应用的一个范例 主电路板 由模 数转换器 微处理器系统 专用信号处理器 存储器 伺服控制器 电机驱动器等构成的主电路板 机械电子学应用的一个范例机械电子学应用的一个范例 电源 接口 显示屏 键盘等电路 机械电子学的发展前景机械电子学的发展前景 机械电子学也经历了较长时期的自然产生和发 展过程 早在机械电子学概念出现之前 世界各国 从事机械总体设计 控制功能设计和生产加工的科 技工作者 己为机械技术与电子技术的有机结合自 觉不自觉地做了许多工作 研究和开发了不少机电 一体化产品 人们对机电一体化的长期实践和最新 应用成果加以系统地总结 才形成比较完整的机械 电子学概念 机械电子学一诞生就显示出强大的影 响力 对传统的机械加工技术思想 生产方式以及 加工方式以极大地冲击 使之产生深刻的变革 机械电子学历史 机械电子学历史 机械电子学的发展前景机械电子学的发展前景 三个方面 性能上向高精度 高效率 智能化方向发展 功能上向小型化 轻型化 多功能方向发展 层次上向系统化 复合集成化方向发展 机械电子学的发展方向 机械电子学的发展方向 机械电子学的发展前景机械电子学的发展前景 高精度 高效率 高性能 智能化是性能发展 的主要特点 例如CNC数控机床 其控制精度能实 现0 1 m的高精度 其进给速度可达24m min 100m min甚至更高 其联动和控制的轴数能实现 9 15轴 同时增加了人机对话功能 设置了智能 I O通道和智能工艺数据库 给使用 操作和维护 带来了极大的方便 今后 随着专用集成电路特别 是超大规模集成电路的发展 机电一体化产品格越 来越向高性能方向发展 机械电子学的发展方向 机械电子学的发展方向 机械电子学的发展前景机械电子学的发展前景 小型化 轻型化 多功能是功能发展的特点 所谓小型化 轻型化 乃是精细加工技术发展的必 然 也是提高效率的需要 通过结构优化设计和精 细加工 可使机械设备的重量大大减轻 所谓多功 能 也是自动化发展的要求和必然结果 对于一般 机电一体化产品 为了适应自动化控制规模的不断 扩大和高技术的发展 不仅要求它们具有数据采集 检测 记忆 监控 执行 反馈 自适应 自学习 等多种功能 甚至还要求其具有神经系统的功能 以使能实现整个生产系统的最佳化和智能化 机械电子学的发展方向 机械电子学的发展方向 16 机械电子学的发展前景机械电子学的发展前景 系统化 复合集成化是层次发展的特点 复合 集成化 既包含各种技术的相互渗透 相互融合和 各种产品不同结构的优化与复合 又包含在生产过 程中同时处理加工 装配 检测 管理等多种工序 为了实现多品种 小批量生产的自动化与高效率 应使系统具有更广泛的柔性 首先可将系统分解为 若干层次 使系统功能分散 并使各部分协调而又 安全地运转 然后再通过硬 软件将各个层次有机 地联系起来 使其性能最优 功能最强 柔性制造 系统 FMS 就是这种层次结构的典型 机械电子学的发展方向 机械电子学的发展方向 What drives Research in Mechatronics What are New Opportunities in Mechatronics What do we want to do mechatronics of USA UNV pdf Medical Robot Computer integrated surgery 医疗机器人 pdf 课程的目的和要求课程的目的和要求 本课程的目的是研究怎样将控制电机 传 感器 微机控制系统 通讯及接口等要素组成 各种性能优良的 可靠的机电一体化产品或系 统 为了突出重点 本教材以电子为基础 机 电结合为重点 以机电元部件 典型机电产品 或系统为主要内容 对微机控制系统 接口电 路等作了较详细的介绍 课程目的 课程目的 课程的目的和要求课程的目的和要求 1 掌握机械电子学的基本概念 基本原理和基本知 识 2 掌握常用机械电子学各部件原理 结构 性