机电一体化系统设计-概论PPT课件VIP

.机电系统设计.课程介绍，第1章。导言第二章。第三章机械系统设计。测试系统设计*第4章。第五章是驱动系统的设计。接口技术第6章。控制系统设计*第7章。机电系统设计的典型例子(机器人)，参考书、郑迪等。机电一体化设计基金会(机械工业出版社)，李成华等主编。机电一体化技术(中国农业大学出版社)，刘杰等主编。机电一体化技术基础与产品设计(冶金工业出版社)，张俊安主编。机电一体化系统设计(兵器工业出版社)，张立勋等主编。机电一体化系统设计(哈尔滨工程大学出版社)机电一体化技术手册编委会。张建民等主编的机电一体化技术手册(机械工业出版社)，机电一体化系统设计(北京理工大学出版社)，第一章。机电一体化的概念，1。机电一体化的基本概念机电一体化的英文名称是mechatronics，mechatronics是一个新的英语名词，是由日本人通过将英文的mechatronics的前缀和电子的后缀组合而成的。这个名词最早出现在1971年的日本杂志增刊上。后来，随着机电一体化的发展，它被广泛引用。日本在1981年将机电一体化的含义解释为：“机电一体化是将微电子技术引入机械的主要功能、动力功能、信息功能和控制功能，并将机械设备和电子设备与相关软件有机结合，形成系统的总称。”嘿。机电一体化是一种全新的学术思想。根据机电一体化的思想，各种现代高科技与机电技术相结合而形成的各种技术、产品(或系统)都应该属于机电一体化的范畴。机电一体化技术的发展，由于大规模集成电路和超大规模集成电路的出现，特别是微电子计算机的空前发展，促进了机械技术和电子技术的交叉和相互渗透，在系统论、信息论和控制论的基础上，将机械技术和电子技术有机地结合起来，形成了今天的机电一体化技术。直到20世纪70年代初，日本人才系统地总结和概括了机电一体化的长期实践和最新应用成果，形成了相对完整的机电一体化概念。此后，由于大规模集成电路技术和微机技术的迅速发展，机电一体化的形式更加灵活，内容更加丰富，应用更加广泛，从而引发了以机械工业为主的传统行业的大规模机电一体化技术革命。机电系统的基本组成，机电系统由五个子系统组成：机械系统(机械)、电子信息处理系统(计算机)、动力系统(电源)、传感和检测系统(传感器)和执行器系统(驱动器)。1.机电系统的组成、系统的基本组成(全闭环系统)和系统的基本组成(半闭环系统)。机电系统的功能组成。机电系统是由许多具有特定功能的机械和微电子元件组成的有机整体。它具有满足人们使用需求的功能。根据不同的目的，系统需要处理输入的材料、能量和信息，并输出所需的材料、能量和信息。三个“目的功能”，1。转换函数2。传递函数3。存储功能、系统的目的功能、系统的内部功能、主要功能、动力功能、检测功能、控制功能、结构功能、机电系统的内部功能组成、数控机床的内部功能组成、人体五行及其功能的对应关系、3。机电一体化的基本结构要素、机电产品的组成要素及其功能之间的对应关系以及机电一体化系统的五个主要要素在# 1、# 2、# 3中进行了说明。机械系统(机械体)，产品支撑结构包括机体、机架、机械连接等。属于基础检测传感装置包括各种传感器和信号检测电路，用于检测产品运行时的内部状态和外部环境，提供运行控制所需的各种信息，实现测量功能。嘿。4 .控制和信息处理装置根据产品的功能和性能要求以及传感器的反馈信息进行处理、计算和决策，并对产品的运行进行相应的控制，实现控制功能。嘿。5 .执行机构包括机械传动和操作机构，在控制信息的作用下完成所需的动作，实现产品的主要功能。执行机构的形式因业务目标而异。四个。机电一体化的意义，机电一体化技术可以用来设计新的机电一体化产品，改造旧的机电一体化产品，大大改善机电一体化产品的外观，达到增强功能、提高精度、简化结构(体积减小、重量减轻)、提高可靠性、改善操作、提高灵活性、大大提高性价比的目的。机电一体化的实施通常可以达到以下效果：(1)功能增强(2)精度提高(3)结构简化(4)可靠性提高(5)操作改进(6)灵活性提高(5)机电一体化技术分类(1)机电一体化技术分类概述目前，世界上普遍认为机电一体化有两个分支，即生产过程中的机电一体化和机电一体化产品的机电一体化。生产过程的机电一体化是指整个工业系统的机电一体化。根据生产过程的特点，生产过程的机电一体化可以分为离散制造过程的机电一体化和连续制造过程的机电一体化。机电产品的机电一体化是机电一体化的核心，是生产过程中机电一体化的物质基础。根据系统中电子技术和计算机技术的结构和功能，机电产品可分为三类：(1)原机械产品采用电子技术和计算机控制技术；(2)用集成电路或计算机及其软件代替部分原有机械结构；(3)运用机电原理设计全新的机电产品。计算机辅助设计计算机辅助工艺设计计算机辅助制造计算机辅助制造/计算机辅助制造集成系统柔性制造系统柔性制造单元计算机集成制造系统(CIMS)机电一体化的相关技术涉及四门基础科学，即力学、控制论、电子学和计算机科学。机械技术方面，对于绝大多数机电产品来说，机械本体在质量和体积上占有绝大多数，如原动机、工作机和传动装置一般都采用机械结构。这些机械结构的设计和制造都属于机械技术的范畴。传感技术的核心是传感器。传感器将被测信号按照一定的精度转换成具有明确对应关系的电信号，通常由敏感元件、转换元件和转换电路组成。信息处理技术是指电子计算机及其外部设备对信息的输入、转换、操作、存储和输出。这里提到的电子计算机包括工业计算机、单片机和可编程控制器。界面技术。在机电系统中，计算机和外部设备(如执行器、传感器、机械体、电源和人机交互设备等)之间的连接和信息交换。)被称为接口。除了硬件电路，接口功能的实现还应包括相应的接口软件(驱动程序)。接口任务通常通过接口硬件和接口软件的结合来实现。伺服驱动技术主要指与执行器相关的一些技术问题。伺服驱动方法主要有电动、气动和液压。系统总体技术是从总体观点和系统目标出发，用系统的观点和方法将系统分解成若干相互关联的功能单元，找出能够完成各项功能的技术方案，并对其进行分析、评价和优化的综合应用技术。机电一体化设计方法、传统设计方法和各种现代设计方法普遍适用，当然它们也适用于机电一体化产品的设计。机电产品的机电一体化设计方法是现代设计方法的重要组成部分。模块化设计方法，机电产品或设备可以被设计成由对应于五个主要元素的功能组件组成，或者可以被设计成由几个功能子系统组成，并且每个功能组件或功能子系统包含几个组成元素。经过标准化、通用化和系列化，这些功能组件或功能子系统成为功能模块。每个功能模块都可以被视为一个独立的实体。在设计过程中，只需要知道其性能规格并根据其功能进行选择，而不需要知道其结构细节。柔性设计方法将机电产品或系统中完成某一功能的传感元件、执行元件和控制器组成机电功能模块。如果控制器具有可编程特性，该模块将成为一个灵活的模块。嘿。3替代设计方法，也称机电互补设计方法。这种方法的主要特点是用通用或专用电子设备代替传统机械产品中复杂的机械零件，从而简化结构，获得更好的功能和特性。融合设计方法是将机电产品的某些功能部件或子系统设计成产品专用的。利用这种方法，可以更充分、更合理、更经济地考虑产品各种元素和参数之间的匹配问题，更好地体现机电一体化的优势。该集成方法还可以简化接口并相互集成。优化设计方法，(1)机械技术和电子技术的集成和优化，(2)硬件和软件的交叉和优化，(3)机电产品的整体优化，(8)系统设计的评价和分析方法，(1)人机工程学实用性，(2)系统可靠性，(3)操作稳定性，(4)操作舒适性，(5)人机安全性，(6)环境完善性，(7)技术经济性，(8)结构可制造性，(9)建模艺术性，(10)结果的标准化，(9)机电产品的设计和开发步骤，(1)市场研究所谓的市场研究就是用科学的方法来系统化在市场调查的基础上，通过定性的实证分析或定量的科学计算，预测未来市场的不确定因素和条件，为企业提供依据。(2)初步设计。初步设计的主要任务是建立产品的功能模型，提出总体规划、投资预算、拟定实施方案等。初步设计的主要工作包括：(1)系统的总体结构方案设计；系统功能和技术性能设计；确定产品模型的信息和链接；提出系统的内部和外部接口要求；确定关键技术，并逐一为每项关键技术提出解决方案；(f)确定系统配置；(g)确定实施时间表；(h)预算的列报；技术和经济效益分析；(j)编写初步设计报告。(3)详细设计。详细设计主要是对系统总体方案的具体实施步骤的设计。其主要依据是总体方案框图。从技术上来说，细节将逐渐扩大，直到完成产品原型所需的所有技术图纸和文件。机电一体化的详细设计主要包括以下内容：(一)机械本体设计。这里所述的机械本体一般由各种线性传动部件如减速器、蜗轮蜗杆副、螺杆螺母副、非线性传动部件如连杆机构和凸轮机构、特殊传动部件如柔性传动件等组成界面设计。对于一个产品(或系统)，功率、运动、命令或信息需要在它的不同部件和子系统之间传输。这是通过各种接口实现的。根据功能，接口可分为以下三种类型：(1)零接口。(二)通用接口。(三)智能交换接口。(c)微控制器设计和制造步骤。单片机应用系统也称为微控制器或嵌入式微处理器。微控制器设计包括硬件设计和软件设计，其总体设计和开