机电一体化概论ppt课件

1、机电一体化系统与设计机电一体化系统与设计 第一章第一章 机电一体化概论机电一体化概论 第二章第二章 精细机械技术精细机械技术 第三章第三章 工业控制计算机工业控制计算机 第四章第四章 基于单片机的控制器基于单片机的控制器 第五章第五章 可编程序控制器可编程序控制器 第六章第六章 传感器与计算机接口传感器与计算机接口 第七章第七章 动力驱动及其计算机控制动力驱动及其计算机控制 第八章第八章 机电一体化系统设计方法与实例机电一体化系统设计方法与实例第一章第一章 机电一体化概论机电一体化概论 机电一体化的开展及概念机电一体化的开展及概念 机电一体化系统的组成及功能机电一体化系统的组成及功能 机电一体

2、化的相关技术及开展趋式机电一体化的相关技术及开展趋式 总结总结第一章第一章 机电一体化概论机电一体化概论 机电一体化的开展及概念机电一体化的开展及概念 机电一体化的产生与开展机电一体化的产生与开展 机电一体化的概念及了解机电一体化的概念及了解 机电一体化产品系统的分类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的意义 机电一体化系统的组成及功能机电一体化系统的组成及功能 机电一体化的相关技术及开展趋式机电一体化的相关技术及开展趋式 总结总结机电一体化的产生与开展机电一体化的产生与开展例子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开展机电一体化

3、的产生与开展例子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开展机电一体化的产生与开展例子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开展机电一体化的产生与开展例子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开展机电一体化的产生与开展例子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开展机电一体化的产生与开展例子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开展机电一体化的产生与开展例子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开展机电一体化的产生与开展例子3：机械式

4、计算电子式计算第一台电子式计算机ENIAC?俺可是“分量级人物！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48万美圆。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开展机电一体化的产生与开展例子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开展机电一体化的产生与开展例子3：机械式

5、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 带来了很多益处(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开展机电一体化的产生与开展 120世纪世纪50-60年代，产生阶段，机械年代，产生阶段，机械+电子电子 220世纪世纪70年代未，在日本出现一个新的单词，年代未，在日本出现一个新的单词，Mechatronics机电一体化，机电一体化，Mechan

6、icsElectronics，正式产生的标志，正式产生的标志 320世纪世纪70-80年代，开展阶段，计算机信息年代，开展阶段，计算机信息技术的引入技术的引入-NC/DCS 420世纪世纪80年代未至今，深化开展阶段，激光、年代未至今，深化开展阶段，激光、通讯技术的引入通讯技术的引入CIMS/FMS/FCS 5 (生物技术、新资料、新能源、空间技术生物技术、新资料、新能源、空间技术)第一次出如今第一次出如今1971年日本的年日本的杂志的一个副刊杂志的一个副刊上，随着机电一体化技术的开展，已被大家广泛运用，上，随着机电一体化技术的开展，已被大家广泛运用，现已成为一个正式的单词。现已成为一个正式的

7、单词。俺是支新股，但是涨得很猛哟!机电一体化的产生与开展机电一体化的产生与开展 120世纪世纪80年代初年代初 2大学，机电一体化专业大学，机电一体化专业 3与欧美、日本等先进国家相与欧美、日本等先进国家相比比第一讲第一讲 机电一体化概论机电一体化概论 机电一体化的开展及概念机电一体化的开展及概念 机电一体化的产生与开展机电一体化的产生与开展 机电一体化的概念及了解机电一体化的概念及了解 机电一体化产品系统的分类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的意义 机电一体化系统的组成及功能机电一体化系统的组成及功能 机电一体化的相关技术及开展趋式机电一体化的相关技术及开展趋式 总结总结

8、机电一体化的概念及了解机电一体化的概念及了解 机电一体化的概念机电一体化的概念 (1) 90年代，国际机器和机械实际研讨年代，国际机器和机械实际研讨会会IFTMM成立了机电一体化技术委成立了机电一体化技术委员会，给出机电一体化定义：机电一体员会，给出机电一体化定义：机电一体化是精细机械工程，电子控制和系统思化是精细机械工程，电子控制和系统思想，在产品设计和制造过程中的协同结想，在产品设计和制造过程中的协同结合。合。 (2) 1991，英国在兴办期刊，英国在兴办期刊定义：机电一体化的定义：机电一体化的根本方式可以视为现代工程技术中机械根本方式可以视为现代工程技术中机械与电子学科的结合。与电子学科

9、的结合。 (3) 2019.3，电气与电子工程学会，电气与电子工程学会IEEE与美国机械工程学会与美国机械工程学会ASME创刊创刊将机电一体化定将机电一体化定义：在工业产品和过程的设计与制造工义：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程中，机械工程与电子和智能计算机控制的协同集成。制的协同集成。 (4) 目前比较具有代表性的一个定义是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讨所日本机械振兴会经济研讨所1981.3给出给出的：机电一体化乃是机械的主功能、动的：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力功能、信息功能和控制功能上引进微电子

10、技术，并将机械安装与电子安装用电子技术，并将机械安装与电子安装用相关软件有机结合而构成系统的总称。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。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了解机电一体化的概念及了解 如何了解机电一体化概念如何了解机电一体化概念 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；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，经过机电一体化是以机械技术、

11、电子技术为主，经过信息技术将二者有机的结合在一同，而不是简单地信息技术将二者有机的结合在一同，而不是简单地相加；相加； 机电一体化的内涵：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、运用、开展的技术，化系统或产品得以实现、运用、开展的技术，包括：精细机械技术、微电子技术、计算机信息包括：精细机械技术、微电子技术、计算机信息技术、自控技术和电工技术。技术、自控技术和电工技术。 机电一体化产品：运用机电一体化技术设计和制机电一体化产品：运用机电一体化技术设计和制造的新一代产品，如：造的新一代产品，如：CNC机床、智能

12、机器人、全机床、智能机器人、全自动洗衣机、数字空调和针式打印机等。自动洗衣机、数字空调和针式打印机等。消费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经过具有电磁特性的各种电器来实现，如继电器、接触器等，在设计中不思索或很少思索彼此间的内在联络； 机械本体和电气驱动界限清楚，整个安装是刚性的，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，整个安装在电子、计算机控制下具有一定的智能性。 第一讲第一讲 机电一体化概论机电一体化概论 机电一体化的开展及概念机电一体化的开展及概念 机

13、电一体化的产生与开展机电一体化的产生与开展 机电一体化的概念及了解机电一体化的概念及了解 机电一体化产品系统的分类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的意义 机电一体化系统的组成及功能机电一体化系统的组成及功能 机电一体化的相关技术及开展趋式机电一体化的相关技术及开展趋式 总结总结机电一体化产品系统的分类机电一体化产品系统的分类 按功能划分：按功能划分： 1数控机械类：如数控机床、机器人、全自数控机械类：如数控机床、机器人、全自动冼衣机等，特点是：执行安装是机械安装。动冼衣机等，特点是：执行安装是机械安装。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

14、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机电一体化产品系统的分类 按功能划分：按功能划分： 1数控机械类：如数控机床、机器人、全自数控机械类：如数控机床、机器人、全自动冼衣机等，特点是：执行安装是机械安装。动冼衣机等，特点是：执行安装是机械安装。 2电子设备类：如线切割加工设备、激光丈电子设备类：如线切割加工设备、激光丈量仪等，特点是：执行安装是电子设备。量仪等，特点是：执行安装是电子设备。线切割线切割机电一体化产品系统的分类机电一体化产品系统的分类 按功能划分：按功能划分： 1数控机械类：如数控机床、机器人、全自数控机械类：如数控机床、机器人、全自动冼衣机等，特点是：执行安装是

15、机械安装。动冼衣机等，特点是：执行安装是机械安装。 2电子设备类：如线切割加工设备、激光丈电子设备类：如线切割加工设备、激光丈量仪等，特点是：执行安装是电子设备。量仪等，特点是：执行安装是电子设备。 3机电结合类：如机电结合类：如CT扫描诊断仪、自动售扫描诊断仪、自动售货机等，特点是：执行安装是机械与电子的货机等，特点是：执行安装是机械与电子的结合。结合。CT扫描仪CT扫描仪机电一体化产品系统的分类机电一体化产品系统的分类 按功能划分：按功能划分： 1数控机械类：如数控机床、机器人、全自数控机械类：如数控机床、机器人、全自动冼衣机等，特点是：执行安装是机械安装。动冼衣机等，特点是：执行安装是机

16、械安装。 2电子设备类：如线切割加工设备、激光丈电子设备类：如线切割加工设备、激光丈量仪等，特点是：执行安装是电子设备。量仪等，特点是：执行安装是电子设备。 3机电结合类：如机电结合类：如CT扫描诊断仪、自动售扫描诊断仪、自动售货机等，特点是：执行安装是机械与电子的货机等，特点是：执行安装是机械与电子的结合。结合。 4电液伺服类：主要产品是机电液一体化伺电液伺服类：主要产品是机电液一体化伺服安装，特点是：执行机构是液压驱动的机服安装，特点是：执行机构是液压驱动的机械安装，控制机构是接受电信号的液压伺服械安装，控制机构是接受电信号的液压伺服阀。阀。液压发掘机机电一体化产品系统的分类机电一体化产品

17、系统的分类 按功能划分：按功能划分： 1数控机械类：如数控机床、机器人、全自动冼数控机械类：如数控机床、机器人、全自动冼衣机等，特点是：执行安装是机械安装。衣机等，特点是：执行安装是机械安装。 2电子设备类：如线切割加工设备、激光丈量仪电子设备类：如线切割加工设备、激光丈量仪等，特点是：执行安装是电子设备。等，特点是：执行安装是电子设备。 3机电结合类：如机电结合类：如CT扫描诊断仪、自动售货机等，扫描诊断仪、自动售货机等，特点是：执行安装是机械与电子的结合。特点是：执行安装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安电液伺服类：主要产品是机电液一体化伺服安装，特点是：执行

18、机构是液压驱动的机械安装，控装，特点是：执行机构是液压驱动的机械安装，控制机构是接受电信号的液压伺服阀。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、机、复印机等一些办信息控制类：如电报机、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。的信息类控制。机、复印机机电一体化产品系统的分类机电一体化产品系统的分类 辨析：辨析： 问：装有微型计算机的电视机、电饭问：装有微型计算机的电视机、电饭煲是不是机电一体化产品？煲是不是机电一体化产品？ 答：不是无机械运动，属于纯电子设答：不是无机械运动，属于纯电子设备备 问：普

19、通的缝纫机与单片机控制的缝问：普通的缝纫机与单片机控制的缝纫机有何差别？纫机有何差别？ 答：普通的缝纫机属于纯机械设备，单答：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片机控制的缝纫机属于机电一体化产品特点是什么？特点是什么？1.以机械作为控制对象，以机械作为控制对象，改动位移、速度等参数。改动位移、速度等参数。2.以电子或计算机作为以电子或计算机作为控制器，具有一定的智控制器，具有一定的智能。能。第一讲第一讲 机电一体化概论机电一体化概论 机电一体化的开展及概念机电一体化的开展及概念 机电一体化的产生与开展机电一体化的产生与开展 机电一体化的概念及了解机电一体化的概念及

20、了解 机电一体化产品系统的分类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的意义 机电一体化系统的组成及功能机电一体化系统的组成及功能 机电一体化的相关技术及开展趋式机电一体化的相关技术及开展趋式 总结总结机电一体化的意义机电一体化的意义 1功能加强功能加强 2精度提高精度提高 3构造简化构造简化 4可靠性提高可靠性提高 5改善操作改善操作 6提高柔性提高柔性 7节约能源和资料节约能源和资料第一讲第一讲 机电一体化概论机电一体化概论 机电一体化的开展及概念机电一体化的开展及概念 机电一体化系统的组成及功能机电一体化系统的组成及功能 机电一体化系统的组成机电一体化系统的组成 典型的机电一

21、体化系统典型的机电一体化系统 机电一体化的相关技术及开展趋式机电一体化的相关技术及开展趋式 总结总结机电一体化系统的组成机电一体化系统的组成例子：机电一体化系统的组成机电一体化系统的组成例子：机电一体化系统的组成机电一体化系统的组成 由五个部分要素组成：由五个部分要素组成： 1机械安装：支承、衔接、实现某种运动，机械安装：支承、衔接、实现某种运动，如机架、导轨、任务台、机械手等如机架、导轨、任务台、机械手等 2驱动安装：驱动机械安装运动，如各类电驱动安装：驱动机械安装运动，如各类电机、电磁铁、液压马达等机、电磁铁、液压马达等 3动力安装：为驱动安装提供能源，又称为动力安装：为驱动安装提供能源，

22、又称为动力源，包括电源、液压源、气压源动力源，包括电源、液压源、气压源 4传感检测安装：对系统本身和外界环境的传感检测安装：对系统本身和外界环境的一些形状及参数进展丈量信息获取，并一些形状及参数进展丈量信息获取，并提供所能识别的信号，主要是各类传感器，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、温度传感例如：位移传感器、压力传感器、温度传感器等器等 5信息处置安装：将多种信息进展处置，并信息处置安装：将多种信息进展处置，并根据处置的结果进展相应的控制，又称为控根据处置的结果进展相应的控制，又称为控制子系统，是机电一体化系统中的灵魂部分，制子系统，是机电一体化系统中的灵魂

23、部分，智能要素。例如：计算机、单片机、智能要素。例如：计算机、单片机、PLC等等动力动力安装安装机械机械安装安装驱动驱动安装安装机电一体化系统与人体构造及功能比较机电一体化系统与人体构造及功能比较传感检传感检测安装测安装 不同环节之间进展着能量转换、运动传送、信息不同环节之间进展着能量转换、运动传送、信息交换与处置，并最终衔接成一个有机整体，在控制单交换与处置，并最终衔接成一个有机整体，在控制单元的作用下有序的任务。元的作用下有序的任务。动力动力本体本体驱动驱动检测检测头脑头脑内脏内脏骨骼骨骼肌肉肌肉感官感官机电一体化系统机电一体化系统功能与作用功能与作用人体人体信息处信息处理安装理安装控制控

24、制报告老大，人类不仅仿生了我们鲨鱼皮，连自个也仿了。第一讲第一讲 机电一体化概论机电一体化概论 机电一体化的开展及概念机电一体化的开展及概念 机电一体化系统的组成及功能机电一体化系统的组成及功能 机电一体化系统的组成机电一体化系统的组成 典型的机电一体化系统典型的机电一体化系统 机电一体化的相关技术及开展趋式机电一体化的相关技术及开展趋式 总结总结典型的机电一体化系统典型的机电一体化系统机器人机器人 1机械安装：手臂、手指、手臂的衔接机械安装：手臂、手指、手臂的衔接部分和机座。部分和机座。 2驱动安装：驱动机械手臂、手指运动驱动安装：驱动机械手臂、手指运动的电机、电磁铁等。的电机、电磁铁等。

25、3动力源：电源、液压源、气源。动力源：电源、液压源、气源。 4传感检测安装：检测旋转角度和摆动传感检测安装：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。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。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典型的机电一体化系统汽车汽车汽车防抱死系统(ABS)我来举例我来举例第一讲第一讲 机电一体化概论机电一体化概论 机电一体化的开展及概念机电一体化的开展及概念 机电一体化系统的组成及功能机电一体化系统的组成及功能 机电一体化的相关技术及开展趋式机电一体化的相关技术及开展趋式 机电一体化的开

26、展现状机电一体化的开展现状 机电一体化的相关技术机电一体化的相关技术 机电一体化技术及系统开展趋势机电一体化技术及系统开展趋势 总结总结机电一体化的开展现状机电一体化的开展现状n制造业是科学技术和国家经济开展的根底工制造业是科学技术和国家经济开展的根底工业，机电一体化是制造业开展的必然趋势。业，机电一体化是制造业开展的必然趋势。n遭到各国的高度注重遭到各国的高度注重n日本智能传感器、计算机芯片制造技术、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智能工业机器人、柔性制造系统等列为高技术领域的艰苦研讨课题术领域的艰苦研讨课题n西欧西欧“尤里卡方案尤里卡方案n美国美国

27、国家关键技术委员会向总统提交美国美国国家关键技术委员会向总统提交的年度报告的年度报告n中国中国863方案，清华大学方案，清华大学CIMS第一讲第一讲 机电一体化概论机电一体化概论 机电一体化的开展及概念机电一体化的开展及概念 机电一体化系统的组成及功能机电一体化系统的组成及功能 机电一体化的相关技术及开展趋式机电一体化的相关技术及开展趋式 机电一体化的开展现状机电一体化的开展现状 机电一体化的相关技术机电一体化的相关技术 机电一体化技术及系统开展趋势机电一体化技术及系统开展趋势 总结总结机电一体化的相关技术机电一体化的相关技术n 1传感检测技术传感检测技术n 关键技术之一关键技术之一n 本身就

28、是一门多学科交融的技术，传感原理、传感资料、传本身就是一门多学科交融的技术，传感原理、传感资料、传感器的加工制造是传感器开发的三个重要方面感器的加工制造是传感器开发的三个重要方面n 朝着信息化、智能化、多维化、集成化方面开展朝着信息化、智能化、多维化、集成化方面开展n 2信息处置技术信息处置技术n 关键技术之一关键技术之一n 包括信息的输入、识别、变换、运算、存储及输出包括信息的输入、识别、变换、运算、存储及输出n 包括硬件和软件两部分包括硬件和软件两部分n 3自动控制技术自动控制技术n 经典控制论传送函数，单输入、单输出的线性定常系统经典控制论传送函数，单输入、单输出的线性定常系统n 现代控

29、制论形状空间法，多输入、多输出、变参量、非线现代控制论形状空间法，多输入、多输出、变参量、非线性的时变系统性的时变系统n 高精度定位、速度控制、自顺应控制、自诊断、自校正、自高精度定位、速度控制、自顺应控制、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。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，从中心看，机电一体化技术从外部看，机电一体化产品是智能化和多功能的，从中心看，机电一体化技术是多种技术的综合：是多种技术的综合：例子机电一体化的相关技术机电一体化的相关技术n 4伺服驱动技术伺服驱动技术n 主要是指驱动机

30、构中的问题。包括电磁铁、伺服电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、气缸等机、步进电机、液压马达、液压缸、气缸等n 交直流伺服电机控制，变频调速、电流逆变技术，交直流伺服电机控制，变频调速、电流逆变技术，步进电机制控制步进电机制控制n 5接口技术接口技术n 包括机械、电子、信息等多单元接口，多种接口包括机械、电子、信息等多单元接口，多种接口n 从某种意义上讲，机电一体化系统的设计就是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设计n 6精细机械技术精细机械技术n 精细机构精细机构n 普通机构的精度提高普通机构的精度提高n 7系统总体技术系统总体技术

31、n 从整体目的出发，用系统的观念和方法，把机械和从整体目的出发，用系统的观念和方法，把机械和电子在功能与机构上有机地一体化技术电子在功能与机构上有机地一体化技术n 除了优化设计外，还包括可靠性设计、规范化设计、除了优化设计外，还包括可靠性设计、规范化设计、系列化设计及外型设计系列化设计及外型设计第一讲第一讲 机电一体化概论机电一体化概论 机电一体化的开展及概念机电一体化的开展及概念 机电一体化系统的组成及功能机电一体化系统的组成及功能 机电一体化的相关技术及开展趋式机电一体化的相关技术及开展趋式 机电一体化的开展现状机电一体化的开展现状 机电一体化的相关技术机电一体化的相关技术 机电一体化技术及系统开展趋势机电一体化技术及系统开展趋势 总结总结机电一体化技术及系统开展趋势机电一体化技术及系统开展趋势 1高性能化趋势高性能化趋势 四高：高速化、高精度、高效率、高可靠性。四高：高速化、高精度、高效率、高可靠性。 2智能化趋势智能化趋势 自诊断自检错、自纠错、自恢复自诊断自检错、自纠错、自恢复 加工过程的智能化对误差的自补偿、自学加工过程的智能化对误差的自补偿、自学习习 3系统化趋势系统化趋势 系统构造：开放式、模块化系统构造：开放式、模块化 4微型化趋势微型化趋势 微细加工技术开展，新型资料