第1章 机电一体化技术导论

第一章机电一体化技术导论

第一章机电一体化技术导论2

学习目标

了解机电一体化技术的基本概念、特点、组成和分类方法。理解机电一体化的理论基础和关键技术。了解机电一体化技术与其它技术的关系，以及机电一体化技术的发展趋势。第一章机电一体化技术导论3目录1.1概述1.2

基本组成和分类1.3理论基础与关键技术1.4优点和效益（作用）

1.5发展状况一、机电一体化的形成

微电子技术和计算机技术的飞速发展及其向机械工业的渗透促进了机电一体化的形成。机电一体化技术的核心是机械技术和微电子技术。机电一体化技术是机械技术向自动化、智能化方向发展的必然产物。第一章机电一体化技术导论4

1.1概述第一章机电一体化技术导论5二、机电一体化名称的由来

Mechatronics=

Mechanics+Electronics第一章机电一体化技术导论6Mechatronics1971年，日本《机械设计》杂志副刊1976年，一种以广告为主，专门刊载“机电一体化”新产品的杂志《MechatronicsDesignNews》在日本正式发行。80年代中期，“Mechatronics”开始在欧美各地使用，这个日本人创造的英文单词开始在世界范围内得到普遍承认和接受。第一章机电一体化技术导论7第一章机电一体化技术导论8

三、机电一体化的含义1981年“日本机械振兴协会经济研究所”对机电一体化的解释：“机电一体化是在机械主功能、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”第一章机电一体化技术导论9

基本的特征机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术、信号变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织结构目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值并使整个系统最优化的系统工程技术。

第一章机电一体化技术导论10由此而产生的功能系统成为一个以微电子技术为主导，在现代高新技术支持下的机电一体化系统或机电一体化产品。机电一体化涵盖“技术”和“产品”两个方面。第一章机电一体化技术导论11根本区别:机电一体化技术是基于各种群体技术有机融合的一种综合性技术，而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑。机电一体化技术机电一体化与机械电气化的区别？第一章机电一体化技术导论12

主要区别为:①电气机械在设计过程中不考虑或少考虑电器与机械的内在联系，基本上是根据机械的要求，选用相应的驱动电机或电气传动装置；

②机械和电气装置之间界限分明，它们之间的联结以机械联结为主，整个装置是刚性的；

③装置所需的控制以基于电磁学原理的各种电器，如接触器、继电器等来实现，属强电范畴，其主要支撑技术是电工技术。机电一体化技术机电一体化与机械电气化的区别？第一章机电一体化技术导论13第一章机电一体化技术导论14机电一体化产品不仅是人的体力放大，还是人的肢体和感官与头脑的延伸，具有“智能化”的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质差别。机电一体化产品第一章机电一体化技术导论15机电一体化产品既不同于传统的机械产品，也不同于普通的电子产品，它是机械系统和微电子系统的有机结合，从而赋予新功能和性能的一种新产品。

机电一体化产品的特点是产品功能的实现是由所有功能单元共同作用的结果。第一章机电一体化技术导论161.2

机电系统的基本组成和分类一、机电一体化系统的功能组成

1.系统的主功能:对输入的物质、能量和信息按照要求进行处理，输出具有所需特性的物质、能量与信息。第一章机电一体化技术导论172.其它内部功能：

动力功能、检测功能、控制功能、构造功能

第一章机电一体化技术导论18CNC机床第一章机电一体化技术导论19第一章机电一体化技术导论20二、机电一体化系统的构成要素

一个较完善的机电一体系统一般包括以下五大基本要素：机械本体动力系统传感检测单元执行装置传感与检测系统信息处理及控制系统第一章机电一体化技术导论21五大构成要素之间通过接口相联系第一章机电一体化技术导论22五大构成要素与五大功能第一章机电一体化技术导论23从机电一体化系统的功能看，人体是机电一体化

系统理想的参照物。

人体五大要素与机电一体化产品五大要素的对应关系24(内脏)(手足)(骨骼)(感官)(大脑)第一章机电一体化技术导论25机械本体用于支撑和连接其他要素，是机电系统必要的组成部分。包括机身、床身、壳体等。追求目标：通过采用新工艺、新材料、新结构，达到高效、可靠、节能、小型、轻量、美观等要求。机械系统开发的重点是模块化、标准化、系列化第一章机电一体化技术导论26动力系统按照系统控制要求，为系统提供能量和动力，驱动执行机构完成预定主功能。根据动力源的不同，可分为液压式、气压式、电气式等类型。追求目标：高效率、快速响应特性、高适应性和可靠性。第一章机电一体化技术导论27传感与检测系统在系统运行中对系统本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，并把被检测信号转换成可用的输出信号（电压、电流、频率和脉冲等），为信息处理及控制系统提供所需信息。组成：传感器和信号检测电路。追求目标：高精度、抗干扰、环境适应性强、体积小、安装维护容易。第一章机电一体化技术导论28信息处理及控制系统接受传感与检测系统反馈的信息，并对其进行相应处理、运算、决策，根据处理结果，按照一定的规则发出相应的控制信号，控制整个系统按要求实现有序地运行。它是机电一体化系统的核心单元，由硬件和软件及相应接口组成。追求目标：高可靠性、高速、抗干扰能力强第一章机电一体化技术导论29执行装置根据控制系统的控制信息和指令，实现产品的主功能。执行装置一般是运动部件，常采用机、电、液、气动等机构。执行装置因机电一体化产品的种类和作业对象不同而有较大的差异。五大要素之间的关系机电一体化产品的五大构成要素在工作中各司其职，互相补充、互相协调，共同完成所规定的功能。在结构上，各组成要素通过各种接口及相关软件有机地结合在一起，构成一个内部合理匹配、外部效能最佳的完整产品。第一章机电一体化技术导论30第一章机电一体化技术导论31机电一体化系统是比较复杂的，有时某些构成要素是复合在一起的。构成机电一体化系统的几个部分并不是并列的：首先，机械部分是主体其次，机电一体化的核心是电子技术（微电子技术和电力电子技术）第一章机电一体化技术导论32机电一体化技术综述

机电一体化是一种以产品和过程为基础的技术；机电一体化以机械为主体；机电一体化以微电子技术，特别是计算机控制技术为核心；机电一体化将工业产品和过程都作为一个完整的系统看待，因此强调各种技术的协同和集成，不是将各个单元或部件简单拼凑到一起；机电一体化贯穿于设计和制造的全过程中。第一章机电一体化技术导论33三、机电一体化系统的分类

1）按用途分类2）按执行机构不同

数控机械类电子设备类机电结合类电液伺服类信息控制类第一章机电一体化技术导论341.数控机械类

主要产品为数控机床、工业机器人、发动机控制系统和自动洗衣机等。其特点为执行机构是机械装置。第一章机电一体化技术导论35

2．电子设备类

电子设备类主要产品为电火花加工机床、线切割加工机床、超声波缝纫机和激光测量仪等。其特点为执行机构是电子装置。第一章机电一体化技术导论363．机电结合类

机电结合类主要产品为自动探伤机、形状识别装置和CT扫描仪、自动售货机等。其特点为执行机构是机械和电子装置的有机结合。第一章机电一体化技术导论374．电液伺服类

电液伺服类主要产品为机电一体化的伺服装置。其特点为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。第一章机电一体化技术导论385．信息控制类

信息控制类主要产品为电报机、磁盘存储器、磁带录像机、录音机以及复印机、传真机等办公自动化设备。其主要特点为执行机构的动作完全由所接收的信息类控制。第一章机电一体化技术导论39三、机电一体化系统的分类

3）按机电结合程度

功能附加型功能替代型机电融合型第一章机电一体化技术导论561.5

机电一体化的发展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融合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。因此，机电一体化的主要发展方向如下：

1．智能化

2.模块化

3．网络化

4.微型化

5．绿色化

6．人格化7.自适应化第一章机电一体化技术导论57小结本章通过对机电一体化的基本概念介绍，