機(jī)電一體化課件x新

1、 教師：羅新強(qiáng)教師：羅新強(qiáng) 職稱：高級講師職稱：高級講師機(jī)電一體化的發(fā)展及概念機(jī)電一體化的發(fā)展及概念機(jī)電一體化的產(chǎn)生與發(fā)展機(jī)電一體化的產(chǎn)生與發(fā)展 機(jī)電一體化的概念及理解機(jī)電一體化的概念及理解機(jī)電一體化產(chǎn)品（系統(tǒng)）的分類機(jī)電一體化產(chǎn)品（系統(tǒng)）的分類機(jī)電一體化的意義機(jī)電一體化的意義機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成及功能機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成及功能機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)及發(fā)展趨式機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)及發(fā)展趨式總結(jié)總結(jié)例子1：機(jī)械式控制計(jì)算機(jī)數(shù)字控制靠模（仿形）控制機(jī)械式例子2：機(jī)械式控制計(jì)算機(jī)數(shù)字控制靠模（仿形）控制機(jī)械液壓式例子3：機(jī)械式控制計(jì)算機(jī)數(shù)字控制數(shù)控插補(bǔ)計(jì)算機(jī)數(shù)控式例子4：機(jī)械式調(diào)速電子式調(diào)速機(jī)械式調(diào)速

2、器瓦特例子4：機(jī)械式調(diào)速電子式調(diào)速電子式調(diào)速器例子5：機(jī)械式計(jì)算電子式計(jì)算機(jī)械式乘法計(jì)算器手搖式機(jī)械計(jì)算器例子5：機(jī)械式計(jì)算電子式計(jì)算第一臺機(jī)械式計(jì)算機(jī)例子5：機(jī)械式計(jì)算電子式計(jì)算第一臺電子式計(jì)算機(jī)（ENIAC）ENIAC(電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)，電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)，Electronic Numerical Integrator And Computer)。于于1946年年2月月15日在美國誕生。日在美國誕生。占地面積占地面積170平方米，重達(dá)平方米，重達(dá)30噸，噸，耗電量耗電量150千瓦。造價(jià)千瓦。造價(jià)48萬美元。萬美元。由真空管、二極管、由真空管、二極管、 電阻器、電阻器、電容器、繼電器、開關(guān)

3、等組成。電容器、繼電器、開關(guān)等組成。每秒執(zhí)行每秒執(zhí)行5000次加法或次加法或400次乘次乘法，是手工計(jì)算的法，是手工計(jì)算的20萬倍。萬倍。例子5：機(jī)械式計(jì)算電子式計(jì)算第一臺集成電路式計(jì)算機(jī)(PDP-8)例子5：機(jī)械式計(jì)算電子式計(jì)算第一臺帶電池的筆記本電腦(1985，東芝)帶旋轉(zhuǎn)手寫功能的筆記本電腦(IBM，X41T)l在機(jī)械系統(tǒng)中引入電子、計(jì)算機(jī)在機(jī)械系統(tǒng)中引入電子、計(jì)算機(jī)l由電路、計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械的部分功能由電路、計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械的部分功能l還引入了其他技術(shù)，如液壓、控制等還引入了其他技術(shù)，如液壓、控制等l帶來了很多好處帶來了很多好處(功能、體積、操控性、功能、體積、操控性、性價(jià)比等性價(jià)比等)l

4、分立電子元器件分立電子元器件大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路l系統(tǒng)越來越復(fù)雜，應(yīng)該是一個(gè)系統(tǒng)工程系統(tǒng)越來越復(fù)雜，應(yīng)該是一個(gè)系統(tǒng)工程l1、機(jī)電一體化技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)：機(jī)械機(jī)：機(jī)械 mechanic 電：微電子電：微電子 electronic機(jī)電：機(jī)電：mechatronics機(jī)電一體化技術(shù)：機(jī)電一體化技術(shù)：mechatronics technology 機(jī)械技術(shù)機(jī)械技術(shù)（機(jī)械學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)）（機(jī)械學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)） 微電子技術(shù)微電子技術(shù)（半導(dǎo)體技術(shù)、（半導(dǎo)體技術(shù)、IC、 LSI） 機(jī)機(jī)電電l機(jī)電一體化（機(jī)電一體化（Mechatronics ）一詞最早出現(xiàn)在）一詞最早出現(xiàn)在1971年日本的年日本的機(jī)械設(shè)計(jì)

5、機(jī)械設(shè)計(jì)雜志副刊上。后來隨雜志副刊上。后來隨著機(jī)電一體化的發(fā)展而被廣泛引用。我國通常稱著機(jī)電一體化的發(fā)展而被廣泛引用。我國通常稱為為“機(jī)械電子學(xué)機(jī)械電子學(xué)”或或“機(jī)電一體化機(jī)電一體化” Mechatronics=Mechanics+Electronicsl一般認(rèn)為，機(jī)電一體化是一般認(rèn)為，機(jī)電一體化是 以機(jī)械學(xué)、電子學(xué)和信息以機(jī)械學(xué)、電子學(xué)和信息 科學(xué)為主的多門技術(shù)學(xué)科科學(xué)為主的多門技術(shù)學(xué)科 在機(jī)電產(chǎn)品發(fā)展過程中相在機(jī)電產(chǎn)品發(fā)展過程中相 互交叉、相互滲透而形成互交叉、相互滲透而形成 的一門新興邊緣性技術(shù)學(xué)的一門新興邊緣性技術(shù)學(xué) 科?？?。 機(jī)電一體化信息科學(xué)機(jī)械學(xué)電子學(xué)l首先，機(jī)電一體化是機(jī)械學(xué)、

6、電子學(xué)與信息科學(xué)等學(xué)科相互首先，機(jī)電一體化是機(jī)械學(xué)、電子學(xué)與信息科學(xué)等學(xué)科相互融合而形成的學(xué)科。融合而形成的學(xué)科。l其次，機(jī)電一體化是一個(gè)發(fā)展中的概念，早期的機(jī)電一體化其次，機(jī)電一體化是一個(gè)發(fā)展中的概念，早期的機(jī)電一體化就像其字面所表述的那樣，主要強(qiáng)調(diào)機(jī)械與電子的結(jié)合，即就像其字面所表述的那樣，主要強(qiáng)調(diào)機(jī)械與電子的結(jié)合，即將電子技術(shù)將電子技術(shù)“溶入溶入”到機(jī)械技術(shù)中而形成新的技術(shù)與產(chǎn)品。到機(jī)械技術(shù)中而形成新的技術(shù)與產(chǎn)品。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，以計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，以計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)為特征的信息技術(shù)（即所謂的制技術(shù)為特征的信息技術(shù)（即所謂的“3C”

7、技術(shù)）技術(shù)）“滲透滲透”到機(jī)械技術(shù)中，豐富了機(jī)電一體化的含義，現(xiàn)代的機(jī)電一體到機(jī)械技術(shù)中，豐富了機(jī)電一體化的含義，現(xiàn)代的機(jī)電一體化不僅僅指機(jī)械、電子與信息技術(shù)的結(jié)合，還包括光（光學(xué)）化不僅僅指機(jī)械、電子與信息技術(shù)的結(jié)合，還包括光（光學(xué)）機(jī)電一體化、機(jī)電氣（氣壓）一體化、機(jī)電液（液壓）一體機(jī)電一體化、機(jī)電氣（氣壓）一體化、機(jī)電液（液壓）一體化、機(jī)電儀（儀器儀表）一體化等；化、機(jī)電儀（儀器儀表）一體化等；l最后，機(jī)電一體化表達(dá)了技術(shù)之間相互結(jié)合的學(xué)術(shù)思想，強(qiáng)最后，機(jī)電一體化表達(dá)了技術(shù)之間相互結(jié)合的學(xué)術(shù)思想，強(qiáng)調(diào)各種技術(shù)在機(jī)電產(chǎn)品中的相互協(xié)調(diào)，以達(dá)到系統(tǒng)總體最優(yōu)。調(diào)各種技術(shù)在機(jī)電產(chǎn)品中的相互協(xié)調(diào)，以

8、達(dá)到系統(tǒng)總體最優(yōu)。換句話說，機(jī)電一體化是多種技術(shù)學(xué)科有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，而換句話說，機(jī)電一體化是多種技術(shù)學(xué)科有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，而不是它們的簡單疊加。不是它們的簡單疊加。 l內(nèi)涵內(nèi)涵 機(jī)電一體化是一個(gè)綜合的概念，包含了技術(shù)和產(chǎn)品兩方面內(nèi)機(jī)電一體化是一個(gè)綜合的概念，包含了技術(shù)和產(chǎn)品兩方面內(nèi)容它首先是指機(jī)電一體化技術(shù)，其次是指機(jī)電一體化產(chǎn)容它首先是指機(jī)電一體化技術(shù)，其次是指機(jī)電一體化產(chǎn)品品( (系統(tǒng)系統(tǒng)) ) 。l機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)電一體化技術(shù)是從系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)出發(fā)，將機(jī)械、電子是從系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)出發(fā)，將機(jī)械、電子和信息等有關(guān)技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)或產(chǎn)品整體和信息等有關(guān)技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)或產(chǎn)

9、品整體最優(yōu)的綜合性技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)主要包括技術(shù)原理和最優(yōu)的綜合性技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)主要包括技術(shù)原理和使機(jī)電一體化產(chǎn)品（或系統(tǒng)）得以實(shí)現(xiàn)、使用和發(fā)展的技使機(jī)電一體化產(chǎn)品（或系統(tǒng)）得以實(shí)現(xiàn)、使用和發(fā)展的技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)是一個(gè)技術(shù)群（族）的總稱，包括檢術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)是一個(gè)技術(shù)群（族）的總稱，包括檢測傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、自動控制技測傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、自動控制技術(shù)、機(jī)械技術(shù)及系統(tǒng)總體技術(shù)等。術(shù)、機(jī)械技術(shù)及系統(tǒng)總體技術(shù)等。l機(jī)電一體化產(chǎn)品機(jī)電一體化產(chǎn)品有時(shí)也稱為機(jī)電一體化系統(tǒng)，它們是兩個(gè)有時(shí)也稱為機(jī)電一體化系統(tǒng)，它們是兩個(gè)相近的概念，通常機(jī)電一體化產(chǎn)品指

10、獨(dú)立存在的機(jī)電結(jié)合相近的概念，通常機(jī)電一體化產(chǎn)品指獨(dú)立存在的機(jī)電結(jié)合產(chǎn)品，而機(jī)電一體化系統(tǒng)主要指依附于主產(chǎn)品的部件系統(tǒng)產(chǎn)品，而機(jī)電一體化系統(tǒng)主要指依附于主產(chǎn)品的部件系統(tǒng)?；靖拍罨靖拍頻1、家用電器 l2、數(shù)控設(shè)備l3、自動化生產(chǎn)線l4、醫(yī)療儀器及設(shè)備l5、辦公自動化設(shè)備l6、航空航天設(shè)備l7、汽車l8、其它 數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、自動生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)用機(jī)電一體化產(chǎn)品 柔性生產(chǎn)單元、自動組合生產(chǎn)單元 FMS、無人化工廠、CIMS 微機(jī)控制汽車、機(jī)車等交通運(yùn)輸工具運(yùn)輸、包裝機(jī)電一體化產(chǎn)品 數(shù)控包裝機(jī) 械及系統(tǒng) 數(shù)控運(yùn)輸機(jī)械及工程機(jī)械設(shè)備 自動倉庫儲存、銷售用機(jī)電一體化產(chǎn)品 自動空調(diào)與制冷系統(tǒng)及設(shè)備 自

11、動稱量、分選、銷售及現(xiàn)金處理系統(tǒng) 自動化辦公設(shè)備社會服務(wù)性機(jī)電一體化產(chǎn)品 動力、醫(yī)療、環(huán)保及公共服務(wù)自動化設(shè)備 文教、體育、娛樂用機(jī)電一體化產(chǎn)品 微機(jī)或數(shù)控型耐用消費(fèi)品家庭用機(jī)電一體化產(chǎn)品 炊事自動化機(jī)械 家庭用信息、服務(wù)設(shè)備 測試設(shè)備科研及過程控制用機(jī)電一體化產(chǎn)品 控制設(shè)備 信息處理系統(tǒng)農(nóng)、林、牧、漁及其它民用機(jī)電一體化產(chǎn)品航空、航天、國防用武器裝備等機(jī)電一體化產(chǎn)品1 1）數(shù)控機(jī)床）數(shù)控機(jī)床 包括：包括： 數(shù)控車床數(shù)控車床 數(shù)控銑床數(shù)控銑床 數(shù)控沖床等數(shù)控沖床等CAK系列CKS系列數(shù)數(shù)控控銑銑床床三坐標(biāo)立式數(shù)控銑床示意圖1.1.提高精度提高精度2.2.提高生產(chǎn)效率提高生產(chǎn)效率3.3.減輕勞動

12、強(qiáng)度減輕勞動強(qiáng)度4.4.有利于生產(chǎn)管理有利于生產(chǎn)管理5.5.有利于產(chǎn)品更新有利于產(chǎn)品更新改型改型高速化、精密化、高效能、系統(tǒng)化、復(fù)合高速化、精密化、高效能、系統(tǒng)化、復(fù)合化、綠色、可靠、自診斷化、綠色、可靠、自診斷例子發(fā)展歷程：發(fā)展歷程：第一代：示教再現(xiàn)機(jī)器人第一代：示教再現(xiàn)機(jī)器人第二代：有感覺的機(jī)器人第二代：有感覺的機(jī)器人第三代：智能機(jī)器人第三代：智能機(jī)器人弧焊機(jī)器人FANUC M-430iA 工業(yè)機(jī)器人正在做壽司工業(yè)機(jī)器人+仿真手例子加工機(jī)器人焊接機(jī)器人噴涂機(jī)器人裝配機(jī)器人檢測機(jī)器人凈化機(jī)器人移動式機(jī)器人汽車裝配機(jī)器人120公斤點(diǎn)焊 機(jī)器人搬運(yùn) 機(jī)器人汽車加油機(jī)器人導(dǎo)游機(jī)器人水下掃雷機(jī)器人我

13、國研制的排爆機(jī)器人消防機(jī)器人救援機(jī)器人l1機(jī)械裝置機(jī)械裝置：手臂、手指、手臂的連接：手臂、手指、手臂的連接部分和機(jī)座。部分和機(jī)座。l2驅(qū)動裝置驅(qū)動裝置：驅(qū)動機(jī)械手臂、手指運(yùn)動：驅(qū)動機(jī)械手臂、手指運(yùn)動的電機(jī)、電磁鐵等。的電機(jī)、電磁鐵等。l3動力源動力源：電源、液壓源、氣源。：電源、液壓源、氣源。l4傳感檢測裝置傳感檢測裝置：檢測旋轉(zhuǎn)角度和擺動：檢測旋轉(zhuǎn)角度和擺動角度的旋轉(zhuǎn)編碼器、測速度用的測速電機(jī)。角度的旋轉(zhuǎn)編碼器、測速度用的測速電機(jī)。l5控制單元控制單元：計(jì)算機(jī)控制器。：計(jì)算機(jī)控制器。焊接機(jī)器人搬運(yùn)機(jī)器人電子行業(yè)點(diǎn)膠機(jī)器人例子汽車防抱死剎車系統(tǒng)汽車防抱死剎車系統(tǒng)(ABS，Anti-locked

14、 Braking System)我來舉例我來舉例可在毛細(xì)血管里工作的微型可在毛細(xì)血管里工作的微型機(jī)器人機(jī)器人膠囊機(jī)器人膠囊機(jī)器人-重慶重慶l機(jī)電一體化產(chǎn)品的表現(xiàn)形式機(jī)電一體化產(chǎn)品的表現(xiàn)形式 1.機(jī)械的電子化 （1）在原有機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)上采用微型計(jì)算機(jī)控制裝置，使系統(tǒng)的性能提高，功能增強(qiáng)。例如，模糊控制洗衣機(jī)能根據(jù)衣物的潔凈度自動控制洗滌過程，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電、節(jié)時(shí)、節(jié)洗衣粉的功能；機(jī)床的數(shù)控化是另一個(gè)典型的例子。 （2）用電子裝置局部替代機(jī)械傳動裝置和機(jī)械控制裝置，簡化結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)控制靈活性。例如，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)采用伺服系統(tǒng)，簡化了傳動鏈，提高了進(jìn)給系統(tǒng)的動態(tài)性能；將傳統(tǒng)電機(jī)的電刷用電子裝

15、置替代形成的無刷電機(jī)，具有性能可靠、結(jié)構(gòu)簡單、尺寸減小等優(yōu)點(diǎn)。 基本概念基本概念l 機(jī)電一體化產(chǎn)品的表現(xiàn)形式機(jī)電一體化產(chǎn)品的表現(xiàn)形式 （3）用電子裝置完全替代原來執(zhí)行信息處理功能的機(jī)構(gòu)，既減化了結(jié)構(gòu)，又極大地豐富了信息傳輸?shù)膬?nèi)容，提高了速度。例如，石英電子鐘表、電子秤、按鍵式電話等。 （4）用電子裝置替代機(jī)械的主功能，形成特殊的加工能力。例如，電火花加工機(jī)床、線切割加工機(jī)床、激光加工機(jī)床等。 2.機(jī)電技術(shù)完全融合形成新型機(jī)電一體化產(chǎn)品 生產(chǎn)機(jī)械中的激光快速成形機(jī)；信息機(jī)械中的傳真機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)；檢測機(jī)械中的CT（計(jì)算機(jī)斷層掃描診斷裝置）掃描診斷儀、掃描隧道顯微鏡等。 機(jī)電一體化技術(shù)的主要特

16、征：機(jī)電一體化技術(shù)的主要特征：整體結(jié)構(gòu)最優(yōu)化：在傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品中，為了增加功能，或?qū)崿F(xiàn)某一整體結(jié)構(gòu)最優(yōu)化：在傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品中，為了增加功能，或?qū)崿F(xiàn)某一種控制規(guī)律，往往靠增加機(jī)械機(jī)構(gòu)的辦法來實(shí)現(xiàn)。如果采用機(jī)電一體種控制規(guī)律，往往靠增加機(jī)械機(jī)構(gòu)的辦法來實(shí)現(xiàn)。如果采用機(jī)電一體化系統(tǒng)，可以從機(jī)械、電子、硬件、軟件四個(gè)方面去實(shí)現(xiàn)同一種功能?；到y(tǒng)，可以從機(jī)械、電子、硬件、軟件四個(gè)方面去實(shí)現(xiàn)同一種功能。系統(tǒng)控制智能化：這是機(jī)電一體化技術(shù)與傳統(tǒng)的工業(yè)自動化技術(shù)最系統(tǒng)控制智能化：這是機(jī)電一體化技術(shù)與傳統(tǒng)的工業(yè)自動化技術(shù)最主要的區(qū)別之一。電子技術(shù)的引入，顯著地改變了傳統(tǒng)機(jī)械那種單純主要的區(qū)別之一。電子技術(shù)的引入，顯

17、著地改變了傳統(tǒng)機(jī)械那種單純靠操作人員，按照規(guī)定的工藝順序頻繁重復(fù)的工作狀況?？坎僮魅藛T，按照規(guī)定的工藝順序頻繁重復(fù)的工作狀況。操作性能柔性化：計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的引入，能使機(jī)電一體化系統(tǒng)的操作性能柔性化：計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的引入，能使機(jī)電一體化系統(tǒng)的各個(gè)傳動機(jī)構(gòu)的各個(gè)傳動機(jī)構(gòu)的動作通過預(yù)先給定的程序，一步一步地由電子系統(tǒng)來動作通過預(yù)先給定的程序，一步一步地由電子系統(tǒng)來協(xié)調(diào)。在生產(chǎn)對象變更需要改變傳動機(jī)構(gòu)的動作規(guī)律時(shí)，無須改變其協(xié)調(diào)。在生產(chǎn)對象變更需要改變傳動機(jī)構(gòu)的動作規(guī)律時(shí)，無須改變其硬件機(jī)構(gòu)，只要調(diào)整由一系列指令組成的軟件，就可以達(dá)到預(yù)期的目硬件機(jī)構(gòu)，只要調(diào)整由一系列指令組成的軟件，就可以達(dá)到預(yù)期的

18、目的。的。1 1. 20. 20世紀(jì)世紀(jì)6060年代前為第一階段，年代前為第一階段，“萌芽階段萌芽階段” 工程師們自覺或者不自覺地把機(jī)械產(chǎn)品和電子技術(shù)相結(jié)工程師們自覺或者不自覺地把機(jī)械產(chǎn)品和電子技術(shù)相結(jié)合，以提高機(jī)械產(chǎn)品的性能。但是由于電子技術(shù)的發(fā)展相對合，以提高機(jī)械產(chǎn)品的性能。但是由于電子技術(shù)的發(fā)展相對落后，使得機(jī)械與電子的結(jié)合還沒有得到廣泛的應(yīng)用。數(shù)落后，使得機(jī)械與電子的結(jié)合還沒有得到廣泛的應(yīng)用。數(shù)控機(jī)（控機(jī)（19521952年），工業(yè)機(jī)器人（年），工業(yè)機(jī)器人（19591959年）出現(xiàn)。年）出現(xiàn)。2. 702. 70年代到年代到8080年代為第二階段，年代為第二階段，“蓬勃發(fā)展階蓬勃發(fā)展階

19、” ” 計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機(jī)電一體計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)這個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)是：化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)這個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)是：mechatronicsmechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到一詞首先在日本被普遍接受，大約到2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn)；年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn)；機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展；機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展；各國均開始對機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給以很大的關(guān)注和支各國均開始對機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給以很大的關(guān)注和支持。自動門，自動售貨機(jī)，自動

20、對焦相機(jī)出現(xiàn)持。自動門，自動售貨機(jī)，自動對焦相機(jī)出現(xiàn) 。l3.903.90年代后期開始為第三階段，年代后期開始為第三階段，“智能化階段智能化階段”l 光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機(jī)電一體化，微細(xì)光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支；機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支；l 對機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì)、分析和集成對機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì)、分析和集成方法，機(jī)電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進(jìn)行方法，機(jī)電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進(jìn)行了深入研究。了深入研究。l 由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

21、及光纖技由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，為機(jī)電一體化技術(shù)開術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，為機(jī)電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，將促使機(jī)電一辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，將促使機(jī)電一體化進(jìn)一步建立完整的基礎(chǔ)和逐漸形成完整的科體化進(jìn)一步建立完整的基礎(chǔ)和逐漸形成完整的科學(xué)體系。學(xué)體系。l1. 數(shù)控機(jī)床的問世，寫下了數(shù)控機(jī)床的問世，寫下了“機(jī)電一體化機(jī)電一體化”歷歷史的第一頁。史的第一頁。2. 微電子技術(shù)為微電子技術(shù)為“機(jī)電一體化機(jī)電一體化帶來勃勃生帶來勃勃生機(jī)。機(jī)。 3. 可編程序控制器、可編程序控制器、”電力電子電力電子“等的發(fā)展為等的發(fā)展為”機(jī)電一體化機(jī)電一體化

22、“提供了堅(jiān)強(qiáng)基礎(chǔ)。提供了堅(jiān)強(qiáng)基礎(chǔ)。l4. 激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)使激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)使”機(jī)電一體化機(jī)電一體化“躍上新臺階。躍上新臺階。l機(jī)電一體化的產(chǎn)生和發(fā)展的根本原因在于社會的機(jī)電一體化的產(chǎn)生和發(fā)展的根本原因在于社會的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。系統(tǒng)工程、控制論和信系統(tǒng)工程、控制論和信息技術(shù)是機(jī)電一體化的理論基礎(chǔ)，也是機(jī)電一體息技術(shù)是機(jī)電一體化的理論基礎(chǔ)，也是機(jī)電一體化技術(shù)的方法論。微電子技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體大化技術(shù)的方法論。微電子技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路制造技術(shù)的進(jìn)步，則為機(jī)電一體化規(guī)模集成電路制造技術(shù)的進(jìn)步，則為機(jī)電一體化技術(shù)奠定了物

23、質(zhì)基礎(chǔ)。也就是說，機(jī)電一體化的技術(shù)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。也就是說，機(jī)電一體化的產(chǎn)生既是機(jī)械技術(shù)與微電子技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，又產(chǎn)生既是機(jī)械技術(shù)與微電子技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，又是系統(tǒng)工程、控制論和信息技術(shù)付諸實(shí)踐的結(jié)果。是系統(tǒng)工程、控制論和信息技術(shù)付諸實(shí)踐的結(jié)果。l科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步為機(jī)電一體化的產(chǎn)生和發(fā)展創(chuàng)造科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步為機(jī)電一體化的產(chǎn)生和發(fā)展創(chuàng)造了條件，社會需求則為之提供了動力。了條件，社會需求則為之提供了動力。反過來，反過來，機(jī)電機(jī)電體化的發(fā)展又不斷促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和體化的發(fā)展又不斷促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會需求。社會需求。 一、機(jī)電一體化定義（重點(diǎn)）一、機(jī)電一體化定義（重點(diǎn)） 從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，將機(jī)械技術(shù)、

24、微電子從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，將機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、控制理論、檢測技術(shù)、技術(shù)、信息處理技術(shù)、控制理論、檢測技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)和系統(tǒng)總體技術(shù)等，電力電子技術(shù)、接口技術(shù)和系統(tǒng)總體技術(shù)等，加以綜合，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的一門學(xué)科加以綜合，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的一門學(xué)科交叉的新技術(shù)。交叉的新技術(shù)。二、機(jī)電一體化目的二、機(jī)電一體化目的 是使系統(tǒng)多功能化、高效率化、高是使系統(tǒng)多功能化、高效率化、高可靠化、省材料省能源化，并使產(chǎn)品結(jié)可靠化、省材料省能源化，并使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向輕、薄、短、小化方向發(fā)展，不斷構(gòu)向輕、薄、短、小化方向發(fā)展，不斷滿足人們生活的多樣化要求和生產(chǎn)的省滿足人們生活的多樣化要

25、求和生產(chǎn)的省力化、自動化要求。力化、自動化要求。l機(jī)電一體化技術(shù)l機(jī)電一體化產(chǎn)品l機(jī)電一體化技術(shù)革命l機(jī)電一體化革命的基礎(chǔ)l機(jī)、電、液一體化l復(fù)合化l小型輕量化l高速化l移動化l智能化l層次化和系統(tǒng)化l全盤化 全際化l機(jī)械本體 1、減輕重量2、提高剛度3、實(shí)現(xiàn)通用化、標(biāo)準(zhǔn)化 、系統(tǒng)化4、提高系統(tǒng)整體的可靠化l傳感技術(shù)l信息處理技術(shù)l驅(qū)動技術(shù)l接口技術(shù)l軟件技術(shù)l1 檢測傳感技術(shù)檢測傳感技術(shù)l2 信息處理技術(shù)信息處理技術(shù)l3 自動控制技術(shù)自動控制技術(shù)l4 伺服驅(qū)動技術(shù)伺服驅(qū)動技術(shù)l5 機(jī)械技術(shù)機(jī)械技術(shù)l6 系統(tǒng)總體技術(shù)系統(tǒng)總體技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)包括計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)和軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技包括

26、計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)和軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等。術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等。 計(jì)算機(jī)與信息處理裝置指揮整個(gè)產(chǎn)品的運(yùn)行，信息處理是計(jì)算機(jī)與信息處理裝置指揮整個(gè)產(chǎn)品的運(yùn)行，信息處理是否正確、及時(shí)，直接影響到產(chǎn)品工作的質(zhì)量和效率。因此，計(jì)否正確、及時(shí)，直接影響到產(chǎn)品工作的質(zhì)量和效率。因此，計(jì)算機(jī)應(yīng)用及信息處理技術(shù)已成為促進(jìn)機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)算機(jī)應(yīng)用及信息處理技術(shù)已成為促進(jìn)機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)展的最活躍的因素。展的最活躍的因素。信息處理的發(fā)展方向是提高信息處理的速速度、可靠性和智能化程度。度、可靠性和智能化程度。人工智能、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技人工智能、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等都屬于計(jì)算機(jī)與信息處理

27、技術(shù)。術(shù)等都屬于計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù)。 自動控制所依據(jù)的理論是自動控制所依據(jù)的理論是自動控制原理自動控制原理（包括經(jīng)典控制（包括經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論），自動控制技術(shù)就是在此理論的指導(dǎo)理論和現(xiàn)代控制理論），自動控制技術(shù)就是在此理論的指導(dǎo)下對具體控制裝置或控制系統(tǒng)進(jìn)行下對具體控制裝置或控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)后進(jìn)行系統(tǒng)；設(shè)計(jì)后進(jìn)行系統(tǒng)仿仿真，現(xiàn)場調(diào)試真，現(xiàn)場調(diào)試；最后使；最后使研制研制的系統(tǒng)可靠地投入運(yùn)行。的系統(tǒng)可靠地投入運(yùn)行。 自動控制技術(shù)的目的在于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的目標(biāo)最佳化。自動控制技術(shù)的目的在于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的目標(biāo)最佳化。機(jī)電一體化系統(tǒng)中的自動控制技術(shù)主要包括機(jī)電一體化系統(tǒng)中

28、的自動控制技術(shù)主要包括位置控制、速度位置控制、速度控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制以及模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制以及模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。等。 在控制指令的指揮下，控制驅(qū)動元件，使機(jī)械在控制指令的指揮下，控制驅(qū)動元件，使機(jī)械運(yùn)動部件按照指令的要求進(jìn)行運(yùn)動，并具有良好的運(yùn)動部件按照指令的要求進(jìn)行運(yùn)動，并具有良好的動態(tài)性能。動態(tài)性能。研究對象：研究對象：執(zhí)行元件種類執(zhí)行元件種類：驅(qū)動裝置：驅(qū)動裝置： 伺服驅(qū)動技術(shù)是直接執(zhí)行操作的技術(shù)，對機(jī)電一體化產(chǎn)伺服驅(qū)動技術(shù)是直接執(zhí)行操作的技術(shù)，對機(jī)電一體化產(chǎn)品的動態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)精度、控制質(zhì)量等具有決定性的影響。品的動態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)精度、控制質(zhì)量

29、等具有決定性的影響。常見的伺服驅(qū)動裝置有電液馬達(dá)、脈沖液壓缸、步進(jìn)電動機(jī)、常見的伺服驅(qū)動裝置有電液馬達(dá)、脈沖液壓缸、步進(jìn)電動機(jī)、直流伺服電動機(jī)和交流伺服電動機(jī)。直流伺服電動機(jī)和交流伺服電動機(jī)。 機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的化產(chǎn)品的主功能主功能和和構(gòu)造功能。構(gòu)造功能。 現(xiàn)代機(jī)械要求具有更新穎的結(jié)構(gòu)、更小的體積、更輕的現(xiàn)代機(jī)械要求具有更新穎的結(jié)構(gòu)、更小的體積、更輕的重量，還要求精度更高、剛度更大、動態(tài)性能更好。為了滿重量，還要求精度更高、剛度更大、動態(tài)性能更好。為了滿足這些要求，在設(shè)計(jì)和制造機(jī)械系統(tǒng)時(shí)，除了考慮靜態(tài)、動足這些要求，在設(shè)計(jì)和

30、制造機(jī)械系統(tǒng)時(shí)，除了考慮靜態(tài)、動態(tài)的剛度及熱變形的問題外，還應(yīng)考慮采用新型復(fù)合材料和態(tài)的剛度及熱變形的問題外，還應(yīng)考慮采用新型復(fù)合材料和新型結(jié)構(gòu)以及新型的制造工藝和工藝裝置，延長機(jī)械部分的新型結(jié)構(gòu)以及新型的制造工藝和工藝裝置，延長機(jī)械部分的使用壽命，提高關(guān)鍵零部件的精度，使零部件模塊化、標(biāo)準(zhǔn)使用壽命，提高關(guān)鍵零部件的精度，使零部件模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化，從而提高維修效率，減少停工時(shí)間?；⒁?guī)格化，從而提高維修效率，減少停工時(shí)間。 系統(tǒng)總體技術(shù)是一種從整體目標(biāo)出發(fā)，用系統(tǒng)工程系統(tǒng)總體技術(shù)是一種從整體目標(biāo)出發(fā)，用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)和方法，將系統(tǒng)各個(gè)功能模塊有機(jī)的結(jié)合起來，的觀點(diǎn)和方法，將系統(tǒng)各個(gè)功能模

31、塊有機(jī)的結(jié)合起來，以實(shí)現(xiàn)整體最優(yōu)。以實(shí)現(xiàn)整體最優(yōu)。 系統(tǒng)總體技術(shù)所包含的內(nèi)容很多，接口技術(shù)是其重要內(nèi)容之系統(tǒng)總體技術(shù)所包含的內(nèi)容很多，接口技術(shù)是其重要內(nèi)容之一，機(jī)電一體化產(chǎn)品的各功能單元通過接口聯(lián)接成一個(gè)有機(jī)的一，機(jī)電一體化產(chǎn)品的各功能單元通過接口聯(lián)接成一個(gè)有機(jī)的整體。接口包括電氣接口、機(jī)械接口、人整體。接口包括電氣接口、機(jī)械接口、人機(jī)接口。電氣接口機(jī)接口。電氣接口實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間電信號連接；機(jī)械接口則完成機(jī)械與機(jī)械部分、機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間電信號連接；機(jī)械接口則完成機(jī)械與機(jī)械部分、機(jī)械與電氣裝置部分的連接；人械與電氣裝置部分的連接；人機(jī)接口提供了人與系統(tǒng)間的交機(jī)接口提供了人與系統(tǒng)間的交互界面。系統(tǒng)總體技術(shù)

32、是最能體現(xiàn)機(jī)電一體化設(shè)計(jì)特點(diǎn)的技術(shù)，互界面。系統(tǒng)總體技術(shù)是最能體現(xiàn)機(jī)電一體化設(shè)計(jì)特點(diǎn)的技術(shù)，其原理和方法還在不斷地發(fā)展和完善之中。其原理和方法還在不斷地發(fā)展和完善之中。 l1 提高性能、擴(kuò)展功能提高性能、擴(kuò)展功能 例如，過去精密機(jī)床采用的是機(jī)械校正，只能校正機(jī)例如，過去精密機(jī)床采用的是機(jī)械校正，只能校正機(jī)床的系統(tǒng)誤差，現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床床的系統(tǒng)誤差，現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的威力，運(yùn)用充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的威力，運(yùn)用時(shí)間序列分析和精度創(chuàng)成等理論建立數(shù)學(xué)模型。已有可能實(shí)時(shí)間序列分析和精度創(chuàng)成等理論建立數(shù)學(xué)模型。已有可能實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)包括隨機(jī)誤差在內(nèi)的機(jī)床誤差，然后自動校正，從而時(shí)預(yù)報(bào)包括隨機(jī)誤差在內(nèi)的機(jī)床誤差，

33、然后自動校正，從而達(dá)到前所未有的精度。達(dá)到前所未有的精度。 采用對阻尼進(jìn)行預(yù)報(bào)，一旦接近臨界值時(shí)就自動調(diào)整采用對阻尼進(jìn)行預(yù)報(bào)，一旦接近臨界值時(shí)就自動調(diào)整切削用量，切削用量，保證很高的生產(chǎn)率與很高的加工表面光潔度。保證很高的生產(chǎn)率與很高的加工表面光潔度。 粗加工與精加工工序集成，深刻地改變了傳統(tǒng)機(jī)床的粗加工與精加工工序集成，深刻地改變了傳統(tǒng)機(jī)床的結(jié)構(gòu)布局，沖破了傳統(tǒng)的機(jī)床按類別的劃分。結(jié)構(gòu)布局，沖破了傳統(tǒng)的機(jī)床按類別的劃分。 機(jī)電一體化的影響機(jī)電一體化的影響2 簡化結(jié)構(gòu)，減輕重量簡化結(jié)構(gòu)，減輕重量 由于機(jī)電一體化系境采用新型電子器件和傳動技術(shù)代替笨重而復(fù)雜的機(jī)械變速傳動，由微處理器控制的機(jī)電系統(tǒng)

34、可方便地完成過去靠機(jī)械傳動鏈和機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的關(guān)聯(lián)運(yùn)動，從而使機(jī)電一體化產(chǎn)品體積減小，結(jié)構(gòu)簡化，重量減輕例如，數(shù)控精密插齒機(jī)可節(jié)省齒輪等傳動零件30。一臺現(xiàn)金出納機(jī)用微處理器控制可取代幾百個(gè)機(jī)械傳動零件。 3 節(jié)約能源，降低能耗節(jié)約能源，降低能耗 通過采用低能耗的驅(qū)動機(jī)構(gòu)、最佳調(diào)節(jié)控制和提高能源利用率等措施機(jī)電體化產(chǎn)品和系統(tǒng)可以取得良好的節(jié)能效果。例如，在微型計(jì)算機(jī)的控制下，風(fēng)機(jī)、水泵能夠隨工況變速運(yùn)行，其節(jié)電率可達(dá)30；由于汽車電子點(diǎn)火器的點(diǎn)火時(shí)間和狀態(tài)得到最佳控制，因而大大節(jié)約了耗油量。4 提高安全性和可靠性提高安全性和可靠性 在提高電子元件質(zhì)量、可靠性的前提下，機(jī)電一體化產(chǎn)品在提高電子元件質(zhì)

35、量、可靠性的前提下，機(jī)電一體化產(chǎn)品可以提高耐久性，減少故障率。另一方面由于賦予其自動監(jiān)視可以提高耐久性，減少故障率。另一方面由于賦予其自動監(jiān)視診斷功能，并采取安全聯(lián)鎖控制，過負(fù)荷和失控保護(hù)、停診斷功能，并采取安全聯(lián)鎖控制，過負(fù)荷和失控保護(hù)、停 電電對策，提高了設(shè)備的安全可靠性。對策，提高了設(shè)備的安全可靠性。5 降低價(jià)格降低價(jià)格 由于機(jī)械結(jié)構(gòu)筒化，材料消耗減少制造成本降低，而且由于機(jī)械結(jié)構(gòu)筒化，材料消耗減少制造成本降低，而且電子器件的價(jià)格下降迅速，因此機(jī)電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)的價(jià)格電子器件的價(jià)格下降迅速，因此機(jī)電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)的價(jià)格日趨低廉，而使用性能、維修性能日趨完善，使用壽命不斷延日趨低廉，而

36、使用性能、維修性能日趨完善，使用壽命不斷延長。例如，石英晶振電子表以其功能強(qiáng)、使用方便和價(jià)格低廉長。例如，石英晶振電子表以其功能強(qiáng)、使用方便和價(jià)格低廉等優(yōu)勢迅速占領(lǐng)了計(jì)時(shí)商品市場。等優(yōu)勢迅速占領(lǐng)了計(jì)時(shí)商品市場。 機(jī)電一體化的影響機(jī)電一體化的影響6 減輕勞動強(qiáng)度，改善勞動條件減輕勞動強(qiáng)度，改善勞動條件 機(jī)電一體化方面能夠?qū)⒅圃旌蜕a(chǎn)過程中極為復(fù)雜的人的智力活動和資料數(shù)據(jù)記憶查找工作改由計(jì)算機(jī)來完成，另一方面又能由程序控制自動運(yùn)行，代替人的緊張和單調(diào)重復(fù)操作以及在危臉或有害環(huán)境下的工作，因而大大減輕人的腦力和體力勞動，改善人的工作環(huán)境條件例如CAD和CAPP極大地減輕了設(shè)計(jì)人員的勞動復(fù)雜性，提高了

37、設(shè)計(jì)效率；特種機(jī)器人則成為人類謀求解決危險(xiǎn)環(huán)境中的勞動問題的唯一途徑。 機(jī)電一體化的影響機(jī)電一體化的影響7 7 增加系統(tǒng)柔性和智能化增加系統(tǒng)柔性和智能化 機(jī)電件化系統(tǒng)可以根據(jù)使用要求的變化，對產(chǎn)品應(yīng)用功能和工作過程進(jìn)行調(diào)整修改，滿足用戶多樣化的使用要求。例如工業(yè)機(jī)囂人具有較多的運(yùn)動自由度，手爪部分可以換用不同的工具，而通過修改程序可以改變運(yùn)動軌跡和運(yùn)動姿態(tài)以適應(yīng)不同的作業(yè)過程和工作內(nèi)容；利用數(shù)控加工中心或柔性制造系統(tǒng)可以通過調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行程序適應(yīng)不同零件的加工工藝。機(jī)械工業(yè)約有75的產(chǎn)品屬于中小批量，利用柔性生產(chǎn)系統(tǒng)(例如FMS，CIMS等)，能夠經(jīng)濟(jì)迅速地解決這種中小批量多品種的自動化生產(chǎn)，對

38、機(jī)械工業(yè)發(fā)展具有劃時(shí)代的意義。 機(jī)電一體化的影響機(jī)電一體化的影響8 提高精度提高精度 機(jī)電一件化技術(shù)使機(jī)械傳動部件減少，因而使機(jī)械磨損、配合間隙及受力變形等所引起的誤差大大減小，同時(shí)由于采用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動檢測和控制，能夠補(bǔ)償、校正各種干擾因素造成的動態(tài)誤差從而達(dá)到單純機(jī)械裝備所不能實(shí)現(xiàn)的工作精度。如采用微型計(jì)算機(jī)誤差分離技術(shù)的電子化圓度儀，其測量精度可由原來的0.025m提高到 O.01m。大型鏜銑床裝上感應(yīng)同步數(shù)顯裝置可將加工精度從0.006mm/1000mm提高到0.002mm/1000mm。9 提高生產(chǎn)效率，降低成本提高生產(chǎn)效率，降低成本 機(jī)電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)能夠減少生產(chǎn)準(zhǔn)備和輔助時(shí)間，

39、縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品合格率，減少操作人員，提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。例如數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)效率比普通機(jī)床高56倍，柔性制造系統(tǒng)可使生產(chǎn)周期縮短40，生產(chǎn)成本降低50 。 機(jī)電一體化的影響機(jī)電一體化的影響l1 1 智能化智能化l 智能化是智能化是2121世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向。人工智能在機(jī)電一體化建設(shè)者的重要發(fā)展方向。人工智能在機(jī)電一體化建設(shè)者的研究日益得到重視，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化研究日益得到重視，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用。這里所說的就是重要應(yīng)用。這里所說的“智能化智能化”是對機(jī)器是對機(jī)器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工

40、行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)等新思想、新方法，模擬人生理學(xué)和混沌動力學(xué)等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)。策等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)。2 模塊化模塊化l 由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動力接制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分口、環(huán)境

41、接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜但又是非常重要的事。這需要制定各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，復(fù)雜但又是非常重要的事。這需要制定各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內(nèi)這方面的標(biāo)準(zhǔn)，但可以近期很難制定國際或國內(nèi)這方面的標(biāo)準(zhǔn)，但可以通過組建一些大企業(yè)逐漸形成。顯然，從電氣產(chǎn)通過組建一些大企業(yè)逐漸形成。顯然，從電氣產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化帶來的好處可以肯定，無論品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)電一體化單元的企業(yè)還是對生產(chǎn)是對生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)電一體化單元的企業(yè)還是對生產(chǎn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的企業(yè)，規(guī)?；瘜⒔o機(jī)電一體化機(jī)電一體化產(chǎn)

42、品的企業(yè)，規(guī)模化將給機(jī)電一體化企業(yè)帶來美好的前程。企業(yè)帶來美好的前程。3網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化l20世紀(jì)世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其絡(luò)技術(shù)。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨(dú)到，質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。由于網(wǎng)功能獨(dú)到，質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品。因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑朝著網(wǎng)絡(luò)化方化產(chǎn)品。因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑朝著網(wǎng)

43、絡(luò)化方向發(fā)展。向發(fā)展。l4 4 微型化微型化l 微型化興起于微型化興起于2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代末，指的是年代末，指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)趨勢。國外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMSMEMS），泛指幾何尺寸不超過），泛指幾何尺寸不超過1cm1cm3 3的機(jī)電的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小 、耗能少、運(yùn)動靈、耗能少、運(yùn)動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。微機(jī)電一體化發(fā)展的

44、瓶不可比擬的優(yōu)勢。微機(jī)電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機(jī)械技術(shù)，微機(jī)電一體化產(chǎn)品的頸在于微機(jī)械技術(shù)，微機(jī)電一體化產(chǎn)品的加工采用精細(xì)加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，加工采用精細(xì)加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。5 數(shù)字化數(shù)字化 嵌入式控制系統(tǒng)和嵌入式軟件的發(fā)展，為機(jī)電一體化系統(tǒng)嵌入式控制系統(tǒng)和嵌入式軟件的發(fā)展，為機(jī)電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品的數(shù)字化、智能化奠定了基礎(chǔ)。數(shù)字化要求機(jī)電一體或產(chǎn)品的數(shù)字化、智能化奠定了基礎(chǔ)。數(shù)字化要求機(jī)電一體化產(chǎn)品的軟件，具有高可靠性、可維護(hù)性以及自診斷能力，化產(chǎn)品的軟件，具有高可靠性、可維護(hù)性以及自診斷能力，人機(jī)界面對用戶友好、易于使用，并

45、且用戶根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)人機(jī)界面對用戶友好、易于使用，并且用戶根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行制定。數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)有行制定。數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)有 利于遠(yuǎn)程操作、診斷和修復(fù)利于遠(yuǎn)程操作、診斷和修復(fù)。6 系統(tǒng)化系統(tǒng)化 系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步采用開放系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進(jìn)行任意剪裁式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進(jìn)行任意剪裁和組合，同時(shí)尋求實(shí)現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)和組合，同時(shí)尋求實(shí)現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)之二是通信功能的大大加強(qiáng)，一般除之二是通信功能的大大加強(qiáng)，一般除RS232外，還有外，還有RS485等。等

46、。1.7 機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢7 7 集成化集成化 集成化既包含各種技術(shù)的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與復(fù)合，又包含在生產(chǎn)過程中同時(shí)處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)多品種，小批量生產(chǎn)的自動化與高效率，應(yīng)使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性首先可將系統(tǒng)分解為若干層次，使系統(tǒng)功能分散，并使各部分協(xié)調(diào)而又安全地運(yùn)轉(zhuǎn)。然后，再通過硬、軟件將各個(gè)層次有機(jī)地聯(lián)系起來，使其性能最優(yōu)、功能最強(qiáng) 。1.7 機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢l 機(jī)電一體化的目的是使產(chǎn)品具有多功能、高效機(jī)電一體化的目的是使產(chǎn)品具有多功能、高效率、高智能、高可靠性，同時(shí)又節(jié)省材料、省能源，率、高

47、智能、高可靠性，同時(shí)又節(jié)省材料、省能源，并使產(chǎn)品向輕、薄、細(xì)、小、巧的方向發(fā)展，以不并使產(chǎn)品向輕、薄、細(xì)、小、巧的方向發(fā)展，以不斷滿足人們生活的多樣化要求和生產(chǎn)的省力化，自斷滿足人們生活的多樣化要求和生產(chǎn)的省力化，自動化需求。動化需求。l 當(dāng)前，機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢可以概括為以下當(dāng)前，機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢可以概括為以下三個(gè)方面；三個(gè)方面； 性能上性能上向高精度、高效率、智能化方向發(fā)展；向高精度、高效率、智能化方向發(fā)展； 功能上功能上向小型化、輕型化、多功能方向發(fā)展；向小型化、輕型化、多功能方向發(fā)展； 層次上層次上向系統(tǒng)化、復(fù)合集成化方向發(fā)展。向系統(tǒng)化、復(fù)合集成化方向發(fā)展。 機(jī)電一體化通過綜合利

48、用現(xiàn)代高新技術(shù)的優(yōu)勢，在提高精度、增強(qiáng)功能、改善操作性和使用性、提高生產(chǎn)率和降低成本、節(jié)約能源和降低消耗、減輕勞動強(qiáng)度和改善勞動條件、提高安全性和可靠性、簡化結(jié)構(gòu)和減輕重量、增強(qiáng)柔性和智能化程度、降低價(jià)格等諸多方面都取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，促使社會和科學(xué)技術(shù)又向前大大邁進(jìn)了一步。機(jī)身、框架、機(jī)械聯(lián)接等產(chǎn)品支持機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)構(gòu)造功能構(gòu)造功能要求：高效、多功能、節(jié)能、可靠、小型、美觀為執(zhí)行裝置提供能量并轉(zhuǎn)換成需要的形式，實(shí)現(xiàn)動力功能動力功能要求：高功率密度比，可靠性好檢測產(chǎn)品內(nèi)部狀態(tài)和外部環(huán)境，實(shí)現(xiàn)計(jì)測功能計(jì)測功能要求：體積小、精度高、抗干擾存儲、分析、運(yùn)算、決策，實(shí)現(xiàn)控制功能控制功能要求

49、：高可靠性、柔性、智能化包括機(jī)械傳動與操作機(jī)構(gòu)，接收控制信息，完成要求的動作，實(shí)現(xiàn)主功能主功能機(jī)械本體：執(zhí)行裝置：動力：檢測與傳感：控制：手臂的連接部分和安裝支架等氣缸氣壓系統(tǒng)的氣壓源接近傳感器、磁性傳感器、手爪傳感器系統(tǒng)的基本組成？各包含哪些部分？系統(tǒng)的基本組成？各包含哪些部分？例子：1 1、機(jī)械本體、機(jī)械本體要求：要求：2 2、能源、能源要求：要求：機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成要求：要求：要求：要求：機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成 機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成l不管那類系統(tǒng)（或產(chǎn)品），其系統(tǒng)內(nèi)部必須具備如所示的五種內(nèi)部功能，即主功能、動力功能、檢測功能、控

50、制功能、構(gòu)造功能。 lCNC機(jī)床內(nèi)部功能構(gòu)成實(shí)例 l機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）各構(gòu)成要素之間的相互聯(lián)系 l采用步進(jìn)電機(jī)數(shù)控裝置放大步進(jìn)電機(jī)減速齒輪絲桿螺母工作臺全閉環(huán)與半閉環(huán)系統(tǒng)（重點(diǎn)）全閉環(huán)與半閉環(huán)系統(tǒng)（重點(diǎn)）l全閉環(huán)系統(tǒng)全閉環(huán)系統(tǒng)：通過傳感器直接檢測目標(biāo)運(yùn)動并進(jìn)行反饋控制的系統(tǒng)。 l半閉環(huán)系統(tǒng)半閉環(huán)系統(tǒng)：通過傳感器檢測某一部位運(yùn)動，并進(jìn)行反饋，間接控制目標(biāo)運(yùn)動的系統(tǒng)稱半閉環(huán)系統(tǒng)。 l4、工業(yè)三大要素物質(zhì)、能量、信息l5、機(jī)電一體化三大效果省材料、省能源、智能化 l6、系統(tǒng)三大目的功能功能構(gòu)成 1、變換（加工、處理）功能 2、傳遞（移動、輸送）功能 3、儲存（保持、積蓄、記錄）功能一、概念l加工

51、機(jī)加工機(jī):以物料搬運(yùn)、加工為主。輸入物質(zhì)能量和信息經(jīng)過加工處理，主要輸出改變了位置和形態(tài)的物質(zhì)系統(tǒng)。l注意：注意：這里強(qiáng)調(diào)輸入的是物質(zhì)、能量和信息，而輸出的僅為物質(zhì)。如數(shù)控機(jī)床，輸入的是毛坯、電能、液能和操作指令而輸出的僅為工件。l動力機(jī)動力機(jī):以能量轉(zhuǎn)換為主，輸入能量（或物質(zhì)）和信息、輸出不同形式能量（或物質(zhì)）的系統(tǒng)。 l信息機(jī)信息機(jī):以信息處理為主，輸入信息和能量，主要輸出某種信息的系統(tǒng)。二、內(nèi)部功能主功能、動力功能、檢測功能、控制功能、構(gòu)造功能機(jī)電一體化系統(tǒng)要素功能人體要素控制器（計(jì)算機(jī)）控制（信息存儲、處理、傳送）頭腦網(wǎng)絡(luò)信息傳遞神經(jīng)檢測、傳感器計(jì)測（信息收集與變換）感官執(zhí)行元件驅(qū)動（

52、操作）肌肉動力源提供動力（能量）內(nèi)臟機(jī)構(gòu)構(gòu)造骨骼l接口定義：為實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)或要素之間物質(zhì)、能量或信息交換而進(jìn)行的連接就是接口接口。l按功能分，接口有兩種：輸入/輸出接口和變換、調(diào)整接口 l具有變換調(diào)整功能的接口（4種）1、零接口：不進(jìn)行任何變換和調(diào)整，本子系統(tǒng)的輸出即為另一子系統(tǒng)的輸入，這種接口只起到連接的作用。如插頭、座，輸送管線，傳動軸等。 2、無源接口：只用無源要素進(jìn)行變換、調(diào)整的接口。如變速箱、變壓器、可變電阻、透鏡等。 3、有源接口：含有有源要素，可以主動進(jìn)行匹配的接口。如電磁離合器、放大器、光電耦合器等 4、智能接口：帶有微處理器，可以進(jìn)行程序編制或可適應(yīng)性地改變接口條件。如自動變

53、速裝置、通用輸入/輸出集成電路，STD總線等 l根據(jù)輸入/輸出功能有如下接口形式1、機(jī)械接口：由輸入/輸出部位的形狀、尺寸、精度、配合、規(guī)格等進(jìn)行機(jī)械聯(lián)接的接口。如聯(lián)軸器，管接頭，法蘭盤等。 2、物理接口：受通過接口的物質(zhì)、能量、信息的具體形態(tài)和物理?xiàng)l件約束的接口。如受電流、電壓、電容、扭矩、頻率、氣壓等約束的接口。3、信息接口：受規(guī)格、標(biāo)準(zhǔn)、法律、語言、符號等邏輯、軟件約束的接口。如RS232，GB，ISO，ASCII，F(xiàn)ORTRAN，C+等 4、環(huán)境接口：對周圍環(huán)境條件（溫度、濕度、磁場、振動、水、氣、灰、火、放射）有保護(hù)作用的接口。如防塵接頭，防水開關(guān)等系統(tǒng)內(nèi)部功能評價(jià)參數(shù)系統(tǒng)價(jià)值高低主

54、功能系統(tǒng)誤差小大抗干擾能力強(qiáng)弱廢物輸出少多變換效率高低動力功能輸入能量少多能源內(nèi)裝外設(shè)控制功能控制輸入/輸出口個(gè)數(shù)多少手動操作少多網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)弱構(gòu)造功能尺寸、重量小、輕大、重強(qiáng)度高低計(jì)測功能精度高低高性能化省能化機(jī)電一體化系統(tǒng)高附加值化主功能低價(jià)格化高可靠性化計(jì)測功能動力功能智能化構(gòu)造功能輕薄短小化控制功能網(wǎng)絡(luò)化l系統(tǒng)：系統(tǒng)：即具有特定功能的，相互之間具有有機(jī)聯(lián)系的許多要素，所構(gòu)成的一個(gè)整體。l系統(tǒng)的概念是相對的以考察問題的角度不同而異，某一系統(tǒng)可以由若干子系統(tǒng)組成，它又可以成為一個(gè)更高級的子系統(tǒng)。l工程工程：即產(chǎn)生一定效能的方法l系統(tǒng)工程：系統(tǒng)工程：是組織管理系統(tǒng)的規(guī)劃、研究、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)

55、和使用的科學(xué)方法，是一種對所有系統(tǒng)都具有普遍意義的科學(xué)方法。l系統(tǒng)工程基本思想l二機(jī)電一體化工程（掌握）二機(jī)電一體化工程（掌握）l給定機(jī)電一體化系統(tǒng)“目的功能”和“規(guī)格”后，機(jī)電一體化技術(shù)人員利用機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造的整個(gè)過程稱為機(jī)電一體化工程機(jī)電一體化工程l三、機(jī)電一體化與系統(tǒng)工程三、機(jī)電一體化與系統(tǒng)工程l1、關(guān)系、關(guān)系l特點(diǎn)特點(diǎn)l機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的考慮方法l1、要求l2、方法 （1）機(jī)電互補(bǔ)法（取代法） （2）結(jié)合法（融合法） （3）組合法l開發(fā)性設(shè)計(jì)開發(fā)性設(shè)計(jì) l適應(yīng)性設(shè)計(jì)適應(yīng)性設(shè)計(jì) l變異性設(shè)計(jì)變異性設(shè)計(jì) l設(shè)計(jì)程序 明確設(shè)計(jì)思想 分析綜合要求 劃分功能模塊 決定性能參數(shù) 調(diào)

56、研類似產(chǎn)品 擬定總體方案 方案對比定型 編寫總體設(shè)計(jì)論證書l（1）以機(jī)電互補(bǔ)原則進(jìn)行功能劃分，即明確哪的功能由機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，哪些功能由電子技術(shù)的硬、軟件實(shí)現(xiàn)，這樣能發(fā)揮機(jī)電所長，簡化結(jié)構(gòu)、充分體現(xiàn)機(jī)電一體化效果。l（2）用圖表說明功能要求與動作順序要求l（3）分析產(chǎn)品專用性與批量l（4）重點(diǎn)明確產(chǎn)品的簡要特性l（5）分析產(chǎn)品的自動化程度及其適用性l（6）環(huán)境條件要求l（7）動力源特性分析l（8）機(jī)、電、液傳動的最佳匹配l（9）可靠性分析l（10）結(jié)構(gòu)尺寸及空間布置分析l（11）特殊功能分析、低速穩(wěn)定性、抖動要求、快速響應(yīng)性與定位精度要求等l在保證目的功能要求與適當(dāng)壽命的前提下不斷降低成本 l降低成本一方面是從用戶需求出發(fā)降低成本，二是從制造廠的立場出發(fā)降低成本。(成本高70%低取決于設(shè)計(jì)階段）l平均故障間隔MTBF (Mean Time Between Failures -到產(chǎn)品發(fā)生故障止，或從一個(gè)故障被排除后到下一個(gè)故障發(fā)生時(shí)的平均時(shí)間三、設(shè)計(jì)規(guī)律首先確定邏輯關(guān)系物理關(guān)系結(jié)構(gòu)關(guān)系。確定邏輯關(guān)系是關(guān)鍵。l常用的設(shè)計(jì)方法有：相似設(shè)計(jì)法、虛擬設(shè)計(jì)法、反求