自動(dòng)化與機(jī)電科技的發(fā)展與人物課件

第十章

自動(dòng)化與機(jī)電科技的發(fā)展與人物

第十章

自動(dòng)化與機(jī)電科技的發(fā)展與人物110.1 自動(dòng)化與工業(yè)進(jìn)步自動(dòng)化起源於18世紀(jì)工業(yè)革命時(shí)代，其優(yōu)點(diǎn)是減少人力，增加系統(tǒng)本身的精密度，降低人為操作時(shí)衍生的問題及提高產(chǎn)品穩(wěn)定性等10.1 自動(dòng)化與工業(yè)進(jìn)步自動(dòng)化起源於18世紀(jì)工業(yè)革命時(shí)代2第一次工業(yè)革命1629年，義大利工程師喬凡尼．白蘭（GiovanniBranca）利用蒸氣可推動(dòng)渦輪葉片的原理，將蒸氣動(dòng)力機(jī)械裝置架設(shè)在馬車上1766年，英國發(fā)明家詹姆斯．瓦特改良蒸氣機(jī)，他發(fā)明的離心力控制器（governor），首次把感測(cè)器引進(jìn)控制迴路中，這是自動(dòng)化與工業(yè)結(jié)合的開始1885年才由德國工程師卡爾．賓士在曼海姆製造出汽油引擎裝置並架設(shè)在馬車上的三輪汽車，具有0.85馬力，此為現(xiàn)代汽車之始。而到了1906年，亨利．福特開始以工廠自動(dòng)化量產(chǎn)汽車第一次工業(yè)革命1629年，義大利工程師喬凡尼．白蘭（Gio3中國的第一輛汽車北京諧趣園中陳列著慈禧太后時(shí)大臣所敬獻(xiàn)的汽車，這是中國的第一輛汽車，距離汽車問世時(shí)還不到20年中國的第一輛汽車北京諧趣園中陳列著慈禧太后時(shí)大臣所敬獻(xiàn)的汽4工廠自動(dòng)化福特汽車公司在1911年在密蘇里州堪薩斯城成立第一家汽車裝配廠，並在1913年建立世界上首條量產(chǎn)線。此為工廠自動(dòng)化之始工廠自動(dòng)化福特汽車公司在1911年在密蘇里州堪薩斯城成立第5第二次工業(yè)革命1970年代美國汽車工業(yè)採用繼電器作為自動(dòng)化的主要控制元件，提高了生產(chǎn)效率及準(zhǔn)確性，也使得自動(dòng)化生產(chǎn)線能夠迅速更換生產(chǎn)車型的需求，而後此種概念也擴(kuò)展到其他產(chǎn)業(yè)上

第二次工業(yè)革命1970年代美國汽車工業(yè)採用繼電器作為自動(dòng)化的6工廠自動(dòng)化的演變工廠自動(dòng)化包括：生產(chǎn)排程自動(dòng)化、生產(chǎn)線自動(dòng)化、測(cè)試自動(dòng)化、倉儲(chǔ)自動(dòng)化、電力管理自動(dòng)化、無人工廠等，而可程式邏輯控制器（PLC）發(fā)明，成為工廠自動(dòng)化不可或缺的設(shè)備之一1980年代，機(jī)器人使用情況逐漸普遍，微電腦與電子技術(shù)結(jié)合之自動(dòng)化，PLC、CNC等電子式自動(dòng)化與工具機(jī)逐漸形成結(jié)合應(yīng)用，電腦數(shù)位化控制（CNC）技術(shù)已至成熟1990年代，採用電腦輔助設(shè)計(jì)及製造（CAD/CAM）之技術(shù)，建制彈性式自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)、自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)、生產(chǎn)製造導(dǎo)入電腦整合製造系統(tǒng)（CIM），並且重視製造自動(dòng)化系統(tǒng)模組化技術(shù)工廠自動(dòng)化的演變工廠自動(dòng)化包括：生產(chǎn)排程自動(dòng)化、生產(chǎn)線自動(dòng)7CNC機(jī)器之例CNC機(jī)器之例8全面自動(dòng)化圖形辨識(shí)、字詞認(rèn)識(shí)、人工智慧（artificialintelligence）和機(jī)器人（robot）的發(fā)展，使自動(dòng)化有了重大的進(jìn)步全面自動(dòng)化的機(jī)器或系統(tǒng)，需要4個(gè)基本組件：動(dòng)力：動(dòng)力如電池組或發(fā)電機(jī)，可提供自動(dòng)化系統(tǒng)所需的能量感測(cè)器：典型的感測(cè)器包括光電管、熱電偶、X光機(jī)及電錶，分別用以測(cè)量尺寸大小、重量、溫度、壓力、顏色與電阻等判定元件：產(chǎn)生一些適當(dāng)指令告訴控制元件控制元件：控制元件包括開關(guān)、活門與其他各種機(jī)械裝置，負(fù)責(zé)校正機(jī)器的作業(yè)情況，使其符合原先程式所定的值

全面自動(dòng)化圖形辨識(shí)、字詞認(rèn)識(shí)、人工智慧（artificia9自動(dòng)化之例─學(xué)生自製之會(huì)自動(dòng)瞄準(zhǔn)射擊的槍枝自動(dòng)化之例─學(xué)生自製之會(huì)自動(dòng)瞄準(zhǔn)射擊的槍枝10簡(jiǎn)單的教學(xué)機(jī)器人簡(jiǎn)單的教學(xué)機(jī)器人11各式各樣的機(jī)器人比賽各式各樣的機(jī)器人比賽12文化大學(xué)機(jī)械系學(xué)生所做的越障車(機(jī)器人)文化大學(xué)機(jī)械系學(xué)生所做的越障車(機(jī)器人)1310.2機(jī)電科技與系統(tǒng)整合1970年代的機(jī)電整合是由機(jī)構(gòu)學(xué)（機(jī)械學(xué)）和電子學(xué)整合而成，製造出自動(dòng)門、自動(dòng)販賣機(jī)、自動(dòng)對(duì)焦照像機(jī)或攝影機(jī)等產(chǎn)品1980年代，為了滿足少量多樣產(chǎn)品的需求，減少生產(chǎn)成本，產(chǎn)業(yè)開始研發(fā)機(jī)器人、自走車（AGV）、彈性製造系統(tǒng)（FMS）與電腦整合製造系統(tǒng)（CIM）等自動(dòng)化相關(guān)技術(shù)，此時(shí)電腦更扮演控制中心的重要角色，並開始引入資訊技術(shù)10.2機(jī)電科技與系統(tǒng)整合1970年代的機(jī)電整合是由機(jī)構(gòu)學(xué)141990年代，機(jī)電整合大量引入有線、無線通訊、衛(wèi)星定位、網(wǎng)路傳輸?shù)燃夹g(shù)21世紀(jì)為多元機(jī)電整合的時(shí)代，包括光機(jī)電（Optomechatronics），微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)（MEMS）、奈米機(jī)電技術(shù)（NEMS），以及生物機(jī)電工程（Biomechatronics）等1990年代，機(jī)電整合大量引入有線、無線通訊、衛(wèi)星定位、網(wǎng)路15微機(jī)電技術(shù)與奈米機(jī)電技術(shù)之例微機(jī)電技術(shù)與奈米機(jī)電技術(shù)之例16自動(dòng)控制生產(chǎn)線的重要器具─機(jī)械手臂自動(dòng)控制生產(chǎn)線的重要器具─機(jī)械手臂17在太空中工作之機(jī)械手臂在太空中工作之機(jī)械手臂18學(xué)生專題比賽所設(shè)計(jì)的機(jī)械手臂

學(xué)生專題比賽所設(shè)計(jì)的機(jī)械手臂1910.3機(jī)電科技整合與自動(dòng)控制控制系統(tǒng)元件與回授關(guān)係10.3機(jī)電科技整合與自動(dòng)控制控制系統(tǒng)元件與回授關(guān)係20機(jī)電整合系統(tǒng)元件之壹─控制器控制器大致可分為四類：可程式控制器、以個(gè)人電腦為主之控制器（PC-BasedController）、微控制器（Microcontroller）、數(shù)位訊號(hào)處理器（DigitalSignalProcessor,DSP）等機(jī)電整合系統(tǒng)元件之壹─控制器控制器大致可分為四類：可程式控制21機(jī)電整合系統(tǒng)元件之貳─感測(cè)器

感測(cè)器好比是人體的五官，它將各種物理量、化學(xué)量與生物量轉(zhuǎn)換成控制器可以感知的信號(hào)感測(cè)器通常由三部分所組成：感測(cè)元件、量測(cè)電路與信號(hào)顯示、記錄及處理常見的感測(cè)器有光敏電阻、熱敏電阻、溫度感測(cè)器、熱電耦溫度感測(cè)器、溫度感測(cè)器、超音波感測(cè)器、壓力感測(cè)器、接近開關(guān)、加速度感測(cè)器、陀螺儀等機(jī)電整合系統(tǒng)元件之貳─感測(cè)器感測(cè)器好比是人體的五官，它將各22機(jī)電整合系統(tǒng)元件之參─致動(dòng)器（actuator）

致動(dòng)器是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備，包括電動(dòng)機(jī)與電磁閥，其中電動(dòng)機(jī)又可分為直流馬達(dá)、交流馬達(dá)（感應(yīng)馬達(dá)或同步馬達(dá)）、步進(jìn)馬達(dá)等機(jī)電整合系統(tǒng)元件之參─致動(dòng)器（actuator）致動(dòng)器是23機(jī)電整合系統(tǒng)元件之肆─機(jī)構(gòu)元件

機(jī)構(gòu)元件包括：系統(tǒng)本體：主要指上述機(jī)電整合系統(tǒng)中的控制器、感測(cè)器、致動(dòng)器、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及終端作用機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：可將動(dòng)力經(jīng)過大小與方向的轉(zhuǎn)換，而傳遞給終端作用機(jī)構(gòu)，例如齒輪、齒輪組、單向離合器、輸送帶、鏈條、曲柄、部分油氣壓元件等機(jī)電整合系統(tǒng)元件之肆─機(jī)構(gòu)元件機(jī)構(gòu)元件包括：24機(jī)構(gòu)元件之例─風(fēng)車機(jī)構(gòu)元件之例─風(fēng)車25機(jī)電整合系統(tǒng)之例1—學(xué)生專題比賽之自動(dòng)車表演路邊停車機(jī)電整合系統(tǒng)之例1—學(xué)生專題比賽之自動(dòng)車表演路邊停車26機(jī)電整合系統(tǒng)之例2─機(jī)器人足球比賽機(jī)電整合系統(tǒng)之例2─機(jī)器人足球比賽27機(jī)電整合系統(tǒng)之例3—可遙控之火星探測(cè)船機(jī)電整合系統(tǒng)之例3—可遙控之火星探測(cè)船28機(jī)電整合系統(tǒng)之例4─電影「變形金剛」

機(jī)電整合系統(tǒng)之例4─電影「變形金剛」29信號(hào)處理信號(hào)處理所發(fā)展出來的技術(shù)及硬體有信號(hào)處理擷取（SignalsProcessingAcquisition）、類比/數(shù)位信號(hào)轉(zhuǎn)換器（ADConverter），及數(shù)位/類比信號(hào)轉(zhuǎn)換（DAConverter）器等，主要是將感測(cè)器送來的信號(hào)作適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換及處理，透過電腦軟體的運(yùn)算，計(jì)算出量測(cè)物理量的數(shù)值，再進(jìn)一步的判斷及處置信號(hào)處理信號(hào)處理所發(fā)展出來的技術(shù)及硬體有信號(hào)處理擷?。⊿i30人機(jī)介面人機(jī)介面大量運(yùn)用在工業(yè)與商業(yè)上，簡(jiǎn)單的區(qū)分為輸入（input）與輸出（output）兩種，輸入指的是由感知器接受訊號(hào)後傳送給控制器來進(jìn)行機(jī)械或設(shè)備的操作，如把手、開關(guān)、門、指令（命令）的下達(dá)；而輸出指的是由機(jī)械或設(shè)備發(fā)出來的通知，如故障、警告、操作說明提示等新式的數(shù)位化人機(jī)人機(jī)介面，可藉由觸控式面板來進(jìn)行命令下達(dá)，並且能夠即時(shí)監(jiān)控得知工作現(xiàn)況的數(shù)值化與圖形化展現(xiàn)，更可藉由網(wǎng)際網(wǎng)路傳送即時(shí)資料人機(jī)介面人機(jī)介面大量運(yùn)用在工業(yè)與商業(yè)上，簡(jiǎn)單的區(qū)分為輸入（31好的人機(jī)介面會(huì)有效率的幫助使用者更簡(jiǎn)單、更正確、更迅速的操作機(jī)械，也能使機(jī)械發(fā)揮最大的效能並延長(zhǎng)使用壽命我國成功大學(xué)醫(yī)學(xué)系神經(jīng)科林宙晴教授已研究出用腦波控制開關(guān)，未來可能發(fā)展出以腦電波控制的機(jī)器手臂，只要意識(shí)清楚的人，就可以靠自我的「念力」控制外在的工具，做出自己想要做的動(dòng)作好的人機(jī)介面會(huì)有效率的幫助使用者更簡(jiǎn)單、更正確、更迅速的操作32第十章

自動(dòng)化與機(jī)電科技的發(fā)展與人物

第十章

自動(dòng)化與機(jī)電科技的發(fā)展與人物3310.1 自動(dòng)化與工業(yè)進(jìn)步自動(dòng)化起源於18世紀(jì)工業(yè)革命時(shí)代，其優(yōu)點(diǎn)是減少人力，增加系統(tǒng)本身的精密度，降低人為操作時(shí)衍生的問題及提高產(chǎn)品穩(wěn)定性等10.1 自動(dòng)化與工業(yè)進(jìn)步自動(dòng)化起源於18世紀(jì)工業(yè)革命時(shí)代34第一次工業(yè)革命1629年，義大利工程師喬凡尼．白蘭（GiovanniBranca）利用蒸氣可推動(dòng)渦輪葉片的原理，將蒸氣動(dòng)力機(jī)械裝置架設(shè)在馬車上1766年，英國發(fā)明家詹姆斯．瓦特改良蒸氣機(jī)，他發(fā)明的離心力控制器（governor），首次把感測(cè)器引進(jìn)控制迴路中，這是自動(dòng)化與工業(yè)結(jié)合的開始1885年才由德國工程師卡爾．賓士在曼海姆製造出汽油引擎裝置並架設(shè)在馬車上的三輪汽車，具有0.85馬力，此為現(xiàn)代汽車之始。而到了1906年，亨利．福特開始以工廠自動(dòng)化量產(chǎn)汽車第一次工業(yè)革命1629年，義大利工程師喬凡尼．白蘭（Gio35中國的第一輛汽車北京諧趣園中陳列著慈禧太后時(shí)大臣所敬獻(xiàn)的汽車，這是中國的第一輛汽車，距離汽車問世時(shí)還不到20年中國的第一輛汽車北京諧趣園中陳列著慈禧太后時(shí)大臣所敬獻(xiàn)的汽36工廠自動(dòng)化福特汽車公司在1911年在密蘇里州堪薩斯城成立第一家汽車裝配廠，並在1913年建立世界上首條量產(chǎn)線。此為工廠自動(dòng)化之始工廠自動(dòng)化福特汽車公司在1911年在密蘇里州堪薩斯城成立第37第二次工業(yè)革命1970年代美國汽車工業(yè)採用繼電器作為自動(dòng)化的主要控制元件，提高了生產(chǎn)效率及準(zhǔn)確性，也使得自動(dòng)化生產(chǎn)線能夠迅速更換生產(chǎn)車型的需求，而後此種概念也擴(kuò)展到其他產(chǎn)業(yè)上

第二次工業(yè)革命1970年代美國汽車工業(yè)採用繼電器作為自動(dòng)化的38工廠自動(dòng)化的演變工廠自動(dòng)化包括：生產(chǎn)排程自動(dòng)化、生產(chǎn)線自動(dòng)化、測(cè)試自動(dòng)化、倉儲(chǔ)自動(dòng)化、電力管理自動(dòng)化、無人工廠等，而可程式邏輯控制器（PLC）發(fā)明，成為工廠自動(dòng)化不可或缺的設(shè)備之一1980年代，機(jī)器人使用情況逐漸普遍，微電腦與電子技術(shù)結(jié)合之自動(dòng)化，PLC、CNC等電子式自動(dòng)化與工具機(jī)逐漸形成結(jié)合應(yīng)用，電腦數(shù)位化控制（CNC）技術(shù)已至成熟1990年代，採用電腦輔助設(shè)計(jì)及製造（CAD/CAM）之技術(shù)，建制彈性式自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)、自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)、生產(chǎn)製造導(dǎo)入電腦整合製造系統(tǒng)（CIM），並且重視製造自動(dòng)化系統(tǒng)模組化技術(shù)工廠自動(dòng)化的演變工廠自動(dòng)化包括：生產(chǎn)排程自動(dòng)化、生產(chǎn)線自動(dòng)39CNC機(jī)器之例CNC機(jī)器之例40全面自動(dòng)化圖形辨識(shí)、字詞認(rèn)識(shí)、人工智慧（artificialintelligence）和機(jī)器人（robot）的發(fā)展，使自動(dòng)化有了重大的進(jìn)步全面自動(dòng)化的機(jī)器或系統(tǒng)，需要4個(gè)基本組件：動(dòng)力：動(dòng)力如電池組或發(fā)電機(jī)，可提供自動(dòng)化系統(tǒng)所需的能量感測(cè)器：典型的感測(cè)器包括光電管、熱電偶、X光機(jī)及電錶，分別用以測(cè)量尺寸大小、重量、溫度、壓力、顏色與電阻等判定元件：產(chǎn)生一些適當(dāng)指令告訴控制元件控制元件：控制元件包括開關(guān)、活門與其他各種機(jī)械裝置，負(fù)責(zé)校正機(jī)器的作業(yè)情況，使其符合原先程式所定的值

全面自動(dòng)化圖形辨識(shí)、字詞認(rèn)識(shí)、人工智慧（artificia41自動(dòng)化之例─學(xué)生自製之會(huì)自動(dòng)瞄準(zhǔn)射擊的槍枝自動(dòng)化之例─學(xué)生自製之會(huì)自動(dòng)瞄準(zhǔn)射擊的槍枝42簡(jiǎn)單的教學(xué)機(jī)器人簡(jiǎn)單的教學(xué)機(jī)器人43各式各樣的機(jī)器人比賽各式各樣的機(jī)器人比賽44文化大學(xué)機(jī)械系學(xué)生所做的越障車(機(jī)器人)文化大學(xué)機(jī)械系學(xué)生所做的越障車(機(jī)器人)4510.2機(jī)電科技與系統(tǒng)整合1970年代的機(jī)電整合是由機(jī)構(gòu)學(xué)（機(jī)械學(xué)）和電子學(xué)整合而成，製造出自動(dòng)門、自動(dòng)販賣機(jī)、自動(dòng)對(duì)焦照像機(jī)或攝影機(jī)等產(chǎn)品1980年代，為了滿足少量多樣產(chǎn)品的需求，減少生產(chǎn)成本，產(chǎn)業(yè)開始研發(fā)機(jī)器人、自走車（AGV）、彈性製造系統(tǒng)（FMS）與電腦整合製造系統(tǒng)（CIM）等自動(dòng)化相關(guān)技術(shù)，此時(shí)電腦更扮演控制中心的重要角色，並開始引入資訊技術(shù)10.2機(jī)電科技與系統(tǒng)整合1970年代的機(jī)電整合是由機(jī)構(gòu)學(xué)461990年代，機(jī)電整合大量引入有線、無線通訊、衛(wèi)星定位、網(wǎng)路傳輸?shù)燃夹g(shù)21世紀(jì)為多元機(jī)電整合的時(shí)代，包括光機(jī)電（Optomechatronics），微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)（MEMS）、奈米機(jī)電技術(shù)（NEMS），以及生物機(jī)電工程（Biomechatronics）等1990年代，機(jī)電整合大量引入有線、無線通訊、衛(wèi)星定位、網(wǎng)路47微機(jī)電技術(shù)與奈米機(jī)電技術(shù)之例微機(jī)電技術(shù)與奈米機(jī)電技術(shù)之例48自動(dòng)控制生產(chǎn)線的重要器具─機(jī)械手臂自動(dòng)控制生產(chǎn)線的重要器具─機(jī)械手臂49在太空中工作之機(jī)械手臂在太空中工作之機(jī)械手臂50學(xué)生專題比賽所設(shè)計(jì)的機(jī)械手臂

學(xué)生專題比賽所設(shè)計(jì)的機(jī)械手臂5110.3機(jī)電科技整合與自動(dòng)控制控制系統(tǒng)元件與回授關(guān)係10.3機(jī)電科技整合與自動(dòng)控制控制系統(tǒng)元件與回授關(guān)係52機(jī)電整合系統(tǒng)元件之壹─控制器控制器大致可分為四類：可程式控制器、以個(gè)人電腦為主之控制器（PC-BasedController）、微控制器（Microcontroller）、數(shù)位訊號(hào)處理器（DigitalSignalProcessor,DSP）等機(jī)電整合系統(tǒng)元件之壹─控制器控制器大致可分為四類：可程式控制53機(jī)電整合系統(tǒng)元件之貳─感測(cè)器

感測(cè)器好比是人體的五官，它將各種物理量、化學(xué)量與生物量轉(zhuǎn)換成控制器可以感知的信號(hào)感測(cè)器通常由三部分所組成：感測(cè)元件、量測(cè)電路與信號(hào)顯示、記錄及處理常見的感測(cè)器有光敏電阻、熱敏電阻、溫度感測(cè)器、熱電耦溫度感測(cè)器、溫度感測(cè)器、超音波感測(cè)器、壓力感測(cè)器、接近開關(guān)、加速度感測(cè)器、陀螺儀等機(jī)電整合系統(tǒng)元件之貳─感測(cè)器感測(cè)器好比是人體的五官，它將各54機(jī)電整合系統(tǒng)元件之參─致動(dòng)器（actuator）

致動(dòng)器是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備，包括電動(dòng)機(jī)與電磁閥，其中電動(dòng)機(jī)又可分為直流馬達(dá)、交流馬達(dá)（感應(yīng)馬達(dá)或同步馬達(dá)）、步進(jìn)馬達(dá)等機(jī)電整合系統(tǒng)元件之參─致動(dòng)器（actuator）致動(dòng)器是55機(jī)電整合系統(tǒng)元件之肆─機(jī)構(gòu)元件

機(jī)構(gòu)元件包括：系統(tǒng)本體：主要指上述機(jī)電整合系統(tǒng)中的控制器、感測(cè)器、致動(dòng)器、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及終端作用機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：可將動(dòng)力經(jīng)過大小與方向的轉(zhuǎn)換，而傳遞給終端作用機(jī)構(gòu)，例如齒輪、齒輪組、單向離合器、輸送帶、鏈條、曲柄、部分油氣壓元件等機(jī)電整合系統(tǒng)元件之肆─機(jī)構(gòu)元件機(jī)構(gòu)元件包括：56機(jī)構(gòu)元件之例─風(fēng)車機(jī)構(gòu)元件之例─風(fēng)車57機(jī)電整合系統(tǒng)之例1—學(xué)生專題比賽之自動(dòng)車表演路邊停車機(jī)電整合系統(tǒng)之例1—學(xué)生專題比賽之自動(dòng)車表演路邊停車58機(jī)電整合系統(tǒng)之例2─機(jī)器人足球比賽機(jī)電整合系統(tǒng)之例2─機(jī)器人足球比賽5