機械工程導(dǎo)論第七講課件

第講七機電一體化技術(shù)教學(xué)基本要求1、掌握機電一體化的基本概念、基本原理和基本知識。3、初步掌握系統(tǒng)設(shè)計原理和綜合集成技巧，了解機電一體化總體方案的分析和設(shè)計。2、了解典型機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的構(gòu)成、原理、性能和使用。機電一體化技術(shù)第講七機電一體化技術(shù)第講七一、機電一體化技術(shù)的發(fā)展史第講七機電一體化技術(shù)的發(fā)展大體上可分為三個階段20世紀70年代至80年代為第二階段——“蓬勃發(fā)展階段”從20世紀90年代后期開始為第三階段——“智能化階段”20世紀60年代以前為第一階段——“萌芽階段”一、機電一體化技術(shù)的發(fā)展史第講七六十年代，日本通產(chǎn)省為擴大機械功能，在機械上采用電氣和電子技術(shù)，曾結(jié)合數(shù)控機床做過不少實驗，但未能獲得成功。七十年代，微電子技術(shù)成熟，微機商品化，大規(guī)模集成電路問世，構(gòu)成微機的基本單元CPU、ROM、RAM和接口電路已經(jīng)模塊化，機電一體化得以現(xiàn)實。1971年，日刊工業(yè)新聞社發(fā)行《機電一體化入門》和《機電一體化》月刊，專門刊載機電一體化新產(chǎn)品。1976年，機電一體化，Mechatronics，由日本人命名。1971到1978年日本政府頒發(fā)“機電法”和“機信法”，對機電一體化的發(fā)展起到積極推動作用。八十年代，在“機信法”指導(dǎo)下，機電一體化的產(chǎn)品如雨后春筍不斷涌現(xiàn)。九十年代，集成度提高，價格下降，機電一體化技術(shù)在世界范圍內(nèi)得到迅猛發(fā)展，機電一體化技術(shù)遍及社會各個領(lǐng)域。全盛時期開始。一、機電一體化技術(shù)的發(fā)展史第講七機電一體化的定義在日本多種多樣。但最具有指導(dǎo)性的定義是日本機械振興協(xié)會經(jīng)濟研究所提出的。1、日本關(guān)于Mechatronics的定義機電一體化這個詞乃是在機構(gòu)的主功能、動力功能、信息與控制功能上引進了電子技術(shù)，并將機械裝置與電子設(shè)備以及軟件等有機結(jié)合而成的系統(tǒng)的總稱。一、機電一體化技術(shù)的發(fā)展史第講七美國是機電一體化產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用的最早的國家。如世界上第一臺數(shù)控機床(1952）、第一個工業(yè)機器人（1962）。2、美國關(guān)于現(xiàn)代機械系統(tǒng)的定義“由計算機信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的,用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學(xué)任務(wù)的機械和機電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)”。美國機械工程師協(xié)會的一個專家組于1984年在給美國國家科學(xué)基金會的報告中，提出了現(xiàn)代機械系統(tǒng)的定義。第講七二、與其它技術(shù)的區(qū)別1、機電一體化技術(shù)與傳統(tǒng)機電技術(shù)的區(qū)別

傳統(tǒng)機電技術(shù)的操作控制主要是通過具有電磁特性的各種電器來實現(xiàn)，在設(shè)計中不考慮或很少考慮彼此間的內(nèi)在聯(lián)系；機械本體和電氣驅(qū)動界限分明，整個裝置是剛性的，不涉及軟件和計算機控制。

機電一體化技術(shù)以計算機為控制中心，在設(shè)計過程中強調(diào)機械部件和電器部件間的相互作用和影響，整個裝置在計算機控制下具有一定的智能性。2、機電一體化技術(shù)與并行工程的區(qū)別機電一體化技術(shù)將機械技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、控制技術(shù)和檢測技術(shù)在設(shè)計和制造階段就有機地結(jié)合在一起，十分注意機械和其他部件之間的相互作用。

并行工程將上述各項技術(shù)盡量在各自范圍內(nèi)齊頭并進，只在不同技術(shù)內(nèi)部進行設(shè)計制造，最后通過簡單疊加完成整體裝置。第講七二、與其它技術(shù)的區(qū)別第講七二、與其它技術(shù)的區(qū)別3、機電一體化技術(shù)與自動控制技術(shù)的區(qū)別

自動控制技術(shù)的側(cè)重點是討論控制原理、控制規(guī)律、分析方法和自動系統(tǒng)的構(gòu)造等。機電一體化技術(shù)將自動控制原理及方法作為重要支撐技術(shù)，將自控部件作為重要控制部件，應(yīng)用自動控制原理和方法，對機電一體化裝置進行分析和性能測算。第講七二、與其它技術(shù)的區(qū)別4、機電一體化技術(shù)與計算機應(yīng)用技術(shù)的區(qū)別

機電一體化技術(shù)只是將計算機作為核心部件應(yīng)用，目的是提高和改善系統(tǒng)性能。其研究的是機電一體化系統(tǒng)，而不是計算機應(yīng)用本身。

計算機在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用僅僅是計算機應(yīng)用技術(shù)的一部分，計算機應(yīng)用技術(shù)還可以在其他方面得到應(yīng)用。三、機電一體化系統(tǒng)的組成第講七機電一體化系統(tǒng)一般由結(jié)構(gòu)組成要素、動力組成要素、運動組成要素、感知組成要素、智能組成要素等有機結(jié)合而成。機械本體（結(jié)構(gòu)組成要素）是系統(tǒng)的所有功能要素的機械支持結(jié)構(gòu)，一般包括有機身、框架、支撐、聯(lián)接等。動力驅(qū)動部分（動力組成要素）依據(jù)系統(tǒng)控制要求，為系統(tǒng)提供能量和動力以使系統(tǒng)正常運行。測試傳感部分（感知組成要素）對系統(tǒng)的運行所需要的本身和外部環(huán)境的各種參數(shù)和狀態(tài)進行檢測，并變成可識別的信號，傳輸給信息處理單元，經(jīng)過分析、處理后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息。第講七執(zhí)行器控制信息控制與信息單元動力源檢測傳感部分機械本體參數(shù)變化信息驅(qū)動力能量檢測參數(shù)機電一體化系統(tǒng)各部分的關(guān)聯(lián)關(guān)系三、機電一體化系統(tǒng)的組成第講七動力系統(tǒng)控制系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)檢測部分機械本體大腦內(nèi)臟五官手腳骨骼機電一體化系統(tǒng)各部分與人體器官的等效關(guān)系三、機電一體化系統(tǒng)的組成四、機電一體化技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)第講七

機電一體化技術(shù)是機械技術(shù)、信息處理技術(shù)、傳感與檢測技術(shù)、自動控制技術(shù)、伺服傳動技術(shù)、系統(tǒng)整體技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域綜合交叉的技術(shù)密集型系統(tǒng)工程的一種高新技術(shù)。機電一體化技術(shù)從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標，以智能、動力、結(jié)構(gòu)、運動和感知等組成要素為基礎(chǔ)，對各組成要素及相互之間的信息處理、接口耦合、運動傳遞、物質(zhì)運動、能量變換機理進行研究，使得整個系統(tǒng)有機結(jié)合和綜合集成，并在系統(tǒng)程序和微電子電路的有序信息流控制下，形成物質(zhì)和能量的有規(guī)則運動，在高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗意義上實現(xiàn)多種技術(shù)功能復(fù)合的最佳功能價值的系統(tǒng)工程技術(shù)。第講七1、機械技術(shù)內(nèi)涵：指機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計與制造。作用：完成機電一體化系統(tǒng)間的連接以及如何與機電一體化的其它技術(shù)相適應(yīng)，并利用其它技術(shù)來更新概念，從而實現(xiàn)在結(jié)構(gòu)、材料、性能上的變更，以滿足減少重量、縮小體積、提高精度、提高剛度、改善性能的要求。四、機電一體化技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)第講七四、機電一體化技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)2、信息處理技術(shù)

內(nèi)涵：信息的變換、存取、運算、判斷和決策；計算機的軟件技術(shù)和硬件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等。此外，人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等也屬于該范疇。作用：是促進機電一體化技術(shù)發(fā)展和變革最活躍的因素。第講七四、機電一體化技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)3、傳感與檢測技術(shù)內(nèi)涵：研究如何將各種物理量轉(zhuǎn)換成與之成比例的電量，研究對轉(zhuǎn)換的電信號的加工處理。作用：傳感與檢測裝置是機電一體化系統(tǒng)的感覺器官，它與信息系統(tǒng)的輸入端相連，并將檢測到的信號輸送到信息處理部分，是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。第講七內(nèi)涵：機電一體化產(chǎn)品中的執(zhí)行元件和驅(qū)動裝置設(shè)計中的技術(shù)。5、伺服驅(qū)動技術(shù)作用：伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)電信號到機械動作的轉(zhuǎn)換裝置與部件。執(zhí)行元件一方面通過接口電路與計算機相連，接受控制系統(tǒng)的指令；另一方面通過機械接口與機械傳動和執(zhí)行機構(gòu)相連，以實現(xiàn)規(guī)定的動作。伺服驅(qū)動技術(shù)對機電一體化產(chǎn)品的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、操作精度和控制質(zhì)量等具有決定性的影響。四、機電一體化技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)第講七6、系統(tǒng)整體技術(shù)內(nèi)涵：以整體的概念，組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)。作用：通過分析、評價、綜合等措施，優(yōu)選出最佳的功能技術(shù)方案。四、機電一體化技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)第講七五、機電一體化產(chǎn)品的設(shè)計系統(tǒng)（產(chǎn)品）的評價內(nèi)容高附加值化高性能化低價格化高可靠性化智能化省能化輕薄短小化機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）主功能計測、控制功能動力功能構(gòu)造功能第講七五、機電一體化產(chǎn)品的設(shè)計系統(tǒng)（產(chǎn)品）的設(shè)計類型1、開發(fā)性設(shè)計2、適應(yīng)性設(shè)計3、變異性設(shè)計沒有參照產(chǎn)品的設(shè)計,僅僅是根據(jù)抽象的設(shè)計原理和要求,設(shè)計出在質(zhì)量和性能方面滿足目的要求的產(chǎn)品或系統(tǒng)。在總的方案原理基本保持不變的情況下,對現(xiàn)有系統(tǒng)功能及結(jié)構(gòu)進行局部更改,以使產(chǎn)品的性能和質(zhì)量增加某些附加價值。在設(shè)計方案和功能結(jié)構(gòu)不變的情況下,僅改變現(xiàn)有產(chǎn)品的規(guī)格尺寸使之適應(yīng)于量的方面有所變更的要求。第講七五、機電一體化產(chǎn)品的設(shè)計

在系統(tǒng)設(shè)計時，要抓住用戶最關(guān)心的技術(shù)指標，特別是系統(tǒng)的可靠性、實用性，經(jīng)濟性等。對各種相關(guān)技術(shù)進行優(yōu)化組合，而不是片面追求高指標、全功能。2、功能優(yōu)化原則

高精度、高效率、高可靠性是機電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)的重要指標，因此要求系統(tǒng)在運行過程中能實現(xiàn)自動控制、