第1章机电一体化概论ppt课件

1、机电系统及生产过程自动化机电系统及生产过程自动化 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 精密机械技术精密机械技术 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 机电一体化的发展及概念机电一体化的发展及概念 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

2、机电一体化的相关技术及发展趋式机电一体化的相关技术及发展趋式 总结总结第一章第一章 机电一体化概论机电一体化概论 机电一体化的发展及概念机电一体化的发展及概念 机电一体化的产生与发展机电一体化的产生与发展 机电一体化的概念及理解机电一体化的概念及理解 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发展趋式机电一体化的相关技术及发展趋式 总结总结机电一体化的产生与发展机电一体化的产生与发展例子1：机械式控制计算机数字控制靠模仿形控制机械式机电一体化的产生与发展机电一体化的产生与发展例

3、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发展机电一体化的产生与发展例子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发展机电一体化的产生与发展例子2：机械式调速电子式调速机械式调速器瓦特原动机原动机机电一体化的产生与发展机电一体化的产生与发展例子2：机械式调速电子式调速电子式调速器原动机原动机机电一体化的产生与发展机电一体化的产生与发展例子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发展机电一体化的产生与发展例子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发展机电一体化的产生与发展例子3：机械式计算

4、电子式计算第一台电子式计算机ENIAC）ENIAC(电子数字积分计算机，电子数字积分计算机，Electronic Numerical Integrator And Computer)。于于1946年年2月月15日在美国诞生。日在美国诞生。占地面积占地面积170平方米，重达平方米，重达30吨，吨，耗电量耗电量150千瓦。造价千瓦。造价48万美元。万美元。由真空管、二极管、由真空管、二极管、 电阻器、电阻器、电容器、继电器、开关等组成。电容器、继电器、开关等组成。每秒执行每秒执行5000次加法或次加法或400次乘次乘法，是手工计算的法，是手工计算的20万倍。万倍。机电一体化的产生与发展机电一体化的

5、产生与发展例子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发展机电一体化的产生与发展例子3：机械式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)总结总结 在机械系统中引入电子、计算机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、控制等还引入了其他技术，如液压、控制等 带来了很多好处带来了很多好处(功能、体积、操控性、性价功能、体积、操控性、性价比等比等) 分立电子元器件分立电子元器件大规模集成电路大规模集成电路 系统越来越复杂，应

6、该是一个系统工程系统越来越复杂，应该是一个系统工程 机电一体化的产生与发展机电一体化的产生与发展 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，MechanicsElectronics），正式产生的标志），正式产生的标志 320世纪世纪70-80年代，发展阶段，计算机信息年代，发展阶段，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，深入发展阶段，激光、年代未至今，深入发展阶段，激光、通信技术的引入通信技术的

7、引入CIMS/FMS/FCS 5 (生物技术、新材料、新能源、空间技术生物技术、新材料、新能源、空间技术)第一次出现在第一次出现在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发展，已被大家广泛应用，上，随着机电一体化技术的发展，已被大家广泛应用，现已成为一个正式的单词。现已成为一个正式的单词。机电一体化的产生与发展机电一体化的产生与发展 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 机电一体化的发展及概念机电一体化的发展及概念 机电一体

8、化的产生与发展机电一体化的产生与发展 机电一体化的概念及理解机电一体化的概念及理解 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发展趋式机电一体化的相关技术及发展趋式 总结总结机电一体化的概念及理解机电一体化的概念及理解 机电一体化的概念机电一体化的概念 (1) 90年代，国际机器和机械理论研究年代，国际机器和机械理论研究会会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：机电一体化是精密机械工程，电子控制和系统思

9、化是精密机械工程，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，英国在创办期刊，英国在创办期刊定义：机电一体化的定义：机电一体化的基本形式可以视为现代工程技术中机械基本形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。

10、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究所日本机械振兴会经济研究所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技术，并将机械装置与电子装置用电子技术，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。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理解机

11、电一体化的概念及理解 如何理解机电一体化概念如何理解机电一体化概念 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，通过机电一体化是以机械技术、电子技术为主，通过信息技术将二者有机的结合在一起，而不是简单地信息技术将二者有机的结合在一起，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、发展的技术，化系统或产品得以实现、运用

12、、发展的技术，包括：精密机械技术、微电子技术、计算机信息包括：精密机械技术、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：应用机电一体化技术设计和制机电一体化产品：应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。生产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通过具有电磁特性的各种电器来实现，如继电器、接触器等，在设计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系； 机械本体和电气

13、驱动界限分明，整个装置是刚性的，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，整个装置在电子、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 机电一体化的发展及概念机电一体化的发展及概念 机电一体化的产生与发展机电一体化的产生与发展 机电一体化的概念及理解机电一体化的概念及理解 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发展趋式机电一体化的相关技术及发展趋式 总结总结机电一体化

14、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：执行装置是机械装置。动冼衣机等，特点是：执行装置是机械装置。数控车床加工中心例子工业机器人工业机器人FANUC M-430iA 工业机器人正在做寿司工业机器人+仿真手例子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：执行装置是机械装置。动冼衣机等，特点是：执行装置是机械装置。 2电子设备类：如线切割加工设备、激光测

15、电子设备类：如线切割加工设备、激光测量仪等，特点是：执行装置是电子设备。量仪等，特点是：执行装置是电子设备。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：执行装置是机械装置。动冼衣机等，特点是：执行装置是机械装置。 2电子设备类：如线切割加工设备、激光测电子设备类：如线切割加工设备、激光测量仪等，特点是：执行装置是电子设备。量仪等，特点是：执行装置是电子设备。 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：执行装置是机械

16、与电子的货机等，特点是：执行装置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：执行装置是机械装置。动冼衣机等，特点是：执行装置是机械装置。 2电子设备类：如线切割加工设备、激光测电子设备类：如线切割加工设备、激光测量仪等，特点是：执行装置是电子设备。量仪等，特点是：执行装置是电子设备。 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：执行装置是机械与电子的货机等，特点是：执行装置是机械与电

17、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装置，特点是：执行机构是液压驱动的机服装置，特点是：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械装置，控制机构是接受电信号的液压伺服阀。阀。液压挖掘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 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：执行装置是机械装置。衣机等，特点是：执行装置是机械装置。 2电子设备类：如线切割加工设备、激光测量仪电子设备类：如线切割加工设备、激光测量仪等，特点是：执行装置是电

18、子设备。等，特点是：执行装置是电子设备。 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：执行装置是机械与电子的结合。特点是：执行装置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装电液伺服类：主要产品是机电液一体化伺服装置，特点是：执行机构是液压驱动的机械装置，控置，特点是：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。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、传真机、复印机等一信息控制类：如电报机、传真机、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些办公自动化设备，特点是：执行机构的

19、动作由所接受的信息类控制。接受的信息类控制。传真机、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

20、制对象，改变位移、速度等参数。改变位移、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 机电一体化的发展及概念机电一体化的发展及概念 机电一体化的产生与发展机电一体化的产生与发展 机电一体化的概念及理解机电一体化的概念及理解 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发展趋式机电一体化的相关技术及发展趋式 总结总结机电一体化的意义机电一体化的意义 1功能增强功能增强 2精度提高精度提

21、高 3结构简化结构简化 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节约能源和材料节约能源和材料第一讲第一讲 机电一体化概论机电一体化概论 机电一体化的发展及概念机电一体化的发展及概念 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发展趋式机电一体化的相关技术及发展趋式 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机械装

22、置：支承、衔接、实现某种运动，机械装置：支承、衔接、实现某种运动，如机架、导轨、工作台、机械手等如机架、导轨、工作台、机械手等 2驱动装置：驱动机械装置运动，如各类电驱动装置：驱动机械装置运动，如各类电机、电磁铁、液压马达等机、电磁铁、液压马达等 3动力装置：为驱动装置提供能源，又称为动力装置：为驱动装置提供能源，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传感检测装置：对系统本身和外界环境的传感检测装置：对系统本身和外界环境的一些状态及参数进行测量信息获取），并一些状态及参数进行测量信息获取），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

23、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信息处理装置：将多种信息进行处理，并信息处理装置：将多种信息进行处理，并根据处理的结果进行相应的控制，又称为控根据处理的结果进行相应的控制，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结构及功能比较机电一体化系统与人体结构及功能比较传感检传感检测装置测装置 不同环节之间进行着能量转换、运动传递、信息不同环节之间进行

24、着能量转换、运动传递、信息交换与处理，并最终连接成一个有机整体，在控制单交换与处理，并最终连接成一个有机整体，在控制单元的作用下有序的工作。元的作用下有序的工作。动力动力本体本体驱动驱动检测检测大脑大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装置理装置控制控制第一讲第一讲 机电一体化概论机电一体化概论 机电一体化的发展及概念机电一体化的发展及概念 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发展趋式机电一体化的相关技术

25、及发展趋式 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机械装置：手臂、手指、手臂的连接机械装置：手臂、手指、手臂的连接部分和机座。部分和机座。 2驱动装置：驱动机械手臂、手指运动驱动装置：驱动机械手臂、手指运动的电机、电磁铁等。的电机、电磁铁等。 3动力源：电源、液压源、气源。动力源：电源、液压源、气源。 4传感检测装置：检测旋转角度和摆动传感检测装置：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例子典型的机电一体化系统典型的机电一体

26、化系统汽车汽车汽车防抱死刹车系统汽车防抱死刹车系统(ABS，Anti-locked Braking System)典型的机电一体化系统典型的机电一体化系统汽车汽车我来举例我来举例机电一体化系统机电一体化系统神六神六机电一体化系统机电一体化系统纳米机器人纳米机器人可在毛细血管里工作的微型可在毛细血管里工作的微型机器人机器人胶囊机器人胶囊机器人-重庆重庆第一讲第一讲 机电一体化概论机电一体化概论 机电一体化的发展及概念机电一体化的发展及概念 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发展趋式机电一体化的相关技术及发展趋式 机电一体化的发展现状机电一体化的发展现状

27、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发展趋势机电一体化技术及系统发展趋势 总结总结机电一体化的发展现状机电一体化的发展现状n制造业是科学技术和国家经济发展的基础工制造业是科学技术和国家经济发展的基础工业，机电一体化是制造业发展的必然趋势。业，机电一体化是制造业发展的必然趋势。n受到各国的高度重视受到各国的高度重视n日本日本(智能传感器、计算机芯片制造技术、智智能传感器、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术能工业机器人、柔性制造系统等列为高技术领域的重大研究课题领域的重大研究课题)n西欧西欧(“尤里卡方案尤里卡方案)n美国美国(美国国家关键技术委员会向总统提交的美国国家关键技术委员会向总统提交的年度报告年度报告微型微型机构机构 微电子机械系统微电子机械系统MEMS） 机电一体化mechatronics这一术语已经使用了40余年，随着科技的发展，其内涵不断丰富、领域不断拓展，现在已出现了“光机电一体化”（opto-mechatronics）、“微机电”（micro-mechatronic