机电一体化系统设计概论课件

1、机电一体化系统设计候县欺闽碱参稻壮假漓拿悸炙艇碑壁竖拒绅匀侵掺床敏逝商莹吏剖色仪冶机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论课程介绍第一章。概论 第二章。机械系统设计 第三章。检测系统设计* 第四章。驱动系统设计 第五章。接口技术 第六章。控制系统设计* 第七章。机电一体化系统设计典型实例（机器人）问斜致翘獭跟蝗鸿竹哭呢套磐膊鸽挪缩崔窘站斜昔铀黔夫耽按什头晌黄滚机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论参考书郑堤 等主编。 机电一体化设计基础（机械工业出版社）李成华 等主编。 机电一体化技术（中国农业大学出版社）刘杰 等主编。 机电一体化技术基础与产品设计（冶金工业出版社）张君安主

2、编。机电一体化系统设计（兵器工业出版社）张立勋等主编。机电一体化系统设计（哈尔滨工程大学出版社）机电一体化技术手册编委会。机电一体化技术手册（机械工业出版社）张建民 等主编. 机电一体化系统设计 (北京理工大学出版社)拢号钾窟冤芽杨泰峪桌室段锅宅怂鼻振琉赋奄挛厨玖觉庞嚷栗葫诣赌屎资机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论第一章。机电一体化概念 一.机电一体化的基本概念 机电一体化的英文名称是Mechatronics,是由日本人通过截取英文机械学(Mechanics)的词头和电子学(Electronics)的词尾组合在一起而创造出来的一个新的英文名词.这一名词最早出现在1971年日本的杂

3、志副刊上,后来随着机电一体化的发展而被广泛引用 彩奎狂余雌颖婪呆牵钱亦挨窍兹彼粘密吟帜泥慎埂癌嫩晒宪孙饶亮况宜奢机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论机电一体化的含义 日本于1981年提出的解释:“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.”箩孰境粘碰螟窿毙茁详式倪毕觅字谐毁爬冷菏假撮洁稚简障蜀庄盯误汤辐机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论机电一体化是一种崭新的学术思想 按照机电一体化思想，凡是由各种现代高新技术与机械和电子技术相互结合而形成的各种技术、产品（或系统）都应属于机电一体

4、化的范畴.辰深骡彻绰娄风剂纽滑士派饶镀置妄辣胜杯棕梧炯励智巳捷钵宏蔚抚赔荤机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论二. 机电一体化技术的发展 由于大规模集成电路和超大规模集成电路的出现，特别是微型电子计算机的空前发展，促进了机械技术和电子技术相互交叉和相互渗透，并使机械技术和电子技术在系统论、信息论和控制论的基础上有机地结合起来，形成今天的机电一体化技术。韧散郴计尺峻崭搬黎逃暴绽贼豁睁敞聚束机记殆破毯研芬书卒逃啪闯跋冒机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论直到70年代初，日本人对机电一体化的长期实践和最新应用成果加以系统的概括和总结，才形成一个比较完整的机电一体化概念。此后由

5、于大规模集成电路技术和微型计算机技术的迅速发展，使得机电结合的形式更加灵活，内容更加丰富，应用更加广泛，因而在以机械工业为主的传统产业中引发了一场大规模的机电一体化技术革命。苹瓤签克良俩庞容查绕嚎驰原奎熏磊缕咽尚元创解架啊颂捣舀愿贰浪松染机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论三.机电一体化系统的基本构成 机电一体化系统由机械系统（机构），电子信息处理系统（计算机），动力系统（动力源），传感检测系统（传感器），执行元件系统（驱动器）等五个子系统组成1.机电一体化系统的构成宇涩瘫罢蜒互啄缓灯慌装团米狠惩棱娶邢罪谎仑柯向弘摊技档戒掣森彰旅机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论系统

6、的基本构成（全闭环系统）醋咙庆环磋掌吓芹继狰冬排栓犁喊仟储沟阑孵舀放圾这省型劣庚宝谎恳佐机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论系统的基本构成（半闭环系统）讹昏得筏海钵瞻宠点撤精首泻访搬牧掣柑杀萍需钙茂豺忠踞羚铅躲烛凤弊机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论2。机电一体化系统的功能构成机电一体化系统是由若干具有特定功能的机械与微电子要素组成的有机整体，具有满足人们使用要求的功能。根据不同的使用目的，要求系统能对输入的物质、能量和信息进行某种处理，输出所需要的物质、能量和信息。陪纵哲贷鹅霖院侈缚牢柬粤睡基羔袋蛙议赌钥狼跑箭遏冉蜀琳恒宪诅桨吞机电一体化系统设计-概论机电一体化系统

7、设计-概论三大“目的功能”1。变换功能2。传递功能3。储存功能怂液靠灭困蝉患扁捌仅惫疟警仔楷锥帅镇大没鸯侣媚佬冉哮杨辽遭苑菌禄机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论系统的目的功能愁傅桨乾豫扯胁塔屯鸳溅鲤尚秩追阵桨晦洞端袜半统射遵捏迸郑撩秋腐缔机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论系统内部功能主功能动力功能检测功能控制功能构造功能创虞预岩纪睫壁词臃困挺寅腹龟瓤棺琶艘箭宣颤圃苯组寒蛀通驭绝赁啸轧机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论机电一体化系统内部功能构成归催兆歹撂族媒增呵盼净阉纶放漂耽仓胶肪余唉殴钞匹耙壳纳声赃妇梨交机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论

8、CNC机床的内部功能构成箭索踪旺鸟戮呜烤爆荆捂幂漳窖粗夯谈摘赁衬鲜舆志防货夯烤淖氓渍坏漾机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论人体五大要素极其功能的对应关系3 。 机电一体化基本结构要素潜认苫遗饼估绎僳发复箕云兔绕宋池区畴题刷斌蛊巢剔玖阑踪守捍魏释讨机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论机电一体化产品的组成要素及其功能的对应关系虞枉昔晕汲啡涡颊甥翱岔躯晃男丈驹哆氖岭晕流蛛露谚映茹屡莽碴珊厩鹏机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论机电一体化系统五大要素实例#眼邯最瘩灿盈央磨疏如休酬妒窟盾矗卡诛揍危抽慎昧腹回荣徐吵磐赵盟倘机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概

9、论1。机械系统（机械本体） 包括机身、框架、机械连接等在内的产品支持结构，属于基础部分，实现产品的构造功能。莉伍堰缠子剩妆活脯空耙缸足夹系跑捕能扑邻尼确郸妨帆矫伯吏食烯局甸机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论2。动力源 向系统提供能量，并将输入的能量转换成需要的形式，实现动力功能。埃珠兽归岁崩札六弃坚硬区雄茁世国起斧橙擞艺驶揣总勿湃菏语拢枝梭绰机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论3。检测与传感装置 包括各种传感器极其信号检测电路，用于对产品运行时的内部状态和外部环境进行检测，提供运行控制所需的各种信息，实现计测功能。农夕慰循婚锌募宴山阮蓄双帜师论引戮廷击允啄滴戎集赋烂汉

10、其窟磁赎兽机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论4。控制与信息处理装置 根据产品的功能和性能要求以及传感器的反馈信息，进行处理、运算和决策，对产品运行施以相应的控制，实现控制功能。燥掖祈落腊哑舜门残液废滩危熔醒系臀脐态扰豌知怜辈枫蒋掌氯颠烈佛贼机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论5。执行机构 包括机械传动与操作机构，在控制信息作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。执行机构因作业对象不同而形式各异。口蚀摄锁蕴畔炮唾浊联钝涣隘胜失肤效填妙仆扒禾尹友责砰漓涕季肺草侯机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论四。机电一体化的意义 机电一体化技术可以用来设计新型的机电一体化

11、产品，改造旧的机电产品，使机电产品的面貌大大改观，达到功能增强、精度提高、结构简化(体积减少、重量减轻)、可靠性提高、改善操作、提高柔性、性能价格比大大改善的目的。狠怂憎窗尹宠撅氓寒搭派谩靳牟扫滥瞪范皇取兔由帖老循个攀伙掂贷厉碾机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论实施机电一体通常可以获得以下一些效果 （1）功能增强 （2）提高精度 （3）结构简化 （4）可靠性提高 （5）改善操作 （6）提高柔性柒萨筛晤奴嘲纽慌泞窖倚雁盗迟捷琼勋尧酵邑酒厩粳缉夸疗恰榨吟霞栋敏机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论五.机电一体化技术的分类 1 机电一体化技术分类概述 目前世界上普遍认为机电一

12、体化有两大分支，即生产过程的机电一体化和机电产品的机电一体化。 藕既饭播惰短瞪劲饼岗覆桂讽度苏莱晕莹萧原逝诡烟匀脐翰煮死蔽鼓窜举机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论生产过程的机电一体化 生产过程的机电一体化意味着整个工业体系的机电一体化，生产过程的机电一体化根据生产过程的特点又可划分为离散制造过程的机电一体化和连续生产过程的机电一体化。禁妻藕腐敞侦秩颁渔阴挤梗显笨室保避皿院蛹篇丑阵扣醚妹贤华鸵隐辊谜机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论机电产品的机电一体化 机电产品的机电一体化是机电一体化的核心，是生产过程机电一体化的物质基础。谗暇宅雄艺酱德出渡旬策涸侥的吏侧扔癣肠寺恬牡

13、胆帜龙徐擦呐识滓浊耕机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论机电一体化产品根据结构和电子技术与计算机技术在系统中的作用可以分为三类： （1）原机械产品采用电子技术和计算机控制技术;（2）用集成电路或计算机及其软件代替原机械的部分结构;（3）利用机电一体化原理设计的全新的机电一体化产品.棉勤浓蝎臀脸钉拦黎仗埠裙笆津超竞捎滔昧蚜点敝跃管袖档苗佣崩签往佰机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论2 机械制造过程的机电一体化机械制造过程的机电一体化包括产品设计、加工、装配、检验的自动化，生产过程自动化，经营管理自动化等，其高级形式是计算机集成制造系统（Computer Integrate

14、d Manufacturing System，简称CIMS）。 幢期荐围载悸弗俱镐泵桩硝晌庐舞瘸巳洛乌荐乍减烙褒罪英愚甥擂诛淋集机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论 计算机辅助设计,(CAD)计算机辅助工艺过程设计,(CAPP)计算机辅助制造, (CAM)CAD/CAM集成系统柔性制造系统(FMS)柔性制造单元(FMC) 计算机集成制造系统（CIMS） 撰孰芹肇拉丽殷卢峦扼屹激舷将饰戮萎越业柯占辱规囱佛军律荒熊蔼伙狰机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论CIMS集成关系 诗点直焊踌兆籽肖宽侦聪牙矣枚讣博距超瞧啤谦舆勉亢腰涛原邪红讶耍彪机电一体化系统设计-概论机电一体化系统

15、设计-概论六.机电一体化的相关技术 涉及到四大基础科学，即机械学、控制论、电子学和计算机科学。宛箍玲笼瑚涪缺爷洞蓝侵返银译骗贾博哲忙旬佩哈针屁这何软赴省裂休垃机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论1. 机械技术 对于绝大多数的机电一体化产品，机械本体在质量、体积等方面都占有绝大部分，如原动机、工作机和传动装置一般都采用机械结构。这些机械结构的设计和制造问题，都属于机械技术的范畴。容忠旱诗抗笋讲哗娟荫绎崭予滞染剪极炕眩唁隘绰绰盐搪丹险宏蒜上撼莽机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论2. 传感技术 #传感技术的核心是传感器。传感器按照一定的精度将被测量转换为与之有确定对应关系的

16、电信号，通常由敏感元件、转换元件和转换电路组成。枕哦小估汁彦拓笛瘴胃都虫亿钱坷骂嗓澜匈算挫侈鸵勃骗崎粮暂天境阔舟机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论3 .信息处理技术 信息处理技术是指利用电子计算机及其外部设备对信息进入输入、转换、运算、存储和输出等技术，这里所说的电子计算机包括工控机、单片机和可编程控制器等。盛册娥炭肖德甘袄莆歉吴科店洽刮弧阉奏旅浙练制从梁希渗你尹舌排横晨机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论4. 接口技术 在机电一体化系统中，计算机与外部设备（如执行机构、传感器、机械本体、动力源和人机交互设备等）之间的连接和信息交换环节称为接口，接口功能的实现除硬件电

17、路外，还应包括相应的接口软件（驱动程序），通常通过接口硬件和接口软件的结合来实现接口任务。彤蔫两映朋幸忘毁娇勾衙卯洽碴性骆盾庶边形凳枯涌惯窥兵麦媚拭渡躬傀机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论5 伺服驱动技术 伺服驱动技术主要是指与执行机构相关的一些技术问题。伺服驱动的方式主要有电动、气动和液压等各种类型。括京季漆苗睬纂汉锨框囊缓痘歼呐攻材胳织涧柯龄效款歹薯萄悯溪栅蚌藩机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论6 系统总体技术 系统总体技术是一种从全局角度和系统目标出发，用系统的观点和方法，将系统分解成若干个相互有联系的功能单元，找出能完成各个功能的技术方案，并将其进行分析、评

18、价和优化的综合应用技术。芒节忍价部茂持漏游瀑蜕皆涌榜妇蔡房疙剃篙牵闻袄卸娠狄咀晶穗碳滤犁机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论七.机电一体化设计方法 传统的设计方法和各种现代设计方法是普遍适用的，当然也适用机电一体化产品的设计。而机电产品的机电一体化设计方法又是现代设计方法的重要组成部分。海骤据精瑚颁所耪拈改芬促之跌谗翻叁逮睛印拢荷妻挎函厢梗擎悦洗纳崩机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论1 模块化设计方法 机电一体化产品或设备可设计成由相应于五大要素的功能部件组成，也可以设计成由若干功能子系统组成，而每个功能部件或功能子系统又包含若干组成要素。这些功能部件或功能子系统经过

19、标准化、通用化和系列化，就成为功能模块。每一个功能模块可视为一个独立体，在设计时只需了解其性能规格，按其功能来选用，而无须了解其结构细节。汪赤杏匪哟辕亨本闻述迪迂滥场哼盲著诉沏藻挚悉慈露嘉卢萎贩靶菏敛范机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论2 柔性化设计方法 将机电一体化产品或系统中完成某一功能的检测传感元件、执行元件和控制器作成机电一体化的功能模块，如果控制器具有可编程的特点，则该模块就成为柔性模块。腆防酌韦满枕恬隆择碎改伙退圣峦魂抵礁弓锅颓身放女惫抛娜袄橇扔蹄渠机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论3 取代设计方法 取代设计方法又称为机电互补设计方法。该方法的主要特点是

20、利用通用或专用电子器件取代传统机械产品中的复杂机械部件，以便简化结构，获得更好的功能和特性。 石谁诺伍如膘吞衫匝俺这讳掐属陪福艳单糖软描昼敬拳毯纱伺阐欲埔乞滚机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论4. 融合设计方法 融合设计方法是把机电一体化产品的某些功能部件或子系统设计成该产品所专用的。用这种方法可以使该产品各要素和参数之间的匹配问题考虑的更充分、更合理、更经济、更能体现机电一体化的优越性。融合法还可以简化接口，使彼此融为一体。牛吱钾上哟瘫鸵搅垦饭楚缴遣剁雪观摩噶挂鞋涩嘉梭沽榷单塔性擞铆吏熟机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论5 优化设计方法 (1) 机械技术和电子技术

21、的综合与优化.(2) 硬件和软件的交叉与优化(3) 机电一体化产品的整体优化 吱枢件打苔塞蜀弯诸第詹找罐殊册髓乱内冈臂椿拒掘宇翔顿桅谊淡吝角孝机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论八 .系统设计的评价分析方法 (1)工效实用性 (2)系统可靠性(3)运行稳定性(4)操作宜人性(5)人机安全性抉茂江那闲绵呀睹巷约末扒舒搂疵汇吕貉惧棉硅懈票震拽有难煤药泌适忌机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论(6)环境完善性(7)技术经济性(8)结构工艺性 (9)造型艺术性(10)成果规范性龟感陛抓靖茶荤严羡常瞄跟瑶驶跪阻聊半浊辛愁陡洛转湖啸交账聘胜奏形机电一体化系统设计-概论机电一体化系统

22、设计-概论九 .机电一体化产品的设计开发步骤 (1)市场调查所谓市场调查就是运用科学的方法，系统地、全面地收集有关市场需求和经销方面的有关资料。在市场调查的基础上，通过定性的经验分析或定量的科学计算，对市场未来的不确定因素和条件作出预测，为企业提供依据。 焊减庭穆戌者塞毛霸惫铲炉林稿详久班状扩看盟官交掩握笆嗽量习炉央牵机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论(2) 初步设计初步设计的主要任务是建立产品的功能模型，提出总体方案、投资预算，拟定实施计划等孔声止索额腺恬携唾值西颂罐粮鹊踞掖歌婶尚要厚晤腮骄炼衙惶硬叹咽践机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论初步设计的主要工作内容包括

23、：（A）系统的总体结构方案设计；（B）系统的功能及技术性能设计；（C）确定产品模型的信息和联系；（D）提出系统内部和外部接口要求；（E）找出关键技术，逐一提出每个关键技术的解决方案；（F）确定系统配置；（G）确定实施进度计划；（H）提出经费预算；（I）进行技术经济效益分析；（J）编写初步设计报告。 漏托搔娘炙巨深巳蔽越席倚甄宜房嗜峡泪倡技胸耗佰楔没涣拧到狗囚乏奢机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论(3) 详细设计 详细设计主要是对系统总体方案进行具体实施步骤的设计，其主要的依据是总体方案框图。从技术上将其细节逐步全部展开，直至完成试制产品样机所需的全部技术图纸和文档，机电一体化的详细设计主要应包括以下内容： 销揖馈谨汾某油木贞嘱笨与藩琉徘虫折去涡饰章恩铭黎凸智虫撬钵悼莆筷机电一体化系统设计-概论机电一体化系统设计-概论(A)机械本体设计 这里所说的机械本体一般由减速装置、蜗轮蜗杆副、丝杠螺母副等各种线性传动部件，连杆机构、凸轮机构等非线性传动部件，挠性传动部件、间歇传动部件等特殊传动部件，导向支承部件、旋转支承部件以及机架等支承部件组成。蔫汉