机电一体化第一章

第一章绪论第一节机电一体化的定义

第二节机电一体化系统的基本功能要素第三节机电一体化的相关技术第四节现代机械的机电一体化方法

20世纪60年代，美国的科技人员就发明了世界上第一台机器人，接着他们又发明了数控机床和用于小型汽车的电子燃油喷射装置等自动化产品和设备。这些自动化产品或设备都是典型的机电一体化的产品或设备，但是美国的工程技术人员始终没有为自己发明的新技术取个名字。第一节机电一体化的产生和发展

20世纪70年代初，日本人率先将英语词汇Mechanics（机械学）的前半部和Electronics（电子学）的后半部拼在一起，构成了Mechatronics。MechanicsElectronicsMechatronics机械学电子学机电一体化机电一体化的发展大体可以分为三个阶段：1.初级阶段：20世纪60年代以前，人们自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。2.蓬勃发展阶段：20世纪70至80年代，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。

光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头角，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；对机电一体化系统得建模设计、分析和集成方法及机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究；人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体话技术开辟了发展的广阔天地。3.深入发展时期：20世纪90年代后期。

机电一体化的发展趋势1.智能化2.模块化3.网络化数控机床网络化4.微型化微电子机械系统——美国ICSensors4000型加速度计5.绿色化

绿色家电6.系统化人格化——仿生机器人回顾即将过去的20世纪，人类的经济和科学技术发展成果超过了过去所有世纪的总和。

微电子技术的发展，半导体大规模集成电路制造技术的进步，则为机电一体化技术奠定了物质基础。机电一体化产品和系统已经渗透到国民经济、社会生活的各个领域。

机电一体化的发展趋势可概括为以下三个方面：性能上，向高精度、高效率、高性能、智能化的方向发展。功能上，向小型化、轻型化、多功能方向发展。层次上，向系统化、复合集成化的方向发展。第二节机电一体化系统的基本要素基本要素：机械本体、动力单元、传感检测单元、执行单元、驱动单元、控制与信息处理单元、接口

机械本体包括机械传动装置和机械结构装置。1、机械本体机械传动装置机械结构装置

动力单元的功能是按照机电一体化系统的控制要求，为系统提供能量和动力以保证系统正常运行。2、动力单元动力单元----用尽可能小的动力输入获得尽可能大的功能输出传感器检测单元通常由专门的传感器和仪器仪表组成。3、传感检测单元称重传感器显示仪表

执行单元的功能是根据控制信息和指令完成所要求的动作。4、执行单元气动执行单元电动执行单元

驱动单元的功能是在控制信息作用下，驱动各种执行机构完成各种动作和功能。5、驱动单元伺服电机及驱动器步进电机

控制与信息处理单元是机电一体化系统的核心单元。6、控制与信息处理单元PLC(可编程控制器）数控装置

机电一体化系统由许多要素或子系统组成，各子系统之间要能顺利地进行物质、能量和信息的传递和交换，必须在各要素或各子系统的相接处具备一定的连接部件，这个连接部件称为接口。7、接口接口具有保证信息传递的逻辑控制功能，使信息按规定模式进行传递。接口的基本功能主要有三个：1、变换。在需要进行信息交换和传输的环节之间，由于信号的模式不同无法直接实现信息或能量的交流，必须通过接口完成信号或能量的转换和统一。2、放大。在两个信号强度相差悬殊的环节间，经接口放大，达到能量匹配。3、传递。变换和放大后的信号要在环节间能可靠、快速、准确地交换，必须遵循协调一致的时序、信号格式和逻辑规范。

第三节机电一体化的相关技术

机电一体化是各种技术相互渗透的结果，其主要的相关技术可以归纳为六个方面：3．信息处理技术4．自动控制技术5．伺服传动技术6．系统总体技术信息处理技术包括信息的变换、存取，运算，判断和决策。自动控制技术的目的在于实现机电一体化系统的目标最佳化。“伺服”(Serve)即“伺候服侍”的意思。系统总体技术是以整体的概念，组织应用各种相关技术的应用技术。1．机械技术2．检测传感技术机械技术是机电一体化的基础。检测传感装置是机电一体化系统的感觉器官。

机械技术（躯体）

要求：新颖的结构、小体积、轻重量、精度高、刚度大、动态性能好。

考虑：静动态刚度、热变形、新型复合材料、新型结构、新型制造工艺、新型工艺装配。传感检测技术（眼、耳、舌）物理量转换成电量；转换成电量后的放大、补偿、标度换算。信息处理技术（大脑）信息的变换、存取、运算、判断、决策。自动控制技术（神经系统）

研究单输入—单输出、线性定常系统；高性能、高精度的多变量系统的最优控制。

伺服驱动技术（手、脚）

液压伺服系统、电气伺服系统。

系统总体技术（容貌、仪表、匀称、气质、本质、家族、学历、知识、文化、潮流）

机电一体化系统是一个技术综合体，利用系统总体技术将各种有关技术协调配合、综合运用达到整体系统的最佳化。

如：接插件、接口转换、软件开发、微机应用技术、控制系统的成套性、成套设备的自动技术。一、机电一体化产品和系统的分类目前机电一体化产品和系统的分类如图1—7所示。图1-7机电一体化产品和系统分类第四节现代机械的机电一体化方法二、现代机械的机电一体化目标第四节现代机械的机电一体化方法1提高精度2增强功能3提高生产小轮车、降低成本4节约能源，降低能耗5提高安全性和可靠性6改善操作性和实用性7减轻劳动强度，改善劳动条件8简化机构，减轻重量9降低价格10增强柔性应用功能三、机电一体化技术方向第四节现代机械的机电一体化方法1在原有机械系统的基础上采用微型计算机控制装置；2用电子装置局部替代机械传动装置和机械控制装置；3用电子装置完全替代原来执行信息处理功能的机构4用电子装置替代机械的主功能5机电技术完全融合形成机电一体化产品

在设计过程中，自觉地运用系统工程的观念和方法，把握好系统的组成和作用规律，是机电一体化系统设计关键之一。拟定机电一体化系统设计方案的常用方法1．取代法2．整体设计法3．组合法四、机电一体化系统(产品)开发的工程路线各种机电一体化系统(产品)开发和产品化过程也各自有其具体特点。第一章完1）替代法

取代法就是用电气控制取代原系统中的机械控制机构