机电一体化技术导论.pptx

第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论1 学习目标学习目标（讲课（讲课2 2学时）学时）掌握机电一体化技术的基本概念、特点、组成和分类；理解机电一体化的理论基础和关键技术；了解机电一体化与其它技术的内在联系及发展趋势。第1页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论2目录1.1 1.1 概述1.21.2系统基本组成和分类1.3 1.3 优点和效益 1.4 1.4 理论基础与关键技术 1.5 1.5 发展状况 第2页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论31.起因1.1概述机械技术（机械学，机构学）机电一体化技术领域微电子技术（半导体技术、IC、LSI、VLSI）机电一体化的涵义+机械工业3C机电一体化机电一体化微电子技术微电子技术计算机技术计算机技术第3页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论42.概念的提出概述概述mechanics机械学、力学electronics电子学+Mechatronics机械电子学或机电一体化=机电一体化是精密机械工程、电子控制和系统思机电一体化是精密机械工程、电子控制和系统思想在产品设计和制造工程中的协同集成。想在产品设计和制造工程中的协同集成。第4页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论5机电一体化：是在机械主功能、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。概述概述3.3.定义：定义：第5页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论6“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。技术：群体技术有机融合技术：群体技术有机融合产品：新的功能和性能的新产品产品：新的功能和性能的新产品机电一体化概述概述第6页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论7机电一体化技术特征：从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感检测技术、电力电子技术、接口技术信号变换技术、以及软件技术等群体技术，设计优化系统的系统工程技术。第7页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论8应用领域：机械为主汽车、电站、仪表、化工、通信、冶金、国防、航空航天等产品概念：数控机床、机器人产品制造和过程控制的大系统:FMS、CAD/CAM、CAPP和CIMS和各种工业过程控制系统、智能化设备。概述概述产品方面：微电子装置取代某些机械部件的原有功能，赋予产品许多新的功能如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制、自动诊断与保护等。第8页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论9电气机械在设计过程中不考虑或少考虑电器与机械的内在联系；机械和电气装置之间界限分明，以机械联结为主，装置是刚性的；装置的控制以基于电磁学原理的各种电器；机电一体化产品具有“智能化”本质差别。概述概述4.4.机电一体化与机械电气化的区别机电一体化与机械电气化的区别第9页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论10概述概述(end)end)机电一体化产品是机械系统与微电子系统，特别是与微处理器或微机的的有机结合，从而赋予新的功能和性能的一种新产品。第10页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论11基本组成基本组成1.2系统基本组成和分类一、机电一体化系统的功能组成第11页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论121.系统的主要功能:对物质、能量、信息或其相互结合进行变换、传递和存储。基本组成基本组成第12页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论13主功能输入输出组合实例123变换传递保存物质物质物质456变换传递保存能量能量能量789变换传递保存信息信息信息不同主功能及输入输出的组合基本组成基本组成材料加工或处理机交通运输机自动化仓库、包装机动力机械机械或流体传动机械或流体蓄能器电子计算机、检测仪器通信系统、传真机存储器、录像机第13页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论14基本组成基本组成2.机电一体化产品的其它内部功能：机电一体化产品的其它内部功能：机电一体化系统除了主功能，还需要具有构造功能、动力功能、检测功能、控制功能。第14页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论15基本组成基本组成第15页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论16基本组成基本组成二、机电一体化系统的构成要素第16页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论17基本组成基本组成第17页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论18机电一体化系统构成要素与人体构成要素的对应关系机电一体化系统要素功能人体要素控制器（计算机等）控制（信息存储、处理、传送）头脑传感器检测（信息收集与变换）感官执行部件驱动（操作）四肢动力源提供动力（能量）内脏机械本体支撑与联接躯干基本组成基本组成第18页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论19机械本体动力系统检测传感系统执行部件信息处理及控制系统五部分相互协调共同完成目的功能。通过接口有机结合在一起，构成完整的机电一体化产品。完善的机电一体化系统包括：基本组成基本组成第19页/共56页控制器接口（信息）执行元件接口（机械）运行机构动力源接口（物理）接口（物理）传感器接口（信息）第20页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论21第21页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论22机电一体化一种以产品和过程为基础的技术以机械为主体，以微电子技术，特别是计算机技术为核心强调各种技术的协同和集成贯穿于设计与制造全过程第22页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论23三、机电一体化系统的分类（执行机构）数控机械类电子设备类机电结合类电液伺服类信息控制类系统的分类系统的分类第23页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论241.数控机械类特点：执行机构是机械装置。主要产品：数控机床、工业机器人、发动机控制系统和自动洗衣机等。系统的分类系统的分类第24页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论252电子设备类特点：执行机构是电子装置。主要产品：电火花加工机床、线切割加工机床和激光测量仪等。系统的分类系统的分类第25页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论263机电结合类特点：执行机构是机械和电子装置的有机结合。主要产品：自动探伤机、形状识别装置和CT扫描仪、自动售货机等。系统的分类系统的分类第26页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论274电液伺服类特点：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。主要产品：机电一体化的伺服装置。系统的分类系统的分类第27页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论285信息控制类特点：执行机构的动作完全由所接收的信息控制。主要产品：电报机、磁盘存储器、磁带录像机、录音机以及复印机、传真机等办公自动化设备。系统的分类系统的分类第28页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论291.3 1.3 机电一体化的优点和效益 1生产能力和工作质量提高数控机床生产效率提高56倍柔性制造系统设备利用率提高1.53.5倍机床数量减少50%人员减50%生产周期缩短40%成本降低50%优点和效益优点和效益第29页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论302使用安全性和可靠性提高自动监视、报警自诊断自动保护减少可动、磨损部件3调整和维护方便，使用性能改善4具有复合功能，适用面广5改善劳动条件，有利于自动化生产6节约能源，减少耗材优点和效益优点和效益第30页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论31汽车生产线上的机械手汽车生产线上的机械手 机器人从事喷漆、焊接、组装、搬运等工作。汽车车身通常需要进行30004000次点焊，其中90以上的焊点可由工业机器人完成。优点和效益优点和效益 endend案例案例第31页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论321.41.4机电一体化的理论基础与关键技术机电一体化的理论基础与关键技术 一、一、理论基础理论基础系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础，是机电一体化技术的方法论。理论基础与关键技术第32页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论33二、关键技术关键技术机电一体化技术内部各种因素的联系以及外部条件的影响关系：理论基础与关键技术第33页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论341.1.传感检测技术2.2.信息处理技术 3.3.自动控制技术4.4.伺服驱动技术5.5.接口技术6.6.精密机械技术7.7.系统总体技术机电一体化技术的共性关键技术:理论基础与关键技术第34页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论351.1.传感检测技术：传感、检传感、检测装置测装置 工况参数信息处信息处理装置理装置 控制控制装置装置 要求：传感器能快速和准确地获取信息并且不受外部工作条件和环境的影响，同时检测装置能不失真地对信息信号进行放大、输送和转换。压力传感器旋转编码器理论基础与关键技术第35页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论36传感器的发展：集成化、智能化传感原理、传感材料及加工制造装配技术是传感器开发的三个重要方面。v把传感器件与信号处理电路集成在一个芯片上，就形成了信息型传感器；v若再把微处理器集成到信息型传感器的芯片上，就是所谓的智能型传感器。理论基础与关键技术第36页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论372.2.信息处理技术：信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中，与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析等技术。实现信息处理技术的主要工具是计算机。理论基础与关键技术第37页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论38计算机技术计算机技术包括硬件和软件技术、网络与通信技术、数据处理技术和数据库技术等。计算机信息处理装置是产品的核心，它控制和指挥整个机电一体化产品的运行。人工智能技术专家系统技术神经网络技术理论基础与关键技术第38页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论393.3.自动控制技术自动控制是在没有人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。自动控制技术：控制规律系统构成分析方法理论基础与关键技术第39页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论40理论基础与关键技术分析基础分析基础研究对象研究对象经典控制技术经典控制技术传递函数传递函数研究单输入、单输出、研究单输入、单输出、线性自动控制系统分线性自动控制系统分析与设计问题；析与设计问题；现代控制技术现代控制技术状态空间法状态空间法多输入、多输出、变多输入、多输出、变参量、非线性、高精参量、非线性、高精度、高效能等控制系度、高效能等控制系统的分析和设计问题统的分析和设计问题第40页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论414.4.伺服驱动技术：伺服驱动技术主要是指机电一体化产品中的执行元件和驱动装置设计中的技术问题，它涉及设备执行操作的技术，对所加工产品的质量具有直接的影响。理论基础与关键技术第41页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论42执行元件有：电动、气动和液压等执行元件一方面通过接口电路装置与计算机相联，接收控制系统的指令一方面通过机械接口与执行机构相联，以实现规定的动作理论基础与关键技术第42页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论435.5.接口技术从系统外部看，输入/输出是系统与人、环境或其它系统之间的接口；从系统内部看，机电一体化系统是通过许多接口将各组成要素的输入/输出联系成一体的系统；理论基础与关键技术第43页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论44根据接口的变换、调整功能：零接口无源接口有源接口根据接口的输入、输出功能：机械接口物理接口信息接口环境接口第44页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论456.6.精密机械技术精密机械技术是机电一体化的基础主功能构造功能新材料、新工艺、新原理、新机构理论基础与关键技术第45页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论467.7.系统总体技术系统总体技术从整体目标出发，用系统的观点和方法，将机电一体化产品的总体功能分解成若干功能单元，找出能够完成各个功能的可能技术方案，再把功能与技术方案组合成方案组进行分析、评价，综合优选出适宜的功能技术方案。理论基础与关键技术系统总体设计系统总体设计:优化设计优化设计 可靠性设计可靠性设计 标准化设计标准化设计 系列化设计系列化设计 造型设计造型设计第46页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论47机电一体化技术的发展大体上可分为三个阶段：20世纪60年代以前：初期阶段。20世纪7080年代为：蓬勃发展阶段。20世纪90年代后期：智能化深入发展时期。1.6机电一体化的发展一、发展状况一、发展状况自发状况自觉方向发展第47页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论48机电一体化发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。主要发展方向：1智能化2.模块化3网络化4.微型化5绿色化6人格化发展二、发展趋势二、发展趋势第48页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论491智能化 “智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。发展第49页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论502.模块化研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块发展第50页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论513网络化基于网络的各种远程控制和监视技术，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。发展第51页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论524.微型化机电一体化向微型机器和微观领域发展（MEMS）5绿色化一方面，物质丰富，生活舒适;一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。第52页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论536.6.人格化一层是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性越来越显得重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化。一层是模仿生物机理，研制各种机电一体化产品发展第53页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论54小结基本概念:机电一体化系统的基本组成；机电一体化的理论基础与关键技术。第54页/共56页第一章第一章 机电一体化技术导论机电一体化技术导论55作业查找资料，说明一种机电一体化产品的功能、结构、原理框图和技术特点。END第55页/共56页第一章机电一体化技术导论56感谢您的观看。第56页/共56页