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机械自动化概述赫东锋2017年3月参考书刘永贤.机械工程概论.北京：机械工业出版社，2010于爱兵，马廉洁等.机电一体化概论.北京：机械工业出版社，2013高森年.机电一体化.赵文珍译.北京：科学出版社，2001李云江.机器人概论.北京：机械工业出版社，2011讲授内容机械的发展与机械自动化机械自动化基础知识机械自动化相关概念机械自动化系统的组成机械自动化的工作原理典型机械自动化系统举例机器人数控机床机械自动化相关核心课程机械自动化领域的常用软件工具思考题机械的发展与机械自动化洗衣机人力洗衣—工具时代机械洗衣—机械化时代自动洗衣—自动化时代未来洗衣—智能洗衣机机械的发展与机械自动化车辆人力畜力时代—工具时代机械动力时代—机械化时代无人驾驶汽车—自动化时代机械的发展与机械自动化机械加工人力畜力时代—工具时代机械动力时代—机械化时代数控机床—自动化时代机械自动化的基础知识机械自动化相关概念机械自动化（mechanicalautomation)：指机器或者装置在无人干预的情况下按照规定的程序或指令自动进行操作或运行。数控车床自动泊车全自动洗衣机机械自动化的基础知识机械自动化相关概念机电一体化（Mechatronics）：在机械的主功能、动力功能、信息处理与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的系统。——日本，1971年。智能化：是指在机器中引入人工智能（ArtificialIntelligence）技术。所谓人工智能是指使用计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为（如感知、推理与决策、学习等）的学科。人工智能机器人机械自动化的基础知识机械自动化系统的组成机器人足球VS机械自动化的基础知识机械自动化系统的组成足球运动员的组成其它：内分泌、生殖系统、免疫系统运动系统手、足躯干肌肉神经系统感觉器官神经系统大脑能源系统消化系统呼吸系统循环系统泌尿系统运动、作业及支持控制及协调提供能源机械自动化的基础知识机械自动化系统的组成机器人足球机电产品的组成能源系统：电源、燃料供给等（类似人的消化、呼吸、循环、泌尿系统）机械系统支撑单元（类似人的躯体）执行单元（类似人的手足）传动单元动力单元（类似人的肌肉）控制系统检测单元（类似人的感官及感觉神经）控制单元（类似人的大脑）驱动单元（类似人控制肌肉运动的神经元）机械自动化的基础知识机械自动化系统的工作原理控制系统的工作原理眼、耳、皮肤等感觉器官环境等外界信息大脑判断决策肌肉动作手脚等执行机构动作人对机器的操作过程躯体等支撑结构身体内部信息传感检测单元环境、工作状况等信息控制单元驱动单元动力单元控制系统传动单元执行单元支撑单元机械系统能源系统机械自动化的基础知识机械自动化系统的组成工作原理举例：无人驾驶汽车典型机械自动化系统举例—机器人机器人的用途与定义一种模仿人或动物的自动化机器，用以代替人完成各种工作（日本，1967）。机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物类似的智能能力，如感知能力、规划决策能力、动作能力和协同交互能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器（我国科学家）。国际标准化组织(ISO)的定义具有类似于人或其它生物某种器官（肢体、感官等）的功能；具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活多变；具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习等；具有独立性，在工作时可以不依赖于人类的干预。典型机械自动化系统举例—机器人机器人的功能动作功能：操作功能、行走功能感知、决策、控制功能人机交互功能典型机械自动化系统举例—机器人机器人的分类：工业机器人面向工业领域的喷漆、焊接、喷丸、打磨、装配、搬运等作业一般为多关节机械手。典型机械自动化系统举例—机器人机器人的分类：工业机器人机器人车身焊接机器人车身喷漆典型机械自动化系统举例—机器人机器人的分类：工业机器人机器人切割太阳能板机器人雕刻典型机械自动化系统举例—机器人机器人的分类：工业机器人机器人装配飞机部件机器人打包包装典型机械自动化系统举例—机器人机器人的分类：农业机器人各种插秧播种、收获、喷药、除草、动物饲养、屠宰分解机器人等由机械手、移动机构、传感控制系统、动力源等组成。黄瓜收获机器人日本研制的插秧机器人典型机械自动化系统举例—机器人机器人的分类：服务机器人大楼清洗、病人护理、生活服务、汽车加油、刀削面、导游、医用手术、娱乐机器人等具有更高的感觉与决策能力。机器人服务员拉车机器人典型机械自动化系统举例—机器人机器人的分类：服务机器人家用清扫机器人导盲犬机器人墙壁清洗机器人娱乐机器人机器狗典型机械自动化系统举例—机器人机器人的分类：服务机器人导游机器人理发机器人汽车加油机器人二师兄刀削面机器人典型机械自动化系统举例—机器人机器人的分类：服务机器人机器人假肢微创手术机器人微型机器人医用机器人典型机械自动化系统举例—机器人机器人的分类：军用机器人（特种机器人）地面军用机器人：侦察、排爆、扫雷、消防、救援、保安、战斗机器人；仿生蚂蚱、仿生壁虎、仿生蛇等美军侦察机器人美军魔爪军用机器人典型机械自动化系统举例—机器人机器人的分类：地面军用机器人（特种机器人）美军大狗机器人军用排爆机器人蛇形机器人德国机器人扫雷车典型机械自动化系统举例—机器人机器人的分类：地面军用机器人（特种机器人）机械蜈蚣仿生蚂蚁机器壁虎典型机械自动化系统举例—机器人机器人的分类：军用机器人（特种机器人）水下军用机器人（无人潜水艇、仿生鱼、仿生水母、仿生龙虾、仿生企鹅）自治水下机器人螺旋桨推进水下机器人典型机械自动化系统举例—机器人机器人的分类：水下军用机器人仿生金枪鱼（MIT）仿生章鱼仿生龙虾仿生螃蟹仿生企鹅仿生水母典型机械自动化系统举例—机器人机器人的分类：军用机器人（特种机器人）空中军用机器人（无人机）：固定翼无人侦察机、旋翼无人直升机、扑翼微型侦察机、仿生苍蝇、仿生雨燕等美军全球鹰无人机（机长13.4m，翼展35.5m，有效载荷900kg，巡航速度635km/h，航程26000km,续航时间42h）以色列苍鹭无人机（翼展16.6m,速度225km/h，续航时间30小时）典型机械自动化系统举例—机器人机器人的分类：空中军用机器人（无人机）美军幻影雷微型无人机（波音公司，翼展50英尺，速度614英里/小时）手抛发射的小型无人机典型机械自动化系统举例—机器人机器人的分类：空中军用机器人（无人机）瑞士小型无人机军用微型无人机军用微型无人机仿生蚊子（美国）机器人苍蝇（哈佛大学，翼展3cm,重60mg)仿生蜻蜓(德国费斯托公司）典型机械自动化系统举例—机器人机器人的分类：军用机器人（特种机器人）空间机器人：空间机器人（负责空间站与航天器的建造、维护、维修、空间实验等）、星球探索机器人。美国勇气号火星车美国好奇号火星车太空组装双臂机器人（加拿大）腿式机器人典型机械自动化系统举例—机器人机器人的机械系统组成典型机械自动化系统举例—机器人机器人的机械系统—手部斜楔杠杆式手部双支点连杆式手部齿轮齿条杠杆式手部典型机械自动化系统举例—机器人机器人的机械系统—手部直线平移型手部四连杆平移式手部气体吸附型手部典型机械自动化系统举例—机器人机器人的机械系统—手部电磁吸附型手部专用末端操作器1—铁心2—隔磁环3—磁盘4—卡环5—盖6—壳体7、8—挡圈9—螺母10—轴承11—线圈12——接线螺钉1—气路接口2—定位销3—电接头4—电磁吸盘典型机械自动化系统举例—机器人机器人的机械系统—手部柔性手部多指灵巧手典型机械自动化系统举例—机器人机器人的机械系统—手腕手腕的运动1—手部驱动缸2—回转液压缸3—腕架4—通向手部的油管5—左进油孔6—通向摆动液压缸的油管7—右进油管8—固定叶片9—缸体10—回转轴11—回转叶片12—手部典型机械自动化系统举例—机器人机器人的机械系统—手臂液压驱动的手臂运动机构电机驱动的手臂运动机构典型机械自动化系统举例—机器人机器人的机械系统—行走机构自由运动的履带式机器人具有良好适应能力的步行机器人轮腿机器人典型机械自动化系统举例—机器人人形机器人的控制要求行走控制身体的平衡控制行走步态的控制环境观察与决策作业控制人机交互（声音、表情等）典型机械自动化系统举例—机器人机器人的控制系统—感知：环境感知——视觉、接近觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉等传感器；视觉传感器动圈式听觉传感器研究前沿：机器视觉研究前沿：语音识别与理解接近传感器：激光测距仪器嗅觉味觉传感器（化学传感器）研究前沿：人工鼻典型机械自动化系统举例—机器人机器人的控制系统—感知：环境感知——视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉等传感器；基于微动开关的触觉传感器基于压电效应的压觉传感器基于压阻效应的压觉传感器研究前沿：人工皮肤典型机械自动化系统举例—机器人机器人的控制系统—感知本体感知——关节位置、速度、加速度、受力平衡传感器。光电型关节位置速度传感器机器人手腕力觉传感器机器人姿态传感器（陀螺仪）身体加速度传感器脚底力觉传感器典型机械自动化系统举例—机器人机器人的控制系统控制计算机：包括控制计算机和软件等嵌入式控制系统工业控制用计算机（IPC）可编程序控制器（PLC)典型机械自动化系统举例—机器人机器人控制系统——驱动伺服电动机及驱动器液压驱动器—摆动缸典型机械自动化系统举例—机器人机器人控制系统—驱动液压缸驱动的机器人关节气动人工肌肉驱动的机器人关节典型机械自动化系统举例—机器人机器人的能源系统燃料化学能（活塞发动机、转子发动机、喷气发动机、燃料电池等）电能（有线电缆、电池）太阳能核能典型机械自动化系统举例—数控机床数控机床：由计算机控制机床运动及其加工过程，从而自动完成工件加工的机床。数控车削中心数控铣削中心数控3D打印典型机械自动化系统举例—数控机床数控机床工作原理加工程序：用数控机床能够理解的语言对加工过程进行描述。数控装置：专用计算机，对加工程序进行解释和翻译，对及其发出控制指令。伺服系统：接收数控装置位置信息，转换为机床的精确运动。电气控制：实现对机床IO量的控制。机床本体：机械部分，主要包括支撑部件、主运动部件、进给运动部件等。典型机械自动化系统举例—数控机床数控机床组成—机床本体（机械结构）主轴滚珠丝杠副齿形带直线导轨典型机械自动化系统举例—数控机床数控机床组成—传感检测系统安全红外光栏圆光栅光电编码器光栅尺典型机械自动化系统举例—数控机床数控机床组成—控制系统数控系统的主要工作：1、加工程序与参数的输入2、译码3、刀具补偿4、进给速度处理5、插补6、位置控制7、I/O处理8、显示9、诊断数控系统外形图典型机械自动化系统举例—数控机床数控机床组成—伺服与电气控制系统开环伺服驱动系统闭环伺服驱动系统典型机械自动化系统举例—数控机床数控机床组成—伺服与电气控制系统PLC控制系统电气控制系统电磁阀机械自动化方面的核心课程基础课程：《电工电子技术》、《微机原理》理论课程传感与检测技术：《工程测试技术》控制技术控制理论：《控制工程基础》控制系统硬件设计：《微机控制技术》、《伺服驱动与电器控制》（电器部分）软件系统设计：《计算机语言》驱动技术：《伺服驱动与电器控制》（伺服驱动部分）、《液压传动与控制机械自动化中的总体与机械设计：《机电系统设计》环节实践：《自动化基础实验》、《测试技术课程设计》、《机电系统设计课程设计》、毕业设计。机械自动化领域的常用软件工具设计工具类软件：AutoCAD：绘制二维机械图Pro/Engineer,SolidWorks,UG:三维实体建模Protel,PSpice:绘制电路原理图、设计PCB板工程分析工具Matlib:系统仿真ADAMS:机械系统仿真Ansys,ABAQUS:有限元分析PSpice:电路系统仿真20-sim：机电系统仿真机械自动化领域的常用软件工具测控软