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机电一体化技术教师：罗新强职称：高级讲师第一章机电一体化概论机电一体化的发展及概念–机电一体化的产生与发展–机电一体化的概念及理解–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系统的组成及功能机电一体化的相关技术及发展趋式总结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例子2：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XY例子3：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例子4：机械式调速→电子式调速机械式调速器瓦特机电一体化的产生与发展例子4：机械式调速→电子式调速电子式调速器机电一体化的产生与发展例子5：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例子5：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例子5：机械式计算→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，ElectronicNumericalIntegratorAndComputer)。于1946年2月15日在美国诞生。占地面积170平方米，重达30吨，耗电量150千瓦。造价48万美元。由真空管、二极管、电阻器、电容器、继电器、开关等组成。每秒执行5000次加法或400次乘法，是手工计算的20万倍。机电一体化的产生与发展例子5：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例子5：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还引入了其他技术，如液压、控制等带来了很多好处(功能、体积、操控性、性价比等)分立电子元器件→大规模集成电路系统越来越复杂，应该是一个系统工程…1、机电一体化技术机：机械mechanic电：微电子electronic机电：mechatronics机电一体化技术：mechatronicstechnology机械技术（机械学、机构学）微电子技术（半导体技术、IC、LSI）机电基本概念机电一体化（Mechatronics）一词最早出现在1971年日本的《机械设计》杂志副刊上。后来随着机电一体化的发展而被广泛引用。我国通常称为“机械电子学”或“机电一体化”Mechatronics=Mechanics+Electronics一般认为，机电一体化是以机械学、电子学和信息科学为主的多门技术学科在机电产品发展过程中相互交叉、相互渗透而形成的一门新兴边缘性技术学科。机电一体化信息科学机械学电子学首先，机电一体化是机械学、电子学与信息科学等学科相互融合而形成的学科。其次，机电一体化是一个发展中的概念，早期的机电一体化就像其字面所表述的那样，主要强调机械与电子的结合，即将电子技术“溶入”到机械技术中而形成新的技术与产品。随着机电一体化技术的发展，以计算机技术、通信技术和控制技术为特征的信息技术（即所谓的“3C”技术）“渗透”到机械技术中，丰富了机电一体化的含义，现代的机电一体化不仅仅指机械、电子与信息技术的结合，还包括光（光学）机电一体化、机电气（气压）一体化、机电液（液压）一体化、机电仪（仪器仪表）一体化等；最后，机电一体化表达了技术之间相互结合的学术思想，强调各种技术在机电产品中的相互协调，以达到系统总体最优。换句话说，机电一体化是多种技术学科有机结合的产物，而不是它们的简单叠加。内涵机电一体化是一个综合的概念，包含了技术和产品两方面内容．它首先是指机电一体化技术，其次是指机电一体化产品(系统)。机电一体化技术是从系统工程的观点出发，将机械、电子和信息等有关技术有机结合起来，以实现系统或产品整体最优的综合性技术。机电一体化技术主要包括技术原理和使机电一体化产品（或系统）得以实现、使用和发展的技术。机电一体化技术是一个技术群（族）的总称，包括检测传感技术、信息处理技术、伺服驱动技术、自动控制技术、机械技术及系统总体技术等。机电一体化产品有时也称为机电一体化系统，它们是两个相近的概念，通常机电一体化产品指独立存在的机电结合产品，而机电一体化系统主要指依附于主产品的部件系统。基本概念机电一体化产品举例1、家用电器2、数控设备3、自动化生产线4、医疗仪器及设备5、办公自动化设备6、航空航天设备7、汽车8、其它数控机床、机器人、自动生产设备生产用机电一体化产品柔性生产单元、自动组合生产单元FMS、无人化工厂、CIMS微机控制汽车、机车等交通运输工具运输、包装机电一体化产品数控包装机械及系统数控运输机械及工程机械设备自动仓库储存、销售用机电一体化产品自动空调与制冷系统及设备自动称量、分选、销售及现金处理系统自动化办公设备社会服务性机电一体化产品动力、医疗、环保及公共服务自动化设备文教、体育、娱乐用机电一体化产品微机或数控型耐用消费品家庭用机电一体化产品炊事自动化机械家庭用信息、服务设备测试设备科研及过程控制用机电一体化产品控制设备信息处理系统农、林、牧、渔及其它民用机电一体化产品航空、航天、国防用武器装备等机电一体化产品3、典型的机电一体化产品1）数控机床包括：数控车床数控铣床数控冲床等数控车床CAK系列CKS系列数控车床数控铣床三坐标立式数控铣床示意图★传统机床与数控机床的区别1.提高精度2.提高生产效率3.减轻劳动强度4.有利于生产管理5.有利于产品更新改型★传统机床数控化改造★数控刀具★数控机床加工的部分零件★数控机床的发展方向高速化、精密化、高效能、系统化、复合化、绿色、可靠、自诊断加工中心例子线切割线切割CT扫描仪CT扫描仪液压挖掘机传真机、复印机2）机器人发展历程：第一代：示教再现机器人第二代：有感觉的机器人第三代：智能机器人弧焊机器人工业机器人工业机器人FANUCM-430iA工业机器人正在做寿司工业机器人+仿真手例子焊接机器人机器人在机械制造中的应用加工机器人焊接机器人喷涂机器人装配机器人检测机器人净化机器人移动式机器人汽车装配机器人120公斤点焊机器人搬运机器人汽车加油机器人导游机器人机器人在其它方面的应用水下扫雷机器人我国研制的排爆机器人消防机器人救援机器人典型的机电一体化系统——机器人1．机械装置：手臂、手指、手臂的连接部分和机座。2．驱动装置：驱动机械手臂、手指运动的电机、电磁铁等。3．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。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——汽车汽车防抱死刹车系统(ABS，Anti-lockedBrakingSystem)典型的机电一体化系统——汽车我来举例机电一体化系统——神六机电一体化系统——纳米机器人可在毛细血管里工作的微型机器人胶囊机器人-重庆机电一体化产品的表现形式1.机械的电子化（1）在原有机械系统的基础上采用微型计算机控制装置，使系统的性能提高，功能增强。例如，模糊控制洗衣机能根据衣物的洁净度自动控制洗涤过程，从而实现节水、节电、节时、节洗衣粉的功能；机床的数控化是另一个典型的例子。（2）用电子装置局部替代机械传动装置和机械控制装置，简化结构，增强控制灵活性。例如，数控机床的进给系统采用伺服系统，简化了传动链，提高了进给系统的动态性能；将传统电机的电刷用电子装置替代形成的无刷电机，具有性能可靠、结构简单、尺寸减小等优点。基本概念机电一体化产品的表现形式（3）用电子装置完全替代原来执行信息处理功能的机构，既减化了结构，又极大地丰富了信息传输的内容，提高了速度。例如，石英电子钟表、电子秤、按键式电话等。（4）用电子装置替代机械的主功能，形成特殊的加工能力。例如，电火花加工机床、线切割加工机床、激光加工机床等。2.机电技术完全融合形成新型机电一体化产品生产机械中的激光快速成形机；信息机械中的传真机、打印机、复印机；检测机械中的CT（计算机断层扫描诊断装置）扫描诊断仪、扫描隧道显微镜等。机电一体化技术的主要特征：①整体结构最优化：在传统机械产品中，为了增加功能，或实现某一种控制规律，往往靠增加机械机构的办法来实现。如果采用机电一体化系统，可以从机械、电子、硬件、软件四个方面去实现同一种功能。②系统控制智能化：这是机电一体化技术与传统的工业自动化技术最主要的区别之一。电子技术的引入，显著地改变了传统机械那种单纯靠操作人员，按照规定的工艺顺序频繁重复的工作状况。③操作性能柔性化：计算机软件技术的引入，能使机电一体化系统的各个传动机构的动作通过预先给定的程序，一步一步地由电子系统来协调。在生产对象变更需要改变传动机构的动作规律时，无须改变其硬件机构，只要调整由一系列指令组成的软件，就可以达到预期的目的。发展概况1947微电子技术半导体晶体管诞生1950'半导体集成电路微处理器机电一体化1952第一台数控机床1959第一台可编程机器人1970'大规模集成电路19714位微处理器1973－19778位微处理器1978197916位微处理器1980'19831985超大规模集成电路高性能16位微处理器数控机床、工业机器人、汽车电子、航空航天、武器系统等等32位微处理器1990'1993巨大规模集成电路64位微处理器通信技术引入，网络化产品，在各个领域渗透微机械电子发展概况1.20世纪60年代前为第一阶段，“萌芽阶段”工程师们自觉或者不自觉地把机械产品和电子技术相结合，以提高机械产品的性能。但是由于电子技术的发展相对落后，使得机械与电子的结合还没有得到广泛的应用。数控机（1952年），工业机器人（1959年）出现。2.70年代到80年代为第二阶段，“蓬勃发展阶”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这个时期的特点是：①mechatronics一词首先在日本被普遍接受，大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认；②机电一体化技术和产品得到了极大发展；③各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支持。自动门，自动售货机，自动对焦相机出现。发展概况3.90年代后期开始为第三阶段，“智能化阶段”①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脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；②对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。③由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究，将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。发展概况1.数控机床的问世，写下了“机电一体化”历史的第一页。2.微电子技术为“机电一体化‘’带来勃勃生机。3.可编程序控制器、”电力电子“等的发展为”机电一体化“提供了坚强基础。4.激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使”机电一体化“跃上新台阶。机电一体化的产生和发展的根本原因在于社会的发展和科学技术的进步。系统工程、控制论和信息技术是机电一体化的理论基础，也是机电一体化技术的方法论。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。也就是说，机电一体化的产生既是机械技术与微电子技术发展的结果，又是系统工程、控制论和信息技术付诸实践的结果。科学技术的进步为机电一体化的产生和发展创造了条件，社会需求则为之提供了动力。反过来，机电—体化的发展又不断促进科学技术的进步和社会需求。第一节机电一体化含义一、机电一体化定义（重点）从系统的观点出发，将机械技术、微电子技术、信息处理技术、控制理论、检测技术、电力电子技术、接口技术和系统总体技术等，加以综合，以实现整个系统最优化的一门学科交叉的新技术。二、机电一体化目的是使系统多功能化、高效率化、高可靠化、省材料省能源化，并使产品结构向轻、薄、短、小化方向发展，不断满足人们生活的