機(jī)電一體化第一章

第一章緒論第一節(jié)機(jī)電一體化的定義

第二節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素第三節(jié)機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)第四節(jié)現(xiàn)代機(jī)械的機(jī)電一體化方法

20世紀(jì)60年代，美國的科技人員就發(fā)明了世界上第一臺機(jī)器人，接著他們又發(fā)明了數(shù)控機(jī)床和用于小型汽車的電子燃油噴射裝置等自動化產(chǎn)品和設(shè)備。這些自動化產(chǎn)品或設(shè)備都是典型的機(jī)電一體化的產(chǎn)品或設(shè)備，但是美國的工程技術(shù)人員始終沒有為自己發(fā)明的新技術(shù)取個名字。第一節(jié)機(jī)電一體化的產(chǎn)生和發(fā)展

20世紀(jì)70年代初，日本人率先將英語詞匯Mechanics（機(jī)械學(xué)）的前半部和Electronics（電子學(xué)）的后半部拼在一起，構(gòu)成了Mechatronics。MechanicsElectronicsMechatronics機(jī)械學(xué)電子學(xué)機(jī)電一體化機(jī)電一體化的發(fā)展大體可以分為三個階段：1.初級階段：20世紀(jì)60年代以前，人們自覺地利用電子技術(shù)的初步成果來完善機(jī)械產(chǎn)品的性能。2.蓬勃發(fā)展階段：20世紀(jì)70至80年代，計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭角，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支；對機(jī)電一體化系統(tǒng)得建模設(shè)計、分析和集成方法及機(jī)電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進(jìn)行了深入研究；人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，為機(jī)電一體話技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地。3.深入發(fā)展時期：20世紀(jì)90年代后期。

機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢1.智能化2.模塊化3.網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化4.微型化微電子機(jī)械系統(tǒng)——美國ICSensors4000型加速度計5.綠色化

綠色家電6.系統(tǒng)化人格化——仿生機(jī)器人回顧即將過去的20世紀(jì)，人類的經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展成果超過了過去所有世紀(jì)的總和。

微電子技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路制造技術(shù)的進(jìn)步，則為機(jī)電一體化技術(shù)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。機(jī)電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟(jì)、社會生活的各個領(lǐng)域。

機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢可概括為以下三個方面：性能上，向高精度、高效率、高性能、智能化的方向發(fā)展。功能上，向小型化、輕型化、多功能方向發(fā)展。層次上，向系統(tǒng)化、復(fù)合集成化的方向發(fā)展。第二節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本要素基本要素：機(jī)械本體、動力單元、傳感檢測單元、執(zhí)行單元、驅(qū)動單元、控制與信息處理單元、接口

機(jī)械本體包括機(jī)械傳動裝置和機(jī)械結(jié)構(gòu)裝置。1、機(jī)械本體機(jī)械傳動裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)裝置

動力單元的功能是按照機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制要求，為系統(tǒng)提供能量和動力以保證系統(tǒng)正常運行。2、動力單元動力單元----用盡可能小的動力輸入獲得盡可能大的功能輸出傳感器檢測單元通常由專門的傳感器和儀器儀表組成。3、傳感檢測單元稱重傳感器顯示儀表

執(zhí)行單元的功能是根據(jù)控制信息和指令完成所要求的動作。4、執(zhí)行單元氣動執(zhí)行單元電動執(zhí)行單元

驅(qū)動單元的功能是在控制信息作用下，驅(qū)動各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成各種動作和功能。5、驅(qū)動單元伺服電機(jī)及驅(qū)動器步進(jìn)電機(jī)

控制與信息處理單元是機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心單元。6、控制與信息處理單元PLC(可編程控制器）數(shù)控裝置

機(jī)電一體化系統(tǒng)由許多要素或子系統(tǒng)組成，各子系統(tǒng)之間要能順利地進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的傳遞和交換，必須在各要素或各子系統(tǒng)的相接處具備一定的連接部件，這個連接部件稱為接口。7、接口接口具有保證信息傳遞的邏輯控制功能，使信息按規(guī)定模式進(jìn)行傳遞。接口的基本功能主要有三個：1、變換。在需要進(jìn)行信息交換和傳輸?shù)沫h(huán)節(jié)之間，由于信號的模式不同無法直接實現(xiàn)信息或能量的交流，必須通過接口完成信號或能量的轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一。2、放大。在兩個信號強(qiáng)度相差懸殊的環(huán)節(jié)間，經(jīng)接口放大，達(dá)到能量匹配。3、傳遞。變換和放大后的信號要在環(huán)節(jié)間能可靠、快速、準(zhǔn)確地交換，必須遵循協(xié)調(diào)一致的時序、信號格式和邏輯規(guī)范。

第三節(jié)機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)

機(jī)電一體化是各種技術(shù)相互滲透的結(jié)果，其主要的相關(guān)技術(shù)可以歸納為六個方面：3．信息處理技術(shù)4．自動控制技術(shù)5．伺服傳動技術(shù)6．系統(tǒng)總體技術(shù)信息處理技術(shù)包括信息的變換、存取，運算，判斷和決策。自動控制技術(shù)的目的在于實現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的目標(biāo)最佳化。“伺服”(Serve)即“伺候服侍”的意思。系統(tǒng)總體技術(shù)是以整體的概念，組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)。1．機(jī)械技術(shù)2．檢測傳感技術(shù)機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)。檢測傳感裝置是機(jī)電一體化系統(tǒng)的感覺器官。

機(jī)械技術(shù)（軀體）

要求：新穎的結(jié)構(gòu)、小體積、輕重量、精度高、剛度大、動態(tài)性能好。

考慮：靜動態(tài)剛度、熱變形、新型復(fù)合材料、新型結(jié)構(gòu)、新型制造工藝、新型工藝裝配。傳感檢測技術(shù)（眼、耳、舌）物理量轉(zhuǎn)換成電量；轉(zhuǎn)換成電量后的放大、補(bǔ)償、標(biāo)度換算。信息處理技術(shù)（大腦）信息的變換、存取、運算、判斷、決策。自動控制技術(shù)（神經(jīng)系統(tǒng)）

研究單輸入—單輸出、線性定常系統(tǒng)；高性能、高精度的多變量系統(tǒng)的最優(yōu)控制。

伺服驅(qū)動技術(shù)（手、腳）

液壓伺服系統(tǒng)、電氣伺服系統(tǒng)。

系統(tǒng)總體技術(shù)（容貌、儀表、勻稱、氣質(zhì)、本質(zhì)、家族、學(xué)歷、知識、文化、潮流）

機(jī)電一體化系統(tǒng)是一個技術(shù)綜合體，利用系統(tǒng)總體技術(shù)將各種有關(guān)技術(shù)協(xié)調(diào)配合、綜合運用達(dá)到整體系統(tǒng)的最佳化。

如：接插件、接口轉(zhuǎn)換、軟件開發(fā)、微機(jī)應(yīng)用技術(shù)、控制系統(tǒng)的成套性、成套設(shè)備的自動技術(shù)。一、機(jī)電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)的分類目前機(jī)電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)的分類如圖1—7所示。圖1-7機(jī)電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)分類第四節(jié)現(xiàn)代機(jī)械的機(jī)電一體化方法二、現(xiàn)代機(jī)械的機(jī)電一體化目標(biāo)第四節(jié)現(xiàn)代機(jī)械的機(jī)電一體化方法1提高精度2增強(qiáng)功能3提高生產(chǎn)小輪車、降低成本4節(jié)約能源，降低能耗5提高安全性和可靠性6改善操作性和實用性7減輕勞動強(qiáng)度，改善勞動條件8簡化機(jī)構(gòu)，減輕重量9降低價格10增強(qiáng)柔性應(yīng)用功能三、機(jī)電一體化技術(shù)方向第四節(jié)現(xiàn)代機(jī)械的機(jī)電一體化方法1在原有機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)上采用微型計算機(jī)控制裝置；2用電子裝置局部替代機(jī)械傳動裝置和機(jī)械控制裝置；3用電子裝置完全替代原來執(zhí)行信息處理功能的機(jī)構(gòu)4用電子裝置替代機(jī)械的主功能5機(jī)電技術(shù)完全融合形成機(jī)電一體化產(chǎn)品

在設(shè)計過程中，自覺地運用系統(tǒng)工程的觀念和方法，把握好系統(tǒng)的組成和作用規(guī)律，是機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵之一。擬定機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計方案的常用方法1．取代法2．整體設(shè)計法3．組合法四、機(jī)電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)開發(fā)的工程路線各種機(jī)電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)開發(fā)和產(chǎn)品化過程也各自有其具體特點。第一章完1）替代法

取代法就是用電氣控制取代原系統(tǒng)中的機(jī)械控制機(jī)構(gòu)