機(jī)電一體化技術(shù)

機(jī)電一體化技術(shù)第1頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一知識(shí)點(diǎn)：機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本概念機(jī)電一體化系統(tǒng)的關(guān)鍵共性技術(shù)機(jī)電一體化系統(tǒng)的發(fā)展概況第2頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一

美國(guó)《技術(shù)評(píng)論》認(rèn)為，有十種新興技術(shù)在不遠(yuǎn)的將來會(huì)產(chǎn)生巨大影響：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；可注入組織工程；納米太陽能電池；機(jī)電一體化技術(shù)；分子成像；納米印刷刻蝕；軟件保證；糖原組學(xué)；量子密碼術(shù)。第3頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一一.機(jī)電一體化的基本概念1.1機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能構(gòu)成及定義“機(jī)電一體化”一詞(Mecharonics)在20世紀(jì)70年代起源于日本。它取英語Mechanics(機(jī)械學(xué))的前半部和Electronics（電子學(xué)）的后半部分拼成一個(gè)新詞，即機(jī)械電子學(xué)或機(jī)電一體化。

第4頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一“機(jī)電一體化”是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)相互交叉、融合的產(chǎn)物機(jī)械技術(shù)（機(jī)械學(xué)機(jī)構(gòu)學(xué)）機(jī)電一體化技術(shù)領(lǐng)域微電子技術(shù)（半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)）第5頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一機(jī)電一體化系統(tǒng)由機(jī)械本體（機(jī)構(gòu)）、信息處理與控制部分（計(jì)算機(jī)）、能源部分（動(dòng)力源）、檢測(cè)部分（傳感器）、執(zhí)行元件部分（如電動(dòng)機(jī)）等五個(gè)子系統(tǒng)組成能源部分信息處理與控制信息輸入驅(qū)動(dòng)部分執(zhí)行元件機(jī)械本體檢測(cè)部分第6頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一典型閉環(huán)控制系統(tǒng)第7頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一1.2機(jī)電一體化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要素機(jī)電一體化系統(tǒng)是由若干具有特定功能的機(jī)械與微電子要素組成的有機(jī)整體，具有滿足人們使用要求的功能(目的功能)。根據(jù)不同的使用目的，要求系統(tǒng)能對(duì)輸入的物質(zhì)、能量和信息(即工業(yè)三大要素)進(jìn)行某一處理，輸出所需要的物質(zhì)、能量和信息。第8頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一因此，系統(tǒng)必須具有以下三大“目的功能”：變換(加工、處理)功能、傳遞(移動(dòng)、輸送)功能和儲(chǔ)存(保持、積累、記錄)功能。第9頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一不管那類系統(tǒng)（或產(chǎn)品），其系統(tǒng)內(nèi)部必須具備如所示的五種內(nèi)部功能，即主動(dòng)能、動(dòng)力功能、檢測(cè)功能、控制功能、構(gòu)造功能。

第10頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一CNC機(jī)床內(nèi)部功能構(gòu)成實(shí)例第11頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的五大要素及其對(duì)應(yīng)的五大功能第12頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一機(jī)電一體化系統(tǒng)內(nèi)部與外部接口第13頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）各構(gòu)成要素之間的相互聯(lián)系

第14頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一1.3機(jī)電一體化產(chǎn)品的分類一部分機(jī)電一體化系統(tǒng)以能量轉(zhuǎn)換為主，輸入能量(或物質(zhì))和信息，輸出不同能量(或物質(zhì))的系統(tǒng)(或產(chǎn)品)，稱為動(dòng)力機(jī)，其中輸出機(jī)械能的為原動(dòng)機(jī)。也有機(jī)電一體化系統(tǒng)以信息處理為主，輸入信息量，輸出各種信息的系統(tǒng)，稱為信息機(jī)。第15頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一機(jī)電一體化產(chǎn)品種類繁多，目前還在不斷擴(kuò)展，但仍可以按產(chǎn)品的功能劃分為以下幾類。（1）數(shù)控機(jī)械類（2）電子設(shè)備類（3）機(jī)電結(jié)臺(tái)類（4）電液伺服類（5）信息控制類第16頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一二機(jī)電一體化的共性關(guān)鍵技術(shù)2.1機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)。機(jī)電一體化產(chǎn)品中的主功能和構(gòu)造功能，往往是以機(jī)械技術(shù)為主實(shí)現(xiàn)的。特別是關(guān)鍵部件，如導(dǎo)軌、滾珠絲杠、軸承、傳動(dòng)部件等的材料、精度對(duì)機(jī)電一體化產(chǎn)品的性能、控制精度等多方向的要求。第17頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2.2計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù)信息處理技術(shù)包括信息的輸入、識(shí)別、變換、運(yùn)算、存儲(chǔ)及格出技術(shù)，它們大都是依靠計(jì)算機(jī)來進(jìn)行的，因此計(jì)算機(jī)技術(shù)與信息處理技術(shù)是密切相關(guān)的。信息處理技術(shù)包括信息的交換、存取、運(yùn)算、判斷和決策等，實(shí)現(xiàn)信息處理的主要工具是計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)技術(shù)包括計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)和軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等。第18頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2.3自動(dòng)控制技術(shù)自動(dòng)控制技術(shù)就是通過控制器使被控對(duì)象或過程自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。自動(dòng)控制技術(shù)范圍很廣，包括自動(dòng)控制理論、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、可靠運(yùn)行等從理論到實(shí)踐的整個(gè)過程。由于被控對(duì)象種類繁多，所以控制技術(shù)的內(nèi)容極其豐富，包括高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷、校正、補(bǔ)償、示教再現(xiàn)、檢索等控制技術(shù)。第19頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2.4傳感與檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)傳感技術(shù)是機(jī)電一體化的關(guān)鍵技術(shù)，它將所測(cè)得的各種參量如位移、位置、速度、加速度、力、溫度、酸度和其他形式的信號(hào)等轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一規(guī)格的電信號(hào)輸入到信息處理系統(tǒng)中，并由此產(chǎn)生出相應(yīng)的控制信號(hào)以決定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式和動(dòng)作幅度。傳感器檢測(cè)的精度、靈敏度和可靠性將直接影響到機(jī)電一體化的性能。第20頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2.5執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)技術(shù)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的主要研究對(duì)象是執(zhí)行元件及其驅(qū)動(dòng)裝置。執(zhí)行元件分為電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等多種類型，機(jī)電一體化產(chǎn)品中多采用電動(dòng)式執(zhí)行元件．驅(qū)動(dòng)裝置要是指各種電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源電路，目前多采用電力電子器件及集成化的功能電路構(gòu)成。第21頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2.6機(jī)電一體化總體設(shè)計(jì)技術(shù)系統(tǒng)總體技術(shù)是一種從整體目標(biāo)出發(fā)，用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)和力法，將系統(tǒng)總體分解成相互有機(jī)聯(lián)系的若干功能單元，并以功能單元為子系統(tǒng)繼續(xù)分解，直至找到可實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案，然后再把功能和技術(shù)方案組合成方案指進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)和優(yōu)選的綜合應(yīng)用技術(shù)。第22頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一三機(jī)電一體化的發(fā)展概況3.1國(guó)內(nèi)外機(jī)電一體化發(fā)展?fàn)顩r機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展大體上可分為三個(gè)階段。20世紀(jì)60年代以前為第一階段，也可稱其為“萌芽階段”。70年代至80年代為第二階段。稱其為“蓬勃發(fā)展階段”。從上世紀(jì)90年代后期開始為第三階段，稱其為“智能化階段”，機(jī)電一體化技術(shù)向智能化新階段邁進(jìn)。第23頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一3.2機(jī)電一體化技術(shù)的理論的發(fā)展因此，機(jī)電一體化的主要發(fā)展方向如下：（1）智能化（2）模塊化（3）網(wǎng)絡(luò)化（4）微型化（5）綠色化（6）人性化第24頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一3.3數(shù)控技術(shù)與機(jī)器人技術(shù)3.3.1、數(shù)控機(jī)床數(shù)控技術(shù)，簡(jiǎn)稱數(shù)控（NumericalControl）。它是利用數(shù)字化的信息對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及加工過程進(jìn)行控制的一種方法。數(shù)控系統(tǒng)包括：數(shù)控裝置、可編程控制器、主軸驅(qū)動(dòng)器及進(jìn)給裝置等部分.數(shù)控機(jī)床是機(jī)、電、液、氣、光高度一體化的產(chǎn)品。第25頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一3.3.2、工業(yè)機(jī)器人機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)（機(jī)械本體）、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。第26頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一小結(jié)

機(jī)電一體化通過綜合利用現(xiàn)