機(jī)電一體化典型設(shè)備簡(jiǎn)介課件

1.3機(jī)電一體化典型設(shè)備簡(jiǎn)介

2017年2月22日星期三1.3機(jī)電一體化典型設(shè)備簡(jiǎn)介

2017年2月22日1一、機(jī)電一體化的基本概念

Mechatronics=

Mechanics+Electronics

1.3.1機(jī)電一體化概述1、機(jī)電一體化名稱的由來(lái)

2一、機(jī)電一體化的基本概念

Mechatronics

1.3Mechatronics1971年，日本《機(jī)械設(shè)計(jì)》雜志副刊1976年，一種以廣告為主，專門(mén)刊載“機(jī)電一體化”新產(chǎn)品的雜志《MechatronicsDesignNews》在日本正式發(fā)行。80年代中期，“Mechatronics”開(kāi)始在歐美各地使用，這個(gè)日本人創(chuàng)造的英文單詞開(kāi)始在世界范圍內(nèi)得到普遍承認(rèn)和接受。3Mechatronics1971年，日本《機(jī)械設(shè)計(jì)》雜志副刊

2、機(jī)電一體化的含義1981年“日本機(jī)械振興協(xié)會(huì)經(jīng)濟(jì)研究所”對(duì)機(jī)電一體化的解釋：“機(jī)電一體化是在機(jī)械主功能、動(dòng)力功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱”4

2、機(jī)電一體化的含義1981年“日本機(jī)械振興協(xié)會(huì)經(jīng)濟(jì)研究所

基本的特征機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測(cè)試技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信號(hào)變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標(biāo)，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值并使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。

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基本的特征機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用機(jī)械由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)成為一個(gè)以微電子技術(shù)為主導(dǎo)，在現(xiàn)代高新技術(shù)支持下的機(jī)電一體化系統(tǒng)或機(jī)電一體化產(chǎn)品。機(jī)電一體化涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個(gè)方面。6由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)成為一個(gè)以微電子技術(shù)為主導(dǎo)，在現(xiàn)代高新技根本區(qū)別:機(jī)電一體化技術(shù)是基于各種群體技術(shù)有機(jī)融合的一種綜合性技術(shù)，而不是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其它新技術(shù)的簡(jiǎn)單組合、拼湊。機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化的區(qū)別？7根本區(qū)別:機(jī)電一體化技術(shù)7

主要區(qū)別為:①電氣機(jī)械在設(shè)計(jì)過(guò)程中不考慮或少考慮電器與機(jī)械的內(nèi)在聯(lián)系，基本上是根據(jù)機(jī)械的要求，選用相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)或電氣傳動(dòng)裝置；

②機(jī)械和電氣裝置之間界限分明，它們之間的聯(lián)結(jié)以機(jī)械聯(lián)結(jié)為主，整個(gè)裝置是剛性的；

③裝置所需的控制以基于電磁學(xué)原理的各種電器，如接觸器、繼電器等來(lái)實(shí)現(xiàn)，屬?gòu)?qiáng)電范疇，其主要支撐技術(shù)是電工技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化的區(qū)別？8主要區(qū)別為:機(jī)電一體化技術(shù)899機(jī)電一體化產(chǎn)品不僅是人的體力放大，還是人的肢體和感官與頭腦的延伸，具有“智能化”的特征是機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)差別。二、機(jī)電一體化產(chǎn)品及分類10機(jī)電一體化產(chǎn)品不僅是人的體力放大，還是人的肢體和感官與頭腦的機(jī)電一體化產(chǎn)品既不同于傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品，也不同于普通的電子產(chǎn)品，它是機(jī)械系統(tǒng)和微電子系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，從而賦予新功能和性能的一種新產(chǎn)品。

機(jī)電一體化產(chǎn)品的特點(diǎn)是產(chǎn)品功能的實(shí)現(xiàn)是由所有功能單元共同作用的結(jié)果。11機(jī)電一體化產(chǎn)品既不同于傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品，也不同于普通的電子產(chǎn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的分類

1）按用途分類2）按執(zhí)行機(jī)構(gòu)不同

數(shù)控機(jī)械類電子設(shè)備類機(jī)電結(jié)合類電液伺服類信息控制類12機(jī)電一體化產(chǎn)品的分類1）按用途分類12①數(shù)控機(jī)械類

主要產(chǎn)品為數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)和自動(dòng)洗衣機(jī)等。其特點(diǎn)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械裝置。13①數(shù)控機(jī)械類

主要產(chǎn)品為數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、發(fā)動(dòng)機(jī)

②電子設(shè)備類

電子設(shè)備類主要產(chǎn)品為電火花加工機(jī)床、線切割加工機(jī)床、超聲波縫紉機(jī)和激光測(cè)量?jī)x等。其特點(diǎn)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)是電子裝置。14②電子設(shè)備類

電子設(shè)備類主要產(chǎn)品為電火花加工機(jī)床、線切割加③機(jī)電結(jié)合類

機(jī)電結(jié)合類主要產(chǎn)品為自動(dòng)探傷機(jī)、形狀識(shí)別裝置和CT掃描儀、自動(dòng)售貨機(jī)等。其特點(diǎn)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械和電子裝置的有機(jī)結(jié)合。15③機(jī)電結(jié)合類

機(jī)電結(jié)合類主要產(chǎn)品為自動(dòng)探傷機(jī)、形狀識(shí)別裝置和④電液伺服類

電液伺服類主要產(chǎn)品為機(jī)電一體化的伺服裝置。其特點(diǎn)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)是液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械裝置，控制機(jī)構(gòu)是接受電信號(hào)的液壓伺服閥。16④電液伺服類

電液伺服類主要產(chǎn)品為機(jī)電一體化的伺服裝置。其特⑤信息控制類

信息控制類主要產(chǎn)品為電報(bào)機(jī)、磁盤(pán)存儲(chǔ)器、磁帶錄像機(jī)、錄音機(jī)以及復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等辦公自動(dòng)化設(shè)備。其主要特點(diǎn)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作完全由所接收的信息類控制。17⑤信息控制類

信息控制類主要產(chǎn)品為電報(bào)機(jī)、磁盤(pán)存儲(chǔ)器、磁帶錄3）按機(jī)電結(jié)合程度

功能附加型功能替代型機(jī)電融合型183）按機(jī)電結(jié)合程度18①功能附加型主要特征是在原有機(jī)械產(chǎn)品基礎(chǔ)上，采用微電子技術(shù)，使產(chǎn)品功能增加和增強(qiáng)，性能得到適當(dāng)提高

比如經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床、電子秤、數(shù)顯量具、全自動(dòng)洗衣機(jī)19①功能附加型主要特征是在原有機(jī)械產(chǎn)品基礎(chǔ)上，采用微電子技術(shù)，②功能替代型主要特征是在采用微電子技術(shù)及裝置取代原產(chǎn)品中的機(jī)械式控制功能、信息處理功能或主功能，使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，性能提高，柔性增加。比如電子縫紉機(jī)、自動(dòng)照相機(jī)、電子石英鐘、電子式電話交換機(jī)、線切割加工機(jī)床、激光手術(shù)器等。20②功能替代型主要特征是在采用微電子技術(shù)及裝置取代原產(chǎn)品中的機(jī)③機(jī)電融合型

主要特征是根據(jù)產(chǎn)品的功能和性能要求及技術(shù)規(guī)范，采用專門(mén)設(shè)計(jì)的或具有特定用途的集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品中的控制和信息處理等功能，因而使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計(jì)靈活、成本降低。比如傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、攝像機(jī)、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、CNC數(shù)控機(jī)床21③機(jī)電融合型

主要特征是根據(jù)產(chǎn)品的功能和性能要求及技術(shù)規(guī)范，三、機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成

一個(gè)較完善的機(jī)電一體系統(tǒng)一般包括以下五大基本要素：機(jī)械本體動(dòng)力系統(tǒng)傳感檢測(cè)單元執(zhí)行裝置傳感與檢測(cè)系統(tǒng)信息處理及控制系統(tǒng)22三、機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成

一個(gè)較完善的機(jī)電一體系統(tǒng)一般五大構(gòu)成要素與五大功能23五大構(gòu)成要素與五大功能23從機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能看，人體是機(jī)電一體化

系統(tǒng)理想的參照物。

24從機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能看，人體是機(jī)電一體化

系統(tǒng)理想的參照物人體五大要素與機(jī)電一體化產(chǎn)品五大要素的對(duì)應(yīng)關(guān)系(內(nèi)臟)(手足)(骨骼)(感官)(大腦)25人體五大要素與機(jī)電一體化產(chǎn)品五大要素的對(duì)應(yīng)關(guān)系(內(nèi)臟)(手足機(jī)械本體用于支撐和連接其他要素，是機(jī)電系統(tǒng)必要的組成部分。包括機(jī)身、床身、殼體等。追求目標(biāo)：通過(guò)采用新工藝、新材料、新結(jié)構(gòu)，達(dá)到高效、可靠、節(jié)能、小型、輕量、美觀等要求。機(jī)械系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)是模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化26機(jī)械本體用于支撐和連接其他要素，是機(jī)電系統(tǒng)必要的組成部分。動(dòng)力系統(tǒng)按照系統(tǒng)控制要求，為系統(tǒng)提供能量和動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成預(yù)定主功能。根據(jù)動(dòng)力源的不同，可分為液壓式、氣壓式、電氣式等類型。追求目標(biāo)：高效率、快速響應(yīng)特性、高適應(yīng)性和可靠性。27動(dòng)力系統(tǒng)按照系統(tǒng)控制要求，為系統(tǒng)提供能量和動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳感與檢測(cè)系統(tǒng)在系統(tǒng)運(yùn)行中對(duì)系統(tǒng)本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并把被檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成可用的輸出信號(hào)（電壓、電流、頻率和脈沖等），為信息處理及控制系統(tǒng)提供所需信息。組成：傳感器和信號(hào)檢測(cè)電路。追求目標(biāo)：高精度、抗干擾、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、體積小、安裝維護(hù)容易。28傳感與檢測(cè)系統(tǒng)在系統(tǒng)運(yùn)行中對(duì)系統(tǒng)本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀信息處理及控制系統(tǒng)接受傳感與檢測(cè)系統(tǒng)反饋的信息，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)處理、運(yùn)算、決策，根據(jù)處理結(jié)果，按照一定的規(guī)則發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，控制整個(gè)系統(tǒng)按要求實(shí)現(xiàn)有序地運(yùn)行。它是機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心單元，由硬件和軟件及相應(yīng)接口組成。追求目標(biāo)：高可靠性、高速、抗干擾能力強(qiáng)29信息處理及控制系統(tǒng)接受傳感與檢測(cè)系統(tǒng)反饋的信息，并對(duì)其進(jìn)行相執(zhí)行裝置根據(jù)控制系統(tǒng)的控制信息和指令，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的主功能。執(zhí)行裝置一般是運(yùn)動(dòng)部件，常采用機(jī)、電、液、氣動(dòng)等機(jī)構(gòu)。執(zhí)行裝置因機(jī)電一體化產(chǎn)品的種類和作業(yè)對(duì)象不同而有較大的差異。30執(zhí)行裝置根據(jù)控制系統(tǒng)的控制信息和指令，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的主功能。30五大要素之間的關(guān)系機(jī)電一體化產(chǎn)品的五大構(gòu)成要素在工作中各司其職，互相補(bǔ)充、互相協(xié)調(diào)，共同完成所規(guī)定的功能。在結(jié)構(gòu)上，各組成要素通過(guò)各種接口及相關(guān)軟件有機(jī)地結(jié)合在一起，構(gòu)成一個(gè)內(nèi)部合理匹配、外部效能最佳的完整產(chǎn)品。31五大要素之間的關(guān)系機(jī)電一體化產(chǎn)品的五大構(gòu)成要素在工作中各司其機(jī)電一體化系統(tǒng)是比較復(fù)雜的，有時(shí)某些構(gòu)成要素是復(fù)合在一起的。構(gòu)成機(jī)電一體化系統(tǒng)的幾個(gè)部分并不是并列的：首先，機(jī)械部分是主體其次，機(jī)電一體化的核心是電子技術(shù)（微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)）32機(jī)電一體化系統(tǒng)是比較復(fù)雜的，有時(shí)某些構(gòu)成要素是復(fù)合在一起的。機(jī)電一體化技術(shù)的共性關(guān)鍵技術(shù):1.精密機(jī)械技術(shù)2.傳感檢測(cè)技術(shù)

3.信息處理技術(shù)

4.伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)5.自動(dòng)控制技術(shù)

6.接口技術(shù)

7.系統(tǒng)總體技術(shù)

四、機(jī)電一體化的共性關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展方向33四、機(jī)電一體化的共性關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展方向331.精密機(jī)械技術(shù)

（研究對(duì)象：機(jī)械本體和執(zhí)行裝置）機(jī)械技術(shù)是關(guān)于機(jī)械機(jī)構(gòu)及利用機(jī)構(gòu)傳遞運(yùn)動(dòng)的技術(shù)精密機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)機(jī)械技術(shù)的著眼點(diǎn)在于如何與機(jī)電一體化的技術(shù)相適應(yīng)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上的變更，滿足減輕重量、縮小體積、提高精度、提高剛度、改善性能的要求。341.精密機(jī)械技術(shù)

（研究對(duì)象：機(jī)械本體和執(zhí)行裝置）機(jī)械技術(shù)是2.傳感檢測(cè)技術(shù)

（研究對(duì)象：傳感檢測(cè)系統(tǒng)）在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，工作過(guò)程的各種參數(shù)、狀態(tài)以等都要通過(guò)傳感器進(jìn)行接收，并通過(guò)相應(yīng)的信號(hào)檢測(cè)裝置進(jìn)行測(cè)量，然后送入信息處理裝置以及反饋給控制裝置，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品工作過(guò)程的自動(dòng)控制。傳感原理、傳感材料、加工制造裝配技術(shù)是傳感器開(kāi)發(fā)的三個(gè)重要方面。傳感器的發(fā)展進(jìn)入了集成化、智能化研究階段。352.傳感檢測(cè)技術(shù)

（研究對(duì)象：傳感檢測(cè)系統(tǒng)）在機(jī)電一體化產(chǎn)品3.信息處理技術(shù)

（研究對(duì)象：信息處理與控制系統(tǒng)）信息處理技術(shù)是指信息的輸入、識(shí)別、變換、運(yùn)算、存儲(chǔ)、輸出和決策分析等技術(shù)。實(shí)現(xiàn)信息處理的主要工具是計(jì)算機(jī)。機(jī)電系統(tǒng)中主要采用：可編程控制器，單片機(jī)，總線式工業(yè)控制機(jī)，分布式計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)等進(jìn)行信息處理。363.信息處理技術(shù)

（研究對(duì)象：信息處理與控制系統(tǒng)）信息處理技4.伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)

（研究對(duì)象：動(dòng)力系統(tǒng)）伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要是指機(jī)電一體化產(chǎn)品中的執(zhí)行元件和驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)中的技術(shù)問(wèn)題，它涉及設(shè)備執(zhí)行操作的技術(shù)，對(duì)所加工產(chǎn)品的質(zhì)量具有直接的影響。執(zhí)行元件有三大類：利用電能的電動(dòng)機(jī)、利用液壓能的液壓驅(qū)動(dòng)裝置和利用氣壓能的氣壓驅(qū)動(dòng)裝置374.伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)

（研究對(duì)象：動(dòng)力系統(tǒng)）伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要是指5.自動(dòng)控制技術(shù)

（研究對(duì)象：控制系統(tǒng)）自動(dòng)控制是在沒(méi)有人直接參與的情況下，通過(guò)控制器使被控對(duì)象或過(guò)程自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。自動(dòng)控制理論基礎(chǔ)是自動(dòng)控制原理（經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論）。自動(dòng)控制技術(shù)就是在此理論指導(dǎo)下對(duì)具體控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行系統(tǒng)仿真及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，使系統(tǒng)可靠地投入運(yùn)行。自動(dòng)控制技術(shù)目的：實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的目標(biāo)最佳化由于控制對(duì)象種類繁多，所以控制技術(shù)的內(nèi)容極其豐富，如速度控制、位置控制、溫度控制、壓力控制和姿態(tài)控制等。385.自動(dòng)控制技術(shù)

（研究對(duì)象：控制系統(tǒng)）自動(dòng)控制是在沒(méi)有人直6.接口技術(shù)

（研究對(duì)象：各構(gòu)成要素之間的接口）從系統(tǒng)外部看，輸入/輸出是系統(tǒng)與人、環(huán)境或其它系統(tǒng)之間的接口；從系統(tǒng)內(nèi)部看，機(jī)電一體化系統(tǒng)是通過(guò)許多接口將各組成要素的輸入/輸出聯(lián)系成一體的系統(tǒng)。因此，各要素及各子系統(tǒng)之間的接口性能就成為綜合系統(tǒng)性能好壞的決定性因素。396.接口技術(shù)

（研究對(duì)象：各構(gòu)成要素之間的接口）從系統(tǒng)外部看7.系統(tǒng)總體技術(shù)

（研究對(duì)象：整個(gè)機(jī)電系統(tǒng)）系統(tǒng)總體技術(shù)就是從整體目標(biāo)出發(fā)，用系統(tǒng)的觀點(diǎn)和方法，將機(jī)電一體化產(chǎn)品的總體功能分解成若干功能單元，找出能夠完成各個(gè)功能的可能技術(shù)方案，再把功能與技術(shù)方案組合成方案組進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)，綜合優(yōu)選出適宜的功能技術(shù)方案。在系統(tǒng)總體技術(shù)中，對(duì)于子系統(tǒng)間的矛盾或子系統(tǒng)和系統(tǒng)整體之間的矛盾都要從總體協(xié)調(diào)的需要來(lái)選擇解決方案。系統(tǒng)總體技術(shù)除考慮優(yōu)化設(shè)計(jì)外，還包括可靠性設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、系列化設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)等。407.系統(tǒng)總體技術(shù)

（研究對(duì)象：整個(gè)機(jī)電系統(tǒng)）系統(tǒng)總體技術(shù)就是機(jī)電一體化的發(fā)展方向機(jī)電一體化是集機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)、信息等多學(xué)科的交叉融合，它的發(fā)展和進(jìn)步依賴并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。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．人格化7.自適應(yīng)化41機(jī)電一體化的發(fā)展方向機(jī)電一體化是集機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計(jì)機(jī)電一體化產(chǎn)品舉例:1、機(jī)械制造及數(shù)控設(shè)備5、自動(dòng)生產(chǎn)線2、辦公自動(dòng)化設(shè)備6、汽車3、機(jī)器人7、醫(yī)療儀器及設(shè)備4、家用電器8、航空航天設(shè)備等1.3.2機(jī)電一體化典型設(shè)備簡(jiǎn)介機(jī)電一體化產(chǎn)品舉例:1、機(jī)械制造及數(shù)控設(shè)備542懸垂線夾直線桿型巡檢機(jī)器人避雷線絕緣子導(dǎo)線鋼筋混凝土電桿拉線橫擔(dān)拉線基礎(chǔ)桿塔基礎(chǔ)地?fù)?dān)防震錘耐張線夾耐張桿型跳線巡檢機(jī)器人運(yùn)行模擬圖地面基站懸垂線夾直線桿型巡檢機(jī)器人避雷線絕緣子導(dǎo)線鋼筋混凝拉線橫擔(dān)拉43智能洗衣機(jī)蛋黃派生產(chǎn)線智能洗衣機(jī)蛋黃派生產(chǎn)44電熱水器電熱水器45汽車GPS導(dǎo)航儀電動(dòng)刮雨器汽車ABS系統(tǒng)電動(dòng)門(mén)窗汽車配件生產(chǎn)設(shè)備等汽車GPS導(dǎo)航儀CT機(jī)火星探測(cè)器