机电一体化概论课件.pptx

主讲：黄平,机电一体化概论,四川省崇州市职业教育培训中心,第1章 机电一体化的概述,一、机电一体化的定义,机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。是现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。,第一章 机电一体化概述,1.1 机电一体化的定义和基本概念,机电一体化最早出现在1971年日本杂志机械设计的副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术获得前所未有的发展。现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，他的发展使冷冰冰的机器有了人性化，智能化。,第一章 机电一体化概述,机电一体化不是机械技术和电子技术的简单叠加，而是将电子设备的信息处理功能和控制功能“揉和”到机械装置中去，从而达到扬长避短、互为补充的目的，使机电一体化产品更具有系统性、完整性和科学性。,机电一体化又称机械电子学，英语称为Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics的后半部分组合而成,字面上表示机械学和电子学两个学科的综合，在我国通常称为机电一体化或机械电子学。,机电一体化最本质的特性仍然是一个机械系统，其最主要功能仍然是进行机械能和其他形式的能的互换，利用机械能实现物料搬移或形态变化以及实现信息传递和变换。机电一体化系统与传统机械系统的不同之处是充分利用计算机技术、传感技术和可控驱动元件特性，实现机械系统的现代化、智能化、自动化。,第一章 机电一体化概述,机电一体化是在机械主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子设备以及相关软件有机结合而构成系统的总称。,二、机电一体化的基本概念,第一章 机电一体化概述,“机电一体化”也就是机械技术、微电子技术相互交叉、融合的产物。,机电一体化：将多种技术融合为一体的产物或者是将多种技术柔和地融合在一起的一门综合学科。,第一章 机电一体化概述,机电一体化是以微型计算机为代表的微电子技术和信息技术迅速发展，并向机械工业领域迅猛渗透，与机械电子技术深度结合的现代工业基础上，综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技术等群体技术，从系统观点出发，根据系统功能目标和优化组织结构目标，以智能、动力、结构、运动和感知等组成要素为基础，对各组成要素及其间的信息处理、接口耦合、运动传递、物质运动、能量变换机理进行研究，使得整个系统有机结合与综合集成，并在系统程序和微电子电路的信息流有序控制下，形成物质和能量的有规则运动，在高功能、高质量、高精度、高可靠性、低消耗意义上实现多种技术功能复合的最佳功能价值系统工程技术。,三、机电一体化的基本涵义,第一章 机电一体化概述,目前世界上普遍认为机电一体化有两大分支，即生产过程的机电一体化和机电产品的机电一体化。生产过程的机电一体化意味着整个工业体系得机电一体化，如机械制造过程机电一体化、冶金生产的机电一体化、化工生产的机电一体化、粮食及食品加工过程的机电一体化、纺织工业的机电一体化、排版与印刷的机电一体化等。,生产过程的机电一体化根据生产过程的特点（如生产设备和生产工艺是否连续）又可划分为离散制造过程的机电一体化和连续生产过程的机电一体化。前者以机械制造业为代表，后者以化工生产流程为代表。,第一章 机电一体化概述,机电产品的机电一体化是机电一体化的核心，是生产过程机电一体化的物质基础。传统的机电产品加上微机控制即可转变为新一代的产品，而新产品较之旧产品功能强、性能好、精度高、体积小、重量轻、更可靠、更方便，具有明显的经济效益。机电一体化产品销到儿童玩具、家用电器、办公设备、大到数控机床、机器人、自动生产线等。,第一章 机电一体化概述,四、机电一体化的组成,第一章 机电一体化概述,机电一体化的组成,机电一体化系统的形式多种多样，其功能也各不相同，一个较完善的机电一体化系统应包括以下几个基本要素：机械本体、动力单元、传感检测单元、执行单元、驱动单元、控制及信息处理单元，各要素之间通过接口相联系，这些基本要素的关系及功能如图下所示，这是与人体的五大要素进行对比，从而得到启发的。,五、机电一体化系统的基本要素（五大要素）,机电一体化系统的组成及工作原理a)人的五大要素 b)机电一体化系统的要素 c)机电一体化系统的功能,第一章 机电一体化概述,第一章 机电一体化概述,第一章 机电一体化概述,各要素间联系,1、机械本体 机械本体包括机械传动装置和机械结构装置。其主要功能是将构造系统的各子系统、零部件按照一定的空间和时间关系安置在一定的位置上，并保持特定的关系。随着机电一体化产品技术性能、水平和功能的提高，机械本体需在机械结构、材料、加工工艺以及几何尺寸等方面都适应产品高效、多功能、可靠、节能、小型、轻量、美观等要求。,第一章 机电一体化概述,2、动力单元 动力单元的功能是按照机电一体化系统的控制要求，为系统提供能量和动力以保证系统正常运行。机电一体化的显著特征之一是用尽可能小的动力输入获得尽可能大的功能输出。,第一章 机电一体化概述,3、传感检测单元 传感检测单元的功能是对系统进行运行过程中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，并转换成可识别信号，传输到控制信息处理单元，经过分析、处理产生相应的控制信息。传感器检测单元通常由专门的传感器和仪器仪表组成。,第一章 机电一体化概述,4、执行单元 执行单元的功能是根据控制信息和指令完成所要求的动作。执行单元是运动部件，一般采用机械、电磁、电液等方式将输入的各种形式的能量转换为机械能。根据机电一体化系统的匹配性要求，需要考虑改善执行机构的工作性能，如提高刚性，减轻重量，实现组件化、标准化和系列化，以提高系统整体工作可靠性等。,第一章 机电一体化概述,5、驱动单元 驱动单元的功能是在控制信息作用下，驱动各种执行机构完成各种动作和功能。机电一体化技术一方面要求驱动单元具有高频率和快速响应等特性，同时又要求其对水、油、温度、尘埃等外部环境具有适应性和可靠性；另一方面由于受几何上动作范围狭窄等限制，还需考虑维修方便，并且尽可能实现标准化。随着电力电子技术的高度发展，高性能步进电动机、直流和交流伺服电动机将大量应用于机电一体化系统。,第一章 机电一体化概述,6、控制与信息处理单元 控制与信息处理单元是机电一体化系统的核心单元，其功能是将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、储存、分析、加工，根据信息处理结果，按照一定的程序发出相应的控制信号，通过输出接口送往执行机构，控制整个系统有目的地运行，并达到预期的性能。控制与信息处理单元一般由计算机、可编程控制器、数控装置以及逻辑电路等组成。,第一章 机电一体化概述,7、接口 机电一体化系统由许多要素或子系统组成，各子系统之间要能顺利地进行物质、能量和信息的传递和交换，必须在各要素或各子系统的相接处具备一定的连接部件，这个连接部件称为接口。 接口的作用是将各要素或子系统连接成为一个有机整体，使各个功能环节有目的地协调一致运动，从而形成机电一体化的系统工程。,第一章 机电一体化概述,接口的基本功能主要有三个：一是变换。在需要进行信息交换和传输的环节之间，由于信号的模式不同（如数字量与模拟量、串行码与并行码、连续脉冲与序列脉冲等）无法直接实现信息或能量的交流，必须通过接口完成信号或能量的转换和统一。二是放大。在两个信号强度相差悬殊的环节间，经接口放大，达到能量匹配。三是传递。变换和放大后的信号要在环节间能可靠、快速、准确地交换，必须遵循协调一致的时序、信号格式和逻辑规范。接口具有保证信息传递的逻辑控制功能，使信息按规定模式进行传递。,第一章 机电一体化概述,构成机电一体化系统的五大组成要素其内部及相互之间都必须遵循结构接口耦合、运动传递、信息控制与能量转换四大原则。,1.接口耦合：两个需要进行信息交换和传递的环节之间，由于信息模式不同（数字量与模拟量，串行码与并行码，连续脉冲与序列脉冲等）无法直接传递和交换，必须通过接口耦合来实现。而两个信号强弱相差悬殊的环节之间，也必须通过接口耦合后，才能匹配。变换放大后的信号要在两个环节之间可靠、快速、准确的交换、传递，必须遵循一致的时序、信号格式和逻辑规范才行，因此接口耦合时就必须具有保证信息的逻辑控制功能，使信息按规定的模式进行交换与传递。,第一章 机电一体化概述,六、机电一体化系统的四大原则,2.能量转换：两个需要进行传输和交换的环节之间，由于模式不同而无法直接进行能量的转换和交流，必须进行能量的转换，能量的转换包括执行器，驱动器和他们的不同类型能量的最优转换方法及原理。 3.信息控制：在系统中，所谓智能组成要素的系统控制单元，在软、硬件的保证下，完成信息的采集、传输、储存、分析、运算、判断、决策，以达到信息控制的目的。对于智能化程度高的信息控制系统还包含了知识获得、推理机制以及自学习功能等知识驱动功能。 4.运动传递：运动传递使构成机电一体化系统各组成要素之间，不同类型运动的变换与传输以及以运动控制为目的的优化。,第一章 机电一体化概述,七、机电一体化共性的关键技术,自动化控制技术; 计算机与信息处理技术; 检测与传感器技术;,执行与驱动技术; 精密机械技术;总体设计技术;,接口技术。,第一章 机电一体化概述,机电一体化是多学科领域技术综合交叉的技术密集型系统工程，其主要相关技术可以归纳成六个方面，即：机械技术、传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术和系统总体技术。,1、机械技术 与一般的同类机械装置相比，机电一体化系统中的机械部分精度要求更高，结构更简单，功能更强大，性能更优越，同时还要有更好的可靠性、维护性和更新颖的结构。零部件要求模块化、标准化、规格 ，还有许多新的课题要加以研究和运用 。,八、机电一体化的相关技术,第一章 机电一体化概述,因此机械技术的出发点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其他高新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上以及功能上的变革。,2、传感检测技术 传感检测装置是机电一体化系统的感觉器官，它可从待测对象那里获取能反映待测对象特征与状态的信息。它是实现自动控制、自动调节的关键环节，其功能越强，系统的自动化程度就越高。传感检测技术的研究内容包括两方面：一是研究如何将各种被测量（包括物理量、化学量和生物量等）转换为与之成比例的电量；二是研究如何对转换后的电信号进行加工处理，如放大、补偿、标定、变换等。传感器是检测部分的核心。,第一章 机电一体化概述,3、信息处理技术 信息技术包括信息的交换、存取、运算、判断和决策。实现信息处理的主要工具是计算机，它相当于人的大脑，指挥整个系统的运行。计算机技术包括计算机软件技术、硬件技术和网络与通信技术等。机电一体化系统中主要采用工业控制机（包括可编程序控制器、单片微控制器、总线式工业空驶机等）进行信息处理。计算机应用及信息处理技术已成为机电一体化技术发展和变革的最重要因素。,第一章 机电一体化概述,4、自动控制技术 自动控制技术包括高精度位置控制、速度控制、自适应控制、自诊断、校正、补偿、检索等技术。在急电一体化技术中，自动控制主要是解决如何提高产品的精度、提高加工效率、提高设备的有效利用率，从而实现机电一体化系统在设计之后进行系统仿真，现场调试，最后使研制的系统可靠地投入运行，尤其是计算机技术高速发展，使得自动控制技术与计算机技术的结合越趋密切，因此自动控制技术是机电一体化技术中十分重要的关键技术。,第一章 机电一体化概述,5、伺服驱动技术 “伺服”（Server）即“伺候服侍”的意思。伺服驱动技术就是在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械的运动部件按照指令的要求进行运动，并具有良好的动态性能。伺服驱动技术包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，这部分的功能相当于人的手足的功能，这些驱动装置通过接口与计算机相连接，在计算机控制下，带动机械部件作机械回转、直线或其他各种复杂运动。,第一章 机电一体化概述,常见的伺服驱动系统主要有液压和电气伺服系统。液压伺服系统（如液压马达、脉冲液压缸等）具有工作稳定、响应速度快、输出力矩大等特点，特别是在低速运行时其性能更突出，但液压系统需要增加液压泵等动力源，设备复杂、体积大、维修难及污染环境；而电气伺服系统（如步进电动机、直流伺服电动机等）具有控制灵活、费用小、可靠性高等优点，但低速时输出力矩不够大。,第一章 机电一体化概述,6、系统总体技术 系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统的观点和方法，将总体分解成若干功能单元，找出能完成各个功能的技术方案，再将各个功能与技术方案组进行分析、评价、优选的综合应用技术。它通过所用技术的协调一致来保证在给定环境条件下经济、可靠、高效地实现目标，并使其操作和维修更加方便。,第一章 机电一体化概述,第一章 机电一体化概述,九、机电一体化技术与其他技术的区别,传统机电技术：以继电器-接触器控制为主 刚性机电一体化技术：以计算机为控制中心 智能性,机电一体化是将计算机作为系统的核心部件来应用；而计算机在机电一体化中的应用则仅仅是计算机应用的一部分。,1.机电一体化技术与传统机电技术的区别,2.机电一体化技术与计算机应用技术的区别,第一章 机电一体化概述,3.机电一体化技术与自动控制技术的区别,4.机电一体化技术与并行工程的区别,机电一体化讨论的重点是将自动控制技术作为重要支撑技术之一，将自动控制部件作为重要控制部件来使用；而自动控制技术讨论的重点则是系统控制原理、控制规律、分析方法及系统构造等。,机电一体化将多种技术有机地结合在一起，十分注重各部件间的相互作用；而并行式程则是尽量保证各部件在自己范围内齐头并进。,十、机电一体化产品的主要特征,机械手,例1-1 机械手,机械手定义：能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。,机械手构成：机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。,机械手,整体结构最佳化系统控制智能化操作性能柔性化,机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。 机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。,机电一体化产品的主要特征,机电一体化产品的主要特征,第一章 机电一体化概述,1.2 机电一体化的基本结构和功能,一、机电一体化系统的基本结构,传感检测部分,控制及信息处理部分,驱动部分,机械部分,动力部分,机电一体化系统的基本结构,第一章 机电一体化概述,传感检测部分传感检测系统控制及信息处理部分电子信息处理系统驱动部分驱动系统机械部分机械系统、机械机构动力部分动力系统、动力源,第一章 机电一体化概述,例1-2 平面关节型机械手,机构手的结构由执行机构、驱动传动机构、控制系统、智能系统、检测系统等部分组成。,例1-2 平面关节型机械手,第一章 机电一体化概述,例1-2 平面关节型机械手,第一章 机电一体化概述,例1-2 平面关节型机械手,第一章 机电一体化概述,二、机电一体化系统的功能,第一章 机电一体化概述,1.3 机电一体化产品的种类,一 、按功能划分,数控机械类电子设备类机电结合类信息处理类其他类,第一章 机电一体化概述,二 、按用途划分,生产用类运输、包装及工程用类存储、销售用类社会服务用类家庭用类科研及过程控制用类其他类,一、机电一体化的产生,早在40多年前，美国的科技人员就发明了世界上第一台机器人，接着他们又发明了数控机床和用于小型汽车的电子燃油喷射装置等自动化产品和设备。这些自动化产品或设备都是典型的机电一体化的产品或设备，但是美国的工程技术人员始终没有为自己发明的新技术取个名字。,擅长引进、吸收和消化国外先进技术日本工程技术人员，在推广机电一体化先进技术的同时还大力宣传机电一体化的技术，并在机电一体化方面进行了许多专题研究。因此，日本机电一体化产品很快就接近了世界一流水平。此外，20世纪70年代初，日本人率先将英语词汇Mechanics（机械学）的前半部和Electronics（电子学）的后半部拼在一起，构成了Mechatronics。这个由日本人创造的日式英语词，现已被正式采用。,1.4 机电一体化的发展概况,第一章 机电一体化概述,在中国，Mechatronics被译成机电一体化，这个术语比较恰当地描绘了这一新技术的含义，因而很快被广大工程技术人员所接受。由于科学技术在不断地发展，机电一体化产品或设备的内容也在不断地更新，并不断地采用先进的技术，因此在理解机电一体化的含义时，可以将“机电”一词模糊为“先进技术”。这样，机电技术应用就意味着先进技术的应用。,机电一体化的产生和迅速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、控制论和信息论是机电一体化的理论基础，也是机电一体化技术的方法论。目前，机电一体化技术已广泛应用于机械、建筑、农业、医疗等行业，并正向具有自适应性的智能化发展。 目前，有自适应性的智能系统已进入采用模糊理论和模糊计算机的研制阶段。系统中配有模糊传感器和其他各种传感器，可以根据菜单的要求自动地完成一系列操作。,二、 机电一体化的发展,机电一体化的发展有一个从自发状况向自为方向发展的过程。以汽车工业为例。 汽车工业的变革，一方面是汽车产品的机电一体化革命，另 一方面，汽车的制造技术和装备也发生了巨大的变化，现代汽车生产大量使用数控机床、工业机器人、计算机控制系统等先进手段，以提高生产的自动化装备水平，使生产的产品真正与消费者所期望的优质、廉价、个性化等要求相一致。 以工业机器人的使用为例，1961年，美国研制出第一台机器人。 机器人的使用大大提高了生产效率和产品质量，同时也节约了劳动力，降低了成本。,80年代以来，世界各国的汽车制造业正处于从传统的“大批量、少品种”的生产方式，向着“多品种、中小批量”的生产方式转变，以适应现代社会对产品品种规格越来越多样化的要求。为满足市场的需要，制造厂家必须不断增加产品的品种、提高产品的质量和降低制造成本。为此，在汽车工业中开始使用柔性制造系统（FMS Flexible Manufacturing System），并和CAD/CAPP/CAM及生产管理经营决策系统进行集成，把管理信息和制造活动借助计算机技术和网络技术有机联系起来，向计算机集成制造系统（CIMS Computer Integrated Manufacturing System）发展。,机电一体化的发展大体可以分为三个阶段。20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。 20世纪70至80年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。这一时期，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，一是“机电一体化”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；二是机电一体化技术和产品得到了极大发展；三是各国均开始对机电一体化技术和产品给予很大关注和支持。,20世纪90年代后期，机电一体化技术开始向智能化方向迈进，机电一体化进入深入发展时期。一方面，.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角，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另一方面对机电一体化系统得建模设计、分析和集成方法及机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，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。,第一章 机电一体化概述,三、 机械技术发展的总趋势,第一章 机电一体化概述,四、国内外机电一体化发展历程,机电一体化技术的发展大体上可分为三个阶段 20世纪60年代以前为第一阶段，也可称为“萌芽阶段”。信息技术的职能是能够提高或扩展人类的信息能力的方法和手段的总称。20世纪70年代至20世纪80年代为第二阶段，称为“蓬勃发展阶段”。 从20世纪90年代后期开始为第三阶段，称为“智能化阶段”，机电一体化技术向智能化新阶段迈进。,第一章 机电一体化概述,五、机电一体化技术的发展趋势,机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。因此，机电一体化的主要发展方向如下： 1、智能化 智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化建设者的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。 2、模块化 模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。,3、网络化 20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育义举人么日常生活都带来了巨大的变革。 4、微型化 微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统（MEMS），泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术，微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。,第一章 机电一体化概述,5、绿色化 工业的发达给人们生活带来了巨大变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。 绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。 设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前途。机电一体化产品的绿色化主要是指，使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。,第一章 机电一体化概述,6、系统化 系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现之二是通信功能的大大加强，一般除RS232外，还有RS485、DCS人格化。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，机电一体化的人格化有两层含义。一层是，机电一体化产品的最终使用对象是人，如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化。另一层是模仿生物机理，研制各种机电一体花产品。事实上，许多机电一体化产品都是受动物的启发研制出来的。,第一章 机电一体化概述,第一章 机电一体化概述,习题评讲,1.1填空题 1.机械主、动力、信息、控制、微电子、相关软件。2.机电一体化技术、机电一体化产品。3.接口技术。4.机-电接口、人-机接口、其它接口。5.计算机。6.各种类型的传动装置在计算机的控制下推动机械部分作直线、旋转以及各种复杂的运动。7.自动控制部件。自动控制原理和方法。8.整体结构的最佳化。系统控制的智能化。操作性能的柔性化。9.动力部分。尽可能大的能量和动力。10.动力。,第一章 机电一体化概述,1.2 是非题1.错。2.对。3.错。4.对。5.错。6.错。7.错。8.对。9.对。10.对。,1.3 选择题1.C。2.B。3.C。4.C。5.A。6.C。7.C。,第一章 机电一体化概述,1.4简答题1.答：机电一体化是在机械主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子设备以及相关软件有机结合而构成系统的总称。2.答：自动化控制技术、计算机与信息处理技术、检测与传感器技术、执行与驱动技术、精密机械技术、总体设计技术、接口技术等七大共性的关键技术。3.答；机械技术是机电一体化的基础；在机电一体化系统中，经典的机械制造技术借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能系统等，形成新一代的机械制造技术精密机械技术；因此，在随着高新技术不断引进到机械工种行业中，精密机械技术的着眼点在于如何与机电一体化的技术相适应，利用高新技术来实现结构上、材料上、性能上的改革，以满足减少质量、缩小体积、提高精度、提高刚度、改善性能等方面的要求。4.答：系统的核心部分是控制及信息处理部分。,第一章 机电一体化概述,5.答：传统机电技术的操作控制通常采用为继电器接触器控制，其主要是通过具有电磁特性的各种电器来实现,如继电器、接触器、时间继电器等等,在设计过程中一般不考虑或很少考虑各种电器彼此间的内在联系。另外机械本体和电气驱动界限分明,整个装置是刚性的,不涉及软件和计算机控制。而机电一体化技术是以计算机为控制中心,在设计过程中强调机械部件和电器部件间的相互作用和影响,整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。6.答：自动控制技术的重点是讨论系统的控制原理、控制规律、分析方法及其系统的构造等，而机电一体化技术的重点是将自动控制技术作为重要支撑技术之一。将自动控制部件作为重要控制部件应用和使用，将自动控制原理和方法对机电一体化装置进行系统分析和性能测算。7.答：整体结构的最佳化、系统控制的智能化、操作性能的柔性化。,第一章 机电一体化概述,8.答：传感检测部分是对系统在运行过程中的内外各种参数及状态进行检测，并转换成信息或信号，传输到信息处理器，经过分析、处理后产生相应的控制信息。控制及信息处理部分是将来自各种传感器及其处理装置送来的检测信息和外部输入的指令进行存储、分析、运算、处理等，并根据处理结果，发出相应的控制信号，送往驱动执行部分；从而控制整个系统正常地、稳定地运行，并能达到预期的效果和目的性能。驱动部分是根据控制及信息处理部分送来的控制信息和指令驱动各种执行元件完成所规定的各种动作和功能。机械部分是将机构内各种机械零部件按照一定的空间和时间关系安置在一定位置上，在驱动部分作用下，完成相应的传递任务。动力部分是根据系统的控制要求，向系统提供能量和动力以确保系统能正常运行；并用尽可能小的动力输入以获得尽可能大的能量和动力输出。,第一章 机电一体化概述,9.答：主功能、检测功能、控制功能、动力功能、构造功能。10.答：自动编程的智能化、人机接口的智能化、诊断过程的智能化、加工过程的智能化。11.答： 材料形状和加工形状的图形显示。 自动加工工序的确定。 使用切削刀具和切削条件的自动确定。 切削刀具使用顺序的变更。 任意路径的编辑。 加工过程干涉校验等。,第一章 机电一体化概述,