机电一体化叙伦.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流机电一体化叙伦.精品文档.机电一体化基本特征: 机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。 机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不但发展，还将被赋予新的内容。机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术（包含气动和液压技术）、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感机电一体化涵盖 “技术”和“产品”两个方面机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单

2、组合、拼凑 这是机电一体化与机械+电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别机械工程技术由纯机械发展到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体力。 但是发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还能赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制、自动诊断与保护等即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的眼神。 具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别机电一体化产品 由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。 机电一体化产品的典型例子:数控加工中心、机器人发展过程 机电

3、一体化的发展大体可以分为3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，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起了积极的作用。20世纪70-80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。 这个时期的特点是：mechatronics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；机电一体化技术和产品得到了极大发展；各国

4、均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支持。 20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，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脚，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。和应用。 国务院成立了机电一体化领导小组并将该技术列为“863计划”中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。 许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术

5、的发展及应用做了大量的工作，取得了一定成果，但与欧美、日本等先进国家相比仍有相当差距。 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。 机电一体化的主要发展方向如下 智能化 模块化 网络化 微型化 绿色化 系统化 这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。 诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的。但是，高性能、高速的微处

6、理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。 机器人与数控机床的智能化就是重要应用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。 如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置。这样，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。 现场总线和局域网

7、技术是家用电器网络化已成大势，利用家庭网络(home net)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统(computer integrated appliance system, CIAS)，使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐。 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

8、工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。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。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

9、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，研制各种机电一体化产品。我国国民经济机械工业分类 二、机电一体化技术在制造业的应用*电机制造业 *输配电及控制设备制造业*电工器材制造业 *石化通用机械制造业（通用设备制造业、石化及其他工业专用设备制造业和阀门制造业）*仪器仪表及文化办公用机械制造业 *环保设备制造业 *食品包装机械制造业 *建筑机械制造业非金属制品业金属制品业普通机械制造业专用设备制造业交通运输设备制造业电器机械及器材制造业仪器仪表及文化办公机械制造业就全国来看

10、，机械制造业是我国的支柱产业，占我国GDP的39、工业总产值的77.6、全国工业职工的90机电一体化教学培训系统是面向相关公司的职业技术培训，此系统将机械结构和传动，可编程控制，传感器技术和气动技术有机地结合，使学员工通过此系统的学习，在机电一体化方面得到全方位的实践和提高 可完成的培训课题： 机械结构及调整 气动元件及气动回路 传感器技术 PLC编程 工业现场总线技术 机、电、气一体化结合控制技术 自动流水线的顺序及逻辑控制过程 从元件、模块单元及整条线的故障排除制与能量转换四大原则。 (+WtA接口耦合：e 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

11、行wK)_A流体中文网论坛 - 流体力学及相关领域学术问题交流论坛。E=HM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u_Tw流体中文网论坛 - 流体力学及相关领域学术问题交流论坛。akKL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yG流体中文网论坛 - 流体力学及相关领域学术问题交流论坛。 3r-y!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?3fm1流体中文网论坛 - 流体力学及相关领域学术问题交流论坛。J有保证信息的逻辑控制功能，使信息按规定的模式进行

12、交换与传递。P能量转换：3G 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i流体中文网论坛 - 流体力学及相关领域学术问题交流论坛。jVUS*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。yv0信息控制：MWyz 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、h Bpnb流体中文网论坛 - 流体力学及相关领域学术问题交流论坛。aPf,e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G(Z_1流体中文网论坛 - 流体力学及相关领域学术问题交

13、流论坛。m7r了知识获得、推理机制以及自学习功能等知识驱动功能。Lw6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y流体中文网论坛 - 流体力学及相关领域学术问题交流论坛。hi$目的的优化。流体中文网论坛 - 流体力学及相关领域学术问题交流论坛。|=lG|三、自动化技术：./TV4 所谓自动化技术，是指人类利用各种技术手段和方法来代替人去完成各种测试、分析、判断和控xYd-R.流体中文网论坛 - 流体力学及相关领域学术问题交流论坛。R$制工作，以现实预期的目标、功能。一个自动化系统通常由多个环节要素组成，以完成信息的获取、8ju流体中文网论

14、坛 - 流体力学及相关领域学术问题交流论坛。f信息的传递、信息的转换、信息的处理及信息的执行等功能，最后实现自动运行目标。日本企业界在1970年左右最早提出“机电一体化技术”这一概念，当时他们取名为“Mechatronics”，即结合应用机械技术和电子技术于一体。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，成为一门综合计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术和机械技术等交叉的系统技术，目前正向光机电一体化技术（Opto-mechatronics）（Opto-mechatronics）（Opto-mechatronics）方向发展，应用范围愈来愈广。机

15、电一体化技术具体包括以下内容：（1） 机械技术 机械技术是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其它高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。在机电一体化系统制造过程中，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能与专家系统等，形成新一代的机械制造技术。 （2） 计算机与信息技术 其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。 （3） 系统技术 系统技术即以整体的概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将

16、总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，它是实现系统各部分有机连接的保证。（4） 自动控制技术 其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。 （5） 传感检测技术 传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，它是机电一体化系统达到高水平的保证。（6） 伺服传动技术 包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作

17、的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。机械是人类的老朋友。刀耕火石可算是最古老的机械工具。杠杆和滑轮的应用进一步推动了生产力的发展。而蒸汽机的发明则把人类带进了资本主义社会。20世纪中叶以来，半导体微电子技术及激光技术的突飞猛进又给机械工业注入了新的生命，使它进入了以光机电一体化为标志的新时代。光机电一体化技术包括以激光、电脑等现代技术集成开发的自动化、智能化机构设备、仪器仪表和元器件的技术。它包括五大类产品：先进制造技术设备，机电一体化机械设备，机电基础件，仪器仪表，监控设备及控制系统。 光机电一体化技术是由机械技术与激光微电子等技术揉合融汇在一起的新兴技术。它与

18、传统的机械产品比较，主要有以下特征：1. 综合性与系统性光机电一体化是一门跨学科的边缘科学，它是激光技术、微电子技术、计算机技术、信息技术与机械技术结合而成的综合性高技术。这种多种技术的综合及多个部分的组合，使得光机电一体化技术及产品更具有系统性、完整性和科学性。其各个组成部分如机械技术、微电子技术、自动控制技术、信息技术、传感技术、电力电子技术、接口技术、模拟量与数字量交换技术以及软件技术等在综合成一个完整的系统中相互配合有严格的要求，这就需要取长补短，不断向理想化方向发展。其结果使原来各种技术扬长避短，更趋于合理。 2. 多层次，覆盖面广光机电一体化是一个总的技术指导思想，它不仅体现在一些

19、机电一体化的单机产品之中，而且贯穿于工程系统设计之中。从简单的单台光机电一体化产品，到现代工业中的柔性加工系统；从简单的单参数显示，到复杂的多参数、多级控制；从机械零部件连续自动热处理生产线，到各种现代高速重型机械自动化生产线等，光机电一体化技术都有不同层次、覆盖面很广的应用领域。对于工程系统，需成套地进行开发和制造。对于光机电一体化单机产品(设备)，应采用简繁并举、高低级并存的多层次发展途径。可发展功能附加型的低级产品；也可发展功能替代型的中级产品；还可发展机电融合型的高级产品，成为前所未有的新一代产品。3. 结构简化，方便操作光机电一体化技术可位过去*机械传动链连接的各个相关动作部分，改用

20、几台电机分别驱动，或用电力电子器件，或用电子电控装置进行相关动作控制来实现。因此，使机械结构大大简化，甚至使有些机械结构脱胎换骨，产生了质的变化。光机电一体化技术使得操作人员摆脱了以往必须按规定操作程序或节拍频繁紧张地进行单调重复操作的工作方式，能以灵活方便地按需控制和改变生产操作程序。任何一台光机电一体化装置或系统各个相关传动机构的动作及功能协调关系，可由预设的程序一步一步地由电子控制系统指挥，如数控机床、柔性加工系统(FMS)等。有些光机电一体化装置，可实现操作全自动化，如工业机器人、印制电路板数控高速钻床等。有些更高级的光机电一体化系统，还可通过被控对象的数学模型以及根据任何时刻外界各种

21、参数的变化情况，随机自寻最佳工作程序、动作程度和快慢以及协调关系，以实现最优化工作及最佳操作，例如微机控制的热连轧机钢板测厚自控系统、电梯群控系统、智能机器人等。4. 精度提高，功能增加 光机电一体化技术使机械传动部件减少，因而使机械磨损及配合间隙等所引起的动作误差大大减小，同时由于采用了电子技术，反馈控制水平的提高并能进行高速处理，可通过电子自动控制系统精确地按预设量使相应机构动作，因各种干扰因素造成的误差，又可通过自控系统自行诊断、校正、补偿去达到*单纯机械方式所不能实现的工作精度。因而光机电一体化产品应用领域宽，适用面广，易于满足各种需要。电子技术的引入，使产品面貌发生巨大变化，电子装置

22、能按照入的意图进行自动控制、自动检测、信息采集及处理、调节、修正、补偿、自诊断、自动保护直至自动记录、显示、打印工作结果。通过改变程序、指令等软件内容而无需改动硬件部分就可变换产品的功能，使机械控制功能内容的确定和变化趋?quot;软件比和智能化。 5. 高可*性，高稳定性和高使用寿命传统的机械装置的运动部分，一般都伴随着磨损及运动部件配合间隙所引起的动作误差，而发出由于可动摩擦、撞击、振动等引起的声响(噪声)，这显然影响装置的寿命、稳定性和可*性。而光机电一体化技术的应用，使装置的可动部件减少，磨损也大为减少，像集成化接近开关甚至无可动部件、无机械磨损。因此，装置的寿命提高，故障率降低，从而

23、提高了产品的可*性和稳定性。有些光机电一体化产品甚至做到不需维修或者具有自诊断功能。6. 开发上的知识密集性研制开发光机电一体化产品往往要涉及许多学-科和专业知识，如数学、物理学、化学、声学、机械工程学、电力电子学、电工学、系统工程学、光学、控制论、信息论和计算机科学等多门学科以及各门类的专业知识。比如人们很熟悉的静电复印机、彩色印像机等，就是一种由机、电、光、磁、化学等多种学科和技术复合创新的新型产品。设计这类产品的工程技术人员对自身的知识结构提出更新更高的要求。现代化的技术更需要现代化的人才来掌握和开发它。需要发挥多种功能的先进设备、必然要赋予它多种知识和智慧。开发光机电一体化产品有不同的层次和灵活的自由度。在机械技术中恰当地引入电子技术，产品的面貌和行业的面貌就可以迅速发生巨大变化。产品一旦实现光机电一体化，便具有很高的功能水平和附加价值，将给开发生产者和用户带来巨大的社会经济效益，从而造福于人民，有利于国家。