机电一体化技术-课件

机械技术机械技术传感器技术传感器技术接口技术接口技术计算机与信计算机与信息处理技术息处理技术伺服驱动技术伺服驱动技术自动控制技术自动控制技术 机电一体化技术机电一体化技术第五章第五章 机电一体化技术机电一体化技术1.1.定义定义“机电一体化机电一体化”(mechatronics)一词在一词在20世纪世纪70年代起源于日年代起源于日本。它取英文单词本。它取英文单词mechanics(机械学机械学)的前半部分和的前半部分和electronics(电子学电子学)的后半部分拼成一个新词，即机械电子学的后半部分拼成一个新词，即机械电子学或机电一体化。或机电一体化。机电一体化主要涉及的相关技术：机电一体化主要涉及的相关技术：机械技术传感器技术接口技术计算机与信息处理技术伺服驱动技术自12.2.机电一体化系统的组成要素机电一体化系统的组成要素动力部分动力部分（内脏）（内脏）计算机系统计算机系统（大脑）（大脑）传感器传感器（五官）（五官）机械本体机械本体（骨骼）（骨骼）执行机构执行机构（四肢）（四肢）机电一体化系统与人体的功能和要素对照示意图机电一体化系统与人体的功能和要素对照示意图2.机电一体化系统的组成要素动力部分计算机系统传感器机械本23.3.机电一体化产品分类机电一体化产品分类机电一体化产品按产品的应用领域可以划分为以下几类：机电一体化产品按产品的应用领域可以划分为以下几类：(1)(1)工业，如：数控机床、工业，如：数控机床、机器人机器人、自动生产设备、自动生产设备、FMSFMS、CIMSCIMS、无人化工厂等；无人化工厂等；(2)(2)运输、包装及工程，如：运输、包装及工程，如：电子化汽车电子化汽车、数控包装机械、数控、数控包装机械、数控运输机械及工程机械设备等；运输机械及工程机械设备等；(3)(3)储存销售，如：自动仓库、自动称量、销售及现金处理等；储存销售，如：自动仓库、自动称量、销售及现金处理等；(4)(4)社会服务性，如：自动化办公机械、医疗与环保及公共服务社会服务性，如：自动化办公机械、医疗与环保及公共服务自动化设备、文教、娱乐用机电一体化产品等；自动化设备、文教、娱乐用机电一体化产品等；(5)(5)家用，如：洗衣机、炊事自动化机械等；家用，如：洗衣机、炊事自动化机械等；(6)(6)科研及过程控制，如：测试设备、信息处理设备等；科研及过程控制，如：测试设备、信息处理设备等；(7)(7)农、林、牧、渔，如：现代农业生产控制装置等；农、林、牧、渔，如：现代农业生产控制装置等；(8)(8)航空、航天、国防用武器装备等。航空、航天、国防用武器装备等。3.机电一体化产品分类3机电一体化技术-课件4机电一体化技术-课件5类人型机器人类人型机器人类人型机器人6根据应用领域，机器人可分类如下：根据应用领域，机器人可分类如下：工业机器人：工业机器人：应用于工业生产，它发展最早、技术最成熟、应用最广。应用于工业生产，它发展最早、技术最成熟、应用最广。军事机器人：军事机器人：用于物资搬运、火炮发射、探雷排险或侦察等军事作业。用于物资搬运、火炮发射、探雷排险或侦察等军事作业。安保机器人：安保机器人：从事反恐、排爆、巡逻、监控等工作。从事反恐、排爆、巡逻、监控等工作。医疗机器人：医疗机器人：辅助医生进行手术、扎针、整骨等工作，另有能进入肠辅助医生进行手术、扎针、整骨等工作，另有能进入肠道或血管进行检测的微型医疗机器人。道或血管进行检测的微型医疗机器人。建筑机器人：建筑机器人：用于大型建筑物墙面的清洁、检测探伤或表面喷涂防护用于大型建筑物墙面的清洁、检测探伤或表面喷涂防护等作业。等作业。农业机器人：农业机器人：对瓜果进行采摘或对农作物进行护理、施肥或收获。对瓜果进行采摘或对农作物进行护理、施肥或收获。林业机器人：林业机器人：用于树枝修剪、树木清理或搬运等作业。用于树枝修剪、树木清理或搬运等作业。教育、娱乐机器人：教育、娱乐机器人：针对青少年寓教于乐，或用于抚慰老年人。针对青少年寓教于乐，或用于抚慰老年人。社会、家庭服务机器人：社会、家庭服务机器人：展览馆接待或导航，家庭清洁或安全监控，展览馆接待或导航，家庭清洁或安全监控，对老弱病残护理等。对老弱病残护理等。根据应用领域，机器人可分类如下：7工业机器人工业机器人（Industrial Robot）是在工业生产中应用的机器人，）是在工业生产中应用的机器人，是一种可重复编程的、多功能的、多自由度的自动控制操作机。是一种可重复编程的、多功能的、多自由度的自动控制操作机。工业机器人可用于制造、装配、焊接、喷涂、搬运等作业，在工业机器人可用于制造、装配、焊接、喷涂、搬运等作业，在汽车和电子生产线上大量使用。汽车和电子生产线上大量使用。机器人用于焊接车身工业机器人（Industrial Robot）是在工业生产中8机电一体化技术-课件9机电一体化技术-课件10五轴机器人手臂在三维空间的运动区域五轴机器人手臂在三维空间的运动区域机电一体化技术-课件11五轴机器人坐标系五轴机器人坐标系（世界坐标系、工具坐标系）（世界坐标系、工具坐标系）五轴机器人坐标系12五轴机器人各轴的运动方向轴轴2轴轴5轴轴3轴轴4轴轴1轴2轴5轴3轴4轴113机器人编程基本指令机器人编程基本指令(ACL编程语言编程语言)（1）移动指令：移动指令：MOVED/MOVELDMOVED 1（移动到点（移动到点1）MOVELD 1（直线移动到点（直线移动到点1）MOVELD 1 200（在（在2秒钟时间内直线移动到点秒钟时间内直线移动到点1）（2）显示运动轨迹：）显示运动轨迹：DRAWON/DRAWOFFDRAWON（4）（4为轨迹线的颜色编号）为轨迹线的颜色编号）DRAWOFF（取消显示运动轨迹）（取消显示运动轨迹）（3）机器人手爪开闭动作指令：机器人手爪开闭动作指令：OPEN/CLOSEOPEN（打开）（打开）CLOSE（闭合）（闭合）（4）设定运动速度：设定运动速度：SPEEDA/SPEEDBSPEEDA 25（设（设A组运动速度为最大值的组运动速度为最大值的25%，默认值为，默认值为30%）SPEEDB 10（设（设B组运动速度为最大值的组运动速度为最大值的10%）机器人编程基本指令(ACL编程语言)14（5）条件语句：条件语句：IF.ELSE.ENDIFIF A=1MOVED 1ELSEMOVED 2ENDIF（6）循环（无限次的循环）循环（无限次的循环）LABEL 1（做一个标签（做一个标签1）.GOTO 1（跳转到标签（跳转到标签1）（7）赋值语句：）赋值语句：SETSET A=0SET A=A+1SET OUT 2=1（使（使2号输出端口的信号状态为号输出端口的信号状态为1，常用于与其他控制器，常用于与其他控制器进行通讯）进行通讯）（5）条件语句：IF.ELSE.ENDIF15机器人末端执行机构机器人末端执行机构 手爪手爪 手爪手爪 气动吸盘气动吸盘 焊枪焊枪机器人末端执行机构 手爪 手爪 气动16应用实例一：机器人用于零件重新排列应用实例一：机器人用于零件重新排列应用实例一：机器人用于零件重新排列17应用实例一：机器人用于零件重新排列应用实例一：机器人用于零件重新排列应用实例一：机器人用于零件重新排列18应用实例二：机器人用于装配应用实例二：机器人用于装配应用实例二：机器人用于装配19装配过程动画.wmv应用实例二：机器人用于装配应用实例二：机器人用于装配装配过程动画.wmv应用实例二：机器人用于装配20应用实例三：机器人用于喷涂油漆应用实例三：机器人用于喷涂油漆应用实例三：机器人用于喷涂油漆21应用实例四：机器人用于涂抹粘结剂应用实例四：机器人用于涂抹粘结剂应用实例四：机器人用于涂抹粘结剂22应用实例四：机器人用于涂抹粘结剂应用实例四：机器人用于涂抹粘结剂应用实例四：机器人用于涂抹粘结剂23应用实例五：机器人用于机床上下料应用实例五：机器人用于机床上下料机床上下料过程动画.wmv应用实例五：机器人用于机床上下料机床上下料过程动画.wmv24应用实例六：机器人用于柔性制造系统应用实例六：机器人用于柔性制造系统应用实例六：机器人用于柔性制造系统256.柔性制造系统（柔性制造系统（FMS）20世纪世纪50年代在美国的年代在美国的MIT（麻省理工学院）诞生了第一台（麻省理工学院）诞生了第一台数控机床以后，机电一体化及数控（数控机床以后，机电一体化及数控（NC）的概念出现了。）的概念出现了。随着机电一体化技术的进一步发展随着机电一体化技术的进一步发展,出现了计算机数控出现了计算机数控(CNC)、计算机直接控制计算机直接控制(又称群控又称群控)(DNC)、计算机辅助制造、计算机辅助制造(CAM)、计、计算机辅助设计算机辅助设计(CAD)、成组技术、成组技术(GT)、计算机辅助工艺规程、计算机辅助工艺规程(CAPP)、工业机器人技术、工业机器人技术(ROBOT)等新技术。等新技术。在这些新技术的基础上，为在这些新技术的基础上，为多品种、中小批量多品种、中小批量生产的需要而生产的需要而兴起的柔性自动化制造技术得到了迅速的发展，作为这种技术兴起的柔性自动化制造技术得到了迅速的发展，作为这种技术具体应用的柔性制造系统具体应用的柔性制造系统(FMS)、柔性制造单元、柔性制造单元(FMC)和柔性制和柔性制造自动线造自动线(FML)等柔性制造设备纷纷问世，其中柔性制造系统等柔性制造设备纷纷问世，其中柔性制造系统(Flexible Manufacturing System，FMS)最具代表性。最具代表性。6.柔性制造系统（FMS）26FMS的组成：的组成：（1）加工系统）加工系统（2）运储系统）运储系统（3）计算机控制系统）计算机控制系统FMS的特点：的特点：（1）柔性柔性（能同时加工不同零件、机床故障时能自动排除故障或将零件能同时加工不同零件、机床故障时能自动排除故障或将零件转移至其他机床上加工）转移至其他机床上加工）（2）自动化自动化（加工自动化、运储自动化、信息流自动化）（加工自动化、运储自动化、信息流自动化）（3）设备利用率高，占地面积小）设备利用率高，占地面积小（4）减少直接劳动工人数）减少直接劳动工人数（5）产品质量高而稳定）产品质量高而稳定（6）减少在制品库存量）减少在制品库存量（7）投资高、风险大，开发周期长、管理水平要求高。）投资高、风险大，开发周期长、管理水平要求高。FMS的组成：（1）加工系统（2）运储系统（3）计算机27FMS动画.wmvFMS动画.wmv28机电一体化技术-课件29示教盒：可手动有线遥控机器人示教盒：可手动有线遥控机器人30“机电一体化机电一体化”(mechatronics)一词在一词在20世纪世纪70年代起源于日年代起源于日本。它取英文单词本。它取英文单词mechanics(机械学机械学)的前半部和的前半部和electronics(电子学电子学)的后半部分拼成一个新词，即机械电子学或机电一体的后半部分拼成一个新词，即机械电子学或机电一体化。化。机电一体化技术就是以机械工程学和电子工程学为支柱，综合机电一体化技术就是以机械工程学和电子工程学为支柱，综合控制工程学、信息工程学、材料学、光学等形成的多学科综合控制工程学、信息工程学、材料学、光学等形成的多学科综合技术。技术。机械技术机械技术(机械学、机构学机械学、机构学)微电子技术微电子技术(半导体技术、半导体技术、计算机技术计算机技术)机电一体化机电一体化机电一体化机电一体化技术技术技术技术“机电一体化”(mechatronics)一词在20世纪70313.3.机电一体化产品分类机电一体化产品分类机电一体化产品种类繁多，目前还在不断扩展，按产品的功能，机电一体化产品种类繁多，目前还在不断扩展，按产品的功能，可以划分为以下几类：可以划分为以下几类：(1)(1)数控机械类：如：数控机床、工业机器人、自动洗衣机等。数控机械类：如：数控机床、工业机器人、自动洗衣机等。(2)(2)电子设备类：如：电子设备类：如：(3)(3)(4)(4)(5)(5)3.机电一体化产品分类32