机电一体化系统设计第一章-绪论课件

机电一体化系统设计机电一体化系统设计1目目 录录n第第一一章章 绪绪论论n第第二二章章 机机械械系系统统设设计计n第第三三章章 传传感感器器检检测测及及其其接接口口电电路路n第第四四章章 控控制制电电动动机机及及其其选选择择计计算算n第第五五章章 工工业业控控制制计计算算机机及及接接口口设设计计n第第六六章章机机电电一一体体化化系系统统设设计计及及应应用用举举例例2第一章第一章 绪绪 论论主要内容：主要内容：机电一体化概念机电一体化概念机电一体化构成要素及相关技术机电一体化构成要素及相关技术机电一体化系统设计的目标与方法机电一体化系统设计的目标与方法 3第一节第一节 机电一体化的定义机电一体化的定义一、机电一体化概念一、机电一体化概念:“机电一体化机电一体化”一词一词(Mecharonics)在在20世世纪纪70年代起源于日本。年代起源于日本。Mechatronics=Mechanics+Electronics 4n机电一体化不是机械机电一体化不是机械与电子简单的叠加，而与电子简单的叠加，而是在是在信息论、控制论和信息论、控制论和系统论系统论的基础上建立起的基础上建立起来的来的应用技术应用技术.机电一体化信息科学机械学电子学5机械工程和电子工程相结合的技术，机械工程和电子工程相结合的技术，以及应用这些技术的机械电子装置以及应用这些技术的机械电子装置（产品）。（产品）。机电一体化一般包含机电一体化一般包含机电一体化产品机电一体化产品(系统系统)和和机电一体化技术机电一体化技术两层含义。两层含义。6n 典型的机电一体化产品典型的机电一体化产品(系统系统)有：有：数控机床、机器人、汽车电子化产品、数控机床、机器人、汽车电子化产品、智能化仪器仪表、电子排版印刷系统、智能化仪器仪表、电子排版印刷系统、CADCADCAMCAM系统等。系统等。n 机电一体化中包含的关键技术在第三机电一体化中包含的关键技术在第三节中详细介绍。节中详细介绍。7数数控控铣铣床床8数控车床数控车床数控车床数控车床9焊接机器人焊接机器人焊接机器人焊接机器人10模块化生产系统模块化生产系统模块化生产系统模块化生产系统11柔性制造系统柔性制造系统柔性制造系统柔性制造系统12脑内脏骨骼五官四肢控制动力构造检测动作第二节第二节 机电一体化系统的基本功能要素机电一体化系统的基本功能要素13控制系统动力装置检测装置执行元件机械本体14机机械械本本体体传感器传感器计算机计算机动力动力执行元件执行元件数控机床组成数控机床组成15传感器传感器机械本体机械本体计算机计算机动力动力执行元件执行元件16传感器传感器机械本体机械本体计算机计算机动力动力执行元件执行元件17第三节第三节 机电一体化的相关技术机电一体化的相关技术 181.机械技术机械技术 机电一体化的机械产品与传统的机械机电一体化的机械产品与传统的机械产品的区别在于：产品的区别在于：机械结构更简单、机械机械结构更简单、机械功能更强、性能更优越。功能更强、性能更优越。现代机械要求具现代机械要求具有更新颖的结构、更小的体积、更轻的重有更新颖的结构、更小的体积、更轻的重量，还要求精度更高、刚度更大、动态性量，还要求精度更高、刚度更大、动态性能更好。能更好。19 在设计和制造机械系统时除了考虑在设计和制造机械系统时除了考虑静静态、动态刚度及热变形态、动态刚度及热变形等问题外，还应考等问题外，还应考虑采用虑采用新型复合材料和新型结构以及新型新型复合材料和新型结构以及新型的制造工艺和工艺装置的制造工艺和工艺装置。202.传感检测技术传感检测技术 研究内容：研究内容：一是研究如何将各种被测量（包括物理量、化学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；量和生物量等）转换为与之成比例的电量；二是研究对转换的电信号的加工处理，如放大、二是研究对转换的电信号的加工处理，如放大、补偿、标度变换等。补偿、标度变换等。要求：要求：传感检测装置能传感检测装置能快速、准确、可靠快速、准确、可靠的获取信的获取信息息。213.信息处理技术信息处理技术 实现信息处理的实现信息处理的主要工具是计算机主要工具是计算机。计算机技术包括计算机的软件技术、硬件技术、计算机技术包括计算机的软件技术、硬件技术、网络与通讯技术和数据技术。网络与通讯技术和数据技术。22n机电一体化系统中主要采用机电一体化系统中主要采用工业控制机工业控制机（包括可编程控制器，单、多回路调节器，（包括可编程控制器，单、多回路调节器，单片微控制器，总线式工业控制机，分布单片微控制器，总线式工业控制机，分布式计算机测控系统）进行信息处理。式计算机测控系统）进行信息处理。n信息处理的发展方向是信息处理的发展方向是提高信息处理的速提高信息处理的速度、可靠性和智能化程度。度、可靠性和智能化程度。234.自动控制技术自动控制技术 自动控制所依据的理论是自动控制所依据的理论是自动控制原理（包自动控制原理（包括经典控制理论和现代控制理论）。括经典控制理论和现代控制理论）。自动控制技术就是在此理论的指导下对具体自动控制技术就是在此理论的指导下对具体控制装置或控制系统进行设计；设计后进行系统控制装置或控制系统进行设计；设计后进行系统仿真，现场调试；最后使研制的系统可靠地投入仿真，现场调试；最后使研制的系统可靠地投入运行。运行。245.伺服传动技术伺服传动技术 研究对象：研究对象：执行元件及其驱动装置执行元件及其驱动装置 执行元件种类：执行元件种类：电动电动、液压液压、气压气压电动伺服：电动伺服：步进电机、直流伺服电机、步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机等。交流伺服电机等。液压伺服：液压伺服：液压马达、脉冲油缸等。液压马达、脉冲油缸等。256.系统总体技术系统总体技术 机电一体化系统是一个技术综合体，机电一体化系统是一个技术综合体，它利用系统总体技术将各有关技术协调它利用系统总体技术将各有关技术协调配合、综合运用而达到整体系统的最佳配合、综合运用而达到整体系统的最佳化。化。26第四节第四节 机电一体化系统设计的机电一体化系统设计的目标与方法目标与方法 一、机电一体化产品和系统分类：一、机电一体化产品和系统分类：数控机床、机器人、自动生产设备数控机床、机器人、自动生产设备生产用机电一体化产品生产用机电一体化产品 柔性生产单元、自动组合生产单元柔性生产单元、自动组合生产单元 FMS、无人化工厂、无人化工厂、CIMS 微机控制汽车、机车等交通运输工具微机控制汽车、机车等交通运输工具 运输、包装及工程运输、包装及工程 数控包装机械及系统数控包装机械及系统 数控运输机械及工程机械设备数控运输机械及工程机械设备27 自动仓库自动仓库储存、销售储存、销售 自动空调与制冷系统及设备自动空调与制冷系统及设备 自动称量、分选、销售及现金处理系自动称量、分选、销售及现金处理系统统 自动化办公设备自动化办公设备社会服务性社会服务性 动力、医疗、环保及公共服务自动化设备动力、医疗、环保及公共服务自动化设备 文教、体育、娱乐用机电一体化产品文教、体育、娱乐用机电一体化产品28n n 微机或数控型耐用消费品微机或数控型耐用消费品n家庭用机电一体化产品家庭用机电一体化产品 炊事自动化机械炊事自动化机械n 家庭用信息、服务设备家庭用信息、服务设备n 测试设备测试设备n科研及过程控制用机电一体化产品科研及过程控制用机电一体化产品 控制设备控制设备n 信息处理系统信息处理系统n农、林、牧、渔及其它民用机电一体化产品农、林、牧、渔及其它民用机电一体化产品n航空、航天、国防用武器装备等机电一体化产品航空、航天、国防用武器装备等机电一体化产品29二、机电一体化产品的表现形式：二、机电一体化产品的表现形式：1.机械的电子化机械的电子化 （1）在原有机械系统的基础上采用微型计算机）在原有机械系统的基础上采用微型计算机控制装置，使系统的性能提高，功能增强。控制装置，使系统的性能提高，功能增强。例如，模糊控制洗衣机能根据衣物的洁净度自动例如，模糊控制洗衣机能根据衣物的洁净度自动控制洗涤过程，从而实现节水、节电、节时、控制洗涤过程，从而实现节水、节电、节时、节洗衣粉的功能；节洗衣粉的功能；机床的数控化是另一个典型的例子。机床的数控化是另一个典型的例子。30（2）用电子装置局部替代机械传动装置和机械控制）用电子装置局部替代机械传动装置和机械控制装置，简化结构，增强控制灵活性。装置，简化结构，增强控制灵活性。例如，数控机床的进给系统采用伺服系统，简化例如，数控机床的进给系统采用伺服系统，简化了传动链，提高了进给系统的动态性能；了传动链，提高了进给系统的动态性能；将传统电机的电刷用电子装置替代形成的无刷电将传统电机的电刷用电子装置替代形成的无刷电机，具有性能可靠、结构简单、尺寸减小等优点。机，具有性能可靠、结构简单、尺寸减小等优点。31（3）用电子装置完全替代原来执行信息处）用电子装置完全替代原来执行信息处理功能的机构，既减化了结构，又极大理功能的机构，既减化了结构，又极大地丰富了信息传输的内容，提高了速度。地丰富了信息传输的内容，提高了速度。例如，石英电子钟表、电子秤、按键式例如，石英电子钟表、电子秤、按键式电话等。电话等。32 （4）用电子装置替代机械的主功能，形成）用电子装置替代机械的主功能，形成特殊的加工能力。特殊的加工能力。例如，电火花加工机床、线切割加工机床、例如，电火花加工机床、线切割加工机床、激光加工机床等。激光加工机床等。332.机电技术完全融合形成新型机电一体机电技术完全融合形成新型机电一体化产品化产品 生产机械中的激光快速成形机；信息机械生产机械中的激光快速成形机；信息机械中的传真机、打印机、复印机；中的传真机、打印机、复印机；检测机械中的检测机械中的CT（计算机断层扫描诊断（计算机断层扫描诊断装置）扫描诊断仪、扫描隧道显微镜等。装置）扫描诊断仪、扫描隧道显微镜等。34三、机电一体化的发展方向：三、机电一体化的发展方向：1、复合化、复合化2、小型化，轻量化、小型化，轻量化3、高速化、高速化4、移动化、移动化5、智能化、智能化6、层次化和系统化、层次化和系统化7、全盘化、全盘化35n总之，性能上总之，性能上:向高精度、高效率、高性向高精度、高效率、高性能、智能化方向发展能、智能化方向发展；n功能上：功能上：向小型化、轻型化、多功能方向小型化、轻型化、多功能方向发展向发展;n层次上：层次上：向系统化、复合集成化方向发向系统化、复合集成化方向发展。展。36四、机四、机电电一体化系一体化系统设计统设计方法：方法：n1.1.取代法取代法 取取代代法法就就是是用用电电气气控控制制取取代代原原系系统统中中的的机机械械控控制制机机构构。该该方方法法是是改改造造旧旧产产品品、开开发发新新产产品品或或对对原原系系统统进进行行技技术术改改造造常常用用的的方法方法,也是改造传统机械产品的常用方法。也是改造传统机械产品的常用方法。37n2.2.整体设计法整体设计法 整整体体设设计计法法主主要要用用于于新新产产品品的的开开发发设设计计。在在设设计计时时完完全全从从系系统统的的整整体体目目标标出出发发,考考虑虑各各子系统的设计。子系统的设计。38n3.3.组合法组合法 组组合合法法就就是是选选用用各各种种标标准准功功能能模模块块组组合合设计成机电一体化系统。设计成机电一体化系统。例例如如,设设计计一一台台数数控控机机床床,可可以以依依据据机机床床的的性性能能要要求求,通通过过对对不不同同厂厂家家的的计计算算机机控控制制单单元元、伺伺服服驱驱动动单单元元、位位移移和和速速度度测测试试单单元元及及主主轴轴、导导轨轨、刀刀架架、传传动动系系统统等等产产品品的的评评估估分分析析,研研究究各各单单元元间间接接口口关关系系和和各各单单元元对对整整机机性性能能的的影影响响,通通过过优优化化设设计计确确定定机机床的结构组成。床的结构组成。39第五节第五节 本课程的目的和要求本课程的目的和要求 本课程目的是本课程目的是:研究怎样利用系统设计原理和综合集成技术，研究怎样利用系统设计原理和综合集成技术，将控制电动机、传感器、机械系统、微机控制系统、将控制电动机、传感器、机械系统、微机控制系统、接口及控制软件等机电一体化要素组成各种性能优接口及控制软件等机电一体化要素组成各种性能优良的、可靠的机电一体化产品或系统。良的、可靠的机电一体化产品或系统。40本课程具体要求是本课程具体要求是:1、掌握机电一体化系统设计的基本概念、基、掌握机电一体化系统设计的基本概念、基本原理和基本知识。本原理和基本知识。2、掌握机电一体化系统设计中常用的机械量、掌握机电一体化系统设计中常用的机械量检测传感器、控制电动机的原理、结构、性检测传感器、控制电动机的原理、结构、性能和应用。能和应用。413、掌握机电一体化系统设计中常用的机械、掌握机电一体化系统设计中常用的机械系统设计、工业控制、计算机控制、接系统设计、工业控制、计算机控制、接口设计的基本方法。口设计的基本方法。4、初步掌握机电一体化系统设计原理和综、初步掌握机电一体化系统设计原理和综合集成技巧，进行总体方案的分析和设合集成技巧，进行总体方案的分析和设计。计。42本章小结本章小结n机电一体化概念机电一体化概念n机电一体化构成要素及相关技术机电一体化构成要素及相关技术n机电一体化系统设计的目标与方法机电一体化系统设计的目标与方法 43p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe学习总结44结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。When You Do Your Best,Failure Is Great,So DonT Give Up,Stick To The End演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日 45