机电一体化概论第1章 导论
机电一体化概论
1.1机电一体化的定义和基本概念(2)
■ [例1-1]机械手 组织教学 建议：①参观机械手及其动作，结合讲授。 ②重点介绍机电一体化共性的各关键技术及其含义。
1.2机电一体化系统的基本结构和功能 (1)
■ 基本结构：机械部分、控制及信息处理部分、动力部分、传感检测部分、驱动部 分等五个部分(或系统)。
3.5全自动洗衣机
■ 简介： 全自动洗衣机是广泛应用于家用电器中典型的机电一体化设备。
■ 种类： 波轮式、滚筒式、搅拌式等。 洗衣基本原理 基本结构： 洗涤系统、给排水系统、脱水系统、电动机与传动系统、控制系统、箱体与支撑机构 等。
3.5全自动洗衣机
■ 新型洗衣机----模糊洗衣机 几个概念：模糊逻辑、控制原理、模糊控制推理系统、推理规则等。 组织教学 建议：在教学中尽量多结合实际例子或实物进行讲授。
2.7接口技术(1)
■ 概念： 接口----指将机电一体化系统的各部分连接起来的连接电路。 设置接口电路的原因。 接口电路的主要作用、功能。 接口电路的类型：人机接口与机电接口两大类。
2.7接口技术(1)
■ 人机接口-----指人与计算机之间建立联系、实现交换、传输信息的输入/输出设备 的控制电路。 两个任务：信息形式的转换和信息传输的控制。 机电接口---指计算机与机械装置或设备之间联系的控制电路。
■ 组织教学 建议：①结合[例1-2]平面关节型机械手，重点掌握机电一体化系统的结构。 ②结合实物----机械手，介绍机电一体化系统的结构。
1.3机电一体化产品(系统)的种类
■ 按功能来划分： 数控机械类；电子设备类；机电结合类；信息处理类；其它类。
■ 按用途来划分： 生产用类；运输、包装及工程用类；存储、销售用类；社会服务性用类；家庭用 类；科研及பைடு நூலகம்程控制用类；其它用类。 组织教学 建议：在教学中结合日常生活和工作的实际例子进行讲授。
机电一体化技术导论
动力 系统
信息处 理及控 制系统
机械 本体
执行 装置
检测 功能
动力 功能
控制 功能
主功 能
构造 功能
第一章 机电一体化技术导论 22
从机电一体化系统的功能看，人体是机电一体化 系统理想的参照物。
第一章 机电一体化技术导论 23
人体五大要素与机电一体化产品五大要素 的对应关系
动力 系统
(内脏)
传感
第一章 机电一体化技术导论 25
动力系统 按照系统控制要求，为系统提供能量和 动力，驱动执行机构完成预定主功能。 根据动力源的不同，可分为液压式、气 压式、电气式等类型。 追求目标：高效率、快速响应特性、高 适应性和可靠性。
第一章 机电一体化技术导论 26
传感与检测系统
在系统运行中对系统本身和外界环境的 各种参数及状态进行检测，并把被检测 信号转换成可用的输出信号（电压、电 流、频率和脉冲等），为信息处理及控 制系统提供所需信息。 组成：传感器和信号检测电路。 追求目标：高精度、抗干扰、环境适应 性强、体积小、安装维护容易。
第一章 机电一体化技术导论 27
信息处理及控制系统
接受传感与检测系统反馈的信息，并对 其进行相应处理、运算、决策，根据处 理结果，按照一定的规则发出相应的控 制信号，控制整个系统按要求实现有序 地运行。
机融合的一种综合性技术，而不是机械技 术、微电子技术以及其它新技术的简单组 合、拼凑。
第一章 机电一体化技术导论 11
机电一体化技术
机电一体化与机械电气化的区别？
主要区别为:
① 电气机械在设计过程中不考虑或少考虑电器与 机械的内在联系，基本上是根据机械的要求，选用 相应的驱动电机或电气传动装置；
机电一体化设计基础概论
4．控制与信息处理装置 主要是指由计算机及其相 应硬、软件所构成的控制系统。 5．执行机构 包括机械传动与操作机构，在控制信 息作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。 是机电一体化产品中最重要的组成要素之一。 其中，机电一体化产品五大要素及功能如图1-2所示。
第四节 机电一体化产品的分类
机电一体化产品可划分为功能附加型、功能替 代型和机电融合型三类。 1．功能附加型产品：主要特征是在原有机械产 品基础上，采用微电子技术，使产品功能增加和增 强，性能得到适当的提高。经济型数控机床、电子 秤、数显量具、全自动洗衣机等都属于这一类机电 一体化产品。 2．功能替代型产品：主要特征是采用电子技术 及装置取代原产品中的机械控制功能、信息处理功 能或主功能，使产品结构简化，性能提高。柔性增 加，如电子缝纫机、自动照相机等用微电于装置取 代了原来复杂的机械控制机构；线切割加工机床、 激光手术器等则用因微电子技术的应用而产生的新 功能，取代了原来机械的主功能。
第五节 机电一体化共性关键技术
一、机械技术 二、 检测传感技术 三、信息处理技术 四、自动控制技术
五、伺服驱动技术
六、系统总体技术
第五节 机电一体化共性关键技术
一、机械技术 实现机电一体化产品的主功能和构造功能， 影响系统的结构、重量、体积、刚性、可靠 性等。 机电一体化产品要求：机械结构更简单、机 械功能更强、体积更小、重量更轻、精度更 高、刚度更大、动态性能更好。
系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统工 程的观点和方法，将系统各个功能模块有机的结合 起来，以实现整体最优。其重要内容为接口技术。 接口包括电气接口、机械接口、人机接口。
第一节
机电一体化基本概念
机电一体化是随着生产和技术的发展，在以 机械、电子技术为主的多门技术学科相互渗透、 相互结合过程中逐形成和发展起来的一门新兴边 缘技术学科。 机电一体化是一种崭新的学术思想，它除了 强调机与电的有机结合，还具有更深刻、更广泛 的涵义。按照机电一体化思想，凡是由各种现代 高新技术与机械和电子技术相互结合而成的各种 技术，产品(或系统)都属于机电一体化范畴。 机电一体化是一个综合的概念，包含了技术 和产品两方面内容。
第一章机电一体化技术导论
概述
第一章 机电一体化技术导论
9
4.机电一体化与机械电气化的区别
•① 电气机械在设计过程中不考虑或少考虑电器与机械的 内在联系； • ② 机械和电气装置之间界限分明，以机械联结为主，装 置是刚性的； • ③ 装置的控制以基于电磁学原理的各种电器；
•④机电一体化产品具有“智能化” 本质差别。
概述 第一章 机电一体化技术导论
理论基础与关键技术
第一章 机电一体化技术导论
42
执行元件有：电动、气动和液压等 执行元件 一方面通过接口电路装置与计算机相联，接收 控制系统的指令 一方面通过机械接口与执行机构相联，以实现 规定的动作
理论基础与关键技术
第一章 机电一体化技术导论
43
5.接口技术
从系统外部看，输入/输出是系统与人、环境或其它 系统之间的接口； 从系统内部看，机电一体化系统是通过许多接口将 各组成要素的输入/输出联系成一体的系统；
接口（物理）
第一章 机电一体化技术导论
22
机电一体化
一种以产品和过程为基础的技术 以机械为主体，以微电子技术，特别是 计算机技术为核心 强调各种技术的协同和集成 贯穿于设计与制造全过程
第一章 机电一体化技术导论
23
三、机电一体化系统的分类（执行机构）
数控机械类 电子设备类 机电结合类 电液伺服类 信息控制类
基本组成
第一章 机电一体化技术导论
17
基本组成
第一章 机电一体化技术导论
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机电一体化系统构成要素与人体构 成要素的对应关系
机电一体化 系统要素
功能 控制（信息存储、处理、 传送）
检测（信息收集与变换） 驱动（操作） 提供动力（能量） 支撑与联接
第一章机电一体化导论
1机电一体化导论本章导读机电一体化作为一门新型的综合性学科，涉及的知识领域非常广泛。
本章首先介绍机电一体化的概念、发展过程及其与机械电气化的根本区别，进而阐释其内涵和本质，并通过典型实例归纳出其优越性。
其次，通过机电一体化系统与人体各部位相对比，剖析系统的构成，从而指出分析机电一体化系统的基本途径。
再次，重点介绍机电一体化的理论基础与关键技术，明确系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础和方法论，提出发展机电一体化技术所面临的共性关键技术，并分析它们在系统中所起的作用及其发展对机电一体化技术的影响等。
最后，通过回顾机电一体化技术的发展历程，展望机电一体化的主要发展方向和发展趋势。
学习内容与要求1﹒学习并掌握机电一体化的基本概念、内涵和本质；2﹒熟悉机电一体化系统各基本要素的相互关系以及它们在机电一体化系统中所起的作用，熟悉机电一体化技术带来的技术经济效益和社会效益；3﹒学习并熟练、掌握机电一体化的理论基础与关键技术；4﹒了解机电一体化的发展状况和发展趋势。
本章重点1﹒机电一体化的基本概念、内涵和本质；2﹒机电一体化的理论基础与关键技术。
本章难点机电一体化的理论基础与关键技术。
媒体使用说明学生可通过文字教材理解机电一体化的基本概念、基本理论与关键技术及其发展概况等知识。
文字教材中的重点、难点在录像教材和流媒体课件中有较详尽的讲解；机电一体化的系统构成及典型产品的工作过程等用文字不易表达清楚的教学内容以实物、照片、场景等视频方式作为辅助教学手段；另外，在流媒体课件中着重讲解本章知识重点、难点的典型实例以及本章的学习思路和方法等内容。
1﹒1概述机电一体化又称机械电子学，英文称为Mechatronics，它是由英文Mechanics（机械学）的前半部分与Electronics （电子学）的后半部分组合而成的。
机电一体化最早出现在1971年日本《机械设计》杂志的副刊上。
随着科学技术的快速发展，机电一体化的概念被人们广泛接受和普遍使用。
机电一体化概论
计算机辅助工程（CAE）是采用CAE技术以 及有限元分析发，可实现对质量、体积、
惯性力矩、强度等计算分析；对产品的运 动精度，动、静态特征等的性能分析；对 产品的应力、变形等的结构分析。
五、并行工程
并行工程是集成地、并行地设计产品及其 部件和相关各种过程的一种系统工作模式。
律、分析方法和自控系统的构造等。 三、机电一体化技术的特点 机电一体化技术具有以下特点： 1、体积小、重量轻
2、速度快、精度高 3、可靠性高 4、柔性好
由于机电一体化技术的上述特点，使其机 电一体化产品具有节能、高质、高效、低 成本的共性，从而产生一系列过去不可想 象的新产品。
管理信息系统（MIS）、物料需求计划（MRP） 制造资源计划(MRP)等。
从狭义上来讲，先进制造是指各种计算机辅助制 造设备和计算机集成制造系统。
生产过程中机电一体化所包括的内容： 一、计算机的辅助设计
计算机的辅助设计是在计算机硬件与软件的支撑 下，通过对产品的描述、造型、系统分析、优化、 仿真和图形处理的研究，使计算机辅助完成产品 的全部设计过程，最后输出满意的设计结果和产 品图形。
为系统提供能量和动力。使系统正常运行。 （4）传感器（检测要素） 传感器是将被测对象的状态、性质等信息
转换为一定的物理量或者化学量。 （5）计算机控制装置（控制要素） 为达到一定的目的而实行的适当的操作成
为控制。
6、接口
机电一体化系统由许多要素或子系统构成， 各子系统之间必须能顺利进行物质、能量 和信息的传递与交换，为此各要素或子系 统相接处必须具备一定的联系部件，这个 部件称为接口，其基本功能主要有三个：1、 交换，需要进行信息交换和传输之间，2、 放大，在两个信息强度相差悬殊的环节间， 经接口放大，达到能量的匹配；
第一章机电一体化导论知识要点辅导
第一章：机电一体化技术导论教学辅导
一、本章知识要点
（1）机电一体化技术的基本概念、特点和分类方法；
（2）机电一体化系统的组成结构；
（3）机电一体化关键技术。
二、教学建议
●通过文字教材理解机电一体化的基本概念、基本理论与关键技术及其发展概况等知识；
●在录像教材第1讲讲解了机电一体化的系统构成及典型产品的工作过程等用文字不易表达清楚的教学内容，以实物、照片、场景等视频方式作为辅助教学手段；
●流媒体课件第1讲和第2讲中着重讲解本章知识重、难点的典型实例以及本章的学习思路方法等内容；
●在学习的过程中，如果有学习的心得和体会，请在课程论坛上和大家分享；如果有什么疑惑，也可以再课程论坛寻找帮助。
三、教学要求
1．熟悉机电一体化技术的基本概念、特点
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
２．掌握机电一体化系统的组成结构
机电一体化技术是以机械为主体、以微电子技术为核心，强调各种技术的协同和集成的
图1 机电一体化系统的对应要素及相应功能关系
3．熟悉机电一体化关键技术
由于机电一体化是一个工程和大系统，发展该技术面临以下共性的关键技术及其发展：传感检测技术、信息处理技术、伺服驱动技术、自动控制技术、接口技术、精密机械技术及
4．了解机电一体化的发展趋势。
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融合，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包括智能化、模块化、网络化、微型化、绿色化和人格化等。
2。
机电一体化第一章概论
“目的功能”。 构造功能 ：使构成系统的子系统及元、部件维持所
定的时间和空间上的相互关系所必需的 功能
机电一体化第一章概论
16
机电一体化系统的五种内部功能
机电一体化第一章概论
17
机电一体化系统（产品）的 内部功能
主功能 动力功能 控制功能 构造功能 计测功能
机电一体化第一章概论
6
第二节 优先发展机电一体化的 领域及其共性关键技术
优先发展的机电一体化领域必须同时具备下述几个 条件：
①短期或中期普遍需要； ②具有显著的经济效益 ； ③具备或经过短期努力能具备必需的物质技术基础； ④社会效益十分显著的领域 。
机电一体化第一章概论
7
机电一体化技术内部联系与外 部影响
2）无源接口。只用无源要素进行变换、调整的接口，称为无源 接口。例如齿轮减速器、进给丝杠、变压器、可变电阻器以及透镜 等。
3)有源接口。含有有源要素、主动进行匹配的接口，称为有源 接口。例如电磁离合器、放大器、光电耦合器、D/A转换器、A/D转 换器以及力矩变换器等。
4)智能接口。含有微处理器，可进行程序编制或可适应性地改 变接口条件的接口，称为智能接口。 例如自动变速装置， 通用 输入／输出LSI(8255等通用I/O)、GP-IB总线、STD总线等。
机电一体化第一章概论
23
根据输入／输出功能可分 成以下四种广义接口：
第一章 概 论
第一节 机电一体化时代与机电一体化技术革命 第二节 优先发展机电一体化的领域及其共性关键技术 第三节 机电一体化系统构成要素及功能构成 第四节 机电一体化系统构成要素之间的连接 第五节 机电一体化系统的评价 第六节 机电一体化系统设计的考虑方法及设计类型 第七节 机电一体化系统的设计流程 第八节 机电一体化工程与系统工程 第九节 机电一体化系统的设计程序、准则与规律 第十节 机电一体化系统的开发工程与现代设计方法
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图 1.7 机电一体化的相关技术
导论
机器技术
导论
信息处理技术
人工智能 专家系统 神经网络技术
导论
系统技术
导论
自动控制技术
从理论到实践的整个过程。
自动控制理论 控制系统设计 系统仿真 现场调试 可靠运行
导论
传感检测技术
机电一体化要求传感器能快速、 精确地获取信息并经受各种严酷 环境的考验，它是机电一体化系 统达到高水平的保证。
机械式调速器
石英钟表 自动（微机控制）照相机 电动（电子式）缝纫机 电动（电子式）游戏机 电子式调速器
导论
为什么机电一体化系
统具有柔性？？？
机电 一体 化技 术特 点
体积小、重量轻 速度快、精度高 可靠性高 柔性好
产品具有节能、 高质、低成本的 共性
导论
机电一体化系统基Βιβλιοθήκη 组成导论机电一体化系统基本组成
导论
伺服传动技术
主要研究对象是执行元件及其驱动装置
电动 气动 液压
导论
机电一体化技术发展历程
萌芽阶段 快速发展阶段 智能化阶段
导论
机电一体化技术的展望
智能化 模块化 网络化 微型化 绿色化 系统化
导论
移动机器人的组成系统
导论
数控机床的网络化
导论
小结
特点
体积小、重量轻 速度快、精度高可靠 性高；柔性好
第一章 导论
主
➢ 机电一体化的定义
要
➢ 机电一体化的作用
内
➢ 机电一体化的基础知识
容
➢ 机电一体化的未来展望
理解机电一体化与其他自动机械有什么关系 模仿和吸取了其中的哪些东西。
导论
机 电 一 体 化 技 术
导论
机 电 一 体 化 实 例
生活中见过哪些 机电产品？？？
发条式钟表 手动照相机
机械式缝纫机 机械式游戏机
导论
小结
组成结构
机械本体 检测传感部分 电子控制单元 执行器 动力源
导论
小结
导论
小结
萌芽阶段 发展阶段 快速发展阶段
智能化阶段
发展趋势
智能化 模块化 网络化 微型化 绿色化 系统化
导论
反导弹系统的组成
导论
微机控制型 缝纫机为什 么是机电一 体化产品
导论
想一想？？？
装有微型计算机的电视机和电饭 煲是不是机电一体化产品，为什 么？
导论
机电一体化相关技术
（1） 机械技术
（6） 伺服 传动技术
（2）信息 处理技术
机电一体化 技术
（5） 传感 检测技术
（3） 系 统技术
（4） 自动 控制技术