最新机电一体化技术基础 第一章教学内容
第一章-机电一体化基础知识
纺织机电一体化技术基础⏹本章知识点➢了解机电一体化概念➢了解机电一体化相关技术➢了解机电一体化产品的开发步骤➢第一节机电一体化概述➢第二节机电一体化相关技术第一节机电一体化概述一机电一体化的概念➢机电一体化技术（Mechatronics ）又称机械电子技术，是机械技术、电子技术和信息技术有机结合的产物。
➢利用微电子技术、信息技术(主要包括通信技术、控制技术、计算机技术等技术)使机械设备实现柔性化和智能化的技术。
机电一体化涵盖“技术”和“产品”两个方面。
机械技术机电一体化技术电子技术信息技术二机电一体化系统的构成执行元件控制信息控制单元部分动力源检测传感部分机械机构参数变化信息驱动力能量检测参数位置,速度检测单元电机机械部件位置,速度反馈CNC 单元数控机床伺服系统组成机械本体动力部件传感器控制器执行器五大要素结构功能运转功能检测功能控制功能驱动功能五大功能机械部件（身躯）动力（内脏）传感（五官）驱动（肌、筋）控制（大脑）机电一体化系统的组成要素及其相应功能三机电一体化技术的发展➢第二阶段：20世纪70年代至20世纪80年代，为蓬勃发展的阶段。
➢第二阶段特征：人们自觉地、主动地利用计算机技术、控制技术、通信技术的成果创造新的机电一体化产品。
⏹机电一体化技术的发展阶段➢第三阶段：从20世纪90年代后期开始。
➢第三阶段特征：人工智能技术及网络技术等领域取得的巨大进步，使机电一体化技术向智能化新阶段迈进。
➢第一阶段：20世纪60年代以前，也可称为萌芽阶段。
➢第一阶段特征：在这一阶段，由于电子技术的迅速发展，人们自觉或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。
⏹机电一体化技术的发展趋势➢智能化➢网络化➢模块化➢微型化➢绿色化➢人性化➢自带能源化四机电一体化技术的分类⏹生产过程的机电一体化➢计算机辅助设计➢计算机辅助制造➢计算机辅助工艺设计➢柔性制造系统➢计算机集成制造系统⏹机电产品的机电一体化➢机、电、仪一体化产品➢机、电、液一体化产品➢光、机、电一体化产品➢功能增强➢提高系统精度➢简化系统结构➢提高可靠性➢方便操作➢提高系统柔性第二节机电一体化相关技术➢机械技术➢传感与检测技术➢计算机与信息处理技术➢自动控制技术➢执行与驱动技术➢系统总体技术一机械技术➢机械技术是机电一体化技术的基础，机电一体化产品中的主功能和构造功能往往是以机械技术为主实现的。
机电一体化教学大纲
机电一体化教学大纲引言：机电一体化是一门综合性学科，是机械工程与电气工程的交叉学科。
它涵盖了机械、电气、电子、计算机控制等多个领域，将传统机械与电气相结合，为现代工业与制造业的发展提供了重要的支撑。
为了有序进行机电一体化的教学，制定一份全面且有效的教学大纲是至关重要的。
本文将按照合同的格式，详细介绍机电一体化教学大纲。
第一章课程概述1.1 课程名称：机电一体化1.2 课程代码：MEEMG1011.3 课程学时：72学时1.4 先修课程：机械基础、电工基础、电子技术基础等1.5 课程目标：通过本课程的学习，学生应能够理解机电一体化的基本概念，熟悉相关技术原理，并能够进行机电一体化系统的设计与应用。
第二章教学内容和教学要求2.1 教学内容2.1.1 机电一体化的基本概念和发展历程2.1.1.1 机械、电气、电子三个领域的关系与交叉2.1.1.2 机电一体化的应用领域和发展前景2.1.2 机电一体化系统的组成和结构2.1.2.1 传感器与执行器的选择与应用2.1.2.2 信号采集与处理技术2.1.2.3 控制算法与控制策略2.1.3 机电一体化系统的设计方法2.1.3.1 系统建模与仿真技术2.1.3.2 优化设计与性能评估2.1.3.3 可靠性分析与故障诊断2.1.4 机电一体化系统的应用实例2.1.4.1 工业自动化与智能制造2.1.4.2 机器人技术与自动控制应用2.1.4.3 智能交通与汽车电子2.2 教学要求2.2.1 理论知识要求学生应理解并掌握机电一体化的基本概念及相关原理，了解机电一体化系统的组成和结构，并具备基本的设计方法和技能。
2.2.2 实践能力要求学生应具备一定的实验技能，能够运用相关工具软件进行机电一体化的系统建模、仿真与设计，并具备简单的实验操作能力。
第三章教学方法和评价方式3.1 教学方法3.1.1 理论教学采用大课堂讲授、互动讨论等方式，注重理论知识的讲解，引导学生进行思考和探索。
《机电一体化》课件
传感器技术
传感器原理与特性
介绍常见传感器的原理、特性 及应用范围。
传感器信号处理
研究如何将传感器信号转换为 可处理的信息。
智能传感器与MEMS技术
介绍智能传感器和MEMS技术 的最新发展。
传感器在机电一体化中的 应用实例
结合实际案例，介绍传感器在 机电一体化系统中的应用。
03
机电一体化系统设计
系统设计方法
02
机电一体化技术基础
机械技术
机械系统设计
研究如何根据功能需求，设计 出合理的机械结构、传动方式
和机构。
材料力学
研究材料的力学性能，为机械 设计提供材料依据。
制造工艺
涉及机械零件的加工、装配和 检测，确保机械系统的制造精 度。
机械振动与噪声控制
研究如何减小机械系统运行中 的振动和噪声。
电子技术
智能化
机电一体化设备能够根据预设程序或外部信号进 行自主决策和控制。
跨学科性
机电一体化涉及到多个学科领域，需要多方面的 知识和技能。
高效化
机电一体化技术的应用能够提高生产效率、降低 能耗和减少人力成本。
机电一体化的应用领域
工业自动化
在制造业中，机电一体化设备能够实现自动 化生产线、机器人焊接、智能仓储等。
工业机器人的应用范围非常广泛，包括焊接、 装配、搬运、喷涂等领域。
自动化生产线
自动化生产线是将多个机电一体化产品集成在一起，实现生产过程的自动化和智能 化。
自动化生产线通常由输送带、提升机、分拣机、检测设备等组成，其中输送带是主 线，负责将工件从一个工序传输到下一个工序。
自动化生产线的应用范围非常广泛，包括食品、饮料、制药、电子等制造业领域。
机电一体化技术基础第一章
老式英文打字机与激光打印机对比
绪论
绪论
老式英文打字机与激光打印机对比
典型机、电、光一体化产品，激光打印机是由激光器、声光调制器、高频驱动、扫描器、同步器及光偏转器等组成，其作用是把接口电路送来的二进制点阵信息调制在激光束上，之后扫描到感光体上。感光体与照相机构组成电子照相转印系统，把射到感光鼓上的图文映像转印到打印纸上，其原理与复印机相同。激光打印机是将激光扫描技术和电子显像技术相结合的非击打输出设备。 随着半导体技术趋向成熟。以美国、日本为代表的科研人员，相继研制出半导体激光打印机。这种类型打印机的打印质量好、速度快、无噪音，所以很快得到了广泛应用。
动力部分(能源部分)
按照系统控制要求为系统提供能量和动力，应尽可能实现较小的动力输入获得较大的功能输出。
绪论
1.2 机电一体化系统的基本功能要素
传感检测部分
对运行过程中所需要的系统自身和外界环境各种参数及运行状态进行检测，并产生相应的反馈控制信息——传感器和专用仪器仪表。 研究对象：传感器及其信号检测装置（即变送器） 作 用：感受器官、反馈环节。 要 求：快速、精确获得信息并在相应的应用环境中具有高可靠性。
执行部分
由机械、电磁、电液等机构组成，根据控制信息和指令完成系统需求的动作，实现输入能量向机械能的转换。
绪论
1.2 机电一体化系统的基本功能要素
驱动部分
在控制信息的作用下驱动各种执行机构完成各种动作和功能。 研究对象：执行元件及其驱动装置 执行元件种类：电动、液压、气压 驱动装置：各种电动机的驱动电源电路
1.3 机电一体化系统的相关技术
机电一体化系统主要包括六方面相关技术：
绪论
绪论
机械技术
机电一体化的基础，具有结构简单、功能更强、性能优越等特点，在刚度、精度和动态性能方面有更高的要求。
《机电一体化技术》教学大纲
********************学院机电一体化专业《机电一体化技术》教学大纲制定人：机电系******一、课程的性质、任务《机电一体化技术》机电一体化专业的一门专业课，其任务是使学生获得利机电一体化技术解决各种实际工程问题所需的知识，结合生产实际为本专业的应用打下基础。
二、课程的基本要求1、了解机电一体化应用系统的基本原理和组成特点。
2、掌握机电一体化应用系统的机械技术3、掌握机电一体化应用系统的传感检测技术4、掌握机电一体化应用系统的伺服驱动技术5、掌握机电一体化应用系统的控制和接口技术6、掌握机电一体化应用系统的整体设计技术7、掌握机电一体化应用系统的机器人设计技术三、课程内容一、机电一体化概述教学要求教学内容：1. 1机电一体化的基本概念1. 2机电一体化系统的基本组成1. 3机电一体化技术的理论基础与关键技术1. 4机电一体化产品1. 5机电一体化的现状与发展前景基本要求：了解机电一体化技术的特点。
二、机电一体化机械技术教学要求教学内容：2. 1概述2. 2机械传动机构2. 3机械导向结构2. 4机械的支承结构2. 5机械执行机构基本要求：了解机电一体化机械技术的特点。
掌握与机电一体化相关的机械基础知识和设计要点三、机电一体化传感检测技术教学要求教学内容：3.1传感器组成与分类3. 2典型常用传感器3. 3传感器的选择方法3. 4传感器数据采集及其与计算机接口基本要求：了解机电一体化传感器技术的特点。
掌握与机电一体化相关的传感器知识和设计要点四、机电一体化伺服驱动技术教学要求教学内容：4. 1概述4. 2典型执行元件4. 3执行元件功率驱动接口基本要求：了解机电一体化执行器技术的特点。
掌握与机电一体化相关的执行器知识和设计要点五、机电一体化控制及接口技术教学要求教学内容：5. 1控制技术概述5. 2可编程序控制器技术5. 3人机接口技术5. 4机电接口技术基本要求：了解机电一体化接口技术的特点。
机电一体化教案-概论部分
安徽工贸职业技术学院《机电一体化系统》教案授课学时分配表机电一体化基本概念 1。
机电一体化的历史机电一体化又称机械电子学，英文称为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。
机电一体化最早出现在1971年日本《机械设计》杂志的副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被人们广泛接受和普遍使用。
1996年出版的WEBSTER 大词典收录了这个日本造的英文单词，这不仅意味着 “Mechatronics ”这个单词得到了世界各国学术界和企业界的认可，而且还意味着“机电一体化”的哲理和思想为世人所接受。
2。
机电一体化的定义到目前为止，就机电一体化这一概念的内涵国内外学术界还没有一个完全统一的表述。
一般认为， 机电一体化信息科学 机械学 电子学 图1- 1机电一体化与其它学科的关系3。
定义机电一体化是以机械学、电子学和信息科学为主的多门技术学科在机电产品发展过程中相互交叉、相互渗透而形成的一门新兴边缘性技术学科。
4。
定义的三重含义：（1）机电一体化是机械学、电子学与信息科学等学科相互融合而形成的学科。
图1-1 形象地表达了机电一体化与机械学、电子学和信息科学之间的相互关系；（2）机电一体化是一个发展中的概念，早期的机电一体化就像其字面所表述的那样，主要强调机械与电子的结合，即将电子技术“溶入”到机械技术中而形成新的技术与产品。
随着机电一体化技术的发展，以计算机技术、通信技术和控制技术为特征的信息技术（即所谓的“3C”技术：Computer、Communication和 Control Technology）“渗透”到机械技术中，丰富了机电一体化的含义，现代的机电一体化不仅仅指机械、电子与信息技术的结合，还包括光（光学）机电一体化、机电气（气压）一体化、机电液（液压）一体化、机电仪（仪器仪表）一体化等；（3）机电一体化表达了技术之间相互结合的学术思想，强调各种技术在机电产品中的相互协调，以达到系统总体最优。
《机电一体化技术》PPT课件
4. 激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使” 机电一体化“跃上新台阶。
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1.3 机电一体化系统的构成
CNC
位置,速 度反馈
位置,速度 检测单元
电机
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数控机床伺服系统组成
机械 部件
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1.3 机电一体化系统的构成
③ 由于人工智能技术、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。
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1.2 发展概况
1. 数控机床的问世，写下了“机电一体化”历史 的第一页。
2. 微电子技术为“机电一体化‘’带来勃勃生机。
电子控制单元
参数变 化信息
检测传 感部分
控制 信息
执行器 能 量
检测 参数
驱 动 力
机械本体
动力源
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1.3 机电一体化系统的构成
1、机械本体 机身、框架、机械联接等产品支持机构，
实现构造功能。
要求：可靠、小型、美观
2、能源
提供能量，转换成需要的形式，实现动力
功能。
要求：效率高、可靠性好
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1.2 发展概况
3.90年代后期开始为第三阶段，“智能化阶段”
① 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；
② 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。
《机电一体化》教学大纲
《机电一体化》教学大纲课程编号：学时：50学时（3学时/周）学分：3适用专业：高职教育类机电专业考核要求：1. 熟练掌握机电一体化的基本概念和基本要素以及各部分的作用，了解机电一体化的相关技术和发展趋势，并结合实例分析机电一体化技术在机电产品中的应用。
2. 掌握机电一体化中机械系统部件的选择与设计的方法和依据，认识现代常用的传动机构、导向与支承结构、机械执行机构。
3. 了解机电一体化中微型计算机控制系统及接口设计；掌握控制系统的一般设计思路；掌握微型计算机的基本构成；认识未来计算机的发展对机电一体化的影响；掌握微型计算机应用领域、选用要点及注意事项；掌握单片机控制系统的组成和单片机芯片的选择要点。
4. 了解机电一体化中传感器与微机的接口技术，认识传感器前级信号的放大与隔离的常用方法；掌握信号在传输过程中的意义和常用的信号的变换方法。
5. 掌握步进电机的工作原理、特点和主要特性以及选择方法；掌握直流伺服电机、交流伺服电机的种类、结构特点以及选择方法。
掌握开环系统和闭环系统的区别。
6. 掌握机电一体化产品的开发设计步骤。
一、课程目的和任务让学生通过掌握机电一体化的基本知识，拓宽学生的知识面。
本课程的任务是使机电工程专业的学生在机电一体化技术方面具有较广泛的知识，了解机电一体化系统（产品）涉及的相关技术，对典型机电一体化系统有一个比较全面的认识，使学生在今后的工作中具有综合应用多学科知识的能力。
二、理论教学内容第一章机电一体化的基本概念【教学目的】弄明白学习机电一体化的重要性，掌握机电设备的发展方向，弄懂机电一体化基本涵义及各部的作用与功能。
【教学重点和难点】重点：机电一体化概念及其本要素的名称、作用、要求。
难点：接口的理解，尤其是接口功能中转换功能的理解【教学内容】1、机电一体化的定义；2、机电一体化的相关技术；3、机电一体化技术的发展前景；4、机电一体化的应用实例。
【教学方法】以理论讲解为主，再举例加以说明。
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绪论
1.2 机电一体化系统的基本功能要素
机械本体(基础) 包括机械传动装置和机械结构装置，将系统各部分零件和子系统按 照一定的空间和时间关系安置在一定位置上。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。
动力部分(能源部分) 按照系统控制要求为系统提供能量和动力，应尽可能实现较小的动 力输入获得较大的功能输出。
第一章 绪论
学习目标
重点:掌握机电一体化的概念 掌握机电一体化相关技术及其内容; 掌握机电一体化技术方向
难点: 机电一体化相关技术及其内容 机电一体化系统开发的工程路线
绪论
老式英文打字机与激光打印机对比
纯机械结构。最早是英国研制出用打字 机代替手书的机器，通过按键可输入各个 字母及各种标点符号等，这在当时实在是 一个巧妙的书写工具。打出的字体规范整 洁，一目了然。键盘字母的排列也是独具 匠心的。当时将常用的字母置于方便位置， 不常用的字母置于偏僻处。这种排列方法 直至今日电脑键盘仍然沿袭下来，可见其 合理性。
机电一体化技术基础 第一 章
绪论
预备知识
（1）具有电路分析、电子技术的基本知识； （2）具有机械基础、机械加工、机械设计的基础知识； （3）具有常用机电设备、机电产品结构、工作原理的知识； （4）具有常用机电一体化系统安装、使用、维护的基本知识； （5）具有设计中等复杂程度的机电一体化系统的基本知识；
后期的打字机，只是在体积上缩小，其 原理结构几乎与原始机器无异，只是形成 便携式而已，直到20多年前，才逐渐被电 脑所取代，在书写历史上打字机功不可没。
绪论
老式英文打字机
老式英文打字机与激光打印机对比
典型机、电、光一体化产品，激光打印 机是由激光器、声光调制器、高频驱动、 扫描器、同步器及光偏转器等组成，其作 用是把接口电路送来的二进制点阵信息调 制在激光束上，之后扫描到感光体上。感 光体与照相机构组成电子照相转印系统， 把射到感光鼓上的图文映像转印到打印纸 上，其原理与复印机相同。激光打印机是 将激光扫描技术和电子显像技术相结合的 非击打输出设备。
机电一体化系统主要包括六方面相关技术： 信息处理技术
实现信息的交换、存取、运 算、判断和决策等处理过程， 与计算机技术密切相关。
信息处理发展方向：提高信 息处理速度、可靠性和智能化 程度。
绪论
1.3 机电一体化系统的相关技术
机电一体化系统主要包括六方面相关技术： 自动控制技术
其目的在于实现机电一体化 系统的目标最优化，主要包括 位置控制、速度控制、最优控 制、自适应控制和智能控制， 其与计算机技术的也有密切联 系。
随着半导体技术趋向成熟。以美国、日 本为代表的科研人员，相继研制出半导体 激光打印机。这种类型打印机的打印质量 好、速度快、无噪音，所以很快得到了广 泛应用。
绪论
激光打印机
绪论
1.1 机电一体化的定义
机电一体化是机电一体化技术及其产品的统称，它是以机械学、 电子学和信息科学为主的多门技术学科在机电产品发展过程中相 互交叉、相互渗透而形成的一门新兴边缘性技术学科。
1.3 机电一体化系统的相关技术
机电一体化系统主要包括六方面相关技术：
绪论
绪论
1.3 机电一体化系统的相关技术
机电一体化系统主要包括六方面相关技术： 机械技术
机电一体化的基础，具有结 构简单、功能更强、性能优越 等特点，在刚度、精度和动态 性能方面有更高的要求。
绪论
1.3 机电一体化系统的相关技术
是机电一体化系统的核心部分，完成对来自各传感器检测信号和外 部命令的集中、存储、分析和处理，并发出相应的控制信号。一般由 计算机、PLC、数控装置、逻辑电路、A/D或D/A转换、I/O接口等组 成。
什么叫接口，接口有要素或子系统组成，各子系统之间必须能够 顺利地进行物质、能量和信息的交换，为此，各要素或各子系统相接 处必须具备一定的连接部件，这个部件就称为接口。
机电一体化的三重含义： 是机械学、电子学与信息科学等学科相互融合而形成的学科 ； 是一个发展中的概念 ； 表达了技术之间相互结合的学术思想，强调各种技术在机电产
品中的相互协调，以达到系统总体最优。
绪论
1.2 机电一体化系统的基本功能要素
一个完善的机电一体化系统通常应该包含以下几方面基本要素： 机械本体、动力部分、传感检测部分、执行部分、驱动部分、控 制及信息处理部分与接口部分。
执行部分 由机械、电磁、电液等机构组成，根据控制信息和指令完成系统需 求的动作，实现输入能量向机械能的转换。
绪论
1.2 机电一体化系统的基本功能要素
驱动部分 在控制信息的作用下驱动各种执行机构完成各种动作和功能。 研究对象：执行元件及其驱动装置 执行元件种类：电动、液压、气压 驱动装置：各种电动机的驱动电源电路 控制与信息处理部分
绪论
1.2 机电一体化系统的基本功能要素
传感检测部分 对运行过程中所需要的系统自身和外界环境各种参数及运行状态进 行检测，并产生相应的反馈控制信息——传感器和专用仪器仪表。 研究对象：传感器及其信号检测装置（即变送器） 作 用：感受器官、反馈环节。 要 求：快速、精确获得信息并在相应的应用环境中具有高可靠性。
主要功能包括：信息交换、信号放大、信号传递。接口包括电气接 口、机械接口、人机接口。
绪论
1.2 机电一体化系统的基本功能要素
接口 将各部分子系统连接为一个有机整体，使各功能环节有目的地协调 一致运动，主要功能包括：信息交换、信号放大、信号传递。接口包 括电气接口、机械接口、人机接口。
在机械本体的支持下，由传感器检测产品的运行状态及环境变化， 将信息反馈给控制及信息处理单元，控制及信息处理单元对各种信息 进行处理，并按要求控制驱动部分，在驱动部分的动力作用下，执行 机构完成要求的动作。
机电一体化系统主要包括六方面相关技术： 传感检测技术
是机电一体化系统的感觉器官，实 现自动控制、自动调节等功能，其功 能强弱表征了系统自动化程度的高低。 研究内容包括： 将被测量按比例转换为电量； 电信号的处理加工。
在快速、准确、可靠性等方面有较 高要求。
绪论
1.3 机电一体化系统的相关技术