[工学]机电一体化教案与PPT
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机电一体化 完整ppt课件
2.机电技术完全融合形成新型机电一体化产品
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；检测机 械中的CT（计算机断层扫描诊断装置）扫描诊断仪、扫描隧道显微镜等。
精选PPT课件
7
C650卧式车床外形图 1— 主轴变速箱 2—溜板与刀架 3—尾座 4—床身 5—丝杠
6—光杠 7—溜板箱 8—进给箱 9—挂轮箱
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8
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9
效益分析
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10
第二节 机电一体化构成要素件
11
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12
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13
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14
二、相关技术
1. 机械技术
2.
机电一体化的机械产品与传统的机械产品的
区别在于：机械结构更简单、机械功能更强、性
1 23 4
图7-18 双螺母垫片调隙式结构 1、2-单螺母 3-螺母座 4-调整垫片
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37
(b)螺纹调隙式（图7-20）其中一 个螺母的外端有凸缘而另一个螺母 的外端没有凸缘而制有螺纹，它伸 出套筒外，并用两个圆螺母固定着。 旋转圆螺母时，即可消除间隙，并 产生预拉紧力，调整好后再用另一 个圆螺母把它锁紧。
3）运动平稳，无爬行现象，传动精度高。
4）运动具有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运 动，即丝杠和螺母都可以作为主动件。
5）磨损小，使用寿命长。
6）制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故 制造成本高。
7）不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于自重惯力的作用，下降时当传动切断后，不 能立刻停止运动，故常需添加制动装置。
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；检测机 械中的CT（计算机断层扫描诊断装置）扫描诊断仪、扫描隧道显微镜等。
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7
C650卧式车床外形图 1— 主轴变速箱 2—溜板与刀架 3—尾座 4—床身 5—丝杠
6—光杠 7—溜板箱 8—进给箱 9—挂轮箱
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8
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9
效益分析
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10
第二节 机电一体化构成要素件
11
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12
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13
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14
二、相关技术
1. 机械技术
2.
机电一体化的机械产品与传统的机械产品的
区别在于：机械结构更简单、机械功能更强、性
1 23 4
图7-18 双螺母垫片调隙式结构 1、2-单螺母 3-螺母座 4-调整垫片
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37
(b)螺纹调隙式（图7-20）其中一 个螺母的外端有凸缘而另一个螺母 的外端没有凸缘而制有螺纹，它伸 出套筒外，并用两个圆螺母固定着。 旋转圆螺母时，即可消除间隙，并 产生预拉紧力，调整好后再用另一 个圆螺母把它锁紧。
3）运动平稳，无爬行现象，传动精度高。
4）运动具有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运 动，即丝杠和螺母都可以作为主动件。
5）磨损小，使用寿命长。
6）制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故 制造成本高。
7）不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于自重惯力的作用，下降时当传动切断后，不 能立刻停止运动，故常需添加制动装置。
《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。
机电一体化系统设计PPT教案
用电子装置替代机械的主要功能，形成 特殊的加工能力
将机电技术完全融合形成新型机电一体 化产品
2021/6/15
第11页/共263页
11
第二节 机电一体化系统设计的目标与方法
机电一体化系统开发的设计思想 在开发过程中，一方面要求设计机械系 统时应选择与控制系统的电气参数相匹 配的机械系统参数；同时也要求设计控 制系统时，应根据机械系统的固有结构 参数来选择和确定电气参数。
36
第一节 传动装置
转动惯量
在满足系统刚度的条件下，机械部分的 质量和转动惯量越小越好。转动惯量 大会使机械负载增大、系统响应速度 变慢、灵敏度降低、固有频率下降， 容易产生谐振。同时转动惯量的增大 会使电气驱动部件的谐振频率降低， 而阻尼增大。
系统传动部件的静摩擦力应尽可能小； 动摩擦力应是尽可能小的正斜率，若为 负斜率则易产生爬行，精度降低，寿命 减少。
此外，还要求抗振性好，稳定性高，间 隙小（减少误差，提高伺服系统中位置 环的稳定性），避免谐振，特别是其动 态特性与伺服电动等其他环节的动态性 能相匹配。
2021/6/15
第36页/共263页
刚度越大伺服系统动力损失越小；刚度 越大机构固有频率越高，超出系统的频 带宽度，不易产生共振；刚度越大闭环 系统的稳定性越高
机械零件产生共振时，系统中阻尼越大，
最大振幅就越小，且衰减越快；但大阻
尼也会使系统的失动量和反转误差增大，
稳态误差增大，精度降低
2021/6/15
第35页/共263页
35
第一节 传动装置
组合法
这种方法就是选用各种标准模块，像积 木那样组合成各种机电一体化系统。 利用此方法可以缩短设计与研制周期、 节约工装设备费用，有利于生产管理、 使用和维修。
将机电技术完全融合形成新型机电一体 化产品
2021/6/15
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11
第二节 机电一体化系统设计的目标与方法
机电一体化系统开发的设计思想 在开发过程中，一方面要求设计机械系 统时应选择与控制系统的电气参数相匹 配的机械系统参数；同时也要求设计控 制系统时，应根据机械系统的固有结构 参数来选择和确定电气参数。
36
第一节 传动装置
转动惯量
在满足系统刚度的条件下，机械部分的 质量和转动惯量越小越好。转动惯量 大会使机械负载增大、系统响应速度 变慢、灵敏度降低、固有频率下降， 容易产生谐振。同时转动惯量的增大 会使电气驱动部件的谐振频率降低， 而阻尼增大。
系统传动部件的静摩擦力应尽可能小； 动摩擦力应是尽可能小的正斜率，若为 负斜率则易产生爬行，精度降低，寿命 减少。
此外，还要求抗振性好，稳定性高，间 隙小（减少误差，提高伺服系统中位置 环的稳定性），避免谐振，特别是其动 态特性与伺服电动等其他环节的动态性 能相匹配。
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第36页/共263页
刚度越大伺服系统动力损失越小；刚度 越大机构固有频率越高，超出系统的频 带宽度，不易产生共振；刚度越大闭环 系统的稳定性越高
机械零件产生共振时，系统中阻尼越大，
最大振幅就越小，且衰减越快；但大阻
尼也会使系统的失动量和反转误差增大，
稳态误差增大，精度降低
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第一节 传动装置
组合法
这种方法就是选用各种标准模块，像积 木那样组合成各种机电一体化系统。 利用此方法可以缩短设计与研制周期、 节约工装设备费用，有利于生产管理、 使用和维修。
机电一体化教案(幻灯片)
1.1 Summary
4.CHINA：
1.1 Summary
Mechatronics contains two meanings : Mechtronics Product产品 (System系统) and Mechatronics Technology技术
The typical mechatronic product (System) :
1.1 Summary
③ Artificially Intellective Technology 人工智能 Neural Network Technology神经网络
Optical Fiber Technology光纤
1.1 Summary
1.1.2 The Meaning of Mechatronics含义 1.JAPAN： 1970’S，JAPAN：“Mechatronics” The supplement of 《Journal of Machine Design》机械设计杂志副刊
1.1 Summary
1.The Preparative Stage：准备阶段 Germination stage 萌芽阶段
Before 1960' In 1952 :The First NC Drilling and Milling Machines 数控钻铣床 In 1959 : The First Programmable Robot可编程机器人
NC Machine Tool、Robot 、Auto Electron Products汽车电子化产品、Intelligent Instrument智能化仪器仪表、Monitoring and control of the Welding process电子印刷 排版系统、CAD／CAM and so on。
《机电一体化技术》PPT课件
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。
2021/6/10
33
1.7 机电一体化的发展趋势
2 模块化
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。这需要制定各项标准， 以便各部件、单元的匹配和接口。由于利益冲突， 近期很难制定国际或国内这方面的标准，但可以 通过组建一些大企业逐渐形成。显然，从电气产 品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，无论 是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产 机电一体化产品的企业，规模化将给机电一体化 企业带来美好的前程。
3. 可编程序控制器、”电力电子“等的发展为”机 电一体化“提供了坚强基础。
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。
2021/6/10
11
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
2021/6/10
数控机床伺服系统组成
机械 部件
12
1.3 机电一体化系统的构成
品设计和制造中存在的各种问题后，即可投入大
批量生产。
2021/6/10
27
1.6 机电一体化对机械工业的影响
1 提高性能、扩展功能
今日的数控机床充分发挥计算机的威力，运用 时间序列分析和精度创成等理论建立数学模型。 已有可能实时预报包括随机误差在内的机床误 差，然后自动校正，从而达到前所未有的精度。 采用对阻尼进行预报，一旦接近临界值时就自动 调整切削用量，这又可能出现永不颤振的机床， 保证很高的生产率和良好的加工表面。
《机电一体化技术》课件
伺服系统
总结词
伺服系统是机电一体化系统中实现精确控制的重要部 分。
详细描述
伺服系统是机电一体化系统中实现精确控制的关键部 分之一，它能够根据控制信号调整执行机构的运动轨 迹和位置，实现高精度的位置控制和速度控制。伺服 系统通常由伺服电机、伺服驱动器和控制器等组成， 具有快速响应、高精度和高稳定性的特点。在机电一 体化系统中，伺服系统广泛应用于各种需要精确控制 的场合，如数控机床、机器人、自动化生产线等。
01
机电一体化技术的 未来展望
人工智能与机电一体化的结合
01
人工智能技术为机电一体化系统提供智能化决策和 控制能力，提高系统的自主性和适应性。
02
人工智能技术可以用于优化机电一体化系统的设计 和生产过程，提高生产效率和产品质量。
03
人工智能技术还可以用于故障诊断和预测，提高机 电一体化系统的可靠性和安全性。
位、稳定运行以及节能降耗等目标。
系统总体技术
总结词
系统总体技术是实现机电一体化系统整体协 调和优化的关键，涉及系统总体设计、集成 与优化等方面的技术。
详细描述
在机电一体化系统中，系统总体技术主要用 于对系统的各个组成部分进行整体协调和优 化，以达到最佳的性能和效果。它涉及到系 统总体设计、模块化设计、可维护性设计、 可靠性设计等方面。通过系统总体技术，可 以实现系统的整体优化和协调，提高系统的
机电一体化技术的应用领域
总结词：机电一体化技术在许多领域都有广泛的应用 ，如数控机床、自动化生产线、机器人、智能家居等 。
详细描述：在制造业中，数控机床是机电一体化技术的 典型应用，通过引入计算机数控系统，实现了高精度、 高效率的加工。在自动化生产线中，机电一体化技术用 于实现生产流程的自动化和智能化，提高了生产效率和 产品质量。此外，机器人技术也是机电一体化技术的应 用之一，可用于工业生产中的搬运、装配、检测等环节 ，提高了生产效率和降低了人工成本。在智能家居领域 ，机电一体化技术可以实现家居设备的智能化控制和管 理，提高生活品质和便利性。
《机电一体化》课件
空控制系统等。
计算机技术基础
计算机技术概述
介绍计算机技术的基本概念、发展历程 和应用领域。
计算机组成结构
介绍计算机的基本组成结构和工作原理 ，如CPU、内存、外存等。
计算机软件基础
介绍计算机软件的基本概念和应用领域 ，如操作系统、数据库、编程语言等。
计算机网络基础
介绍计算机网络的基本原理和应用领域 ，如互联网、局域网等。
建立行业标准与规范
政府应制定和完善机电一体化行业的 标准和规范，促进产业的健康发展。
培养专业人才
高校和企业应注重机电一体化人才的 培养，为行业发展提供人才支持。
加强国际合作与交流
企业应积极参与国际合作与交流，引 进国外先进技术和管理经验，提高自 身竞争力。
THANKS
数控技术是一种数字化控 制技术，通过计算机编程 实现对机床等设备的精确 控制。
应用领域
数控技术在机械制造、航 空航天、汽车制造等领域 广泛应用，提高了加工精 度和生产效率。
技术特点
数控技术具有高精度、高 效率、高柔性等特点，能 够满足复杂零件的加工需 求。
工业机器人及应用
工业机器人
工业机器人是一种自动化 设备，能够代替人工完成 危险、繁重、重复的工作 。
智能制造系统具有信息化、自动化、 智能化等特点，能够大幅提高生产效 率和产品质量。
应用领域
智能制造系统在机械制造、航空航天 、汽车制造等领域广泛应用，提高了 生产效率和产品质量。
05
机电一体化的未来发展
机电一体化技术的发展趋势
智能化
模块化与集成化
随着人工智能和机器学习技术的不断发展 ，机电一体化产品将更加智能化，能够自 主完成更复杂的操作和任务。
详细设计
计算机技术基础
计算机技术概述
介绍计算机技术的基本概念、发展历程 和应用领域。
计算机组成结构
介绍计算机的基本组成结构和工作原理 ，如CPU、内存、外存等。
计算机软件基础
介绍计算机软件的基本概念和应用领域 ，如操作系统、数据库、编程语言等。
计算机网络基础
介绍计算机网络的基本原理和应用领域 ，如互联网、局域网等。
建立行业标准与规范
政府应制定和完善机电一体化行业的 标准和规范，促进产业的健康发展。
培养专业人才
高校和企业应注重机电一体化人才的 培养，为行业发展提供人才支持。
加强国际合作与交流
企业应积极参与国际合作与交流，引 进国外先进技术和管理经验，提高自 身竞争力。
THANKS
数控技术是一种数字化控 制技术，通过计算机编程 实现对机床等设备的精确 控制。
应用领域
数控技术在机械制造、航 空航天、汽车制造等领域 广泛应用，提高了加工精 度和生产效率。
技术特点
数控技术具有高精度、高 效率、高柔性等特点，能 够满足复杂零件的加工需 求。
工业机器人及应用
工业机器人
工业机器人是一种自动化 设备，能够代替人工完成 危险、繁重、重复的工作 。
智能制造系统具有信息化、自动化、 智能化等特点，能够大幅提高生产效 率和产品质量。
应用领域
智能制造系统在机械制造、航空航天 、汽车制造等领域广泛应用，提高了 生产效率和产品质量。
05
机电一体化的未来发展
机电一体化技术的发展趋势
智能化
模块化与集成化
随着人工智能和机器学习技术的不断发展 ，机电一体化产品将更加智能化，能够自 主完成更复杂的操作和任务。
详细设计
机电一体化技术讲稿(PPT42张)
优点：在高频浮动中达到回珠圆弧槽进出口的自动对接，通道流
畅、摩擦特性较好，更适用于高速、高灵敏度、高刚性的精密进给系 统。
外循环
从结构上看，外循环有三
种形式： ①螺旋槽式 ：在螺母2的 外圆表面上铣出螺纹凹槽， 槽的两端钻出二个与螺纹 滚道相切的通孔，螺纹滚 道内装入二个挡珠器4引 导滚珠3通过这二个孔， 应用套筒1盖住凹槽，构 成滚珠的循环回路。 结构的特点：工艺简单、 径向尺寸小、易于制造。 但是挡珠器刚性差、易磨 损。
原理：丝杆上有基本导程 ( 或螺距 ) 不同的 ( 如 l01 、
102) 两段螺纹，其旋向相同。当丝杆 2 转动时， 可动螺母 1 的移动距离为 s ＝ n(10l—l02) ，如果两 基本导程的大小相差较少，则可获得较小的位 移s。 应用场合：多用于各种微动机构中。
2.1.3 滚珠丝杠传动部件
紧方式；
3.滚珠丝杠副的选择方法
实例：X-Y工作台的结构
第二章 机械系统的部件选择与设计
概述 采取措施 (1)采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件。 (2)缩短传动链，提高传动与支承刚度， (3)选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率、
减少等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量， 尽可能提高加速能力。 (4)缩小反向死区误差。 (5)改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减 少振动、降低噪声。
缘，但制有螺纹，并通过二个圆螺母固定。调整时旋转 圆螺母2消除轴向间隙并产生一定的预紧力，然后用锁 紧螺母1锁紧。预紧后两个螺母中的滚珠相向受力(如图 b)，从而消除轴向间隙。其特点是结构简单、刚性好、 预紧可靠，使用中调整方便，但不能精确定量地调整。
工作原理
(2)双螺母齿差预紧调整式
结构如图，二个螺母
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如：数字量与模拟量、串行码与并行码、连续脉冲与序列脉冲等等
（2）放大：在两个信号强度相差悬殊的环节间,经接口放大, 达到能量的匹配
如：电液阀
（3）耦合： 变换和放大后的信号必须遵循一致的时序、信 号格式和逻辑规范。接口具有保证信息的逻辑控制功能,使 信息按规定模式进行传递。 （4）能量转换：其执行元件包含了执行器和驱动器
电子学
机
械 机电一
学
体化
• 两个显著特征： １）系统的科学性 ２）学科综合性和技术集成性
信息科学
第1章 引论
• 机电一体化一般包含机电一体化产品(系统)和机电一体化 技术两层含义。
• 典型的机电一体化产品(系统)有： 加工制造业：数控机床、机器人 家用电器：洗衣机 航空航天设备：雷达、飞船 医疗仪器设备：CT、分析仪 汽车业： 其他：、电子排版印刷系统、CAD／CAM系统等。
第1章 引论
第1章 引论
1.1 概述 1.2 机电一体化系统的设计 1.3 机电一体化的发展趋势
第1章 引论
1.1
1.1.1 引言 机电一体化技术是20世纪60年代后在传统的机械技术
基础上，随着电子技术、计算机技术，特别是自动控制技术、 信息技术及系统工程技术等的迅速发展而发展起来的一门新 技术。
“机电一体化”一词的英文名词是“Mechatronics”, 它 是 取 Mechanics （ 机 械 学 ） 的 前 半 部 分 和 Electronics （ 电 子学）的后半部分拼合而成的。
第1章 引论
第1章 引论
机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、 信息处理技术、自动控制技术、检测技术、电力电子 技术、接口技术及系统总体技术等群体技术，从系统 的观点出发，根据系统功能目标和优化组织结构目标， 对各组成要素及其间的信息处理、接口耦合、运动传 递、物质运动、能量变换机理进行研究，使得整个系 统有机结合与综合集成，并在系统程序和微电子电路 的有序信息流控制下，形成物质和能量的有规则运动， 在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现多 种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。
5、控制及信息处理单元 处理、运算、决策，实现控制功能 要求：高可靠性、柔性、智能化
第1章 引论
图1-1 (a） 机电一体化系统的组成要素; (b） 机电一体化系统的功能
通过接口耦合来实现运动传递、信息控制、能量转换等有机融 遵循四大原则：接口耦合、能量传递、信息传递、运动传递
第1章 引论
6、接口耦合与能量转换 （1）变换：通过接口完成信息或能量的统一的过程。
传感与检测是实现自动控制、自动调节的关键环节,它 的功能越强,系统的自动化程度就越高。
第1章 引论
5、伺服传动技术 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
6、 系统总体技术是一种从整体目标出发,用系统的观点和全
局角度,将总体分解成相互有机联系的若干单元,找出能完成各 个功能的技术方案,再对组成方案组进行分析、评价和优选的 综合应用技术。
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、动力与驱动部分
提供能量，转换成需要的形式，实现动力功能 要求：效率高、、适应性好、可靠性高
3、传感测试部分
检测产品内部状态和外部环境，实现计测功能 要求：体积小、精度高、抗干扰能力强
第1章 引论
4、执行机构 包括机械传动与操作机构，接收控制信息，完成要求的 动作，实现主功能。 常用执行机构：机械、电磁、电液等机构
第1章 引论
3、自动控制技术 关于软件方面的技术，主要以控制理论为指导，对控制
系统设计、仿真、现场调试、可靠运行等 机电自动控制技术是机电一体化中的关键技术。
4、传感与检测技术 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、精确地获得信息并在相应的应用环境中
第1章 引论
• 机电一体化技术：从系统的观点出发，将机械技术 、微 电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程基础上有机
地加以综合，以实现整个系统最佳化的一门新科学技术。
• 机电一体化不是机械与电子
简单的叠加，而是在信息论、
控制论和系统论的基础上建 立起来的应用技术，特别是 微电子技术是其发展的物质 基础
第1章 引论 1.1.2 机电一体化系统的基本组成要素
CNC
位置,速 度反馈
位置,速度 检测单元
电机
数控机床伺服系统组成
机械 部件
第1章 引论
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
第1章 引论
典型的机电一体化系统应包含以下几个基本要素： 1、机械本体
• 机电一体化技术：共性关键技术
第1章 引论 数控机床
第1章 引论
焊接机器人
第1章 引论
汽车防抱死系统(ABS)
第1章 引论
机电一体化产品的特点： 1、整体结构最优化（小型轻量） 2、系统控制的智能化（“傻瓜”相机） 3、操作性能柔性化（灵活性和适应性）
机电一体化技术与其他高新技术的关系： 1、机电一体化技术是其他高新技术发展的基础； 2、机电一体化的发展依赖于其他相关技术的发展。
如：电动机、液压泵
第1章 引论
7、信息传递 系统控制单元作为智能组成要素,在软、硬件的 息控制的目的。 8、运动传递
运动传递是指运动各组成环节之间的不同类型运 动的变换与传输,如位移变换、速度变换、加速度变换 及直线运动和旋转运动变换等。运动传递还包括以运 动控制为目的的运动优化设计,以提高系统的伺服性能。
第1章 引论
1.1.3
1、机械技术 机械技术是机电一体化的基础。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。 2、计算机与信息处理技术
主要完成信息的交换、存取、运算、判断和决策等. 其主要工具是计算机
传感器 A/D 计算机 D/A 执行装置
要求：信息处理速度快、运行可靠、抗干扰能力强
解决问题：系统的性能优化问题和组成要素之间的有机联 系问题, 使整个系统很好的协调的正常运行
相关内容：机械技术的优化设计、CAD/CAM技术、可靠性 设计、价值工程等
（2）放大：在两个信号强度相差悬殊的环节间,经接口放大, 达到能量的匹配
如：电液阀
（3）耦合： 变换和放大后的信号必须遵循一致的时序、信 号格式和逻辑规范。接口具有保证信息的逻辑控制功能,使 信息按规定模式进行传递。 （4）能量转换：其执行元件包含了执行器和驱动器
电子学
机
械 机电一
学
体化
• 两个显著特征： １）系统的科学性 ２）学科综合性和技术集成性
信息科学
第1章 引论
• 机电一体化一般包含机电一体化产品(系统)和机电一体化 技术两层含义。
• 典型的机电一体化产品(系统)有： 加工制造业：数控机床、机器人 家用电器：洗衣机 航空航天设备：雷达、飞船 医疗仪器设备：CT、分析仪 汽车业： 其他：、电子排版印刷系统、CAD／CAM系统等。
第1章 引论
第1章 引论
1.1 概述 1.2 机电一体化系统的设计 1.3 机电一体化的发展趋势
第1章 引论
1.1
1.1.1 引言 机电一体化技术是20世纪60年代后在传统的机械技术
基础上，随着电子技术、计算机技术，特别是自动控制技术、 信息技术及系统工程技术等的迅速发展而发展起来的一门新 技术。
“机电一体化”一词的英文名词是“Mechatronics”, 它 是 取 Mechanics （ 机 械 学 ） 的 前 半 部 分 和 Electronics （ 电 子学）的后半部分拼合而成的。
第1章 引论
第1章 引论
机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、 信息处理技术、自动控制技术、检测技术、电力电子 技术、接口技术及系统总体技术等群体技术，从系统 的观点出发，根据系统功能目标和优化组织结构目标， 对各组成要素及其间的信息处理、接口耦合、运动传 递、物质运动、能量变换机理进行研究，使得整个系 统有机结合与综合集成，并在系统程序和微电子电路 的有序信息流控制下，形成物质和能量的有规则运动， 在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现多 种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。
5、控制及信息处理单元 处理、运算、决策，实现控制功能 要求：高可靠性、柔性、智能化
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图1-1 (a） 机电一体化系统的组成要素; (b） 机电一体化系统的功能
通过接口耦合来实现运动传递、信息控制、能量转换等有机融 遵循四大原则：接口耦合、能量传递、信息传递、运动传递
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6、接口耦合与能量转换 （1）变换：通过接口完成信息或能量的统一的过程。
传感与检测是实现自动控制、自动调节的关键环节,它 的功能越强,系统的自动化程度就越高。
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5、伺服传动技术 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
6、 系统总体技术是一种从整体目标出发,用系统的观点和全
局角度,将总体分解成相互有机联系的若干单元,找出能完成各 个功能的技术方案,再对组成方案组进行分析、评价和优选的 综合应用技术。
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、动力与驱动部分
提供能量，转换成需要的形式，实现动力功能 要求：效率高、、适应性好、可靠性高
3、传感测试部分
检测产品内部状态和外部环境，实现计测功能 要求：体积小、精度高、抗干扰能力强
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4、执行机构 包括机械传动与操作机构，接收控制信息，完成要求的 动作，实现主功能。 常用执行机构：机械、电磁、电液等机构
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3、自动控制技术 关于软件方面的技术，主要以控制理论为指导，对控制
系统设计、仿真、现场调试、可靠运行等 机电自动控制技术是机电一体化中的关键技术。
4、传感与检测技术 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、精确地获得信息并在相应的应用环境中
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• 机电一体化技术：从系统的观点出发，将机械技术 、微 电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程基础上有机
地加以综合，以实现整个系统最佳化的一门新科学技术。
• 机电一体化不是机械与电子
简单的叠加，而是在信息论、
控制论和系统论的基础上建 立起来的应用技术，特别是 微电子技术是其发展的物质 基础
第1章 引论 1.1.2 机电一体化系统的基本组成要素
CNC
位置,速 度反馈
位置,速度 检测单元
电机
数控机床伺服系统组成
机械 部件
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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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典型的机电一体化系统应包含以下几个基本要素： 1、机械本体
• 机电一体化技术：共性关键技术
第1章 引论 数控机床
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焊接机器人
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汽车防抱死系统(ABS)
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机电一体化产品的特点： 1、整体结构最优化（小型轻量） 2、系统控制的智能化（“傻瓜”相机） 3、操作性能柔性化（灵活性和适应性）
机电一体化技术与其他高新技术的关系： 1、机电一体化技术是其他高新技术发展的基础； 2、机电一体化的发展依赖于其他相关技术的发展。
如：电动机、液压泵
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7、信息传递 系统控制单元作为智能组成要素,在软、硬件的 息控制的目的。 8、运动传递
运动传递是指运动各组成环节之间的不同类型运 动的变换与传输,如位移变换、速度变换、加速度变换 及直线运动和旋转运动变换等。运动传递还包括以运 动控制为目的的运动优化设计,以提高系统的伺服性能。
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1.1.3
1、机械技术 机械技术是机电一体化的基础。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。 2、计算机与信息处理技术
主要完成信息的交换、存取、运算、判断和决策等. 其主要工具是计算机
传感器 A/D 计算机 D/A 执行装置
要求：信息处理速度快、运行可靠、抗干扰能力强
解决问题：系统的性能优化问题和组成要素之间的有机联 系问题, 使整个系统很好的协调的正常运行
相关内容：机械技术的优化设计、CAD/CAM技术、可靠性 设计、价值工程等