机电一体化绪论

变换、 （一） 变换、调整功能 输入／ （二 ） 输入／输出功能 1) 零接口 2) 无源接口 3) 有源接口 4) 智能接口
• French standard NF E 01-010 gives the following definition: “approach aiming at the synergistic integration of mechanics, electronics, control theory, and computer science within product design and manufacturing, in order to improve and/or optimize its functionality".
机电一体化系统（产品） 机电一体化系统（产品）构成要素与人体构成要素的对应关系 功能 机电一体化系统（产 品）要素 控制器（计算机等） 控制（信息存储、处理、 传递） 检测传感器 计测（信息收集与变换） 执行元件 动力源 机构 驱动（操作） 提供动力（能量） 构造 人体要0年代后期开始为第三阶段， 智能化阶段” 3.90年代后期开始为第三阶段，“智能化阶段” 年代后期开始为第三阶段 光学、通信技术等进入了机电一体化， 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； 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； 对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法， 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。 体系和发展趋势都进行了深入研究。 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， 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。 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。 化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。
机电一体化系统的五种内部功能
第四节
机电一体化系统构成
要素的相互连接
机电一体化系统由许多要素或子系统构成，各 要素或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，各要素或各子系统相接处 必须具备一定的联系条件，这些联系条件就可称为 接口（interface）。
构成要素之相互联系
广义的接口功能有 两种
第一节 机电一体化时代 与机电一体化技术革命
“机电一体化”是机械技术、电子技术和信息技术等各相关 机电一体化”是机械技术、 机电一体化 技术有机结合的一种新形式， 技术有机结合的一种新形式，是电子技术向机械技术领域渗透过程 中逐渐形成的一个新概念。 中逐渐形成的一个新概念。 关于“机电一体化”(Mechatronics)这个名词的起源， 关于“机电一体化”(Mechatronics)这个名词的起源，说法很 这个名词的起源 早在197l 197l年 日本≪机械设计≫ 多，早在197l年，日本≪机械设计≫杂志副刊就提出了 Mechatronics”这一名词 1976年以广告为主的日本杂志 这一名词， “Mechatronics 这一名词，1976年以广告为主的日本杂志 news开始使用 其中的“Mechatronics”是 开始使用， Mechatronics design news开始使用，其中的“Mechatronics 是 Mechanics(机械学) (电子学 电子学) Mechanics(机械学)与 E1ectronics (电子学)组合而成的日本造英 机械学 语。
系统的五种内部功能
主 功 能： 实现系统“目的功能”直接必需的功能 。 动力功能： 动力功能： 向系统提供动力、让系统得以运转的功能 。 计测功能： 计测功能： 对系统内部信息和外部信息进行检测与计算处 理的功能。 控制功能： 控制功能： 对整个系统进行控制，使系统正常运转以实施 “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
较为人们所接受的含义： 较为人们所接受的含义： “机电一体化是在机 械的主功能、动力功能、 械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引用 微电子技术， 微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有 机结合而构成系统的总称” 机结合而构成系统的总称”
机电一体化技术的发展
20世纪60年代前为第一阶段 世纪60年代前为第一阶段， 萌芽阶段” 1. 20世纪60年代前为第一阶段，“萌芽阶段” 工程师们自觉或者不自觉地把机械产品和电子技术相结合， 工程师们自觉或者不自觉地把机械产品和电子技术相结合，以提高机 械产品的性能。但是由于电子技术的发展相对落后， 械产品的性能。但是由于电子技术的发展相对落后，使得机械与电子 的结合还没有得到广泛的应用。 的结合还没有得到广泛的应用。 70年代到80年代为第二阶段 年代到80年代为第二阶段， 蓬勃发展阶” 2. 70年代到80年代为第二阶段，“蓬勃发展阶” 计算机技术、控制技术、通信技术的发展， 计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠 定了技术基础这个时期的特点是： 定了技术基础这个时期的特点是： 日本《机械设计》 ①mechatronics （日本《机械设计》 Mechatronics (Mechanics Electronics)）一词首先在日本被普遍接受，大约到20世纪80 20世纪80年代末 Electronics)）一词首先在日本被普遍接受，大约到20世纪80年代末 期在世界范围内得到比较广泛的承认； 期在世界范围内得到比较广泛的承认； 机电一体化技术和产品得到了极大发展； ②机电一体化技术和产品得到了极大发展； 各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支持。 ③各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支持。
机电一体化的“目的” 机电一体化的“目的”
是使系统(产品)高附加价值化， 即多功能化、高效率化、高可靠化、 省材料省能源化，并使产品结构向 轻、薄、短、小巧化方向发展，不 断满足人们生活的多样化需求和生 产的省力化、自动化需求。
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 。
应用领域
• 加工制造 典型产品是各种类型数控机床，工业机器人；其他为自动 化仓库；数控锻压机械；数控铸造机械：数控切割机；数控焊接设备 （微机控制对焊机、电阻焊机、弧焊机器人） 。 • 测试和控制 数控三座标测量仪；微机控制或电子化的各种检查仪； 各种微机控制的数位式仪表、自动测试仪、分析仪、调节控制仪表等。 • 交通和工程 起重运输机械：如电子控制机车、自动导引车、电子控 制塔吊、叉车．运输监控系统等。汽车、拖拉机、农业机械：如微机 控制发动机、电子调速器、刹车防抱装置、点火控制系统、全电子化 汽车、拖拉机、农业机械等。 • 轻工机械用光机电一体化产品和系统 如微电子控制纺织机械、印刷 机械、食品生产、包装机械，制浆造纸、皮革加工、塑胶加工机械及 各种监测控制装置等。 • 办公通讯设备 如影印机,图形文字编辑机,各种资讯传递、储存和处 理装置、广播电视通讯设备、图像处理装置等。 • 消费 这类产品与民众日用机电产品密切相关，应用量大面广，主要 产品有：电子化家用电器,光机电一体化医疗器械，电子照相机，全 自动彩色扩印设备、磁录照相机等。
Mechatronics is the synergistic combination of Mechanical engineering, Electronic engineering, Computer engineering, Control engineering, and Systems Design engineering to create, design, and manufacture useful products. Due to development of fiber optics and other light technology, optical engineering and fiber optics are being integrated into the course and are replacing some electronics courses. The term mechatronics is defined as a multidisciplinary engineering system design, that is to say it rejects splitting engineering into separate disciplines.
第三节 机电一体化系统 构成要素及功能构成
控制信息 电子控制单元 执行器 能量 动力源
参 数 变 化 信 息 检测参数 检测传感部分
驱 动 力
机械本体
机械本体包括机架、机械连接、机械传动等。 机械本体 机械本体包括机架、机械连接、机械传动等。 检测传感部分包括各种传感器及其信号检测电路， 检测传感部分 检测传感部分包括各种传感器及其信号检测电路，其作用 就是监测机电一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变化， 就是监测机电一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变化，并 将信息传递给电子控制单元， 将信息传递给电子控制单元，电子控制单元根据检测到的信息向执行器发 出相应的控制指令。 出相应的控制指令。 电子控制单元又称ECU 电子控制单元 电子控制单元又称ECU (Electrical Control Unit), 是机 电一体化系统的核心， 电一体化系统的核心，负责将来自各传感器的检测信号和外部输入命令进 行集中、存储、计算、分析，根据信息处理结果， 行集中、存储、计算、分析，根据信息处理结果，按照一定的程序和节奏 发出相应的指令，控制整个系统有目的地运行。 发出相应的指令，控制整个系统有目的地运行。 执行器的作用是根据电子控制单元的指令驱动机械部件的运动。 执行器 执行器的作用是根据电子控制单元的指令驱动机械部件的运动。 动力源 动力源是机电一体化产品能量供应部分，其作用就是按照系统 动力源是机电一体化产品能量供应部分， 控制要求向机器系统提供能量和动力使系统正常运行。 控制要求向机器系统提供能量和动力使系统正常运行。