機(jī)電一體化技術(shù)基礎(chǔ) 第一章

機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)緒論預(yù)備知識(shí)

（1）具有電路分析、電子技術(shù)的基本知識(shí)；（2）具有機(jī)械基礎(chǔ)、機(jī)械加工、機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)；（3）具有常用機(jī)電設(shè)備、機(jī)電產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工作原理的知識(shí)；（4）具有常用機(jī)電一體化系統(tǒng)安裝、使用、維護(hù)的基本知識(shí)；（5）具有設(shè)計(jì)中等復(fù)雜程度的機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本知識(shí)；第一章緒論緒論學(xué)習(xí)目標(biāo)

重點(diǎn):掌握機(jī)電一體化的概念掌握機(jī)電一體化相關(guān)技術(shù)及其內(nèi)容;

掌握機(jī)電一體化技術(shù)方向難點(diǎn):機(jī)電一體化相關(guān)技術(shù)及其內(nèi)容機(jī)電一體化系統(tǒng)開發(fā)的工程路線緒論老式英文打字機(jī)與激光打印機(jī)對(duì)比純機(jī)械結(jié)構(gòu)。最早是英國(guó)研制出用打字機(jī)代替手書的機(jī)器，通過按鍵可輸入各個(gè)字母及各種標(biāo)點(diǎn)符號(hào)等，這在當(dāng)時(shí)實(shí)在是一個(gè)巧妙的書寫工具。打出的字體規(guī)范整潔，一目了然。鍵盤字母的排列也是獨(dú)具匠心的。當(dāng)時(shí)將常用的字母置于方便位置，不常用的字母置于偏僻處。這種排列方法直至今日電腦鍵盤仍然沿襲下來(lái)，可見其合理性。后期的打字機(jī)，只是在體積上縮小，其原理結(jié)構(gòu)幾乎與原始機(jī)器無(wú)異，只是形成便攜式而已，直到20多年前，才逐漸被電腦所取代，在書寫歷史上打字機(jī)功不可沒。老式英文打字機(jī)緒論老式英文打字機(jī)與激光打印機(jī)對(duì)比典型機(jī)、電、光一體化產(chǎn)品，激光打印機(jī)是由激光器、聲光調(diào)制器、高頻驅(qū)動(dòng)、掃描器、同步器及光偏轉(zhuǎn)器等組成，其作用是把接口電路送來(lái)的二進(jìn)制點(diǎn)陣信息調(diào)制在激光束上，之后掃描到感光體上。感光體與照相機(jī)構(gòu)組成電子照相轉(zhuǎn)印系統(tǒng)，把射到感光鼓上的圖文映像轉(zhuǎn)印到打印紙上，其原理與復(fù)印機(jī)相同。激光打印機(jī)是將激光掃描技術(shù)和電子顯像技術(shù)相結(jié)合的非擊打輸出設(shè)備。隨著半導(dǎo)體技術(shù)趨向成熟。以美國(guó)、日本為代表的科研人員，相繼研制出半導(dǎo)體激光打印機(jī)。這種類型打印機(jī)的打印質(zhì)量好、速度快、無(wú)噪音，所以很快得到了廣泛應(yīng)用。激光打印機(jī)緒論1.1機(jī)電一體化的定義機(jī)電一體化是機(jī)電一體化技術(shù)及其產(chǎn)品的統(tǒng)稱，它是以機(jī)械學(xué)、電子學(xué)和信息科學(xué)為主的多門技術(shù)學(xué)科在機(jī)電產(chǎn)品發(fā)展過程中相互交叉、相互滲透而形成的一門新興邊緣性技術(shù)學(xué)科。

機(jī)電一體化的三重含義：是機(jī)械學(xué)、電子學(xué)與信息科學(xué)等學(xué)科相互融合而形成的學(xué)科；是一個(gè)發(fā)展中的概念；表達(dá)了技術(shù)之間相互結(jié)合的學(xué)術(shù)思想，強(qiáng)調(diào)各種技術(shù)在機(jī)電產(chǎn)品中的相互協(xié)調(diào)，以達(dá)到系統(tǒng)總體最優(yōu)。緒論1.2機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素一個(gè)完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)通常應(yīng)該包含以下幾方面基本要素：機(jī)械本體、動(dòng)力部分、傳感檢測(cè)部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動(dòng)部分、控制及信息處理部分與接口部分。緒論1.2機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素機(jī)械本體(基礎(chǔ))包括機(jī)械傳動(dòng)裝置和機(jī)械結(jié)構(gòu)裝置，將系統(tǒng)各部分零件和子系統(tǒng)按照一定的空間和時(shí)間關(guān)系安置在一定位置上。實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的主功能和構(gòu)造功能，影響系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、重量、體積、剛性、可靠性等。動(dòng)力部分(能源部分)按照系統(tǒng)控制要求為系統(tǒng)提供能量和動(dòng)力，應(yīng)盡可能實(shí)現(xiàn)較小的動(dòng)力輸入獲得較大的功能輸出。緒論1.2機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素傳感檢測(cè)部分對(duì)運(yùn)行過程中所需要的系統(tǒng)自身和外界環(huán)境各種參數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并產(chǎn)生相應(yīng)的反饋控制信息——傳感器和專用儀器儀表。研究對(duì)象：傳感器及其信號(hào)檢測(cè)裝置（即變送器）作用：感受器官、反饋環(huán)節(jié)。要求：快速、精確獲得信息并在相應(yīng)的應(yīng)用環(huán)境中具有高可靠性。執(zhí)行部分由機(jī)械、電磁、電液等機(jī)構(gòu)組成，根據(jù)控制信息和指令完成系統(tǒng)需求的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)輸入能量向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。緒論1.2機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素驅(qū)動(dòng)部分在控制信息的作用下驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成各種動(dòng)作和功能。研究對(duì)象：執(zhí)行元件及其驅(qū)動(dòng)裝置執(zhí)行元件種類：電動(dòng)、液壓、氣壓驅(qū)動(dòng)裝置：各種電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源電路控制與信息處理部分是機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心部分，完成對(duì)來(lái)自各傳感器檢測(cè)信號(hào)和外部命令的集中、存儲(chǔ)、分析和處理，并發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。一般由計(jì)算機(jī)、PLC、數(shù)控裝置、邏輯電路、A/D或D/A轉(zhuǎn)換、I/O接口等組成。緒論什么叫接口，接口有哪些作用？機(jī)電一體化系統(tǒng)由許多要素或子系統(tǒng)組成，各子系統(tǒng)之間必須能夠順利地進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的交換，為此，各要素或各子系統(tǒng)相接處必須具備一定的連接部件，這個(gè)部件就稱為接口。主要功能包括：信息交換、信號(hào)放大、信號(hào)傳遞。接口包括電氣接口、機(jī)械接口、人機(jī)接口。緒論1.2機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素接口將各部分子系統(tǒng)連接為一個(gè)有機(jī)整體，使各功能環(huán)節(jié)有目的地協(xié)調(diào)一致運(yùn)動(dòng)，主要功能包括：信息交換、信號(hào)放大、信號(hào)傳遞。接口包括電氣接口、機(jī)械接口、人機(jī)接口。在機(jī)械本體的支持下，由傳感器檢測(cè)產(chǎn)品的運(yùn)行狀態(tài)及環(huán)境變化，將信息反饋給控制及信息處理單元，控制及信息處理單元對(duì)各種信息進(jìn)行處理，并按要求控制驅(qū)動(dòng)部分，在驅(qū)動(dòng)部分的動(dòng)力作用下，執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成要求的動(dòng)作。緒論1.3機(jī)電一體化系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)機(jī)電一體化系統(tǒng)主要包括六方面相關(guān)技術(shù)：機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)械技術(shù)傳感檢測(cè)技術(shù)信息處理技術(shù)自動(dòng)控制技術(shù)伺服傳動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)總體技術(shù)緒論機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)械技術(shù)傳感檢測(cè)技術(shù)信息處理技術(shù)自動(dòng)控制技術(shù)伺服傳動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)總體技術(shù)機(jī)械技術(shù)

機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能更強(qiáng)、性能優(yōu)越等特點(diǎn)，在剛度、精度和動(dòng)態(tài)性能方面有更高的要求。1.3機(jī)電一體化系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)機(jī)電一體化系統(tǒng)主要包括六方面相關(guān)技術(shù)：緒論傳感檢測(cè)技術(shù)是機(jī)電一體化系統(tǒng)的感覺器官，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)等功能，其功能強(qiáng)弱表征了系統(tǒng)自動(dòng)化程度的高低。研究?jī)?nèi)容包括：將被測(cè)量按比例轉(zhuǎn)換為電量；電信號(hào)的處理加工。

在快速、準(zhǔn)確、可靠性等方面有較高要求。機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)械技術(shù)傳感檢測(cè)技術(shù)信息處理技術(shù)自動(dòng)控制技術(shù)伺服傳動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)總體技術(shù)1.3機(jī)電一體化系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)機(jī)電一體化系統(tǒng)主要包括六方面相關(guān)技術(shù)：緒論信息處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息的交換、存取、運(yùn)算、判斷和決策等處理過程，與計(jì)算機(jī)技術(shù)密切相關(guān)。

信息處理發(fā)展方向：提高信息處理速度、可靠性和智能化程度。機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)械技術(shù)傳感檢測(cè)技術(shù)信息處理技術(shù)自動(dòng)控制技術(shù)伺服傳動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)總體技術(shù)1.3機(jī)電一體化系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)機(jī)電一體化系統(tǒng)主要包括六方面相關(guān)技術(shù)：緒論自動(dòng)控制技術(shù)其目的在于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的目標(biāo)最優(yōu)化，主要包括位置控制、速度控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制和智能控制，其與計(jì)算機(jī)技術(shù)的也有密切聯(lián)系。機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)械技術(shù)傳感檢測(cè)技術(shù)信息處理技術(shù)自動(dòng)控制技術(shù)伺服傳動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)總體技術(shù)1.3機(jī)電一體化系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)機(jī)電一體化系統(tǒng)主要包括六方面相關(guān)技術(shù)：緒論伺服傳動(dòng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電信號(hào)到機(jī)械動(dòng)作的轉(zhuǎn)化裝置或部件，決定了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能，主要包括電氣伺服和液壓伺服。機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)械技術(shù)傳感檢測(cè)技術(shù)信息處理技術(shù)自動(dòng)控制技術(shù)伺服傳動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)總體技術(shù)1.3機(jī)電一體化系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)機(jī)電一體化系統(tǒng)主要包括六方面相關(guān)技術(shù)：緒論系統(tǒng)總體技術(shù)以整體的概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，使整體系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最佳化。機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)械技術(shù)傳感檢測(cè)技術(shù)信息處理技術(shù)自動(dòng)控制技術(shù)伺服傳動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)總體技術(shù)1.3機(jī)電一體化系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)機(jī)電一體化系統(tǒng)主要包括六方面相關(guān)技術(shù)：緒論1.4現(xiàn)代機(jī)電一體化方法機(jī)電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)分類：機(jī)電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)生產(chǎn)類運(yùn)輸、包裝及工程類貯存銷售類社會(huì)服務(wù)類家庭實(shí)用類科研及過程控制類農(nóng)林牧漁類航空航天與國(guó)防類緒論1.4現(xiàn)代機(jī)電一體化方法機(jī)電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)分類：汽車自動(dòng)裝配生產(chǎn)線紙箱包裝生產(chǎn)線緒論1.4現(xiàn)代機(jī)電一體化方法機(jī)電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)分類：立體車庫(kù)健身器材緒論1.4現(xiàn)代機(jī)電一體化方法機(jī)電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)分類：全自動(dòng)洗衣機(jī)三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x緒論1.4現(xiàn)代機(jī)電一體化方法機(jī)電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)分類：農(nóng)用機(jī)械防爆機(jī)器人緒論1.4現(xiàn)代機(jī)電一體化方法機(jī)電一體化的目標(biāo)提高精度增強(qiáng)功能提高生產(chǎn)效率節(jié)約能源、降低能耗提高安全性、可靠性改善操作性和實(shí)用性減輕勞動(dòng)強(qiáng)度簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、減輕重量降低價(jià)格增強(qiáng)柔性應(yīng)用功能發(fā)展方向高速化、精密化、高效率、高可靠性、智能化、輕量化、微型化緒論試分析機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的區(qū)別

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與用經(jīng)驗(yàn)公式、圖表和手冊(cè)為設(shè)計(jì)依據(jù)的傳統(tǒng)方法不同，它是以計(jì)算機(jī)為手段，其設(shè)計(jì)步驟通常如下：設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)一→信號(hào)分析一→科學(xué)類比一→系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)一→創(chuàng)造設(shè)計(jì)一→選擇各種具體的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法（如相似設(shè)計(jì)法、模擬設(shè)計(jì)法、有限元法、可靠性設(shè)計(jì)法、動(dòng)態(tài)分析法、優(yōu)化設(shè)計(jì)法、模糊設(shè)計(jì)法等）一→機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)市場(chǎng)調(diào)研總體方案設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)樣機(jī)