机电一体化教案与PPT1

第1章引论

1.1 概述

1、引言

机电一体化技术是20世纪60年代以来，在传统的机械技术基础上，随着电子技术、计算机技术，特别是微电子技术和信息技术的迅猛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“Mechatroni cs”，它是取Mechani cs（机械学）的前半部分和Electroni cs （电子学）的后半部分拼合而成。它是一个新兴的边缘学科，国内外处于发展阶段，代表着机械工业技术革命的前沿方向。

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，以智能、动力、结构、运动和感知组成要素为基础，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。

这里机械技术是基础，信息处理技术主要指计算机，控制技术是机电一体化系统的关键技术，检测技术对自身及外部参数进行感知，电力电子技术倾向于驱动，主要是关于强电，这些技术并不是独立而是相互关联融合，所以说机电一体化技术是一个交叉学科的新技术。

举例：画像机器人、攀爬机器人。机械部分组成了其基本结构，通过传感器检测其运行状态参数，再由控制器控制执行机构实现目标。再如控制器的选择，可以单片机控制，也可以可编程控制器控制，这里就需要进行对比控制器的控制性能好、成本、能耗、可靠性等等，所以这也是一个系统优化的问题。

虽然机电一体化技术是门新技术，但是它的发展迅速。机电一体化技术在制造业的应用从一般的数控机床、加工中心和机械手发展到智能机器人、柔性制造系统（FMS）、无人生产车间和将设计、制造、销售、管理集成一体的计算机集成制造系统（CIMS）。

机电一体化：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。

注意：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

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

机电一体化含义：机电一体化系统、机电一体化技术

机电一体化系统（产品）：

（1）加工制造业：从数控机床、加工中心和机械手发展到智能机器人、柔性制造系统（FMS）、无人生产车间和将设计、制造、销售、管理集成一体的计算机集成制造系统（CIMS）；生产设备中集成电路自动生产线、激光切割设备、印刷设备；

（2）家用电器：如洗衣机、目前的许多智能洗衣机采用了模糊控制，实现水位、洗涤时间、干燥度的自动控制，把人们从劳动中解放出来。但是现在存在的最大问题就是洗衣干净度的问题，很难判断，也有的是根据排水的干净度来判断衣服的干净度，但是有些污垢附着在衣服上不能洗掉，所以也不能作为标准。

（3）航空航天设备：如雷达、飞船等。雷达是一种典型的伺服控制装置，不仅能够跟踪目标，将信息返回到控制中心，实对其的控制。

（4）医疗仪器及设备：如CT、分析仪等

另外，汽车、办公自动化、环境监测等。

机电一体化技术：其中包含很多共性的关键技术，后面介绍。

举例：数控机床、焊接机器人、汽车ABS系统

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。

随着信息技术、材料技术、生物技术等新兴学科的高速发展，在数控机床、机器人、微型机械、家用智能设备、医疗设备、现代制造系统等产品及领域，机电一体化技术将得到更加蓬勃的发展。

2、机电一体化系统的基本组成要素

举例：数控机床伺服系统1）结构组成2）分析归类共性

一个典型的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：

机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。

归纳为：结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素这些组成要素内部及其之间，形成通过接口耦合来实现运动传递、信息控制、能量转换等有机融合的一个完整系统。

图1—1机电一体化系统的组成要素及功能

a）机电一体化系统的组成要素b）机电一体化系统的功能

1、机械本体

机电一体化系统的机械本体包括：机身、框架、联接等，实现构造功能。

要求：高效率、多功能、高可靠性和节能、小型、轻量、美观等（由于机电一体化产品技术性能、水平和功能的提高，机械本体要在机械结构、材料、加工工艺性以及几何尺寸等方面适应产品）

2、动力与驱动

提供能量，转换成需要的形式，实现动力功能

要求：效率高、、快速响应、适应性好、可靠性高；

尽可能小的动力输入获得尽可能大的功能输出--显著特征之一

由于电力电子技术的高度发展，高性能的步进驱动、直流伺服和交流伺服驱动方式大量应用于机电一体

系统。

3、传感测试部分

检测产品内部状态和外部环境，分析处理后实现计测功能

要求：体积小、精度高、实时性强、抗干扰能力强

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（静特性、动特性）。

常用执行机构：机械、电磁、电液等机构

5、控制及信息单元

处理、运算、决策，实现控制功能

要求：高可靠性、柔性、自诊性、智能化

将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、储存、分析、加工，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。一般由计算机、可编程控制器（PLC）、数控装置以及逻辑电路、A/D与D/A转换、I/O（输入输出）接口和计算机外部设备等组成。

以上这五部分我们通常称为机电一体化的五大组成要素，这些组成要素内部及其之间，形成通过接口耦合来实现运动传递、信息控制、能量转换等有机融合的一个完整系统。

遵循原则：接口耦合、运动传递、信息控制、能量转换的原则--四大原则。

6、接口耦合、能量转换

（1）变换两个需要进行信息交换和传输的环节之间，由于信息的模式不同（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），无法直接实现信息或能量的交流，需要通过接口完成信息或能量统一。

（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在环节间能可靠、快速、准确地交换，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）能量转换包含了执行器、驱动器。涉及到不同类型能量间的最优转换方法与原理。液压泵

7、信息控制

在系统中，所谓智能组成要素的系统控制单元，在软、硬件的保证下，完成数据采集、分析、判断、决策，以达到信息控制的目的。对于智能化程度高的系统，还包含了知识获取、推理及知识自学习等以知识驱动为主的信息控制。

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，目的是提高系统的伺服性能。

3、机电一体化系统的技术组成

机电一体化系统各种学科相互渗透作用的结果，其技术组成包括：机械技术、检测技术、伺服传动技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术和系统总体技术等。现代的机电一体化产品甚至还包含了光、声、化学、生物等技术等应用。

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。随着高新技术引入机械行业，在机电一体化产品中，要优化设计系统结构、重量、体积、刚性和寿命等参数对机电一体化系统的综合影响。实现结构上、材料上、性能上以及功能上的变更，满足减少重量、缩小体积、提高精度、提高刚度、改善性能和增加功能的要求。

2、计算机与信息处理技术

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。因此计算机技

术与信息处理技术是密切相关的。计算机信息处理部分指挥整个系统的运行。信息处理是否正确、及时，直接影响到系统工作的质量和效率。

人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术都属于计算机信息处理技术

3、自动控制技术

控制技术的内容丰富，主要在基本控制理论的指导下，对具体装置或控制系统设计，最终可靠的投入运行。例如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断、校正、补偿、再现、检索等。自动控制技术越来越多地与计算机控制技术联系在一起，成为十分重要的关键技术。

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

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，关键元件是传感器。。传感与检测装置是系统的感受器官，它与信息系统的输入端相联并将检测到的信息输送到信息处理部分。

传感器是将被测量（包括各种物理量、化学量和生物量等）变换成系统可识别的，与被测量有确定对应关系的有用电信号的一种装置。

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（伺服电机、步进电机）、液压（脉冲油缸、马达）、气压

驱动装置：各种电动机的驱动电源电路

驱动装置由微型计算机通过接口与这些传动装置相连接，控制它们的运动，带动工作机械作回转、直线以及其他各种复杂的运动。伺服传动技术是直接执行操作的技术，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置或部件，对系统的动态性能、控制质量和功能具有决定性的影响。

变频技术的发展，交流伺服驱动技术取得突破性进展，为机电一体化系统提供了高质量的伺服驱动单元，极大地促进了机电一体化技术的发展。

6、系统总体技术

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。

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 接口技术是系统总体技术的关键环节，主要有电气接口、机械接口、人机接口。电气接口实现系统间信号联系；机械接口则完成机械与机械部件、机械与电气装置的连接；人机接口提供人与系统间的交互界面。

4、机电一体化技术与其他技术的区别

机电一体化技术有着自身的显著特点和技术范畴，为了正确理解和恰当运用机电一体化技术，我们必须认识机电一体化技术与其他技术之间的区别。

（1）机电一体化技术与传统机电技术的区别

传统机电技术：操作控制主要以电磁学原理的各种电器来实现，如继电器、接触器等，在设计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系。机械本体和电气驱动界限分明，整个装置是刚性的，不涉及软件和计算机控制。

机电一体化技术：以计算机为控制中心，在设计过程中强调机械部件和电器部件间的相互作用和影响，整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。

（2）机电一体化技术与并行技术的区别

机电一体化技术：机械技术、微电子技术、计算机技术、控制技术和检测技术在设计和制造阶段就有机

结合在一起，十分注意机械和其他部件之间的相互作用。

并行工程：各种技术尽量在各自范围内齐头并进，只在不同技术内部进行设计制造，最后通过简单叠加完成整体装置。

（3）机电一体化技术与自动控制技术的区别

自动控制技术：侧重点是讨论控制原理、控制规律、分析方法和自动系统的构造等。

机电一体化技术：将自动控制原理及方法作为重要支撑技术，将自控部件作为重要控制部件。它应用自控原理和方法，对机电一体化装置进行系统分析和性能测算。

（4）机电一体化技术与计算机应用技术的区别

机电一体化技术：只是将计算机作为核心部件应用，目的是提高和改善系统性能。

计算机应用技术：机电一体化系统中的应用仅仅是计算机应用技术中一部分，它还可以作为办公、管理及图象处理等广泛应用。机电一体化技术研究的是机电一体化系统，而不是计算机应用本身。

思考：机电一体化系统与人体的对应关系？

1.2 机电一体化系统的设计

机电一体化系统（或产品）的设计过程中，一直要坚持贯彻机电一体化技术的系统思维方法，要从系统整体的角度出发分析研究各个组成要素间的有机联系，从而确定系统各环节的设计方法，并用自动控制理论的相关手段，进行系统的静态特性和动态特性分析，实现机电一体化系统的优化设计。

1、机电一体化系统的分类

机电一体化系统（产品）种类繁多，目前还在不断的发展增加中，可以从控制机构及产品种类划分类型。

（1）从控制的角度机电一体化系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。

1）开环控制

开环控制的机电一体化系统是没有反馈的控制系统。

特点：结构简单, 成本低, 维修方便；但精度较低,对输出和干扰没有诊断能力。

应用场合：常用于精度要求不高的场合，如家用电器、简易NC机床。

2）闭环控制

闭环控制系统，输出信号由反馈环节与输入信号比较，经控制器分析处理，从而实现对输出的补偿特点：精度高抗干扰能力强，但结构复杂成本高。

应用场合：现代机电一体化系统常采用闭环控制，如数控机床，机器人，雷达等。

（2）从用途分类，机电一体化系统的种类繁多，如机械制造业机电一体化设备、电子器件及产品生产用自动化设备、军事武器及航空航天设备、家庭智能机电一体化产品、医学诊断及治疗机电一体化产品、以及环境、考古、探险、玩具等领域的机电一体化产品等。

2、机电一体化系统（产品）开发的类型

传统的设计方法：经验公式、图表、手册等

现代设计方法：以计算机为手段所进行的一种新的有效的方法。

机电一体化系统（产品）开发的类型依据该系统与相关产品比较的新颖程度和技术独创性，可分为开发性设计、适应性设计和变参数设计。

1、开发性设计

开发性设计是一种独创性的、全新的设计方式。开发性设计是属于产品发明专利范畴。最初的电视机和录象机、中国的神5航天飞机都属于开发性设计。

2、适应性设计

适应性设计是中，主要原理和设计方案保持不变的情况下，仅对功能和结构进行重新设计。适应性设计属于实用新型专利范畴。如电脑控制的洗衣机代替机械控制的半自动洗衣机；照相机的自动曝光代替手动调整等。

3、变参数设计

变参数设计是仅改变部分结构尺寸而形成的系列产品，使之适用范围发生变化的设计方式。例如，同一种产品不同规格型号的相同设计。

3、机电一体化系统（产品）设计方案的常用方法

在进行机电一体化系统（产品）设计之前，要依据该系统的通用性、可靠性、经济性和防伪性等要求合理的确定系统的设计方案。拟定设计方案的方法通常有取代法、整体设计法和组合法。

（1）取代法

是改造旧产品开发新产品或对原系统进行技术改造常用的方法。如电气控制取代原系统中机械控制机构；电气调速控制系统取代机械式变速机构；用可编程序控制器取代机械凸轮控制机构、中间继电器等。这不但大大简化了机械结构和电器控制，而且提高了系统的性能和质量。

（2）整体设计法

整体设计法主要用于新产品开发设计。在设计时完全从系统的整体目标出发，考虑各子系统的设计。由于设计过程始终围绕着系统整体性能要求，各环节的设计都兼顾了相关环节的设计特点和要求，使系统各环节间接口有机融合、衔接方便，且大大提高了系统的性能指标和制约了仿冒产品生产的难度。该方法的缺点是设计和生产过程的难度和周期增大，成本较高，维修和维护难度加大。例如，机床的主轴和电机转子合为一体；直线式伺服电机的定子绕组埋藏在机床导轨之中；带减速装置的电动机和带测速的伺服电机等。

3、组合法

就是选用各种标准功能模块组合设计成机电一体化系统。例如，设计一台数控机床，可以依据机床的性能要求，通过对不同厂家的计算机控制单元、伺服驱动单元、位移和速度测试单元及主轴、导轨、刀架、传动系统等产品的评估分析，研究各单元间接口关系和各单元对整机性能的影响，通过优化设计确定机床的结构组成。此方法开发的机电一体化系统（产品）具有设计研制周期短、质量可靠、生产成本低，且有利于生产管理和系统的使用维护。

4、机电一体化系统设计

系统设计：用系统思维综合运用各有关学科的知识、技术和经验，在系统分析的基础上，通过总体研究和详细设计，实现满足设计目标的产品研发过程。

基本原则：使设计工作获得最优化效果，在保证目的功能要求与适当使用寿命的前提下不断降低成本。

过程：是“目标—功能—结构—效果“的多次分析与综合的过程。综合可理解为各种解决问题要素的拼合的模型化过程。分析是综合的反行为，也是提高综合水平的必要手段。分析也是分解与剖析，对综合后解决方案提出质疑、论证和改革。通过分析，排除不合适的方案或方案中不合适的部分，为改善、提高和评价作准备。综合与分析是相互作用的。

传统的设计方法：经验公式、图表、手册等

现代设计方法：以计算机为手段所进行的一种新的有效的方法。

其设计步骤：设计预测一→信号分析一→科学类比一→系统分析设计一→创造设计一→选择各种具体的现代设计方法（如相似设计法、模拟设计法、有限元法、可靠性设计法、动态分析法、优化设计法、模糊设计法等）一→机电一体化系统设计质量的综合评价。

现代设计方法还在不断发展，它必将为机电一体化系统设计提供更新颖而广阔的思路与视野。

5、机电一体化系统（产品）的工程路线

各种机电一体化系统（产品）的研究、开发、生产及销售的过程各自有其自身特点，归纳其基本规律，机电一体化系统（产品）的工程路线如图1-2所示。

图1-2 机电一体化系统（产品）的工程路线

1.3 机电一体化发展趋势

1、机电一体化技术现状

机电一体化占据主导地位是制造产业发展的必然趋势，而制造产业是整个科学技术和国家经济发展的基础工业，因而机电一体化在当前激烈的国际政治、军事、经济竞争中有举足轻重的作用，受到各工业国家的极大重视。

（1）技术发展

日本将智能传感器,计算机芯片制造技术,具有视频、触觉和人机对话能力的人工智能工业机器人,柔性制造系统等,列为高技术领域的重大研究课题。

西欧高技术发展规划“尤里卡”计划,提出五大关键技术领域,其中包括研制可自由行动、决策并易于人机对话的欧洲第三代安全民用机器人,广泛合作研究计算机辅助设计、制造、生产、管理的柔性系统,实现工厂全面自动化等机电一体化研究方向。

1991年3月,美国国家关键技术委员会提交的年度报告《国家关键技术》中,列举了22项对于美国国家经济繁荣和国防安全至为关键的技术,其中包括机器人、传感器、控制技术和CIMS及与CIMS相关的其他工具和技术。

（2）资金支持

技术密集型的高技术发展初期投资大、回收少,多数国家政府给予资金支持和必要的政策优惠。

如前西德1984~1988年的五年计划确定,提供5.3亿马克用于资助计算机辅助设计和制造的应用,扩大工业机器人、软件操作系统和外围设备的工业基础等先进生产技术的应用。

日本政府早在1971年,已把数控机床作为重点扶植对象，1978年后开展了高精度高性能机器人的研究，先后投资400多亿日元。

美国1983年制定的“星球大战（SDI）”计划投资1000亿美元以发展高技术,其中也包括发展空间机器人、核能机器人、军事机器人及工业机器人等相关技术。美国国家科学基金会（NST）每年投资100万美元,国家标准局（NBS）每年投资150万美元用于发展相关技术。国家规划和支持对美国机器人技术的发展起了很大的推动作用。

（3）我国现状

我国是发展中国家,与发达国家相比工业技术水平存在一定差距,但有广阔的机电一体化应用开拓领域和技术产品潜在市场。

1986年开始实施的“八六三”计划，将自动化技术，重点是CIMS和智能机器人技术等机电一体化前沿技术确定为国家高技术重点研究发展领域。近年来,我国已研制成功了用于喷漆、焊接、搬运以及能前后行走的、能爬墙、能上下台阶、能在水下作业的多种类型机器人。CIMS研究方面,我国已在清华大学建成国家CIMS 工程研究中心（ERC）,在一些著名大学和研究单位建立了7个CIMS单元技术实验室和8个CIMS培训中心,在国家立项实施CIMS的企业已达70余家。我国在制造业机电一体化的研究和应用方面积累了一定的经验, 将推动机电一体化技术向更高层次纵深发展。

但是我国汽车电子化的水平与先进工业国家相比有较大差距，所以在这方面需要进行大量的工作。

近年来，我国已研制成功了喷漆、焊接、搬运、能前后行走的、能爬墙、能上下台阶、能在水下作业的多种类型机器人。CIMS研究方面，在清华大学建成国家CIMS工程研究中心（ERC），在一些著名大学和研究单位建立了7个CIMS单元技术实验室和8个CIMS培训中心，在国家立项实施CIMS的企业已达70余家。经过多年发展，我国在制造业机电一体化的研究和应用方面积累了一定的经验，必将推动机电一体化技术向更高层次纵深发展。

2、机电一体化发展趋势

随着科技的发展和社会经济的进步，对机电一体化技术提出了许多新的和更高的要求，制造业中的机电一体化应用就是典型的事例。毫无疑问，机械制造自动化中的数控技术、CNC、FMS、CIMS及机器人等技术的发展代表了机电一体化技术的发展水平。

为了提高机电产品的性能、质量，发展高新技术，现在有越来越多的零件要求制造精度越来越高，形状也越来越复杂，如高精度轴承的滚动体圆度要求小于0.2μm；液浮陀螺球面的球度要求为0.1～0.5μm；激光打印机的平面反射镜和录像机磁头的平面度要求为0.4μm，粗糙度为0.2μm。所有这些，要求数控设备具有高性能、高精度和稳定加工复杂形状零件表面的能力。因而新一代机电一体化产品正朝着高性能、智能化、系统化以及轻量、微型化方向发展。

1、机电一体化的高性能化

高性能化一般包含高速化、高精度、高效率和高可靠性。如现代数控设备在相当高的分辨率（0.1μm）

情况下，系统仍有高速度(100m／min)，可控及联动坐标达16轴，并且有丰富的图形功能和自动程序设计功能。要求主轴转速进给率、刀具交换，托板交换等各关键部分实现高速化；一般采用实时多任务操作系统，进行并行处理，使运算能力进一步加强，通过设置多重缓冲器，保证连续微小加工段的高速加工。快速插补运算对于复杂轮廓，将加工形状用微小线段来逼近是通用方法。重要方面。

高速化和高精度是机电一体化的重要指标。高分辨率、高速响应的绝对位置传感器是实现高精度的检测部件。如法国IBAG公司等的磁浮轴承的高速主轴最高转速可达15×104r/min，一般转速为7×103～25×103 r/min；加工中心换刀速度高达1.5s；切削速度方面，目前硬质合金刀具和超硬材料涂层刀具车削和铣削低碳钢的速度达500m/mi n以上，而陶瓷刀具可达800~l000m/min，比高速钢刀具30～40m/min的速度提高数十倍。精车速度甚至可达1 400m/min。

系统可靠性方面，一般采用冗余、故障诊断、自动检错、系统自动恢复和软、硬件可靠性等技术使得机电一体化产品具有高性能。

2、机电一体化的智能化趋势

人工智能是机器人与数控机床的智能化就是重要应用。智能机器人通过视觉、触觉和听觉等各类传感器检测工作状态，根据实际变化过程反馈信息并做出判断与决定。数控机床的智能化主要用各类传感器对切削加工前后和加工过程中的各种参数进行监测，并通过计算机系统作出判断，自动对异常现象进行调整与补偿，以保证加工过程的顺利进行，并保证加工出合格产品。目前还有出现智能制造系统（IMS）控制器来模拟人类专家的智能制造活动，

（1）诊断过程的智能化诊断功能的强弱是评价一个系统性能的重要智能指标之一。通过引入人工智能的故障诊断系统，采用各种推理机制，能准确判断故障所在，并具有自动检错、纠错与系统恢复功能，从而大大提高了系统的有效度。

（2）人一机接口的智能化智能化的人一机接口，可以大大简化操作过程，这里包含多媒体技术在人一机接口智能化中的有效应用。

（3）自动编程的智能化操作者只需输入加工工件素材的形状和需加工形状的数据，加工程序就可全部自动生成，这里包含：①素材形状和加工形状的图形显示；②自动工序的确定；③使用刀具、切削条件的自动确定；④刀具使用顺序的变更；⑤任意路径的编辑；⑥加工过程干涉校验等。

（4）加工过程的智能化通过智能工艺数据库的建立，系统根据加工条件的变更，自动设定加工参数。同时，将机床制造时的各种误差预先存入系统中，利用反馈补偿技术对静态误差进行补偿。还能对加工过程中的各种动态数据进行采集，并通过专家系统分析进行实时补偿或在线控制。

3、机电一体化的系统化发展趋势

系统化的表现特征之一是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多坐标多系列控制功能的NC系统。表现特征之二是通信功能的大大加强，一般除RS—232外，考虑通信联网需要，建立通信局部网络（LAN），正在成为标准化LAN的制造自动化协议（MAP）已开始进入NC系统，从而可实现异型机异网互联及资源共享。

4、机电一体化的轻量化及微型化发展趋势

一般机电一体化产品，除了机械主体部分，其他部分均涉及电子技术，随着片式元器件（SMD）的发展，表面组装技术（SMT）正在逐渐取代传统的通孔插装技术（THT）成为电子组装的重要手段，电子设备正朝着小型化、轻量化、多功能、高可靠方向发展。80年代以来，SMT发展异常迅速，1993年电子设备平均60％以上采用SMT，同年世界电子元件片式化率达到45％以上。因此，机电一体化中具有智能、动力、运动、感知特征的组成部分将逐渐向轻量化、小型化方向发展。

此外，80年代末期，微型机械电子学及其相应的结构、装置和系统的开发研究取得了综合成果，科学家利用集成电路的微细加工技术，实现了将机构及其驱动器、传感器、控制器及电源集成在一个很小的多晶硅上，因而获得了完备的微型电子机械系统MEMS（Micro Electro Mechani cal System）。整个尺寸缩小到几个毫米甚至几百微米。

机电一体化教学系统

第一章绪论 1.1 课题研究背景 机电一体化技术是面向应用的跨学科的技术，它是机械技术、微电子技术、信息 技术和控制技术等有机融合、相互渗透的结果。今天机电一体化技术发展飞速，机电一 体化产品更新日新月异。 机电一体化教学系统是一套完整、灵活、模块化易扩展的教学实训系统，根据教学和生产需要研发并制造,从简单到复杂，从零部件到整机。利用多种机械传动方式模拟完成现代化装配过程的柔性生产系统，系统展现了实际生产中的典型部分，如：电气控制系统，各种传感器的应用和现代生产中的组态控制、工业总线控制等[1]。学生可以借助该系统，学习机械传动技术、液压与气动技术、电气传动与控制技术、工业现场总线、PLC控制技术、过程控制技术、传感器技术及计算机技术等及各种技术的综合应用。(1)实训所能涵盖课程。电工电子技术、机床电气与PLC、机械设计基础，自动检测技术、液压与气动技术、数控原理与数控机床、机电一体化技术和现代制造技术、过程控制技术等课程[2]。实训装置特点，体现以自动化的物料传输和加工装置为对象，体现常用的控制方法，机械传动原理的应用，驱动装置的选择、各个模块的调试和系统统调及利用PLC软件进行编程、在线监控、故障的诊断与维修等。 电一体化(Mechatronics) 一词，最早起源于日本，是由机械学“mechanics”与电子学“electronics”结合而成的拼缀词，意思为机械电子学，在我国则称之为机电一体化。自提出机电一体化(Mechatronics) 这一概念以来，机电一体化经历了30多年的发展，其内涵随科技的发展不断更新，不断丰富[3]。特别是人类进入21世机电一体化产品的输出柔性、工作性能及可靠性等方面提出了越来越高的要求。而相关学科，如A I 技术、计算机技术、传感技术、网络技术、信息技术等的发展，为机电一体化系统开辟了更加广阔的应用前景。尤其是微电子、信息、新材料及集成技术的发展, 使产品结构发生了革命性的变化。随着信息、传感等技术与传统机械产品的融合，传统机械产品正向着智能化、网络化、模块化、柔性化、微型化、自动化等机电一体化新阶段迈进[4]。机电一体化技术已成为一门新兴的交叉学科技术，它涉及到机械制造技术、信息处理技术、传感器技术、伺服驱动技术、接口技术、自动控制技术等关键技术[5]。技术的更新，带动机电一体化产品向更高层次方向发展，以满足人们不断丰富和发展的物质、文化和精神上的需求。机电一体化技术在21 世纪机械产品的设计和开发中将发挥重要作用，其产品是机电一体化技术的载体和体现者，通过机电一体化产品来实现和反映当今的机电一体化技术的发展水平，因此，为机电一体化产品的设计师，不但要掌握先进的机电一体化技术，而且更重要地是掌握如何在产品设计中充分展现现代机电一体化技术的最新成果。机电一体化系统所具有的学科交叉性、多技术性、集成性、融合性、复杂性给产品设计师提出了更高的要求[11]。

机电一体化公开课教案

项目九物料分拣机构 知识目标： 1.掌握分拣机构的工作原理 2.编写控制程序并调试分拣机构的 技能目标：通过学习，学生能够理解控制程序并能独立运行分拣机构 重点及难点：理解控制程序并能独立运行分拣机构 器材准备：电源模块、FX2N-48MR型PLC、指示灯、编程电缆、导线、分拣机构 任务一：复习分拣机构（实物观察，让学生回顾各分拣机构的组成部分）教师问：我们这个装置有哪些组成部分？ 学生回答，教师补充。（由光电传感器、输送带、电感传感器、2个光纤传感器、3个物料槽、3个单杆气缸、1台三相异步电动机、6个磁性传感器及电磁阀组成）。 教师问：那你们知道这些元件的功能吗？ 学生回答，教师补充。（主要完成通过传感器检测实现物料的分拣任务） （1）光电传感器：当有物料到放入时，给PLC一个输入信号。 （2）输送带：由三相交流异步电动机拖动，输送物料。 （3）电感式传感器：检测金属材料，检测距离为2~5mm （4）光纤传感器：用于检测非金属的白色、黑色物料，检测距离为3~8mm。 （5）料槽：对物料进行分拣时，用于放置物料。 （6）单杆气缸：将物料推入料槽，由单向电控气阀控制。 （7）三相异步电动机：驱动传送带转动，由变频器控制。 （8）磁性传感器：用于气缸的位置检测。 （9）电磁阀：实现气缸的伸出、缩回运动。

注：双向电控阀用来控制气缸进气和出气，从而实现气缸的伸出、缩回运动；单向电控阀用来控制气缸单向运动，实现气缸的伸出、缩回运动。与双向电控阀区别在双向电控阀初始位置是任意的可以控制两个位置，而单控初始位置是固定的只能控制一个方向。 引入：教师演示分拣机构运行的实验，从而激发学生的好奇心，产生学习的兴趣。任务二：物料分拣机构的程序设计 控制要求：从入料口放入物料，落料处的光电传感器检测到有物体放入后，变频器驱动三相异步电动机，拖动传送带运行；当物料被输送至金属传感器检测位置时，推料一气缸动作，将物料推入料槽一；若为白色物料，待传送到白色物料检测传感器位置时，推料二气缸动作，将物料推入料槽二；若为黑色物料，待传送到黑色物料检测传感器位置时，推料三气缸动作，将物料推入料槽三。 教师问：程序设计一般分为那几个步骤？ 学生回答：（1）列I/O分配表（2) 编写梯形图（3）将梯形图传入PLC （4）画外部接线图（5）运行 程序设计： 1.列I/O分配表（师生合作）。

《机电一体化概论》期末模拟试题

《机电一体化概论》期末模拟试题 一、单项选择题 1.“机电一体化”与英文单词（ C ）一致。 A. Mechanics B. Electronics C. Mechatronics D. Electric-Machine 2.下列哪个不是传感器的动特性（ D ） A.临界速度 B.临界频率 C.稳定时间 D.分辨率 3.感应同步器定尺绕组中感应的总电动势是滑尺上正弦绕组和余弦绕组所产生的感应电动势的( C ) A.代数和 B.代数差 C.矢量和 D.矢量差 4.光栅莫尔条纹宽度的计算公式是（B 表示莫尔条纹的宽度，W 表示栅距，θ表示两光栅线纹夹角） ( A ) A.W B θ = B. cos W B θ = C. sin W B θ= D. tan W B θ = 5.直流测速发电机输出的是与转速( C ) A.成正比的交流电压 B.成反比的交流电压 C.成正比的直流电压 D.成反比的直流电压 6.下列哪项不是齿轮传动的优点（ D ） A.传动效率高 B.传动比准确 C.结构紧凑 D.制造成本低 7.右图称( B ) A.直流伺服电动机调节特性 B.直流伺服电动机机械特性 C.直流伺服电动机动态特性 D.直流伺服电动机调速特性 8. 不变)属于（ C ）调速 A.恒功率 B.变功率 C.恒转矩 D. 变转矩 9.步进电机一般用于（ A ）控制系统中。 A.开环 B.闭环 C.半闭环 D.前馈 10.计算步进电动机步距角的公式为( A ) A. 360KmZ ? B. 180cos sm T Km ? C. 60f KmZ D. 360180Km ? ?- 11.步进电动机三相六拍通电方式为（ B ） A.A-B-C-A B.A-AB-B-BC-C-CA-A C.AB-BC-CA-AB D.AC-CB-BA-AC 12.对于交流感应电动机，其转差率s 的范围为（ B ） A.1

《机电一体化技术与系统》教学大纲教案

《机电一体化技术与系统》教学大纲 课程编码： 课程名称：机电一体化技术 学时/学分：32学时/1.5学分 先修课程：《机械原理》、《机械设计》、《电工学》、《可编程控制技术》、《液压与气压传动》。 适用专业：机械设计制造及其自动化 开课教研室：机电一体化教研室 一、课程性质与任务 1．课程性质：本课程属于机械设计制造及其自动化专业选修课程，强调知识结构系统性和教学体系完整性的统一，使学生对机电一体化技术有较全面的认识，比较系统地掌握机电一体化系统各元部件的选择、计算的基本理论和方法，初步具备机电一体化系统的设计能力。 2．课程任务：任务是使机械设计制造及自动化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，重点掌握典型机电一体化系统构建、设计，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、课程教学基本要求 1．要求掌握的基本知识 机电一体化的一般知识。机电一体化的组成，各部分的性能、特点。 2．要求掌握的基本理论和方法 交流逆变技术，位置检测技术，plc控制系统基本原理。常用电动机基本工作原理，交流伺服电机特点及其调速方法，机械部件与气液控制技术基本原理。 3．要求掌握的基本技能 一、能设计电气电路图（就是控制电机启停、正反转，星三角这样的），并能完成配线。二、能进行PLC编程，能设计PLC控制电路。三、能用AUTOCAD画机械零件图，并进行简单的机械设计。三、具有较强的自学能力，能看懂设备的说明书等。

4.考核方式以平时作业和期末考试相结合的方式进行。平时占30%左右，期末占70%左右。 三、课程教学内容 教学内容 1.第一章绪论 内容：机电一体化系统的意义；机电一体化系统设计工作的组织；机电一体化系统所代表产品的范围及分类；机电一体化系统设计的发展趋势。 2.第二章交流逆变技术 内容：熟悉电力电子器件，掌握整流电路的分析方法，熟悉PWM逆变原理。 重点：整流电路的分析方法。 难点：PWM逆变原理。 3.第三章位置检测技术 内容：熟悉包括行程开关、接近开关、光电开关检测开关原理及功能。 重点：在了解各种开关原理基础上会进行简单的设计。 难点：传感器接口技术，以及各传感器和plc输入模块连接。 4.第四章PLC控制系统 内容：PLC控制系统，系统组成与PLC结构，PLC的工作原理，PLC的规格与型号，PLC连接技术 重点：PLC连接技术，程序编制。 难点：PLC的应用与实践。 5.第五章伺服传动技术 内容：伺服系统的结构组成及分类，直流伺服系统结构和原理，直流伺服系统的稳态误差分析，直流伺服系统的动态校正，交流伺服系统的分类及应用。异步型交流电动机的变频调速的基本原理及特性，异步电动机变频调速系统。步进电动机的结构、工作原理及使用特点，环形分配器；功率驱动器的种类及其工作原理。 重点: 直流伺服电机特性和调速原理，直流伺服系统组成的基本原理，交流伺服电机特点及其调速方法，变频调速装置的基本原理。 难点：直流伺服电机特性和调速原理，交流伺服电机特点及其调速方法。 6.第六章机械传动与支承技术

机电一体化导论

第1章绪论 1.1 机电一体化技术的产生与发展 机电一体化技术的产生： 机械化技术的发展：工业革命开始…… 控制技术发展：20世纪30年代，开始快速发展，以军工技术为载体…… 信息处理技术的发展：20世纪60年代，开始快速发展，以大规模集成电路为载体… 机电一体化技术的产生：自从控制技术快速发展，就…… 20世纪70年代，60年代提出，70开始快速发展 机电一体化技术的发展： 自动化技术发展的必然产物：各个学科综合结果，尤其自动化技术+计算机技术。 （日本：机械制造领域：为提高生产效率，自动化生产、生产过程信息化控制； 美国：主动将自动化技术（正像乔布什说的“人们并不清楚自己需要什么，需要你来告诉他们”）、信息化技术推广到工程技术的各个领域； 英国学者：各个领域发展过程中的自然渗透，涉及大量学科。 中国：国家9.5开始大力支持；各个高校对机电一体化的理解） 1.2 机电一体化的相关技术 图1控制系统的基本组成 图2 机电一体化技术体系 传感器技术、自动控制技术、精密机械技术、伺服传动技术、系统总成技术

1.2.1 传感器技 传感器：能检测各种物理量，将测得的各种参量转换为电信号，并输送到信息处理部分的功能器件。 完成对各种信息的检测、收集，这些信息包括： 位移、位置、速度、加速度、力； 压力、流量、温度； 电压、电流 因此传感器首先需要有敏感元件部分。 输出量通常为 模拟电流、电压、数字量，因此传感器通常配有专用的信号处理电路。 1.2.2 信息处理技术 完成对信息的输入、输出、计算、分析、存储。通常为专用控制装置，以及计算机、单片机、A/D、D/A 完成上位机的信息交换功能。 1.2.3 自动控制技术 各种控制单元，以自动化过程为控制目的的各种逻辑控制；以某些参数值为控制目的的各种参数控制；以某些综合指标为控制目标的最优化控制。等等。 高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断、校正、补偿、示教再现、检索等技术。 各种控制理论、特殊控制策略、专用算法 1.2.4 伺服传动技术 电机拖动技术 液压传动及伺服控制技术 气压传动技术 1.2.5 精密机械技术 为更好地与控制技术结合，精密机械技术较一般的同类机械精度要求更高，要有更好的可靠性及维护性，同时要有更新颖的结构。

《机电一体化技术》课程教案(第一章)

教案 2010～2011学年第一学期 主讲教师梁杰 课程名称机电一体化技术 课程类别专业必修课 学时及学分48学时3学分 授课班级机械07 机电方向 使用教材姜培刚《机电一体化系统设计》2003年9月第一版 系(院、部) 工程机械系教研室(实验室) 机械电子技术

课时授课计划 课次序号： 1 一、课题：1 绪论 1.1 概述 1.2 机电一体化的发展概况 1.3 机电一体化应用举例 1.4 机电一体化系统的构成 二、课型：课堂讲授 三、目的要求：通过该次课的学习，使学生了解机电一体化的定义、研究内容、产生与发展历程；了解机电一体化技术在日常生活、机械制造、汽车、工程机械等行业的应用情况；熟悉机电一体化系统的基本组成及每一部分的功能；了解本课程的学习内容与学习方法。 四、重点、难点：本次课的重点是机电一体化的应用、系统的基本组成及每一部分的功能。 五、教学方法及手段：采用多媒体教学结合板书。本次课的内容相对容易理解。在讲授的过程中，通过尽量多的应用实例使学生认识到机电一体化技术目前的普及程度及掌握该技术的重要性；提高学生学习本课程的兴趣，并加深对所讲授内容的理解。 六、参考资料： 1、张建民等编著《机电一体化系统设计》，高等教育出版社。 2、梁景凯、盖玉先主编《机电一体化技术与系统》，机械工业出版社，2006年11月第二版。 七、作业：1-1 八、授课记录： 九、授课效果分析： 通过大量的应用实例，活跃了课堂气氛，调动了学生的听课积极性，收到了较好的教学效果。

十、教学进程（教学内容、教学环节及时间分配等） 1、复习 2、导入课题：通过具体实例来说明现代工程机械等产品机电一体化技术的普及程度，掌握机电一体化技术的重要性。 3、教学内容： 课程说明，本课程讲授的主要内容及学习方法； 1.1 概述 机电一体化的定义、起源、研究内容，应用机电一体化技术的意义。 1.2 机电一体化的发展概况 1、20世纪60年代前为第一阶段，“萌芽阶段” 2、70年代到80年代为第二阶段，“蓬勃发展阶段” 3、90年代后期开始为第三阶段，“智能化阶段” 1.3 机电一体化应用举例 家电、机械制造、机器人、汽车、工程机械 1.4 机电一体化系统的构成 1、机械本体 2、动力源 3、检测传感装置 4、控制与信息处理单元 5、执行机构 6、驱动单元 7、接口 4、课堂总结：进一步强调本课程的重要性；本课程涉及到的内容较多，特别是涉及到电子或计算机硬件部分较多，需要在时间上多投入和多查阅一些参考书；机电一体化、智能化是今后的发展趋势；机电一体化系统由七大部分组成。 5、布置作业： 1-1、机电一体化系统的基本功能要素有哪些？功能各是什么？

机电一体化系统设计教学大纲 张建民版 第四版

《机电一体化系统设计》教学大纲 一、课程名称 1、中文名称：机电一体化系统设计 2、英文名称：Mechatronics System Design 二、学时 总学时：90学时，其中，理论学时：72学时，实践学时：18学时 学分：4学分 三、开课学期 第7学期 四、课程考核要求 考查，平时成绩占总成绩的30％，实验成绩占总成绩的20％，考试成绩占总成绩的50％。 五、课程概述 本课程是机械电子工程专业的专业必修课。本课程从系统的观点出发，利用机械技术和电子技术，通过机电有机结合构造最佳的机电系统。 课程性质：机械电子工程专业必修课。 六、适用专业 机械电子工程、机械制造及其自动化等。 先行、后续课程情况： 先行课：机械原理，机械设计，电工学，数字电子技术，模拟电子技术，控制工程基础，微机原理，电气控制技术，数控技术； 后续课：无。 七、课程的目的与任务 1、课程目的 本课程是机械电子工程专业的专业必修课，通过本课程的学习，使学生建立机电产品的一体化设计思想，把电子技术、传感器技术，自动控制技术、计算机技术和机械技术有机地结合起来，了解各项技术之间的接口关系，能运用所学知识对机电一体化产品进行分析或设计，使学生具备解决生产过程中机电设备的运

行、管理、维护和改造等实际问题的初步能力。培养学生综合运用所学基础理论和专业知识进行创新设计的能力。 2、课程的基本要求 1）学习机电一体化基本概念，理解机电一体化系统中各结构要素在系统中的作用和相互关系，初步建立机电产品的系统化设计思想。 2）了解机电一体化系统中常用传感器、传动机构、动力驱动装置和计算机控制系统种类和特点。 3）熟悉机电一体化产品的设计方法和工程路线，能够针对具体的机电一体化产品确定产品开发技术路线。 4）掌握机电一体化系统中机械、传感检测、动力、控制等基本结构要素的技术特点，掌握典型装置的技术原理和使用方法。 5）了解典型机电一体化产品的构成、特点和设计方法，学会设计简单的机电一体化产品。 3、课程教学内容 第1章概述（6学时） 1．基本要求： 了解典型机电一体化产品的构成、特点和设计方法，学会设计简单的机电一体化产品。 2. 教学重点与难点： 机电一体化的功能构成和组成要素；机电一体化的共性关键技术。 3．教学内容： 机电一体化产品的构成、特点和设计方法。 第2章机电一体化系统机械系统部件的选择与设计（18 学时）1．基本要求： （1）了解机械系统部件的设计要求； （2）掌握机械系统传动部件的选择与设计； （3）掌握机械系统导向支承部件的选择与设计； （4）掌握机械系统旋转支承部件的选择与设计； （5）掌握机械系统轴系部件的选择与设计； （6）掌握机械系统机座或机架设计； 2、教学重点与难点：

《机电一体化》教案本

来宾职业教育中心学校 教案本 201 -201 年学年度第二学期 科目__________________ 班级__________________ 教师__________________ 教案编写要求 根据《广西壮族自治区中等职业学校教学工作规范》要求，并结合我校情况，对我校教师教案的编写提出如下要求： 在写教案时明确所教学科的指导思想、教学目标、教学要求以及基本教学方式。并根据学生的心理特征、兴趣习惯、情感态度等确定科学的教学方法，因材施教。能较准确突出教学目的、重点难点，在教学设计方面比较有特色。 教案包括：课题、授课日期、课时、教学目标（包括理论应知目 标和技能目标）、重点、难点、教学方法、教学仪器、教学过程（含 练习、小结）、板书设计、作业、课后反思等。

教师要在授课前一周备好教案（开学前应备好两周课的教案）不允许无教案上课。 来宾市职业技术学校教务处 2008年3月

落料光电传感器：检测是否有物料到传送带上，并给PLC —个输入信号。（接线注意棕色接“+”、蓝色接“-”、黑色接输出）

放料孔：物料落料位置定位。 金属料槽：放置金属物料。 塑料料槽：放置非金属物料。 电感式传感器：检测金属材料，检测距离为3~5m（接线注意棕色接“+”、蓝色接 “-”、黑色接输出） 电容式传感器：用于检测非金属材料，检测距离为5~10m（接线注意棕色接“ +”、蓝色接“-”、黑色接输出） 三相异步电机：驱动传送带转动，由变频器控制。 推料气缸：将物料推入料槽，由双向电控气阀控制。 板书设计： 1.功能 2.结构 3.安装要求 作业：实训报告册 课后反思:

机电一体化概论4000字

机器人学的进步与应用是二十世纪自动控制最有说服力的成就，是当代最高意义的自动化，尤其在当今的工业制造中，机器人学已取得了最伟大的成功[1]。进入二十一世纪，人们已经愈来愈亲身地感受到机器人深入生产、生活和社会的坚实步伐。一方面随着各个国家老龄化越来越严重，更多的老人需要照顾，社会保障和服务的需求也更加紧迫，老龄化的家庭结构必然使更多的年青家庭压力增大，而且生活节奏的加快和工作的压力，也使得年轻人没有更多时间陪伴自己的孩子，随之酝酿而生的将是广大的家庭服务机器人市场。另一方面服务机器人将更加广泛地代替人从事各种生产作业, 使人类从繁重的、重复单调的、有害健康和危险的生产作业中解放出来 服务机器人是机器人家族中的一个年轻成员，到目前为止尚没有一个严格的定义，不同国家对服务机器人的认识不同。国际机器人联合会经过几年的搜集整理，给了服务机器人一个初步的定义：服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它能完成有益于人类健康的服务工作[3]，即除了手术机器人、诊断机器人、护理机器人、康复机器人等医用机器人外，也包括各种家用机器人、娱乐机器人、体育机器人、玩具机器人、导游机器人、保安机器人、排险机器人、清洁机器人、秘书机器人、建筑机器人、邮拾和送信机器人以及加油机器人等。随着开发研究的进一步开展和价格的大幅度下降，服务机器人将广泛进入医院、家庭、工地、办公室和体育娱乐场馆，直接与人类共处，为人类排忧解难 中国机器人专家、工程院院士徐扬生教授说：“只要10年时间，机器人将在世界范围内，普及到每个人的日常生活之中。这将是一个巨大的市场，预计将比现在的汽车市场还要大。”②韩国科学家预测：到2015年至2020年，每个韩国家庭将拥有一个机器人。③日本专家估计：到2020年日本将有25%的人口年龄超过65岁，护理型机器人将供不应求。④德国科学家预计：将在未来的几十年间，家庭生活中将出现的最大变化就是机器人的普及，家庭服务机器人将在日常家庭生活中扮演越来越重要的角色，承担越来越多的工作从二十世纪八十年代中期开始，机器人已从工厂的结构化环境进入人的日常生活环境—医院、办公室、家庭和其它杂乱及不可控环境，成为不仅能自主完成工作，而且能与人共同协作完成任务或在人的指导下完成任务的智能服务机器人，特别是最近几年，对会清洁地面、割草或充当导游、保姆和警卫等自主移动机器人技术上的进步，大家都有目共睹日本将机器人作为一个战略产业，给予了大力支持，而且日本根据目前机器人产业面临的问题，提出了加强机器人研究和推动机器人产业化的具体措施，日本机器人工业之所以领先世界，一方面和他们的机器人文化也有关，在日本，有一种“让机器人成为人”的氛围，在日本，由于人口不多，而且老龄化趋势严重，他们需要机器人来承担劳力的工作，因此培养起浓厚的机器人文化；另一方面，日本政府也希望机器人研发成为本国的支柱产业，所以投入大量资金，为了攻克更关键的服务机器人技术，日本在2006 年至2010 年间，每年投入1000 万美元用于研发服务机器人。 韩国将服务机器人技术列为未来国家发展的10大“发动机”产业，他们已经把服务型机器人作为国家的一个新的经济增长点进行着重发展，对机器人技术给予了重点扶持，通过不断地努力，韩国近几年来也逐渐跻身研究机器人的世界潮流。韩国信息通信部官员表示，虽然韩国的机器人技术起步比美国、日本和欧洲的竞争者要晚，但是有望在未来5～10年内迎头赶上 美国是机器人的发源地，尽管美国在机器人发展史上走过一条重视理论研究，忽视应用开发研究的曲折道路，但是美国的机器人技术在国际上仍一直处于领先地位，其技术全面、先进，适应性也很强。例如：专治中风的机器人医生将在密歇根州圣约瑟夫默西奥克兰医院率先上岗，这种机器人头部是一个显示屏，能显示网络另一端医生的形象和声音，显示屏上方安装了一个摄像头，可以把医院现场的图像和声音传回给医生，有了这种机器人，医生在

机电一体化教案本.doc

来宾职业教育中心学校教案本201-201年学年度第二学期科目 班级 教师

教案编写要求 根据《广西壮族自治区中等职业学校教学工作规范》要求，并结合我 校情况，对我校教师教案的编写提出如下要求： 在写教案时明确所教学科的指导思想、教学目标、教学要求以及基本 教学方式。并根据学生的心理特征、兴趣习惯、情感态度等确定科学的教 学方法，因材施教。能较准确突出教学目的、重点难点，在教学设计方面 比较有特色。 教案包括：课题、授课日期、课时、教学目标（包括理论应知目标和 技能目标）、重点、难点、教学方法、教学仪器、教学过程（含练习、小结）、板书设计、作业、课后反思等。 教师要在授课前一周备好教案（开学前应备好两周课的教案），不允许无教案上课。 来宾市职业技术学校教务处 2008年 3月

课题传送系统安装 授课日期第 1.2.3 周课时10 理论知识目标： 1.能描述 YL-235A 装置功能和结构 教 2. 能描述机电一体化概况和发展史（选）学 技能目标： 目 1. 学会正确拆解皮带运输系统 标 2.学会安装和调试皮带运输系统 教 学 重物料传送和分拣机构的拆装 点 教 学安装和调试皮带运输系统 难 点 教 法讲授、实训 教学仪器：拆装工具 教学过程：

落料光电传感器：检测是否有物料到传送带上，并给 PLC一个输入信号。（接线注意棕色接“ +”、蓝色接“ - ”、黑色接输出） 放料孔：物料落料位置定位。 金属料槽：放置金属物料。 塑料料槽：放置非金属物料。 电感式传感器：检测金属材料，检测距离为3~5mm（接线注意棕色接“ +”、蓝色接“ - ”、黑色接输出） 电容式传感器：用于检测非金属材料，检测距离为5~10mm（接线注意棕色接“ +”、蓝色接“ - ”、黑色接输出） 三相异步电机：驱动传送带转动，由变频器控制。 推料气缸：将物料推入料槽，由双向电控气阀控制。 板书设计： 1.功能 2.结构 3.安装要求 作业：实训报告册 课后反思：

机电一体化技术在我国的发展应用概述

专科毕业论文 题目：机电一体化技术在我国的发展应用 学生姓名 学号 20130429 指导教师张进年 院系西北大学继续教育学院 专业机电一体化 年级

诚信声明 本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或在网上发表的论文。 特此声明。 论文作者签名：杨健 日期：2015年10月12 日

目录 摘要.............................................................................................I 目录.............................................................................................II 1 绪论 (1) 1.1 现实背景和理论背景 (1) 1.1.1现实背景 (1) 1.2 研究的目的和意义 (1) 2 机电一体化概述 (2) 2.1 机电一体化的基本概念 (2) 2.2机电一体化产品的优越性 (3) 2.3机电一体化产品的分类 (4) 3 机电一体化技术在我国的应用与发展 (5) 3.1国内外机电一体化技术发展状况： (5) 3.1.1国外机电一体化发展现状 (5) 3.1.2国内机电一体化发展现状 (7) 3.2机电一体化技术在我国的应用 (8) 3.2.1在现代机械制造业中的应用 (8) 3.2.2在饮料行业中的应用 (9) 3.2.3在钢铁企业中的应用 (9) 3.2.4在煤矿中的应用 (10) 3.3我国机电一体化技术发展存在的一些问题及解决对策 (12) 3.3.1缺乏核心技术是我国机电一体化产品出口的软肋 (12) 3.3.2技术壁垒是我国机电一体化产品出口的新拦路虎 (13) 3.4 机电一体化技术的发展趋势 (15) 总结 (18) 参考文献 (19) 致谢 (20)

机电一体化名词解释讲课教案

机电一体化名词解释

一、名词解释 1.测量：是人们借助于专门的设备，通过一定的方法对被测对象收集信息，取得数据概念的过程。 2 灵敏度：指在稳态下，输出的变化量ΔY与输入的变化量ΔX的比值。即为传感器灵敏度。 S=dy/dx=ΔY/ΔX 3.压电效应：某些电介质，当沿着一定的方向对它施加力而使它产生变形时，内部就会产生极化现象，同时在它的两个表面上将产生符号相反的电荷。当外力去掉后，它又重新恢复到不带电的状态，这种现象被称为压电效应。 4.动态误差：动态误差在被测量随时间变化过程中进行测量时所产生的附加误差称为动态误差。 5.传感器：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的，便于应用的某种物理量的测量装置 6.线性度：所谓传感器的线性度就是其输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度。又称为非线性误差。7．伺服控制系统：一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度及动力输出的自动控制系统。 8、三相六拍通电方式：如果步进电动机通电循环的各拍中交替出现单、双相通电状态，这种通电方式称为单双相轮流通电方式。如A→AB→B→BC→C→CA→…

9.系统精度：指输出量复现输入信号要求的精确程度。 10.机电一体化：机电一体化--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。 11.自动控制：自动控制—由控制装置自动进行操作的控制。 12.开环控制系统：开环控制系统—无反馈的控制系统。 13.逆变器：逆变器—把固定的直流电变成固定或可调的交流电的 DC/AC变流器。 14. PWM：PWM—通过调节脉冲的宽度改变负载电压平均值的脉宽调制斩波器。 15、柔性制造系统：柔性制造系统（Flexible Manufacturing System）是由两台或两台以上加工中心或数控机床组成，并在加工自动化的基础上实现物料流和信息流的自动化 16、静态设计：是指依据系统的功能要求，通过研究制定出机械系统的初步设计方案。 17、系统软件：系统软件是由计算机的制造厂商提供的，用来管理计算机本身的资源和方便用户使用计算机的软件。 18、感应同步器: 感应同步器是一种应用电磁感应原理制造的高精度检测元件，有直线和圆盘式两种，分别用作检测直线位移和转角。

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机电一体化教案（讲稿）第六章 淮南联合大学教师授课教案 教学过程及时间分配： 6.1步进电动机 1．步进电机的工作原理 步进电动机又称电脉冲马达，是通过脉冲数量决定转角位移的一种伺服电动机。由于步进电动机成本较低，易于采用计算机控制，因而被广泛应用于开环控制的伺服系统中。步进电动机比直流电动机或交流电动机组成的开环控制系统精度高，适用于精度要求不太高的机电一体化伺服传动系统。目前，一般数控机械和普通机床的微机改造中大多数均采用开环步进电动机控制系统。 步进电动机按其工作原理分： 主要有磁电式和反应式两大类 步进电机按励磁相数分： 有三、四、五、六相等几种，因为相数越多，步距角越小，而且还采用多相 通电，提高步进电机的输出转矩。 步进电机按输出力矩大小分： 功率步进电机， 伺服（快速）步进电机 反应是步进电机的工作原理是：

三相反应式步进电动机的工作原理如图5-12所示，其中步进电动机的定子上有6个齿，其上分别缠有W A 、W B 、W C 三相绕组，构成三对磁极，转子上则均匀分布着4个齿。步进电动机采用直流电源供电。当W A 、W B 、W C 三相绕组轮流通电时，通过电磁力吸引步进电动机转子一步一步地旋转。 图 5-13 三相反应式步进电动机 图 5-12 步进电动机运动原理图 首先假设U 相绕组通电，则转子上下两齿被磁吸住，转子就停留在U 相通电的位置上。然后U 相断电，V 相通电，则磁极U 的磁场消失，磁极V 产生了磁场，磁极V 的磁场把离它最近的另外两齿吸引过去， 停止在V 相通电的位置上，这时转子逆时针转了300 。随后V 相断电，W 相通电，根据同样的道理，转子 又逆时针转了300，停止在W 相通电的位置上。若再U 相通电，W 相断电，那么转子再逆转300 。定子各相轮流通电一次，转子转一个齿。 步进电机绕组按U W V U W V U →→→→→→…依次轮流通电，步进电动机转子就一步步地按逆时针方向旋转。反之，如果步进电动机按倒序依次使绕组通电，即： U V W U V W U →→→→→→…，则步进电动机将按顺时针方向旋转。 步进电机绕组每次通断电使转子转过的角度称之为步距角。上述分析中的步进电机步距角为300 。 对于一个真实的步进电动机，为了减少每通电一次的转角，在转子和定子上开有很多定分的小齿．其中定子的三相绕组铁心间有一定角度的齿差，当U 相定子小齿与转子小齿对正时，V 相和W 相定子上的齿则处于错开状态，如图5-13所示。工作原理与上同，只是步距角是小齿距夹角的1/3。 2、步进电动机的通电方式 如果步进电动机绕组的每一次通断电操作称为一拍，每拍中只有一相绕组通电，其余断电，这种通电方式称为单相通电方式。三相步进电动机的单相通电方式称为三相单三拍通电方式。如： Λ→→→→A C B A 。

机电一体化——第一章 概述

1 .概论 随着科学技术的发展，世界正面临着以信息技术为中心的技术革命，其目标是极大地提高劳动生产率和产品质量。信息技术有三大支柱，即测量与控制技术、计算机技术和通信技术。机械技术和微电子技术、计算机技术和信息技术的结合，是机械技术与电子技术发展的共同趋势之一。特别是新兴的微电子技术、信息技术引入传统的机械技术之中，已使传统的机械类产品在功能上、性能上以及制造技术上提高到了一个新的水平，创造出许多不曾有过的新产品与新设备，带来了巨大的经济效益和社会效益。 因此，运用机电一体化技术设计机电一体化的设备或产品，改变机械产品与机械工业的面貌，满足社会和生活的物质需要，已成为工程设计人员的历史使命。本章将介绍机电一体化系统的基本概念、系统组成要素和机电一体化系统的设计任务。 1．1机电一体化系统的概念 1．1．1系统的基本概念 “系统”这个名词，使用非常广泛。在不同的词典、手册和专著中系统的定义都是：系统是由相互作用的依赖的若干组成部分按一定规律结合成的、具有特定功能的有机整体。 系统具有如下特征： “集合性”，系统是许多元素的集合。 “关联性”，系统的各个组成部分之间是互相联系的互相制约的。 “目的性”，系统总是具有特定的功能，特别是人所创造或改选的系统，总是有一定的目的性。 “环境适应性”，系统总是存在并活动于一个特定的环境中，与环境不断进行物质、能量、信息的交换。系统必须适应环境。 对于系统工程还很难给出一个人们所公认的定义，这里列举一个较典型的解释。 “系统是为了更好地达到系统目标，而对系统的构成要素、组织结构、信息流动和控制机理等进行分析和设计的技术”（1967年日本工业标准JIS）。 由于系统是研究系统共性的跨学科的方法性技术，那么它研究和处理任何问题时都应遵循以下基本原则。

机电一体化教案4

淮南联合大学 教案 课程名称：机电一体化系统 授课教师：陈其祥 授课班级：05机电1、2班 选用教材：赵先中.《机电一体化系统》.高教版

淮南联合大学教师授课教案 教学过程及时间分配： 第四章控制系统 4.1 控制系统的组成及其作用 控制系统的组成（5部分） （1）数字控制装置 作用：程序译码执行；状态信号输入采集处理，产生输出控制信号和状态显示信息 （2）输入装置 作用：接受现场状态信息和操作命令，（专为可识别的信息格式）

（3）输出装置（输出设备） 作用：接受来自数字控制装置的控制命令，转化并执行相应命令信息， 产生调解、改变系统工作状态的操作和动作 （4）输入输出接口 作用：连接数字控制装置和输入输出设备的信息桥梁，完成I/O信号的电平转换，隔离，信号方式转换，滤波，锁存和缓冲等功能（5）功率放大电路 作用：将输出接口的输出控制信号进行功率放大，以足够的功率驱动输出执行设备（输出装置），完成系统的运行 控制系统的组成实例1： 板书设计：

开关量控制系统的组成 机电业一体化系统控制电路组成 其他：①相关标题，主要内容要点等按常规进行书写 ②要求板书清晰整洁美观，图面大小适度规范，无错字别字和不规范文 字符号 作业： 1．简述机电一体化控制系统的构成 2．简述机电一体化控制系统各功能部件的作用 课后教学小结： 1．讲清机电一体化控制系统的组成原理，有助于后续教学内容的讲授 2．讲清机电一体化控制系统各部件的功能，有助于后续教学内容的讲授 3．通过课件图片和录相资料片的播放，加深对电一体化控制系统的感性理解 作业中存在的主要问题： 部分学生的习题简述机电一体化控制系统各功能部件的作用存在错误 其余无明显作业问题 淮南联合大学教师授课教案

《机电一体化导论》期末测试题

《机电一体化导论》期中测试题 姓名班级学号分数 一、填空题（每空1分，共20分） 1、机电一体化系统的关键技术有机械设计技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、传感与检测技术、执行与驱动技术和机电一体化总体设计技术。 2、机电系统的支撑部件包括导向支撑部件轴系支撑部件旋转支撑部件和机座机架。 3、传感器是由敏感元件转换元件基本转换电路三部分组成。 4、机电一体化系统中常见的接口有输入/输出芯片、RS-232串行口和RS-485串行口等。 5、机械设计是机械生产的第一道工序。 6、交流伺服电动机的控制方式有幅值控制、相位控制幅相控制双相控制 7、计算机网络按覆盖范围划分为局域网、城域网和广域网。 8、机电一体化系统设计的方法有机电互补法机电结合法和组合法。 二、名词解释（每题4分，共20分） 1、机电一体化 机电一体化：从系统的观点出发，将机械技术、信息技术、控制技术等在系统工程基础上有机地加以综合，实现整个机械系统最优化而建立起来的一门新技术。 2、闭环系统 闭环系统：当一个系统以所需要的方框图表示而存在反馈回路时，称为闭环系统。 3、工业机器人 工业机器人：是一种自动控制，可重复编程，多功能、多自由度的操作机，是搬运物料、工件或操作工具及完成其他各种作业的机电一体化设备。 4、伺服系统 伺服系统：是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度或力输出的自动控制系统及驱动系统，也叫随动系统。 5、接口 接口：为确保机电一体化系统各要素与系统之间能够顺利地进行信息、物质能量的传输和转换，必须在它们之间建立一定的联系条件，这些联系条件称为接口。 三、判断题（每题2分，共20分） 1、‘机电一体化’的英文单词是Mechanics。（） 2、真空吸附手是工业机器人的一种末端执行器。(√ )

机电一体化教学设计

学习任务“电动机点动控制线路”教学设计 一、教学内容分析 “电动机点动控制线路”电动机生产加工电路的基本控制线路。在生产实践中，由于各种生产机械的工作性质和加工工艺不同，使得它们对电动机的控制要求不同，需要的电器类型和数量不同，构成的控制线路也就不同，有的比较简单，有的相当复杂。但任何复杂的控制线路也是由一些基本控制线路有机地组合而成的。由此可见电动机基本控制线路的重要性。 本项目包括3个学习任务，其中有了解按钮开关和交流接触器的正确接线、并会根据接线图完成点动电路的控制安装、试车排故。通过“理实一体”相结合的目的，更好的完成实训学习任务。

二、教学对象分析 本课程的教学对象是初中起点机电一体化专业2年级的学生，已经学习了机电专业的相关理论基础知识，并掌握了简单的基础接线实训等学习任务。 该班学生上课学习积极性高，学生们的认知能力、技能掌握水平有待强化，合作能力有待提高。 三、教学目标设计 1.能够正确认识按钮开关和交流接触器的结构，并根据接线图对其安装、检测。 2.能熟练掌握点动控制电路的工作原理。 3.能识读并绘制电路图、布置图和接线图。 4.能在教师指导下，正确安装和调试点动控制线路。 5.能通过调试排除故障。 四、学习重点及其化解方法 1.重点 正确认识按钮开关和交流接触器的结构，并会根据接线图安装完成接线。 2.化解方法 小组合作，结合理论知识，教师巡回指导，现场示范等。 五、学习难点及其化解方法 1.难点 完成点动控制线路的安装、调试、检修。

2.化解方法 小组展示，小组互评，教师总结归纳等。 六、教学策略选择与设计 理实一体教学法（设定任务，引导启发学生循序渐进将理论内化为实践，培养学生自主学习的能力） 多媒体辅助教学法（多媒体教学有助于学生直观了解细节的理论知识，更能调动学生学习的动手实训积极性）分层教学法（职中学生学习情况参差不齐，有效的分层教学可以让所有同学感受成功的喜悦，学习成绩及动手能力较强的为A，较一般的B，强迫学习的为C） 启发式教学法（引导学生自主探究，让其掌握知识、运用知识） 七、教学环境及资源准备 1.教学环境

《机电一体化概论》word版

机电一体化概论 一、机电一体化的基本概念 机电一体化是在以机械、电子技术和计算机科学为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科，而机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。初级的机电一体化产品是指采用微电子技术代替和完善机械产品中的一部分，以提高产品的性能；而高级的机电一体化产品是利用机电一体化技术使机械产品实现自动化、数字化和智能化，使产品性能实现质的飞跃。因此，机电一体化是在机械产品中的机构主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术和计算机技术，并将机械装置和电子设备以及计算机软件等有机结合起来构成的系统总称。机电一体化技术同时也是工程领域不同种类技术的综合及集合，它是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术基础之上的一种高新技术。近年来，随着微电子技术和计算机应用技术的快速发展，机电一体化技术领域在不断地扩大和完善。目前机电一体化的研究和开发主要包括计算机数控系统、机器人、计算机辅助设计／辅助制造系统、柔性制造系统和计算机集成制造系统等。机电一体化产品和系统的特点是产品和系统功能的实现是机构中所有部分功能共同作用的结果，这与传统机电设备中机械与电子系统相对独立，可以分别工作具有本质的区别。随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化产品有逐步取代传统机电产品的趋势，这完全取决于机电一体化技术所存在的优越性和潜在的应用性能。与传统的机电产品相比，机电一体化产品具有下述优越性。 （1）使用安全性和可靠性提高。机电一体化产品一般都具有自动监视、报警、自动诊断、自动保护等功能。在工作过程中，遇到过载、过压、过流、短路等电力故障时，能自动采取保护措施，避免和减少人身和设备事故，显著提高设备的使用安全性。机电一体化产品由于采用电子元器件，减少了机械产品中的可动构件和磨损部件，从而使其具有较高的灵敏度和可靠性，产品的故障率低，寿命得到了提高。 （2）生产能力和工作质量提高。机电一体化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能，其控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高，通过自动控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作，使之不受机械操作者主观因素的影响，从而实现最佳操作，保证最佳的工作质量和产品的合格率。同时，由于机电一体化产品实现了工作的自动化，使得生产能力大大提高。例如，数控机床对工件的加工稳定性大大提高，生产效率比普通机床提高5 ～6 倍，柔性制造系统的生产设备利用率可提高1 ．5 ～3．5 倍，机床数量可减少约50 ％，节省操作人员数量约50 ％，缩短生产周期40 ％，使加工成本降低50 ％左右。 （3）使用性能改善。机电一体化产品普遍采用程序控制和数字显示，操作按钮和手柄数量显著减少，使得操作大大简化并且方便、简单。机电一体化产品的工作过程根据预设的程序逐步由电子控制系统指挥实现，系统可重复实现全部动作。高级的机电一体化产品可通过被控对象的数学模型以及外界参数的变化随机自寻最佳工作程序，实现自动最优化操作。 （4）具有复合功能并且适用面广。机电一体化产品跳出了机电产品的单技术和单功能限制，具有复合技术和复合功能，使产品的功能水平和自动化程度大大提高。机电一体化产品一般具有自动化控制、自动补偿、自动校验、自动调节、自动保护和智能化等多种功能，能应用于不同的场合和不同领域，满足用户需求的应变能力较强。例如，电子式空气断路器具有保护特性可调、选择性脱扣、正常通过电流与脱扣时电流的测量、显示和故障自动诊断等功能，使其应用范围大为扩大。 （5）调整和维护方便。机电一体化产品在安装调试时，可通过改变控制程序来实现工作方式的改变，以适应不同用户对象的需要以及现场参数变化的需要。这些控制程序可通过多种手段输入到机电一体化产品的控制系统中，而不需要改变产品中的任何部件或零件。对于具有存储功能的机电一体化产品，可以事先存入若干套不同的执行程序，然后根据不同的工作对象，只需给定一个代码信号输入，即可按指定的预定程序进行自动工作。机电一体化产品的自动化检验和自动监视功能可对工作过程中出现的故障自动采取措施，使工作恢复正常。 机电一体化技术和产品的应用范围非常广泛，涉及到工业生产过程的所有领域，因此，机电一体化