机电一体化ppt课件x新.ppt
《机电一体化ppt课件x新.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《机电一体化ppt课件x新.ppt(135页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、机电一体化技术,教师:罗新强 职称:高级讲师,第一章 机电一体化概论,机电一体化的发展及概念机电一体化的产生与发展 机电一体化的概念及理解机电一体化产品(系统)的分类机电一体化的意义机电一体化系统的组成及功能机电一体化的相关技术及发展趋式总结,机电一体化的产生与发展,例子1:机械式控制计算机数字控制,靠模(仿形)控制机械式,机电一体化的产生与发展,例子2:机械式控制计算机数字控制,靠模(仿形)控制机械液压式,机电一体化的产生与发展,例子3:机械式控制计算机数字控制,数控插补计算机数控式,机电一体化的产生与发展,例子4:机械式调速电子式调速,机械式调速器,瓦特,机电一体化的产生与发展,例子4:机
2、械式调速电子式调速,电子式调速器,机电一体化的产生与发展,例子5:机械式计算电子式计算,机械式乘法计算器,手摇式机械计算器,机电一体化的产生与发展,例子5:机械式计算电子式计算,第一台机械式计算机,机电一体化的产生与发展,例子5:机械式计算电子式计算,第一台电子式计算机(ENIAC),ENIAC(电子数字积分计算机,Electronic Numerical Integrator And Computer)。于1946年2月15日在美国诞生。占地面积170平方米,重达30吨,耗电量150千瓦。造价48万美元。由真空管、二极管、电阻器、电容器、继电器、开关等组成。每秒执行5000次加法或400次乘
3、法,是手工计算的20万倍。,机电一体化的产生与发展,例子5:机械式计算电子式计算,第一台集成电路式计算机(PDP-8),机电一体化的产生与发展,例子5:机械式计算电子式计算,第一台带电池的笔记本电脑(1985,东芝),带旋转手写功能的笔记本电脑(IBM,X41T),总结,在机械系统中引入电子、计算机由电路、计算机实现机械的部分功能还引入了其他技术,如液压、控制等带来了很多好处(功能、体积、操控性、性价比等)分立电子元器件大规模集成电路系统越来越复杂,应该是一个系统工程,1、机电一体化技术机:机械 mechanic 电:微电子 electronic机电:mechatronics机电一体化技术:m
4、echatronics technology,基本概念,机电一体化(Mechatronics)一词最早出现在1971年日本的机械设计杂志副刊上。后来随着机电一体化的发展而被广泛引用。我国通常称为“机械电子学”或“机电一体化”Mechatronics=Mechanics+Electronics一般认为,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。,首先,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。其次,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
5、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)“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;最后,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。换句话说,机电一体化是多种技术学科有机结合的产物,而不是它们的简单叠加。,内涵 机电一体化是一个综合的概念,包含了技术和产品两方面
6、内容它首先是指机电一体化技术,其次是指机电一体化产品(系统)。机电一体化技术是从系统工程的观点出发,将机械、电子和信息等有关技术有机结合起来,以实现系统或产品整体最优的综合性技术。机电一体化技术主要包括技术原理和使机电一体化产品(或系统)得以实现、使用和发展的技术。机电一体化技术是一个技术群(族)的总称,包括检测传感技术、信息处理技术、伺服驱动技术、自动控制技术、机械技术及系统总体技术等。机电一体化产品有时也称为机电一体化系统,它们是两个相近的概念,通常机电一体化产品指独立存在的机电结合产品,而机电一体化系统主要指依附于主产品的部件系统。,基本概念,机电一体化产品举例,1、家用电器 2、数控设
7、备3、自动化生产线4、医疗仪器及设备,5、办公自动化设备6、航空航天设备7、汽车8、其它,数控机床、机器人、自动生产设备生产用机电一体化产品 柔性生产单元、自动组合生产单元 FMS、无人化工厂、CIMS 微机控制汽车、机车等交通运输工具运输、包装机电一体化产品 数控包装机 械及系统 数控运输机械及工程机械设备 自动仓库储存、销售用机电一体化产品 自动空调与制冷系统及设备 自动称量、分选、销售及现金处理系统 自动化办公设备社会服务性机电一体化产品 动力、医疗、环保及公共服务自动化设备 文教、体育、娱乐用机电一体化产品 微机或数控型耐用消费品家庭用机电一体化产品 炊事自动化机械 家庭用信息、服务设
8、备 测试设备科研及过程控制用机电一体化产品 控制设备 信息处理系统农、林、牧、渔及其它民用机电一体化产品航空、航天、国防用武器装备等机电一体化产品,3、典型的机电一体化产品,1)数控机床 包括:数控车床 数控铣床 数控冲床等,数控车床,CAK系列,CKS系列,数控车床,数控铣床,三坐标立式数控铣床示意图,传统机床与数控机床的区别,1.提高精度2.提高生产效率3.减轻劳动强度4.有利于生产管理5.有利于产品更新改型,传统机床数控化改造,数 控 刀 具,数控机床加工的部分零件,数控机床的发展方向,高速化、精密化、高效能、系统化、复合化、绿色、可靠、自诊断,加工中心,例子,线切割,线切割,CT扫描仪
9、,CT扫描仪,液压挖掘机,传真机、复印机,2)机器人,发展历程:第一代:示教再现机器人第二代:有感觉的机器人第三代:智能机器人,弧焊机器人,工业机器人,工业机器人,FANUC M-430iA 工业机器人正在做寿司工业机器人+仿真手,例子,焊接机器人,机器人在机械制造中的应用,加工机器人焊接机器人喷涂机器人装配机器人检测机器人净化机器人移动式机器人,汽车装配机器人,120公斤点焊 机器人,搬运 机器人,汽车加油机器人,导游机器人,机器人在其它方面的应用,水下扫雷机器人,我国研制的排爆机器人,消防机器人,救援机器人,典型的机电一体化系统机器人,1机械装置:手臂、手指、手臂的连接部分和机座。2驱动装
10、置:驱动机械手臂、手指运动的电机、电磁铁等。3动力源:电源、液压源、气源。4传感检测装置:检测旋转角度和摆动角度的旋转编码器、测速度用的测速电机。5控制单元:计算机控制器。,焊接机器人,搬运机器人,电子行业点胶机器人,例子,典型的机电一体化系统汽车,汽车防抱死刹车系统(ABS,Anti-locked Braking System),典型的机电一体化系统汽车,机电一体化系统神六,机电一体化系统纳米机器人,可在毛细血管里工作的微型机器人,胶囊机器人-重庆,机电一体化产品的表现形式 1.机械的电子化(1)在原有机械系统的基础上采用微型计算机控制装置,使系统的性能提高,功能增强。例如,模糊控制洗衣机能
11、根据衣物的洁净度自动控制洗涤过程,从而实现节水、节电、节时、节洗衣粉的功能;机床的数控化是另一个典型的例子。(2)用电子装置局部替代机械传动装置和机械控制装置,简化结构,增强控制灵活性。例如,数控机床的进给系统采用伺服系统,简化了传动链,提高了进给系统的动态性能;将传统电机的电刷用电子装置替代形成的无刷电机,具有性能可靠、结构简单、尺寸减小等优点。,基本概念,机电一体化产品的表现形式(3)用电子装置完全替代原来执行信息处理功能的机构,既减化了结构,又极大地丰富了信息传输的内容,提高了速度。例如,石英电子钟表、电子秤、按键式电话等。(4)用电子装置替代机械的主功能,形成特殊的加工能力。例如,电火
12、花加工机床、线切割加工机床、激光加工机床等。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。,机电一体化技术的主要特征:整体结构最优化:在传统机械产品中,为了增加功能,或实现某一种控制规律,往往靠增加机械机构的办法来实现。如果采用机电一体化系统,可以从机械、电子、硬件、软件四个方面去实现同一种功能。系统控制智能化:这是机电一体化技术与传统的工业自动化技术最主要的区别之一。电子技术的引入,显著地改变了传统机械那种单纯靠操作人员,按照规定的工艺顺序频繁重复的工作状况。
13、操作性能柔性化:计算机软件技术的引入,能使机电一体化系统的各个传动机构的动作通过预先给定的程序,一步一步地由电子系统来协调。在生产对象变更需要改变传动机构的动作规律时,无须改变其硬件机构,只要调整由一系列指令组成的软件,就可以达到预期的目的。,发展概况,发展概况,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,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,使得机械与电子的结合还没有得到广泛的应用。数控机(1952年),工业机器人(1959年)出现。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,为机
14、电一体化的发展奠定了技术基础这个时期的特点是:mechatronics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;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。自动门,自动售货机,自动对焦相机出现。,发展概况,3.90年代后期开始为第三阶段,“智能化阶段”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;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。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
15、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。,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。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。,机电一体化的产生和发展的根本原因在于社会的发展和科学技术的进步。系统工程、控制论和信息技术是机电一体化的理论基础,也是机电一体化技术的方法论。微电子技术的发展,半导体大规模集成电路制造技术的进步,则为机电一体化技术奠定了物质基础。也
16、就是说,机电一体化的产生既是机械技术与微电子技术发展的结果,又是系统工程、控制论和信息技术付诸实践的结果。科学技术的进步为机电一体化的产生和发展创造了条件,社会需求则为之提供了动力。反过来,机电体化的发展又不断促进科学技术的进步和社会需求。,第一节 机电一体化含义,一、机电一体化定义(重点),从系统的观点出发,将机械技术、微电子技术、信息处理技术、控制理论、检测技术、电力电子技术、接口技术和系统总体技术等,加以综合,以实现整个系统最优化的一门学科交叉的新技术。,二、机电一体化目的 是使系统多功能化、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、小化方向发展,不断满足人们生活的多
17、样化要求和生产的省力化、自动化要求。,三、机电一体化产品具有两方面内容,机电一体化技术机电一体化产品,四、机电一体化革命,机电一体化技术革命机电一体化革命的基础机、电、液一体化,五、机电一体化技术发展方向,复合化小型轻量化高速化移动化智能化层次化和系统化全盘化 全际化,六、机电一体化相关技术,机械本体 1、减轻重量2、提高刚度3、实现通用化、标准化、系统化4、提高系统整体的可靠化传感技术信息处理技术驱动技术接口技术软件技术,共性关键技术,1 检测传感技术2 信息处理技术3 自动控制技术4 伺服驱动技术5 机械技术6 系统总体技术,1、检测传感技术,作用:感受器官、反馈环节。,研究对象:传感器及
18、其信号检测装置(即变送器),要求:能快速、精确地获得信息并在相应的应用环境中具有高可靠性。,共性关键技术,2、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。计算机技术包括计算机硬件技术和软件技术、网络与通信技术、数据库技术等。计算机与信息处理装置指挥整个产品的运行,信息处理是否正确、及时,直接影响到产品工作的质量和效率。因此,计算机应用及信息处理技术已成为促进机电一体化技术和产品发展的最活跃的因素。信息处理的发展方向是提高信息处理的速度、可靠性和智能化程度。人工智能、专家系统、神经网络技术等都属于计算机与信息处理技术。,共性关键技术,主要完成信息的交换、存取、
19、运算、判断和决策等.其主要工具是计算机。,共性关键技术,共性关键技术,3、自动控制技术,自动控制所依据的理论是自动控制原理(包括经典控制理论和现代控制理论),自动控制技术就是在此理论的指导下对具体控制装置或控制系统进行设计;设计后进行系统仿真,现场调试;最后使研制的系统可靠地投入运行。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。自动控制技术的目的在于实现机电一体化系统的目标最佳化。机电一体化系统中的自动控制技术主要包括位置控制、速度控制、最优控制、自适应控制以及模糊控制、神经网络控制等。,4、伺服驱动技术,在控制指令的指挥下,控制驱动元件,使机械运动部
20、件按照指令的要求进行运动,并具有良好的动态性能。,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 伺服驱动技术是直接执行操作的技术,对机电一体化产品的动态性能、稳态精度、控制质量等具有决定性的影响。常见的伺服驱动装置有电液马达、脉冲液压缸、步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机。,共性关键技术,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。现代机械要求具有更新颖的结构、更小的体积、更轻的重量,还要求精度更高、刚度更大、动态性能更好。为了满足这些要求,在设计和制造机械系统时,除了考虑静态、动态的刚度及热变形的问题外,还应考虑
21、采用新型复合材料和新型结构以及新型的制造工艺和工艺装置,延长机械部分的使用寿命,提高关键零部件的精度,使零部件模块化、标准化、规格化,从而提高维修效率,减少停工时间。,5、机械技术,共性关键技术,6、系统总体技术 系统总体技术是一种从整体目标出发,用系统工程的观点和方法,将系统各个功能模块有机的结合起来,以实现整体最优。系统总体技术所包含的内容很多,接口技术是其重要内容之一,机电一体化产品的各功能单元通过接口联接成一个有机的整体。接口包括电气接口、机械接口、人机接口。电气接口实现系统间电信号连接;机械接口则完成机械与机械部分、机械与电气装置部分的连接;人机接口提供了人与系统间的交互界面。系统总
22、体技术是最能体现机电一体化设计特点的技术,其原理和方法还在不断地发展和完善之中。,共性关键技术,机电一体化的影响,1 提高性能、扩展功能 例如,过去精密机床采用的是机械校正,只能校正机床的系统误差,现在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,保证很高的生产率与很高的加工表面光洁度。粗加工与精加工工序集成,深刻地改变了传统机床的结构布局,冲破了传统的机床按类别的划分。,机电一体化的影响,2 简化结构,减轻重量,由于机电一体化
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 机电 一体化 ppt 课件
链接地址:https://www.31ppt.com/p-2158241.html