机电一体化系统设计1

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1、尹爱军副教授/博士65106973yinaijun2001@yahoo.com.cn重庆大学.机械学院机电一体化系统设计课程性质：综合性课程基础：机械设计基础，电子技术基础，机械工程控制基础，微机原理及接口技术学习目的：掌握机电一体化系统设计的基本知识和技能学习前提：熟悉考试大纲第一章概论首先由日本提出：诞生了一门新的复合学科——Mechatronics第一节发展及基本概念一、发展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

2、相对落后，使得机械与电子的结合还没有得到广泛的应用。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，为机电一体化的发展奠定了技术基础。这个时期的特点是：①mechatronics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；②机电一体化技术和产品得到了极大发展；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。3.90年代后期开始为第三阶段，“智能化阶段”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

3、电一体化和微机电一体化等新分支；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。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。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。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

4、“跃上新台阶。1，系统——广义上定义为两个或两个以上事物组成的相互依存、互相作用，共同完成某种特定功能或形成某种事物现象的一个统一整体的总称。应用中定义为：任何具有因果关系的一组物理元件的组合体因——激励（输入）果——响应（输出）二基本概念没有统一的定义贝塔朗菲：ISOTC：ANSI：Webster：JIS：中国：2，机电一体化——机械与电子的集成技术核心技术：机械工程，电子工程，信息与控制工程机电一体化技术：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

5、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微电子技术、信息技术的快速发展并向传统机械产品渗透与融合的结果。机电一体化信息科学机械学电子学3，机电一体化系统——按机电一体化方法设计制造出来的产品或制造系统。所有机电一体化产品及这些产品的集成体。典型的机电一体化产品(系统)有：数控机床、机器人、汽车电子化产品、智能化仪器仪表、电子排版印刷系统、CAD／CAM系统等。或多或少将部分复杂的功能由机械转移到电子而实现。4A：NC，FMS，CIMS，网络制造等微

6、机执行元件动力源传感器机构头脑内脏感官骨骼手足控制动作动力检测构造4、系统数学模型—描述系统输入输出之间的关系的数学关系式静态系统—输出只与当时的输入有关（代数方程）动态系统—输出与当时的输入及过去的输入和输出有关（微分方程）线性系统—满足叠加原理的系统定常系统—系统参数是常数（与时间无关）确定性系统—输出由输入条件和输出初值唯一确定传递函数、函数方框图、频率特性等第二节典型机电一体化系统一、伺服系统——随动系统伺服系统是一种反馈控制系统，其受控变量为机械位移，速度，加速度。用于保持机械运动的输出位置紧密地对应电的输入

7、参数信号，是一种跟踪控制系统。如工业机器人的关节伺服。交流伺服,直流伺服,步进伺服.二、数控机床（NC）——用预先编制好的指令控制机床的一系列加工作业。三、工业机器人——可编程的多自由度的数控机器六自由度的关节机器人（一）组成1控制器（计算机）2本体（机械手）3手爪（终端器）（二）工业机器人分类1.开环搬运机器人（PNP）——用于机床工件装卸，物料堆垛等。施令信号：限位开关执行部件：凸轮，气爪特点：顺序控制2.多轴伺服控制机器人1）点位控制式（PTP）——从一点到另一点路径不是关键的，在到达指定点上完成一定的作业（如点

8、焊，粘贴，钻孔）2）连续路径式（CP）——从一点到另一点，路径是关键的，边运动边完成作业。（喷漆，弧焊，切割）3、点到点、连续路径…机械手密歇根大学的机械手装配模型广州中鸣数码的机器狗(三)机器人的伺服控制交流伺服系统位置﹑速度反馈控制光电编码器位置反馈(四)机器人的编程示教再现式（在线编程）可编程式（离线编程式）四、自动引导车（