机械电子工程原理 教学课件 作者 王孙安 等编著 Ch01 第一章 绪论.ppt

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1、机械电子工程原理第一章绪论1.1机械电子工程的概念及发展过程Mechatronics（机械电子工程或机械电子学）是20世纪70年代首先在日本被提出来用于描述机械工程和电子工程有机结合的一个术语，这个词的英文原名是取机械学（Mechanics）的前半部分和电子学（Electronics）的后半部分组合而成的。Mechanics+Electronics=Mechatronics2机械工程的演进有史以来，机械系统就进入了人类社会的每个角落。最简单的机械装置，如齿轮、滑轮、弹簧及车轮组成了工具的基础。十八世纪末第一次技术革命以来，机械工程逐步发展成为重要的

2、基础工业部门，并为其它工业部门提供基本装备。机械工程可分为两大类，即制造类的机械工程和动力类的机械工程。制造类的机械工程可分为毛坯制造、机械加工和装配等三个生产过程；动力类的机械工程主要研究的是各种发动机，如蒸汽发动机、内燃机、燃气轮机和喷气发动机等。3制造类的机械工程发展阶段制造类的机械工程发展可划分为四个时期：手工机械时期蒸汽动力的简单机械时期电机驱动的精密化和半自动化时期数控和群控的自动化时期。4机械与电子的结合随着科学和技术的发展，机械系统变得越来越复杂，对动力或动作控制的要求也越来越高，因此，机械工程越来越紧密地和电子技术、尤其是计算机技

3、术联系在一起。电子技术完全是属于20世纪的。迄今为止，电子技术一直被用来提高机械系统的性能，但重点仍放在机械系统上，从来没有如何实现机电一体化的主导计划。过去，机械和电子一体化是通过相互没有直接联系的“块和块”之间的结合来完成的。然而最近由于电子学和用它来简化机械结构方面引人注目的进展，技术界和学术界开始重新评价机械和电子这两种原理的有机结合。5机械与电子的结合现在对机械电子系统的看法是：除了“块与块”之间的动力（肌肉）联系之外，还有信息（神经）之间的相互联系，并由具有数值运算和逻辑推理能力的计算机来对机械电子系统的所有信息进行智能处理。机械电子工

4、程的本质是：机械与电子技术的规划应用和有效的结合，以构成一个最优的产品或系统。6机械电子的设计思想在激烈竞争的环境中，只有用电子学和机械工程有效结合生产出来的产品才有可能取胜。一般说来，在这种结合过程中，一个易犯的错误是：电子学在工业中的应用受到遏制。在许多产品的革新中，人们总是先从机械部分（硬件）着手，但实际上最好的方法应该是在设计初期用电子学、控制工程和计算机等技术进行设计。这种打破传统束缚的机械和电子工程结合的核心在于采用机械电子工程的方法进行设计，并且这也是对当今发展深刻领会的关键。7产品开发和工程设计过程产品开发和工程设计是包括许多技术和

5、学科在内的相互作用的复杂过程图1.1产品开发过程图1.2工程设计过程8机械电子的设计思想机械电子工程并不是一门有严格界线并且独立的工程学科，而是在设计过程中一个综合的思想。在完成这种综合的过程中，机械电子工程把它的核心部分──机械工程、电子工程、计算机技术──与许多种不同的领域，如制造技术、管理技术和生产加工实践等结合在一起。9机械电子设计思想实例事实上，用机械电子工程的设计方法设计出来的机械系统比全部采用机械装置的方法更简单，所包含的元件和运动部件较少。例如，在以机电方法设计的一台缝纫机内，利用一块单片集成电路控制针脚花样，可以代替老式缝纫机约3

6、50个部件。101.2机械电子工程在产品及其设计中的应用本书所讨论的机电系统，是以完成动作的传递、变换，以及机械能的利用为其主要功能的。早期的机电一体化产品主要强调的是物理上和动力上的联结，而20世纪80年代末以来，机电产品越来越强调基于传感器信息的驱动，这样可以实现更加精准的动作。对目前已有的机电产品，有必要把它们区分为以下两类情况：用机械电子技术对现有产品进行改造以提高其性能；用机械电子方法设计开发全新的产品。11用机械电子技术对现有产品进行改造照相机：照像机：增加自动调焦、调光圈和快门系统，因此，拍照时只需找到被摄物体的位置而不需要掌握任何专

7、门摄影技术。胶卷相机数码相机12用机械电子技术对现有产品进行改造加工设备：动力装置（如钻孔机床）具有速度和扭矩控制，正／反转和加速度控制等特点。数控钻铣床立式钻床13用机械电子技术对现有产品进行改造发动机和传动装置：发动机和动力控制系统可以减少排放物、提高燃料效率、防止在低速状态下注入过多的燃料而引起驱动装置误动作，并且具有反锁制动和换档等特点。14用机械电子方法设计开发全新的产品袖珍式光盘放像机：该系统中的激光系统用来从盘上读取数字编码信号，其控制是由一个微处理系统完成的，此系统还具有磁道选择、扫描和预检等功能。15用机械电子方法设计开发全新的产

8、品模块化机器人：普通工业机器人的几何结构限制了其功能，而模块化机器人，由于其众多的结构单元和执行器是由一个中央控制器控制的