文档介绍：第1章引论
概述
机电一体化系统的设计
机电一体化的发展趋势
概述
引言
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、运动和感知等组成要素为基础,对各组成要素及相互之间的信息处理、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。
“机电一体化”一词的英文名词是“Mechatronics”,它是取Mechanics(机械学)的前半部分和Electronics(电子学)的后半部分拼合而成的。
现代高新技术(如微电子技术、生物技术、新材料技术、新能源技术、空间技术、海洋开发技术、光纤通信技术及现代医学等)的发展需要具有智能化、自动化和柔性化的机械设备,机电一体化正是在这种巨大的需求推动下产生的新兴技术。微电子技术、微计算机使信息与智能和机械装置与动力设备有机结合,使得产品结构和生产系统发生了质的飞跃。
由于机电一体化技术对现代工业和技术的发展具有巨大的推动力,因此世界各国均将其作为工业技术发展的重要战略之一。
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、管理集于一体的计算机集成制造系统(CIMS)。
机电一体化技术是其他高新技术发展的基础,机电一体化的发展依赖于其他相关技术的发展。
机电一体化系统的基本组成要素
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。我们将这些部分归纳为: 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。
机电一体化系统的组成要素及功能如图1-1所示。
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
机电一体化系统的机械本体包括机身、框架、连接等。
动力部分的功能是按照系统控制要求,为系统提供能量和动力,使系统正常运行。用尽可能小的动力输入获得尽可能大的功能输出,是机电一体化产品的显著特征之一。驱动部分的功能是在控制信息作用下提供动力,驱动各执行机构完成各种动作和功能。
3. 传感测试部分
传感测试部分的功能是对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测,生成相应的可识别信号,传输到信息处理单元,经过分析、处理后产生相应的控制信息。这一功能一般由专门的传感器及转换电路完成。
执行机构的功能是根据控制信息和指令,完成要求的动作。执行机构是运动部件,一般采用机械、电磁、电液等机构。
5. 控制及信息单元
控制及信息单元的功能是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。
(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的统一。
(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。
(3)耦合。变换和放大后的信号在各环节间能可靠、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。其执行元件包含了执行器和驱动器。该转换涉及到不同类型能量间的最优转换方法与原理。