文档介绍：第8章机电一体化系统创新设计
2、不可能讲述有关机电一体化技术这门课程,但必须讲明必要的概念,以及有代表性的机构。
3、实验包括机械、电子、气动、传感、光学、计算机以及控制系统等的多学科、多领域相互结合的技术.
为什么要讲机电一体化
1、现代机械工业产品发展最大特点,是机电一体化技术及机电一体化产品有了飞速的发展。如果不采用机电一体化技术,它的产品就很难升级换代,无法在竞争中生存下去。机电一体化产品日益增多,如数控机床、机器人、智能量仪、各种轻工、家电设备。
机械的发展与机电一体化系统
机电一体化概述
信息处理及控制子系统
检测传感子系统
广义执行机构子系统
直至20世纪70年代,由于计算机在机械产品上广泛采用,计算机已逐步作为信息处理和控制手段,促使机构和机器的概念发生了广泛深入的变化,即机电一体化的产生。
18 世纪下半叶第一次工业革命促进了机械工程学科的迅速发展,机构学在原来机械力学基础上发展成为一门独立的学科。
机器的定义是由原动机、传动机和工作机组成。相应地把机构看做由刚性构件组成具有确定运动的运动链。这种传统的机构学一直延续到20世纪60年代。
机械的发展与机电一体化系统
20 世纪70 年代日本首先提出了机械电子学新概念,即机电一体化系统的英文译名“Mechatronics”,由Mechanics与Electronics组合而成的。经历了30多年的发展,其内涵从最机械与电子的单一结合发展为包括机械、电子、液压、气动、传感、光学、计算机、信息以及控制系统等的多学科、多领域相互结合的技术。
20世纪90年代后期,机电一体化得到了更深入的发展,出现了“光机电一体化”和“微机电一体化”等新分支。同时,人工智能技术、神经网络技术及光纤技术的推动,为机电一体化技术开辟了广阔的发展前景。
机械的发展与机电一体化系统
各国对于机电一体化的定义并不一致,日本认为“它是将机械装置与电子设备以及软件等有机结合而组成的系统”;美国认为“它是由计算机信息网络协调与控制用于完成包括机械力、运动和能量流等多动力学任务的机械和(或)机电部件相互联系的系统”。
机电一体化概述
1. 机电一体化的组成
1)三环论丹麦理工大学的Jacob Burr等人提出机械、电子、软件三个相关圆环,以此表示了机电一体化系统的组成和相互关联。认为机电一体化系统是由机械、电子、软件三大功能块组成。其中机械模块包括执行机构、机械传动;电子模块包括驱动器的电力、电子部件和传感器;软件是指控制系统的软件。
2)两个系统挪威科技大学的Bassam A Hussein提出将机电一体化系统划分为物理系统与控制系统两大子系统。物理系统包括各种驱动装置、执行机构、传感器等;控制系统包括软、硬件。
3)五块论德国Drmstadt大学的Rolf Isermann提出机电一体化系统是由控制功能、动力功能、传感检测功能、操作功能、结构功能等五大功能模块组成。
机电一体化概述
一个较完善的机电一体化系统,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、检测传感部分、控制及信息处理部分,如图所示。与人体是由头脑、感官(眼、耳、鼻、舌、皮肤)、手足、内脏及骨骼等五大部分构成相类似,如图所示。机械本体相当于人的骨骼,动力源相当于人的内脏,执行机构相当于人的手足,传感器相当于人的感官,控制及信息处理相当于人的头脑。
机电一体化概述
导航、全景摄像机
机械手臂、取样分析仪
太阳能电池板
电子恒温箱(电脑)
悬吊驱动系统
美国研制的探测火星气候特征、和地质特征机器人,是机电一体化产品具有代表性的实例,其中太阳能电池板是它的心脏,电子恒温箱中有它的头脑,机械手臂和悬吊驱动系统是它的手足,而五官是9个摄像部分,分别安装在头部(两台进行科学观测和导航的全景彩色立体摄像机);前后两端(两组避险摄像机,用于发现途中的障碍);和手臂上(一台显微影像仪,用于观察火星的岩石和土壤结构)。
例
机电一体化概述
模糊控制洗衣机,它是在神经网络智能控制下,模仿人的思维进行判断操作的一种新型智能能洗衣机。应用模糊控制器代替人脑来进行“分析”和“判断”,通过各种传感器自动检测所要洗的衣料布质、质量、水温、污垢程度以及洗衣水的浑浊度等,然后通过模糊控制器对收到的信息进行判,以决定洗衣粉的用量、水量多少、洗涤时间、洗涤方式和漂洗遍数等,从而获得最佳的洗涤效果。
例
机电一体化概述