《機電一體化技術》PPT課件

機 械 技 術 傳 感 器 技 術接 口 技 術計 算 機 與 信息 處 理 技 術伺 服 驅 動 技 術 自 動 控 制 技 術 機 電 一 體 化 技 術第 五 章 機 電 一 體 化 技 術1. 定 義“ 機 電 一 體 化 ” (mechatronics)一 詞 在 20世 紀 70年 代 起 源 于 日本 。 它 取 英 文 單 詞 mechanics(機 械 學 )的 前 半 部 分 和electronics (電 子 學 )的 后 半 部 分 拼 成 一 個 新 詞 ， 即 機 械 電 子 學或 機 電 一 體 化 。機 電 一 體 化 主 要 涉 及 的 相 關 技 術 ： 2. 機 電 一 體 化 系 統(tǒng) 的 組 成 要 素動 力 部 分（ 內 臟 ）計 算 機 系 統(tǒng)（ 大 腦 ）傳 感 器（ 五 官 ） 機 械 本 體（ 骨 骼 ） 執(zhí) 行 機 構（ 四 肢 ） 機 電 一 體 化 系 統(tǒng) 與 人 體 的 功 能 和 要 素 對 照 示 意 圖 3.機 電 一 體 化 產 品 分 類機 電 一 體 化 產 品 按 產 品 的 應 用 領 域 可 以 劃 分 為 以 下 幾 類 ： (1) 工 業(yè) ， 如 ： 數(shù) 控 機 床 、 機 器 人 、 自 動 生 產 設 備 、 FMS、 CIMS、無 人 化 工 廠 等 ；(2) 運 輸 、 包 裝 及 工 程 ， 如 ： 電 子 化 汽 車 、 數(shù) 控 包 裝 機 械 、 數(shù) 控運 輸 機 械 及 工 程 機 械 設 備 等 ；(3) 儲 存 銷 售 ， 如 ： 自 動 倉 庫 、 自 動 稱 量 、 銷 售 及 現(xiàn) 金 處 理 等 ；(4) 社 會 服 務 性 ， 如 ： 自 動 化 辦 公 機 械 、 醫(yī) 療 與 環(huán) 保 及 公 共 服 務自 動 化 設 備 、 文 教 、 娛 樂 用 機 電 一 體 化 產 品 等 ；(5) 家 用 ， 如 ： 洗 衣 機 、 炊 事 自 動 化 機 械 等 ；(6) 科 研 及 過 程 控 制 ， 如 ： 測 試 設 備 、 信 息 處 理 設 備 等 ；(7) 農 、 林 、 牧 、 漁 ， 如 ： 現(xiàn) 代 農 業(yè) 生 產 控 制 裝 置 等 ； (8) 航 空 、 航 天 、 國 防 用 武 器 裝 備 等 。 4. 電 子 化 汽 車 70年 代 前 后 ， 實 現(xiàn) 了 充 電 電 壓 調 整 器 和 點 火 裝 置 的 電 路 集 成 化并 研 制 成 功 了 燃 油 噴 射 的 電 子 控 制 裝 置 。 70年 代 后 期 ， 美 國 和 日 本 先 后 開 發(fā) 了 汽 車 發(fā) 動 機 控 制 系 統(tǒng) ， 用于 計 算 最 佳 點 火 時 間 ， 控 制 執(zhí) 行 其 點 火 動 作 ， 大 大 提 高 了 汽 車 的性 能 。 80年 代 以 來 ， 相 繼 開 發(fā) 出 了 ： 電 子 控 制 化 油 器 、 電 子 控 制 自 動變 速 器 、 電 子 剎 車 控 制 裝 置 、 防 滑 裝 置 、 自 動 穩(wěn) 速 控 制 裝 置 、 電子 儀 表 、 電 子 自 動 刮 水 器 、 排 氣 污 染 的 電 子 控 制 器 、 集 中 報 警 系統(tǒng) 、 發(fā) 動 機 診 斷 系 統(tǒng) 等 ?！?汽 車 電 子 化 ” 被 稱 為 汽 車 技 術 的 又 一 次 革 命 性 飛 躍 。 機 電 一 體化 的 現(xiàn) 代 新 型 汽 車 在 操 作 性 、 可 靠 性 、 高 速 度 、 安 全 性 、 低 油 耗 、 減 少 排 氣 污 染 和 維 修 性 、 舒 適 性 等 方 面 性 能 大 幅 度 提 高 。 5. 機 器 人 機 器 人 （ Robot） 是 一 個 在 三 維 空 間 具 有 較 多 自 由 度 的 、 并 能 實現(xiàn) 諸 多 擬 人 動 作 和 功 能 的 機 器 。 類 人 型 機 器 人 類 人 型 機 器 人 根 據(jù) 應 用 領 域 ， 機 器 人 可 分 類 如 下 ： 工 業(yè) 機 器 人 ： 應 用 于 工 業(yè) 生 產 ， 它 發(fā) 展 最 早 、 技 術 最 成 熟 、 應 用 最 廣 。 軍 事 機 器 人 ： 用 于 物 資 搬 運 、 火 炮 發(fā) 射 、 探 雷 排 險 或 偵 察 等 軍 事 作 業(yè) 。 安 保 機 器 人 ： 從 事 反 恐 、 排 爆 、 巡 邏 、 監(jiān) 控 等 工 作 。 醫(yī) 療 機 器 人 ： 輔 助 醫(yī) 生 進 行 手 術 、 扎 針 、 整 骨 等 工 作 ， 另 有 能 進 入 腸道 或 血 管 進 行 檢 測 的 微 型 醫(yī) 療 機 器 人 。 建 筑 機 器 人 ： 用 于 大 型 建 筑 物 墻 面 的 清 潔 、 檢 測 探 傷 或 表 面 噴 涂 防 護等 作 業(yè) 。 農 業(yè) 機 器 人 ： 對 瓜 果 進 行 采 摘 或 對 農 作 物 進 行 護 理 、 施 肥 或 收 獲 。 林 業(yè) 機 器 人 ： 用 于 樹 枝 修 剪 、 樹 木 清 理 或 搬 運 等 作 業(yè) 。 教 育 、 娛 樂 機 器 人 ： 針 對 青 少 年 寓 教 于 樂 ， 或 用 于 撫 慰 老 年 人 。 社 會 、 家 庭 服 務 機 器 人 ： 展 覽 館 接 待 或 導 航 ， 家 庭 清 潔 或 安 全 監(jiān) 控 ，對 老 弱 病 殘 護 理 等 。 工 業(yè) 機 器 人 （ Industrial Robot） 是 在 工 業(yè) 生 產 中 應 用 的 機 器 人 ，是 一 種 可 重 復 編 程 的 、 多 功 能 的 、 多 自 由 度 的 自 動 控 制 操 作 機 。工 業(yè) 機 器 人 可 用 于 制 造 、 裝 配 、 焊 接 、 噴 涂 、 搬 運 等 作 業(yè) ， 在汽 車 和 電 子 生 產 線 上 大 量 使 用 。 機 器 人 用 于 焊 接 車 身 五 軸 機 器 人 手 臂 在 三 維 空 間 的 運 動 區(qū) 域 五 軸 機 器 人 坐 標 系（ 世 界 坐 標 系 、 工 具 坐 標 系 ） 五 軸 機 器 人 各 軸 的 運 動 方 向軸 2 軸 5軸 3 軸 4軸 1 機 器 人 編 程 基 本 指 令 (ACL編 程 語 言 )（ 1） 移 動 指 令 ： MOVED/ MOVELDMOVED 1 （ 移 動 到 點 1）MOVELD 1 （ 直 線 移 動 到 點 1）MOVELD 1 200（ 在 2秒 鐘 時 間 內 直 線 移 動 到 點 1）（ 2） 顯 示 運 動 軌 跡 ： DRAWON/ DRAWOFFDRAWON （ 4） （ 4為 軌 跡 線 的 顏 色 編 號 ）DRAWOFF （ 取 消 顯 示 運 動 軌 跡 ）（ 3） 機 器 人 手 爪 開 閉 動 作 指 令 ： OPEN/CLOSEOPEN（ 打 開 ）CLOSE（ 閉 合 ） （ 4） 設 定 運 動 速 度 ： SPEEDA/SPEEDBSPEEDA 25（ 設 A組 運 動 速 度 為 最 大 值 的 25%， 默 認 值 為 30%） SPEEDB 10（ 設 B組 運 動 速 度 為 最 大 值 的 10%） （ 5） 條 件 語 句 ： IF.ELSE.ENDIFIF A=1MOVED 1ELSEMOVED 2ENDIF（ 6） 循 環(huán) （ 無 限 次 的 循 環(huán) ）LABEL 1（ 做 一 個 標 簽 1） .GOTO 1（ 跳 轉 到 標 簽 1）（ 7） 賦 值 語 句 ： SET SET A=0SET A=A+1SET OUT 2=1（ 使 2號 輸 出 端 口 的 信 號 狀 態(tài) 為 1， 常 用 于 與 其 他 控 制 器進 行 通 訊 ） 機 器 人 末 端 執(zhí) 行 機 構 手 爪 手 爪 氣 動 吸 盤 焊 槍 應 用 實 例 一 ： 機 器 人 用 于 零 件 重 新 排 列 應 用 實 例 一 ： 機 器 人 用 于 零 件 重 新 排 列 應 用 實 例 二 ： 機 器 人 用 于 裝 配 裝 配 過 程動 畫 .wmv應 用 實 例 二 ： 機 器 人 用 于 裝 配 應 用 實 例 三 ： 機 器 人 用 于 噴 涂 油 漆 應 用 實 例 四 ： 機 器 人 用 于 涂 抹 粘 結 劑 應 用 實 例 四 ： 機 器 人 用 于 涂 抹 粘 結 劑 應 用 實 例 五 ： 機 器 人 用 于 機 床 上 下 料 機 床 上 下 料 過 程動 畫 .wmv 應 用 實 例 六 ： 機 器 人 用 于 柔 性 制 造 系 統(tǒng) 6. 柔 性 制 造 系 統(tǒng) （ FMS） 20世 紀 50年 代 在 美 國 的 MIT（ 麻 省 理 工 學 院 ） 誕 生 了 第 一 臺數(shù) 控 機 床 以 后 ， 機 電 一 體 化 及 數(shù) 控 （ NC） 的 概 念 出 現(xiàn) 了 。 隨 著 機 電 一 體 化 技 術 的 進 一 步 發(fā) 展 , 出 現(xiàn) 了 計 算 機 數(shù) 控 (CNC)、計 算 機 直 接 控 制 (又 稱 群 控 ) (DNC)、 計 算 機 輔 助 制 造 (CAM)、計 算 機 輔 助 設 計 (CAD)、 成 組 技 術 (GT)、 計 算 機 輔 助 工 藝 規(guī) 程(CAPP)、 工 業(yè) 機 器 人 技 術 (ROBOT) 等 新 技 術 。 在 這 些 新 技 術 的 基 礎 上 ， 為 多 品 種 、 中 小 批 量 生 產 的 需 要 而興 起 的 柔 性 自 動 化 制 造 技 術 得 到 了 迅 速 的 發(fā) 展 ， 作 為 這 種 技 術具 體 應 用 的 柔 性 制 造 系 統(tǒng) (FMS)、 柔 性 制 造 單 元 (FMC)和 柔 性制 造 自 動 線 (FML)等 柔 性 制 造 設 備 紛 紛 問 世 ， 其 中 柔 性 制 造 系 統(tǒng) (Flexible Manufacturing System， FMS)最 具 代 表 性 。 FMS的 組 成 ：（ 1） 加 工 系 統(tǒng)（ 2） 運 儲 系 統(tǒng)（ 3） 計 算 機 控 制 系 統(tǒng) FMS的 特 點 ：（ 1） 柔 性 （ 能 同 時 加 工 不 同 零 件 、 機 床 故 障 時 能 自 動 排 除 故 障 或 將 零 件轉 移 至 其 他 機 床 上 加 工 ）（ 2） 自 動 化 （ 加 工 自 動 化 、 運 儲 自 動 化 、 信 息 流 自 動 化 ）（ 3） 設 備 利 用 率 高 ， 占 地 面 積 ?。?4） 減 少 直 接 勞 動 工 人 數(shù)（ 5） 產 品 質 量 高 而 穩(wěn) 定（ 6） 減 少 在 制 品 庫 存 量（ 7） 投 資 高 、 風 險 大 ， 開 發(fā) 周 期 長 、 管 理 水 平 要 求 高 。 FMS動 畫 .wmv 示 教 盒 ： 可 手 動 有 線 遙 控 機 器 人 “機 電 一 體 化 ” (mechatronics)一 詞 在 20世 紀 70年 代 起 源 于 日 本 。它 取 英 文 單 詞 mechanics(機 械 學 )的 前 半 部 和 electronics (電 子學 )的 后 半 部 分 拼 成 一 個 新 詞 ， 即 機 械 電 子 學 或 機 電 一 體 化 。機 電 一 體 化 技 術 就 是 以 機 械 工 程 學 和 電 子 工 程 學 為 支 柱 ， 綜 合控 制 工 程 學 、 信 息 工 程 學 、 材 料 學 、 光 學 等 形 成 的 多 學 科 綜 合技 術 。 機 械 技 術(機 械 學 、 機 構 學 ) 微 電 子 技 術(半 導 體 技 術 、 計 算 機 技 術 ) 3.機 電 一 體 化 產 品 分 類機 電 一 體 化 產 品 種 類 繁 多 ， 目 前 還 在 不 斷 擴 展 ， 按 產 品 的 功 能 ，可 以 劃 分 為 以 下 幾 類 ： (1)數(shù) 控 機 械 類 ： 如 ： 數(shù) 控 機 床 、 工 業(yè) 機 器 人 、 自 動 洗 衣 機 等 。(2)電 子 設 備 類 ： 如 ：(3)(4)(5)