机电一体化技术的研究及其应用.doc

1、1机电一体化技术的研究及其应用摘要：机电一体化技术是从系统工程观点出发，应用机械、电子等有关技术，使机械、电子有机结合，实现系统或产品整体最优的综合性技术。 关键词：机电一体化 技术 应用发展 中图分类号：TH-39 文献标识码： A 文章编号： 近年来，随着科技的发展，越来越多的高新技术开始应用到工业领域。计算机技术的的发展使微型计算机广泛应用于机械产品和生产过程的控制，使机、电有机地结合，发展成机电一体化技术。本文讨论的就是机电一体化技术的发展和应用方面的问题。 一、机电一体化概述 1）机电一体化技术是从系统工程观点出发，应用机械、电子等有关技术，使机械、电子有机结合，实现系统或产品整体最

2、优的综合性技术。机电一体化 技术，主要包括技术原理和使用机电一体化产品（或系统）得以实现、使用和发展的技术。机电一体化技术是一个技术群（族）的总称。 2）机电一体化系统（产品）由若干具有特定功能的机械和电子要素组成的有机整体，具有满足人的使用要求的最佳功能，机电一体化系统（产品） 。主要是指机械系统（或部件）与微电子系统（或部件）相互置换和有机结合，从而赋予新的功能和性能的新一代产品，有良好的人机2协作关系。一个机电一体化的系统主要是由机械装置、执行装置、动力源、传感器、计算机这 5 个要素构成。 3）机电一体化工程（ 机械电子工程）是机械工程与电子工程的综合集成，即给定机电一体化系统（或产品

3、） “目的功能”与“规格”后，机电一体化技术 人员利用机电一体化技术进行设计、制造的整个过程体系。机电一体化工程是系统工程在机电一体化系统（产品）中的具体应用。 机电一体化思想体现了“ 系统设计原理”和“综合集成技巧” 。系统工程、控制论和信息论是机电一体化技术的方法论。从某种意义上讲、机电一体化思想相当于“一体化”思想。它带来了诸如光电机一体化、机电液一体化、科工贸一体化、人机一体化等技术及其产品。 二、机电一体化技术的意义 2.1 功能增强 机电一体化产品具有多种复合功能，如加工中心可以将多台普通机床的多道工序在一次装夹中完成，并自动检测工件和刀具精度，显示刀具运动轨迹。 2.2 精度提高

4、 机电一体化技术简化了机构链，使机械磨损、配合间隙及受力变形等引起的误差大大减少。由于采用计算机检测与控制技术补偿和校正因各种干扰造成的动态误差，从而达到纯机械技术手段所无法实现的工作精度。 2.3 结构简化 3由于机电一体化技术采用微处理器、大规模集成电路、电力电子器件代替了原来的电器控制柜和传动装置，使机电一体化产品零部件数量减少、体积变小， 结构得到简化。 2.4 可靠性提高 随着集成电路的集成度越来越高，材料性能越趋稳定，机电一体化产品可靠性不断增强，同时由于具备了安全连锁控制、过载及失控保护、断电保护的功能，进一步提高了机电一体化产品的安全可靠性。 2.5 改善操作 由于机电一体化产

5、品采用了计算机技术，从而提升了产品的自动化程度，减少了操作按钮及手柄，改善了设备的操作性能，构建了良好的人机界面。 2.6 提高柔性 由于软件技术的引入，从而实现了机器工作程序的可修改性，能够通过软件的修改来满足工作情况改变的需要。 三、机电一体化基本结构要素 3.1 机械本体部分 机械本体就像人体的身躯骨架，它是系统所有功能元素的机械支持结构，包括机身、框架、机械连接等 3.2 动力部分 动力部分与人体内脏产生能量去维持生命运动一样，为系统提供能量和动力功能，驱动执行机构，使系统按照控制要求正常运行。 43.3 传感部分 传感部分就像人的眼、鼻、耳、口等感觉器官，将系统运行中所需要的本身和外

6、界环境的各种参数及状态进行检测，变成可识别的信号，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。其功能一般由专门的传感器和仪器仪表完成。 3.4 驱动部分 驱动部分就像人体的肌、肋、腱接受大脑指挥驱动四肢运动一样，在控制信息作用下，驱动执行机构完成各种动作和功能。 3.5 执行部分 执行部分如同人的四肢由大脑支配完成各项工作任务一样，根据控制信息和指令，完成各种动作和功能。执行机构是运动部件，一般采用机械、电磁、电液等机构 3.6 控制及信息处理部分 控制及信息处理部分犹如人的大脑指挥和控制全身运动并能记忆、思考和判断问题一样，将来自各传感器的检测信息集中、存储、分析、加工并根据信息

7、处理的结果，按照一定的程序和节奏发出应的指令控制整个系统有目的的运行。 四、机电一体化技术的应用 在人们的日常生活当中，自动机械、信息处理设备、办公室设备、车辆电子设备、医疗器械、光学装置、智能家电、楼宇安全系统等机电一体化系统都离不开执行元件为其提供动力。而执行元件和电子控制装置之间是无法直接连接的，因此需要一个驱动部件。该驱动部件在电子5控制装置的控制下，接收指令，进行能量转换，从而得到目标输出。对于精密传动来说，需要在执行元件输出终端进 行传动测量，如测量其位置、速度、加速度，同时将所测得的数据反馈给电子控制装置，让其进行比较，进行误差修正控制，最终实现精密传动。 当有多个执行元件，其输

8、出动作规律各不相同时，一方面要根据各执行元件工作情况来考虑其控制的形式，另一方面需要确定它们之间是否存在输出的联系。如果它们之间没有联系，可以让它们单独来工作，也可以通过构建 PC 机上位控制来统一管理。若工作联动内容经常变化，就应该构建一个可以直接识别联动输出的软件，将联动输出写入软件当中，让其直接转化为控制程序，这样就能灵活地应对动作输出的需求。 上述机电一体化技术的应用，仅论述了如何将传感技术、信息处理技术和驱动技术等技术简单的融合，各部件都是以模块形式搭建的，而模块间的信号传输 及所涉及到的接口技术和信息处理技术是其中的重点。所以，在机电一体化技术应用中，以全局最优的观念去设计机电一体

9、化产品，并且解决好每个功能模块信息处理和传输的问题，是能够迅速地利用好机电一体化技术的方法。 五、机电一体化的发展趋势 （1）机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。因此，机电一体化的主要发展方向如下。 6光机电一体化。一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等部件组成的，因此，引进光学技术，能有效地改进机电一体化系统的传感系统性能、能源（动力）系统和信息处理系统性能，光机电一体化是机电产品发展的重要趋势。 （2）全系统化智能化。今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高。

10、模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策 等能力，以求得到更高的控制目标。这主要受益于模糊技术、信息技术（尤其是软件及芯片技术）的发展。机器人与数控机床的智能化就是其重要应用。 （3）技术产品网络化。20 世纪 90 年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育 等都带来了巨大的变革。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。 （4）微型机电化微型化。泛指几何尺寸不超过 1 立方厘米的机电一体化产品，正向微米、纳米级发展。目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械

11、元件，当将这一成果用于实际产品时，就没有必要区分机械部分和控制器了。届时机械和电子完全可以“融合” ，机体、执行机构、传感器、CPU 等可集成在一起，体积很小，并组成一种自律元件。这种微型机械学是机电一体化的重要发展方向。 7结语： 随着科学技术的发展，尤其是计算机技术的发展，人们的生活方式发生了巨大的变化，传统的生产方式也发生了重大的变革。计算机技术的发展，尤其是计算机技术在工业和机械领域的应用，催生了机电一体化技术的形成，可以说机电一体化技术室社会生产力发展到一定阶段的必然结果。本文详细而深入的介绍了机电一体化技术的特点和内容，并对机电一体化技术未来的发展方向提出了自己的意见和看法。 参考文献： 1 黄伟良.机电一体化技术的现状和发展趋势J-中国电子商务 2010(5); 2 尚教廷.浅论机电一体化技术的发展趋势J-中国科技纵横 2010(14);