机电一体化发展方向或创新思想

《机电一体化发展方向或创新思想》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机电一体化发展方向或创新思想（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、机电一体化发展方向或创新思想摘要：机电一体化是机电与微电子技术的有机结合，是现代科学技术发展的必然结果。本文简述了机电一体化技术的发展，并分析了机电一体化技术的发展趋势及其应用研究。 引言 机电一体化经历了自然产生和发展的过程，20 世纪年代 70 初，经日本科技工作者系统地概括和总结，形成了比较完整的机电一体化概念，越后由于大规模集成电路技术和微型计算机技术的迅速发震，使得机电结合的形式更加灵活活，内容更加丰富，应用更加广泛。我国的机电 体化经过几十年的发展取得了重大进展，主要表现在下面几个方面。 1 机电一体化的内容 1.1 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

2、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。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。 1.2 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。 1.3 机电一体化工程（ 机械电子工程）是机械工程与电子

3、工程的综合集成，即给定机电一体化系统（或产品） “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。 1.4 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、人机一体化等技术及其产品。 2 机电一体化技术的发展方向 由于机电一体化技术是多学科技术交融的技术，因此其发展的程度必然受制于其相应支撑技术的发展，同时其相关技术的发展也必然促进

4、机电一体化技术的发展。 21 智能化 智能化是 21 世纪机电一体化技术的一个重要发展方向，而机器人与数控机床的智能化就是其重要应用。这里所说的“智能化” 是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、心理学、生理学和混沌动力学等新方法，模拟人类智能，使它具有自学习、自组织、自适应、思维和决策等能力，以求得到更高的控制目标。22 模块化 机电一体化产品种类繁多。让它们自由地交换信息是一项十分复杂的事，因此有必要研制具有标准机械接口或电气动力接口等的机电一体化产品。如果机电产品能够象“搭积木”那样让需求者根据要求自由组合，那么无论是对资源的节约，还是服务于各行各界，

5、都有着其巨大的作用。 23 网络一体化 由于网络的普及，推进了全球化的进程。而基于网络的各种远程监控技术，让家用电器网络化成为可能。把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统(Computer Integrated ApplianceSystem，CIAS) ，使人们无论在家里还是在外面，都能随时享受各种机电产品带来的好处。因此，机电_体化产品无疑会朝着网络化的方向发展。 24 微机电化 微机电化指的是机电系统主要装置的特征尺寸在亚微米至亚毫米范围。微机电系统产品由于体积小、耗能少、运动灵活，在军事、生物医疗、航空、信息等方面具有不可比拟的优势。 25 绿色化 绿色化主要是指产

6、品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，而且是低能耗、低材耗、协调而可再生的产品。 3 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。电子控制驱动系统框架见图 1。 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

7、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。电子闭环控制驱动系统框架见图 2。 当有多个执行元件，其输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。图 3 为PC 机二级管理的多驱动电子闭环控制系统结构框图。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。图 4 为装载了位置控制模块的 PC 机二级管理多

8、驱动电子闭环控制系统结构框图。 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。 结束语 综上所述，机电一体化技术是现代科学技术发展的必然结果，是人们为了满足社会日益丰富的需求而不断地对已有的技术进行变革创新并且使它们有机结合的一门综合性技术。因此，机电一体化技术对我们人类的发展有着极其深远的意义。 参考文献

9、1梁俊彦，李玉翔，林树忠机电一体化技术的发展及应用J科技资讯 2杨兆伟，刘锦机电一体化技术的发展趋势与分析J机电产品开发与创新，2007 3茵延年，张志伟机电一体化技术及其发展应用展望苏州大学学报( 工科版)，2004 4顾京现代机床设备 M北京：化学工业出版社。2001浅谈机电一体化技术发展趋势及机械零部件的创新设计【摘 要】机电一体化是现代科学技术发展的必然结果。此简述机电一体化技术的基本情况和发展背景,综述国内外机电一体化技术的现状,分析机电一体化技术的发展趋势。文章针对传统机械零部件的设计局限性，提出了现代设计思想和方法。【关键词】机电一体化； 发展趋势； 现状； 机械制造；零部件设计

10、；现代思想；科学发展； 技术现代科学技术的不断发展,极大地推动了不同学科的交叉与渗透,工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化”迈入以“机电一体化 ”为特征的发展阶段。1 机电一体化概述机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术,将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。机电一体化发展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科,随着科学技术的不断发展,还将被赋予新的内容。但

11、其基本特征可概括为:机电一体化是从系统的观点出发,综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术及电力电子技术,根据系统功能目标要求,合理配置与布局各功能单元,在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值, 并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统,则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。因此,“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术,而不是机械技术、微电子技术及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术由纯技术

12、发展到机械电气化,仍属传统机械,其主要功能依然是代替和放大的体系。但是,发展到机电一体化后,其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外,还被赋予许多新的功能,如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制、自动诊断与保护等。也就是说,机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸,还是人的感官与头脑的延伸,智能化特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。2 机电一体化的发展状况机电一体化的发展大体可以分为三个阶段:(1)20 世纪 60 年代以前为第一阶段,这一阶段称为初级阶段。在这一时期,人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间,战争

13、刺激了机械产品与电子技术的结合,这些机电结合的军用技术,战后转为民用,对战后经济的恢复起到了积极的作用。那时,研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平,机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展,已经开发的产品也无法大量推广。(2)20 世纪 7080年代为第二阶段,可称为蓬勃发展阶段。这一时期,计算机技术、控制技术、通信技术的发展,为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现,为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是:mechatronics 一词首先在日本被普遍接受,大约到 20 世纪 80 年代末期在世

14、界范围内得到比较广泛的承认;机电一体化技术和产品得到了极大发展;各国均开始对机电一体化技术和产品给予很大的关注和支持。(3)20 世纪 90 年代后期,开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段,机电一体化进入深入发展时期。一方面,光学、通信技术等进入机电一体化,微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚,出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支;另一方面,对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法,机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时,人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步,为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究,使机电一体化进一步建立了坚实的基础,并且

15、逐渐形成完整的学科体系。我国是从 20 世纪 80 年代初才开始进行这方面的研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组,并将该技术列入“863 计划”中。在制定“九五”规划和 2010 年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作,取得了一定成果。但与日本等先进国家相比,仍有相当差距。3 机电一体化的发展趋势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。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面:3.1 智能化智能化是 21

16、 世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化的研究中日益得到重视,机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述,是在控制理论的基础上,吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法,使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力,以求得到更高的控制目标。诚然,使机电一体化产品具有与人完全相同的智能,是不可能的,也是不必要的。但是,高性能、高速度的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或者人的部分智能,则是完全可能而且必要的。3.2 模块化模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口和环境接口等的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事情。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元,具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元,以及各种能完成典型操作的机械