机电一体化技术研究

机电一体化技术研究

杨波

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摘要：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、产品机构、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”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。随着信息技术的发展，机电一体化技术发展迅速，“机电一体化”就是将机械、电子与信息技术进行有机结合，以实现工业产品和生产过程整体最优化的一种高新技术。

关键词：机电一体化；应用领域；发展

机电一体化是指在设备机构的主功能、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。机电一体化是现代科学技术发展的必然结果，因此，为加速推进机电一体化的发展，必须从以下几方面着手：

（1）机械本体技术。机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主，为了减轻质量除了在结构上加以改进，还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量，才有可能实现驱动系统的小型化，进而在控制方面改善快速响应特性，减少能量消耗，提高效率。

（2）传感技术。传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面，提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰，目前有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信息传感器来说，目前主要发展非接触型检测技术。

（3）信息处理技术。机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备（特别是微型计算机）的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化，必须提高信息处理设备的可靠性，包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性，进而提高处理速度，并解决抗干扰及标准化问题。

（4）驱动技术。电机作为驱动机构已被广泛采用，但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前，正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件―传感器―电机三位一体的伺服驱动单元。

（5）接口技术。为了与计算机进行通信，必须使数据传递的格式标准化、规格化。接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修，而且可以简化设计。目前，技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口，来解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。

1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方式，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。

2机电一体化的应用领域

2.1数控机床

经过多年的发展数控机床已经得到了广泛的应用，数控机床又称数字控制机床，它是一种装有程序控制系统，通过数字化信息对机床的运动及加工过程进行控制的机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床主要由动力源、操作机构、传感器、电子控制单元、执行器等组成。数控机床具有很高的柔性，能实现编程自动化，具有更高的可靠性以及强大的通信功能，还可以实现多种控制的功能。数控机床的发展给机械领域的提高起到了促进作用。

2.2机器人

机器人是众所周知的一种高新技术产品，是典型的机电一体化产品。其最早是人们幻想出来可以听从人们的命令，任劳任怨的从事各种劳动。经过几十年的发展，机器人技术已经形成了综合性的科学。机器人主要由：机器手、操作机构、传感器、移动机构、控制装置、驱动器等部分组成，通过各部分之间相互协调，相互配合，机器人已经能灵活的代替人类很多活动，在焊接、装配、军事、空间、水下、农业、建筑、服务、娱乐等领域都有应用。机器人应经成为人类良好的助手和亲密的伙伴。

2.3现代温室设施

现代温室设施是实现作物优质、高效生产的重要设施，也是机电一体化设备应用较密集的地方。主要由：温室框架结构、覆盖材料、通风系统、灌溉施肥系统、二氧化碳施肥系统、室内喷雾/屋顶喷淋降温系统、遮阳/保温系统、加热系统、防虫系统、计算机控制系统及一些必要的生产工具等。可以通过这些设施和计算机系统有效的提供一个适宜的环境条件，为作为优产提供保障。

3展望机电一体化技术前景

3.1高性能化

现代社会生产处于快速发展期，机电一体化需要不断满足发展的需要、不断提高其现实应用性，主要要提高的方面表现在速度、精度、效率和可靠性等。未来机电一体化技术的发展趋势之一就是高速、高精度、高效和高可靠性。

3.2微型化

机电一体化趋向微型领域发展，它的发展动力是人们不断追求高新技术微型化。微型的机电一体化产品在一些特殊领域的优势是其他技术不可并肩而论的，比如军事、医疗、信息方面，因为这些微型化产品体积小、耗能少、灵活性强，可以成功完成常人不能想象到的任务。

3.3智能化

21世纪机电一体化建设者更加重视研究人工智能，主要是机器人智能和数控机床智能的应用。人工智能主要指的是机器方面，通过吸收新方法在基础控制理论之上模拟人类智能，使机器具有推理、判断和自主决策的能力，这样也就能实现更高的控制目标。当然要求机电一体化产品具有和人类一样的智能是没必要的，我们可以使用高性能的微处理器让机电一体化产品拥有部分人类智能。

3.4系统化

通信功能通过系统化得到了较大的升级，未来机电一体化技术会更多关注人与产品的关系，机电一体化将更加有人性化的特点。很多机电一体化产品的设计灵感都来自于动物或人类的启发，未来研究的两个方向分别是赋予机电一体化产品更多智能和研制更多的人性化产品。

3.5网络化

网络技术促进了市场竞争的很大变革，现今网络技术飞速发展这必将使机电一体化和其相互融合。网络普及的同时远程和监视技术不断涌现，机电一体化产品就是远程控制的终端设备。网络化还将影响到大量的家用电器方面，计算机集成系统可以帮助人们在不出门的情况下享受高新技术带来的生活便利与快乐。

结束语：

综上所述，自电子技术一问世，电子技术与机械技术的结合就开始了，如今“机电一体化”技术有了明显进展，引起了人们的广泛注意。它使工业生产由“机械电气化”迈入以“机电一体化”为特征的发展阶段。

参考文献：

[1]朱思洪.机电一体化技术.北京：中国农业出版社，2004.

[2]章浩，张西良，周士冲.机电一体化技术的发展与应用.农机化研究，2006（7）.