第一篇：機電一體化的發展及應用

機電一體化的發展及應用

摘 要

隨著科學技術日益走向整體化、交叉化和數字化以及微電子技術信息技術的迅速發展，機電一體化技術的應用也越來越廣泛。機電一體化技術是跨學科技術，其發展趨勢是光機電一體化、柔性化、智能化、仿生物系統化、微型化。其產品功能是通過其內部各組成部分功能的協調和綜合來共同實現的。

關鍵詞： 機電一體化技術；發展趨勢；產品功能；協調和綜合

目

錄

摘 要 ——————————————————————————01

緒 論 ——————————————————————————03

緒 論

現代科學技術的發展極大地推動了不同學科的交叉與滲透，引起了工程領域的技術改造與革命。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。

隨著機電一體化技術的快速發展，機電一體化的概念被我們廣泛接受和普遍應用。隨著計算機技術的迅猛發展和廣泛應用,機電一體化技術獲得前所未有的發展。現在的機電一體化技術，是機械和微電子技術緊密集合的一門技術，他的發展使冷冰冰的機器有了人性化，智能化。機電一體化是在以機械、電子技術和計算機科學為主的多門學科相互滲透、相互結合過程中逐漸形成和發展起來的一門新興邊緣技術學科，而機電一體化產品是在機械產品的基礎上，采用微電子技術和計算機技術生產出來的新一代產品。機電一體化技術同時也是工程領域不同種類技術的綜合及集合，它是建立在機械技術、微電子技術、計算機和信息處理技術、自動控制技術、電力電子技術、伺服驅動技術以及系統總體技術基礎之上的一種高新技術。

第1章 機電一體化的基本概念

1.1 基本概念

機電一體化又稱機械電子學，英語稱為Mechatronics，它是由英文機械學Mechanics的前半部分與電子學Electronics的后半部分組合而成。機電一體化最早出現在1971年日本雜志《機械設計》的副刊上，隨著機電一體化技術的快速發展，機電一體化的概念被我們廣泛接受和普遍應用。隨著計算機技術的迅猛發展和廣泛應用,機電一體化技術獲得前所未有的發展。現在的機電一體化技術，是機械和微電子技術緊密集合的一門技術，他的發展使冷冰冰的機器有了人性化，智能化。機電一體化是在以機械、電子技術和計算機科學為主的多門學科相互滲透、相互結合過程中逐漸形成和發展起來的一門新興邊緣技術學科，而機電一體化產品是在機械產品的基礎上，采用微電子技術和計算機技術生產出來的新一代產品。機電一體化技術同時也是工程領域不同種類技術的綜合及集合，它是建立在機械技術、微電子技術、計算機和信息處理技術、自動控制技術、電力電子技術、伺服驅動技術以及系統總體技術基礎之上的一種高新技術

1.2 機電產品的優越性

與傳統的機電產品相比，機電一體化產品具有下述優越性：

1.使用安全性和可靠性提高

機電一體化產品一般都具有自動監視、報警、自動診斷、自動保護等功能。在工作過程中，遇到過載、過壓、過流、短路等電力故障時，能自動采取保護措施，避免和減少人身和設備事故，顯著提高設備的使用安全性。

2.生產能力和工作質量提高

機電一體化產品大都具有信息自動處理和自動控制功能，其控制和檢測的靈敏度、精度以及范圍都有很大程度的提高，通過自動控制系統可精確地保證機械的執行機構按照設計的要求完成預定的動作，使之不受機械操作者主觀因素的影響，從而實現最佳操作，保證最佳的工作質量和產品的合格率。同時，由于機電一體化產品實現了工作的自動化，使得生產能力大大提高。例如，數控機床對工件的加工穩定性大大提高，生產效率比普通機床提高5 ～6 倍。

第二篇：淺談機電一體化的應用及未來發展

淺談機電一體化的應用及未來發展

摘要 ：機械、電子、計算機和自動控制技術的有機結合便是機電一體化技術，該技術在各行業中的廣泛應用能夠大幅提高產品的性能、質量以及可靠性等，提高產品制造水平。基于機電一體化技術以上優點，文章論述了機電一體化技術的應用現狀，并分析了我國機電一體化技術未來的發展趨勢。

關鍵詞 ：機電一體化技術 ；數控機床 ；工業機器人 ；分布式控制系統

隨著現代科學技術的不斷發展，不同學科之間有著極大的交叉與滲透，加速了工程領域的技術革命與改造。在機械工程這一領域中，機電一體化隨著微電子技術和計算機技術的迅速發展以及向機械工業的滲透開始逐漸形成并不斷完善，其對機械工業的產品機構、技術結構、功能與構成、生產方式及管理體系產生了巨大的變化，我國工業生產已經邁入了以“機電一體化”為特征的發展階段。

一、機電一體化技術的優點

（一）安全性高

相對而言，機電一體化產品在自動監視、報警、自動診斷、自動保護等方面具有更強的功能。當遇到工作過程中的各種電力故障時，它都能自動啟動相應保護措施，最大限度避免和減少人身和設備事故，使設備的使用安全性得到顯著提高。

（二）使用性能高

由于數字顯示和程序控制的普遍采用，機電一體化產品的手柄數量和操作按鈕大大減少，簡化操作，使用方便。由于預設程序開始逐步被電子控制系統操控，機電一體化產品實現了對全部動作的大量重復。此外，更高級的機電一體化產品甚至還可以實現隨機自動尋找最佳的工作程序，實現了自動最優化操作。

（三）生產能力高

由于具備了較強的信息自動處理和自動控制功能，機電一體化產品在控制和檢測靈敏度、精度、范圍等方面都有很大程度的提高。通過自身自動控制系統，可確保機械執行機構的動作能夠按已設計的要求完成，工作質量和產品的合格率也能得到最佳保證。此外，由于自動化的成功實現，機電一體化產品的生產能力也有顯著的提高。

（四）適用面廣

由于不受機電產品單技術、單功能的限制，機電一體化產品的復合技術和復合功能，大大提高了產品的自動化程度和功能水平。另外，機電一體化產品還因具備了自動化和智能化等多種功能而應用于各種不同的場合和不同領域，對用戶需求的應變能力較強。

二、機電一體化技術主要應用領域

（一）數控機床

經過40多年的發展，數控機床及相應的數控技術在功能、結構、操作和控制精度上都有廣泛的應用以及快速的提高，其結構的發展逐步趨向總線式、模塊化、緊湊型，且采用多CPU、多主總線的體系。由于開放性設計能最大限度地提高用戶的使用效益，硬件體系的結構和功能模塊相對而言更具有層次性、兼容性、符合接口標準。為了面向車間編程技術和二、三維加工過程動態仿真的實現，系統一般會引入在線診斷、模糊控制等智能機制。此外，大量模塊化軟件的設計和大容量存儲器的廣泛應用，在豐富數控功能的同時，也使系統的控制功能有了很大加強。一臺機床往往具備了同時控制多臺和多種機床、同時完成多個獨立加工任務的能力，實現了多過程、多通道的控制，同時，系統中也集成了包括刀具破損檢測、物料搬運、機械手控制等操作。

（二）工業機器人

由于第一代機器人即示教再現機器人只能局限于根據示教內容進行簡單的重復運動，面對各種不同的工作環境和作業對象，其適應性和靈活性存在明顯不足；隨著技術的不斷改進，第二代機器人具備了各種先進的傳感元件，通過對作業環境和操作對象進行簡單的信息獲取、計算機處理與分析，機器人能夠做出一些相應的判斷，并進行反饋、控制動作，其智能化程度還處比較低級階段，并已開始走向實用化；現代智能機器人也即第三代機器人，由于具有多種感知功能，它們能夠很好地處理復雜的邏輯思維、判斷與決策，而且能夠在各種作業環境中進行獨立的行動。

（三）分布式控制系統

由一臺中央計算機對若干臺現場測控計算機或智能控制單元進行指揮控制，便是分布式控制系統，一般可分為兩級、三級或者更多級。對于生產過程中的集中操作、監視、管理和分散控制等，計算機都能順利完成。隨著測控技術的不斷發展與創新，分布式控制系統的功能也越來越強大，除了可對生產過程進行實時控制，還可以對生產過程實現實時調度、在線最優化、生產計劃統計管理等功能，成為一種集測、控、管于一體的綜合系統。分布式控制系統特點主要表現在控制功能多、系統可擴展、可靠性高、操作簡便、維護方便等方面，其故障影響面較小。除此之外系統還具有連鎖保護的功能，通過系統故障人工手動控制，較好地提高了系統的可靠性。相比較集中型控制系統，分布式控制系統功能更加強大，安全性也更高，成為當前大型機電一體化系統的主流。

三、機電一體化技術發展趨勢

（一）高性能化

現實應用對機電一體化技術提出越來越高的要求，為了滿足社會生產快速發展的需要，新一代機電一體化系統對速度、精度、效率以及可靠度等方面的要求更高了。所以，以高速度、高精度、高效率和高可靠度為標準的高性能化是未來機電一體化技術發展的一大趨勢。

（二）微型化

所謂微型化，就是指機電一體化技術趨向微型機器或微型領域發展，它源于人們對高新技術不斷微型化的追求。比較而言，微型機電一體化的產品在生物醫療、軍事、信息等方面具有無可比擬的優勢，主要表現有產品的體積小、少耗能、運動靈活等，對常人無法想象的各種任務都能成功勝任。

（三）智能化

作為21世紀機電一體化技術發展的主要方向之一，人工智能日益引起了機電一體化建設者的研究重視，主要應用包括有機器人智能化與數控機床智能化。“智能化”是描述機器行為而言的，它在控制理論的基礎上，吸收了各種新的思想和方法，通過對人類智能的模擬，使其具備了進行推理判斷、邏輯思維、自主決策的能力，控制的目標也就更高。雖然我們沒有必要也不可能要求機電一體化產品具有與人類完全相同的智能，但是，我們完全有可能、有必要通過高性能、高速的微處理器的使用，使機電一體化產品擁有一定的高級智能或人類部分智能。

（四）系統化

系統化主要有兩大特征：特征一就是開放式和模式化總線結構的采用更進一步，系統可以進行任意的剪裁和組合，靈活組態，尋求多子系統的協調控制和綜合管理；特征二就是通信功能有了很大的升級，產品與人的關系將得到未來機電一體化技術的更多關注，機電一體化產品將向更人性化的方向發展。現實中的許多機電一體化產品大都是受到動物或人類的啟發而研制成功的，如何賦予機電一體化產品更多智能、情感、人性和通過生物機理的模擬，研制出各種人性化的產品是機電一體化技術未來的兩個研究方向。

（五）網絡化

由于網絡技術的興起和飛速發展，使得市場競爭環境有了重大的變革，這必將促使網絡化與機電一體化的互相融合。隨著網絡的不斷普及，基于網絡的各種監視技術和遠程控制也不斷地涌現，而遠程控制的終端設備就其本身而言，就是機電一體化產品。另外，大量家用電器因現場總線和局域網技術的應用也必將走向網絡化，通過以計算機為中心的計算機集成家電系統，人們便能足不出戶地就可以在家享受各種高技術帶來的便利與快樂。所以，產品的網絡化是未來機電一體化技術發展的主要趨勢之一。參考文獻

[1] 李晶．機電一體化技術應用之我見[J]．價值工程，2011（，3）.[2] 謝佳．略論機電一體化技術的發展[J]．綜合研究，2011（，6）.[3] 張童，王明軍．淺談機電一體化技術的現狀和發展趨勢[J]．承鋼技術，2007，（7）．

[4] 梁國文．機電一體化在工程機械上的應用與發展 [J]．南通紡織職業技術學院學報，2004，33（3）．

第三篇：機電一體化技術及應用.doc

第1章緒論

第一節機電一體化的定義

1、機電一體化是機電一體化技術及其產品的統稱，并把柔性制造系統（FMS）和計算機集成制造系統（CIMS）等先進制造技術的生產線和制造過程也包括在內，發展了機電一體化的含義。

2、機電一體化包括六大共性關鍵技術：精密機械技術、伺服驅動技術、傳感檢測技術、信息處理技術、自動控制技術和系統總體技術。

3、名詞解釋：機電一體化產品

在機械產品的基礎上應用微電子技術和計算機技術產生出來的新一代的機電產品。

第二節機電一體化系統的基本功能要素及相應功能

1.機械本體機械本體包括機械傳動裝置和機械結構裝置。其主要功能是使構造系統的各子系統、零部件按照一定的空間和時間關系安置在一定的位置上，并保持特定的關系。

2.動力部分功能是按照機電一體化系統的控制要求，為系統提供能量和動力以保證系統的正常運行。機電一體化的顯著特征之一，是用盡可能小的動力輸入獲得盡可能大的功能輸出。

3.傳感檢測部分 功能是對系統運行過程中所需要的本身和外界環境的各種參數及狀態進行檢測，并裝換成可識別信號，傳輸到信息處理單元，經過分析、處理后產生相應的控制信息。其功能通常由專門的傳感器和儀器儀表完成。

4.執行部分功能是根據控制和指令完成所要求的動作。執行部分是運動部件，一般采用機械、電磁、電液等機構。它將輸入的各種形式的能量轉換為機械能。

5.驅動部分功能是在控制信息作用下，驅動各種執行機構完成各種動作和功能。

6.控制與信息處理部分功能是將來自各傳感器的檢測信息和外部輸入命令進行集中、存儲、分析、加工，根據信息處理結果，按照一定的程序發出相應的控制信號，通過輸出接口送往執行部分，控制整個系統有目的地運行，并達到預期的性能。控制與信息處理單元一般由計算機、可編程控制器（PLC）、數控裝置以及邏輯電路A/D與的、D/A轉換、I/O接口和計算機外部設備等組成。

7.接口一是交換；二是放大；三是傳遞。機電一體化系統的組成及工作原理

第三節機電一體化的相關技術（六大方面）

1．機械技術：是機電一體化的基礎

2．傳感檢測技術：是機電一體化系統的感覺器官

3．信息處理技術：包括信息的交換、存取、運算、判斷和決策。機電一體化主要采用工業

4．自動控制5.伺服傳動技術6.系統總體技術

第2章機械傳動與支承技術機械系統是機電一體化系統的基本要素，主要用于執行機構、傳動機構、支承部件。

第一節機械系統數學模型的建立

1．機械移動系統

機械移動系統的基本元件是質量、阻尼器和彈簧。

第二節機械傳動系統的特性、影響機電一體化系統中傳動鏈的動力學性能的因素：（1）負載的變化（2）傳動鏈慣性（3）傳動鏈固有頻率（4）間隙、摩擦、潤滑和溫升

2．機械傳動系統的特性（公式—選擇）P22-23

(1)阻尼線性阻尼下的振動為實模態，非線性阻尼下的振動為復模態阻尼比§= C/2√mkc:粘性阻尼系數m—系統的質量 k—系統的剛度（2）剛度對于伺服系統的失動

量來說，系統的剛度越大，失動量越小。對于伺服系統的穩定性來說，剛度對開環系統的穩定性沒有影響，而對閉環系統的穩定性有很大影響，提高剛度可增加閉環系統的穩定性。

（3）諧振頻率（4）間隙（1）齒輪傳動的齒側間隙的消除 1)剛性消隙法2）柔性消隙法 3）絲杠螺母間隙的調整墊片式調隙機構、螺紋式調隙機構、齒差式調隙機構

第三節機械傳動裝置齒輪傳動使用最多的原因是：瞬時傳動比為常數、傳動精確、強度大、能承受重載、結構緊湊、摩擦力小、效率高。

諧波齒輪減速器原理若將鋼輪固定，外裝柔性軸承4的波發生器凸輪3裝入柔輪2中，是原形為圓環形的柔輪產生彈性變形，柔輪兩端的齒與鋼輪的齒完全脫開，長袖與短袖間的齒測逐漸齒入齒出。與一般齒輪傳動相比有下列特點(1)傳動比大單級50~500多級可達3000以上（2）承載能力大（3）傳動精度高（4）齒側間隙小（5）結構簡單、體積小、重量輕

第四節回轉運動支承主要由滾動軸承、動壓軸承、靜壓軸承、磁軸承等承擔。直線運動軸承主要是指直線運動導軌副起作用是保證各零件之間的相對位置和相對運動精度。機電一體化系統常用的直線運動支承有滑動導軌滾動導軌液體和氣體靜壓導軌

第三章檢測技術

第一節 傳感器的性能（1）靜態特性指標：線性度、靈敏度、遲滯、重復性。（2）動態特性傳感器的使用原則1）足夠容量2）與測量或控制系統的匹配性好，裝換靈敏度高3）精度適當且穩定性高4）反應速度快，工作可靠性好5）適用性和適應性強6）使用經濟

第二節光柵 由標尺光柵和指標光柵組成。是位移監測器，特點精確高、響應速度快、和量程范圍大。P=0.001mm把摩爾條紋調大10mm則放大倍數相當于1000倍

感應同步器是一種應用電磁傳感器原理制造的高精度檢測元件，直線式和圓盤式。分別檢測位移和轉角。

第三節光電式速度傳感器是由裝在被測軸上的帶縫隙圓盤、光電器件、和指示縫隙盤組成。

第四節接觸式位置傳感器1）由微動開關制成的位置傳感器2）二維矩陣是配置的位置傳感器。接近式位置傳感器按其工作原理主要分電磁式、光電式、靜電容式、氣壓式、超聲波式。

第五節 測量放大器需要電路具有橫高的共模抑制比以及高增益、低噪聲和高輸入阻抗。程控增益放大器經過處理的模擬型號，在送入計算機處理前，必須進行量化，及進行模擬數字變換，變換后的數字信號才能為計算機接受處理。在計算機自動測控系統中往往不希望、有時也不能利用手動辦法來實現增益而希望利用計算機采用軟件控制來實現增益的自動變化。隔離放大器在有強電或電磁干擾的環境中為了防止電網電壓等對測量回路的損壞，其信號輸入通道采用隔離技術。能完成這種任務、具有這種功能的放大器。

第七節用軟件線性化處理的方法有：計算法、查表法、插值法。

第四章伺服傳動技術伺服的意思是伺候服侍，就是在控制指令的指揮下，控制驅動元件，是機械系統的運動部件按照指令要求進行運動。伺服系統的結構組成：控制器、功率放大器、執行機構、和檢測裝置。通常伺服電動機應符合以下基本要求：具有寬廣而和平的調速范圍、具有較硬的機械特性和良好的調節特性、具有快速響應特性、空載使動電壓小。步進電動機是一種將脈沖信號裝換成位移角的執行元件。對這種電動機施加一個脈沖后，其轉軸就裝過一個角度，稱第一步。脈沖數增加位移角隨之增加，脈沖頻率高裝速快，相序改變，電動機反轉。

第二節直流伺服系統結構：相敏放大器、位置調節器、速度放大器、pwm功率放大器、伺服電動機、減速器、位置檢測

脈寬調制型pwm功率放大器基本原理：利用開關功率器件作用，將直流電壓換成一定頻率的方波電壓，通過方波脈沖寬度調制，改變輸出電壓的平均值。

Pwm控制電路脈沖調制器、邏輯延時環節、晶體管基極驅動器。

第三節異步電動機變頻調速器 6個功率開關、12個晶體管。

Spwm變頻調速系統：絕對值運算器、函數發生器、邏輯控制器。

環節分配器：三相三拍、三相六拍、雙三拍

電液伺服系統是由電信號處理部分和液壓的功率輸出部分組成的控制系統，系統的輸入是電信號。電液位置伺服控制系統常用于機床工作臺的位置控制、機械手的定位、穩定平臺水平位置控制等。電液速度伺服控制系統：若系統的輸出量為速度，將此速度反饋到輸入端，并與輸入量比較，就可以實現對系統的速度控制。

第五章計算機控制技

1.直接數字控制系統（DDC）

這類系統中計算機的運算和處理結果直接輸出作用于被控制對象，故稱為直接數字控制系統 2分布控制系統式

分布式綜合了計算機技術 通信技術和控制技術，采用多層分級結構的構成，從下而上的分為控制級，控制管理級和經營管理級

3傳送的方式

無條件傳送 查詢式傳送 中斷式傳送D/A轉換器是指將數字量轉換位模擬量的電路DAC0883主要是有兩個8位寄存器和一個8位D/A轉換器組成的。使用兩個寄存器的優點是可以進行兩次緩沖操作，使該器件的應用有更大的靈活性。A/D模數轉換器是將模擬電壓轉換為數值量的器件。實現的方法a逼近法b雙積分法。7 STD總線的技術特點a小板結構b嚴格的標準化c面向I/O設計d高可靠性STD總線工業控制計算機

a Z80系列STD總線工業是最早開發的一種機型，特點可靠性高 價格便宜 普及面 等優點，目前占有很大市場

b 單片機系列本身就是工業控制機，集成密度較高，作為控制應用其功能比較齊全，可靠性和抗干擾能力強數值PID調節器的設計

PID能夠較好的兼顧動態控制系能和穩態控制系能

第六章簡單的機電一體化

1全自動洗衣機

工作時單面片機通過檢測待洗衣物的渾濁度 布質 布量和水溫等作為模糊推理的輸入條件。

第七章工業機器人

1.工業機器人的組成 操作機 驅動系統 控制系統 人工智能系統

2.工業機器人的分類 a按操作機坐標形式分為 直角坐標型工業機器人 圓柱型 球坐 多

關節型平面關節型機器人b按控制方式分類 點位控制 連續軌道控制c 按驅動方式分類 氣動式 液壓式 電動式

3.手腕是由彎曲式關節和轉動式關節組成。兩自由度腕關節來說有RR和BR兩個結構，對于三個自由度 BBR BRR RBR RRR RBB五種表示p表示俯仰Y表示擺動R表轉動

4.手部很據其結構和用途不同可以分為機械夾持器 專用工具和萬能手三類

5.機械夾持器分為 回轉式 移動式 內撐式

6.研究工業機器人的目的是建立工業機器人個運動構建與手部在空間位置之間的關系，建

立機器人的手臂運動的數學模型，為控制工業機器人的運動提供分析的方法和手段，為仿真研究手臂的運動特性和設計控制器實現預定功能提供依據。

7.工業機器人的力學分析分為靜態力學分析和動態力學分析。靜態力學是研究操作機在靜

態條件下，手臂受力情況；動力學分析是研究操作機各主動關節驅動力與手臂的關系，從而得出工業機器人的動力學方程。

第八章柔性制造系統和計算機集成制造系統

1．柔性制造系統的定義和適用范圍

FMS是指可變的 制動的化程度較高的制造系統，主要包括若干數控機床加工中心，用一套自動物料搬運系統連接起來，由布級多級計算機系統進行綜合管理與控制。

適用范圍：能解決單件 小批量生產的自動化問題，也能適應大批量 多種產品的自動化問題，它把高柔性 高質量 高效率結合起來，在當前具有較強的生命力

2柔性制造系統的組成和結構

組成：加工系統 物料系統 能量系統 信息系統。

第四篇：機電一體化技術的發展及應用論文

機電一體化技術的發展及應用論文

隨著科學技術的飛速發展，機電一體化技術已經成為當今工業科技的重要組成部分。機電一體化是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術，微電子技術．自動控制技術、計算機技術，信邑技術，傳感柵4控技術，電力電子技術、接口技米、信息變換技束以蔑軟件編程技術等群體技術，根據系統功能目標和優化組織目標．合理配置與面局各功能單元，在多功能，高質量、高可靠性．低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。機電—體化概要

機電一體化發展至夸也已成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不但發展，還將披賦予新的內容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，綜臺運用機械技來．微電子技術。自動控制技術，計算機技術．信息技術、傳感測控技術，電力電子技術、接口技術，信息變換技術以廈軟件編程技術等群體技術，根據系統功能目標和優化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能，高質置，高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工輯技米。由此而產生的功能系統，則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。

因此“機電一體化”涵蓋技術和。產品!兩個方面。只是，機電一體化技術是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技米，微電子技術以菔其它新技術的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區別。機械工程技術有純技術發展到機械電氣化，仍屬傳統機械，其主要功能依然是代替和放大的體力。但是發展到機電一體化后，其中的鍰電子裝置除可取代某學機械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能，如自動檢測．自動處理信息，自動顯示記錄．自動調節與控制自動診斷與保護等。即機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的眼神，具有智能化的特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別。機電—體化的發展現狀

機電一體化的發展20世紀60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在選一時期，人們自覺不自覺地利用電于技術的初步成果來完善機械產品的性能。特別是在第二次世界大戰期間，戰爭刺激了機械產品與電子技術的結合，這些機電結合的軍用技術，戰后轉為民用，對戰后經濟的恢復起了積極的作用。那時研制和開發從總體上看還處于自筮狀態。由于當時電子技術的發展尚未達到一定水平，機械拄術與電子技術的結合還不可能廣泛和深入發展，已經開發的產品也無法大量推廣。20世紀70至80年代為第二階爰，可稱為蓬勃發展階段。達一時期，計算機技術，控制技術，通信技術的發展，為機電一體化的發展奠定了技術基礎。大規模，超大規模集成電路和微型計算機的迅猛發展，為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。

20世紀90年代后期，開始了機電一體他技術向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深人發展時期。一方面。光學，通信技術等進人了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現了光機電一體化和微機電～體化等新分支-另一方面對機電一體他系統的建稹設計，分析和集成方法，機電一

體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究．同時，由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地。這些研究，將促使機電一體化進一步建立完整的基礎和逐新形成完整的科學體系。

我國是從20世紀80年代初才開始在這方面研究和應用。經過十多年的發展取得了重大進展，但從總體上看．離國民經濟對先進技術的要求還有相當距離。與發達的工業國家相比．主要存在以下幾個問題：一是產品質量不穩定，產品水平低·二是科技基礎薄弱．自主開發能力差，發展后勁不足，某些技術領域與國際差距有拉大的趨勢-三是技術進步體現不夠，高水平產品比重小，技術進步對經濟增長的貢獻較低。機電—體化的應用

各類科技學科發展愛相互摻透，促使了機電一體化技術和產品在各行業．部門的飛速發展。在機械制造業中的數控機床，工業機器人的應用，輕紡工業．辦公機械．以殛通信方面的一體化產品更是層出不窮。自動化主體倉庫是機電一體他技術用于倉庫管理的典型產品。在位器使表、醫療器皺．工業流程管理與控制等方面機電一體化應用和發展都十分迅速。下面以Li／MnO，扣式電池生產線為例說明機電～體化在制造業方面的應用。機電—體化的發展趨勢

機電一體他是集機槭，電子、光學、控制，計算機．信息等多學科的交叉綜合，它的發展和進步依賴井促進相關技術的發展和進步。進入2 l世紀，在機電一體化技術的發展方向中，最主要的是：智能化，數字化、網絡化，微型化，綠色化，下文對此略加探討：

4.1智能化

智能化是2l世紀機電一體化技術發展的1一個重要發展方向。人工智能在機電一體化建設者的研究日益得到重視．機器人與數控機床的智能化就是重要應用。這里所攪的。智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能，運籌學．計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想，新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維，自主決鑲等能力，以求得到更高的控制目標。誠然．使機電一體化產品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微處理器使機電一俸化產品賦有低級智能或入的部分智能，則是完全可能而又必要的。2數字化

微控制器及其發展奠定了機電產品數字化的基礎，如不斷發展的數控機床和機器人；而計算機網絡的迅速崛起，為數字化設計與制造鋪平了道路．如虛擬鹼計，計算機集成制造等。數字化要求機電一體化產品的軟件具有高可靠性．易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數字化的實現將便于遠程操作、診斷和修復。

4．3網絡化

20世紀90年代，計算機技采等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術，工

業生產，政治，軍事、教育義舉人幺百常生活都帶來了巨大的變革。各種踟絡將壘球經濟，生產連成一片，企業間的競爭也將壘球化．機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷壘球。由于網絡的普廈．基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。現場總線和局域網技術是家用電器網絡化已成大勢，利用家庭剛絡(home 11et)將備種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(computer integrated appliancesysteIll，cIAs)，使人們在家里分享備種高技術帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產品無疑朝若網絡化方向發展。

4.4微型化

微型化興起干20世紀80年代末．指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(MEMs)，泛指幾何尺寸不超過lcm，的機電一體化產品，并向微米，納米級發展。微機電一體化產品體積小，耗能步，運動靈瑤．在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。微扎電一體化發展的瓶頸在于微機械技術．微機電一體化產品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。5綠色化

工業的發達給^們生括帶來了巨大變化。一方面，物質豐富，生話舒適。另一方面，資源減少，生態環境受到嚴重污染。于是．人們呼吁保護環境資源．回歸自然。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生．綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、制造，使用和銷毀的生命過程中．符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前途。機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。結語

綜上所述。機電一體化是許多科學技術發展的結晶．是社會生產力發展到一定階段的必然要求。特別指出機電一體化技術促使機械工業發生了戰略性變革，傳統的機械設計方法和設計概念正在發生著革命性的變化，新的方法有待擊刨造，去發現。2l世紀，機電一體化技術將扮演機械工業的主角。機電一體化技術是滲透到所有機械產品之中的普遍技術，幾乎沒有行業的限制。以機械技術、微電子技術的有機結合為主體的機電～體化技術是機械工業發展的必然趨勢

機電一體化機電九班

丁澤成

第五篇：機電一體化設計的發展及應用 作業1

機電一體化設計的發展及應用

現代科學技術的發展極大地推動了不同學科的交叉與滲透，引起了工程領域的技術改造與革命。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。

1． 機電一體化技術的發展歷程

“機電一體化”這個詞是日本安川電機公司在上世紀60年代末作商業注冊時最先創用的。當時及70年代，人們一直把機電一體化看作是機械與電子的結合。國內早期將“機電一體化技術”與“機械電子學”并用，近年來“機電一體化”更流行使用。80年代，信息技術嶄露頭角。微處理機的性能提高，為更高級的機電一體化產品所采用，典型的機電一體化產品如數控機床、工業機器人和汽車的電子控制系統等。微機作為關鍵技術引入了飛行器系統后，使機械—電子系統在高度控制、排氣控制、振動控制和保險氣袋等方面獲得廣泛應用。信息技術驅使機械系統在不同程度上利用數據庫，連洗衣機和其他消費品也用上了數據庫驅動系統。這樣，對機電一體化的系統設計方法的探索、成型和系統集成以及并行工程設計和控制的實施日顯重要。此外，光學也進入了機電一體化，產生了“光機電一體化”的新領域。進入90年代，通信技術進入了機電一體化，機器可像機器人系統那樣遙控和虛擬現實多媒體等技術緊密聯系的計算機控制的網絡化機電一體化日益普及。有些機電一體化機械可兩用，有的在性能上更是多用途的，尤其是微傳感器和執行器技術的發展，和半導體技術以光刻為基礎的方法以及和傳統機電一體化微型化方法的結合，開創了以精密工程和系統集成為特點的機電一體化新分支“微機電一體化”。雖然微加工方法尚未成熟，但將逐漸成為集成控制系統的一個組成部分。之后，機電一體化隨著自動化技術的發展而日益發展，穩步進入了21世紀。.機電一體化技術的發展方向

以微電子技術、軟件技術、計算機技術及通信技術為核心而引發的數字化、網絡化、綜合化、個性化信息技術革命，不僅深刻地影響著全球的科技、經濟、社會和軍事的發展，而且也深刻影響著機電一體化的發展趨勢。專家預測，機電一體化技術將向以下幾個方向發展：

1.光機電一體化方向 一般機電一體化系統是由傳感系統、能源（動力）系統、信息處理系統、機械結構等部件組成。引進光學技術，利用光學技術的先天特點，就能有效地改進機電一體化系統的傳感系統、能源系統和信息處理系統。

2.柔性化方向 未來機電一體化產品，控制和執行系統有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應付突發事件，被設計成“自律分配系統”。在這系統中，各子系統是相互獨立工作的，子系統為總系統服務，同時具有本身的“自律性”，可根據不同環境條件做出不同反應。其特點是子系統可產生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具有“行動”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統的能力（柔性），又不因某一子系統的故障而影響整個系統。3.智能化方向 今后的機電一體化產品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要得益于模糊技術與信息技術（尤其是軟件及芯片技術）的發展。

4.仿生物系統化方向 今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大，并且往往在結構上處于“靜態”時不穩定，但在動態（工作）時卻是穩定的。這有點類似于活的生物：當控制系統（大腦）停止工作時，生物便“死亡”，而當控制系統（大腦）工作時，生物就很有活力。就目前情況看，機電一體化產品雖然有仿生物系統化方向發展的趨勢，但還有一段很漫長的道路要走。

5.微型化方向 目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。當這一成果用于實際產品時，就沒有必要再區分機械部分和控制器部分了。那時，機械和電子完全可以“融合”機體，執行結構、傳感器、CPU等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型化是機電一體化的重要發展方向。.機電一體化產品的發展趨勢

1.智能化 智能化即要求機電產品有一定的智能，使它具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。例如在CNC數控機床上增加人機對話功能，設置智能I/O接口和智能工藝數據庫，會給使用、操作和維護帶來極大的方便。隨著模糊數學、神經網絡、灰色理論、心理學、生理學和混沌動力學等人工智能技術的進步與發展，為機電一體化技術發展開辟了廣闊天地。2.微型化 微控制器和接口技術的發展奠定了機電產品數字化的基礎，如不斷發展的數控機床和機器人；而計算機網絡的迅速崛起，為數字化設計與制造鋪平了道路，如虛擬設計、計算機集成制造等。數字化要求機電一體化產品的軟件具有高可靠性、通用性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數字化的實現將便于遠程控制操作、診斷和修復。

3.模塊化 由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元模塊是一項復雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調速電機一體的動力驅動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機一體控制單元等。這樣，在產品開發設計時，可以利用這些標準模塊化單元迅速開發出新的產品。從而避免利益的沖突，并能使之標準化、系列化。

4.網絡化 網絡技術的興起和飛速發展給社會各個領域帶來了巨大變革。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾。而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品，現場總線和局域網技術使家用電器網絡化成為可能，利用家庭網絡把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統，使人們在家里可充分享受各種高技術帶來的好處，因此，機電一體化產品無疑應朝網絡化方向發展。

5.自源化 自源化是指機電一體化產品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場合無法使用電能，因而對于運動的機電一體化產品，自帶動力源具有獨特的好處。6.人性化 人性化是各類產品的必然發展方向。機電一體化產品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環境相協調，使用這些產品，對人來說更自然，更接近生活習慣。

7.微型化 微型化是機電一體化向微型機器和微觀領域發展的趨勢。微機電系統是指可批量制作的，集微型機構、微型傳感器、微型執行器以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件和系統。微機電系統產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、信息等方面具有不可比擬的優勢。

8.綠色化 工業發達給人們的生活帶來巨大變化，在物質豐富的同時也帶來資源減少、生態環境惡化的后果，所以綠色產品概念在這種呼聲中應運而生。綠色產品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協調而可再生利用的產品。在其設計、制造、使用和銷毀時應符合環保和人類健康的要求，機電一體化產品的綠色化主要是指在其使用時不污染生態環境，產品壽命結束時，產品可分解和再生利用。

參考文獻

1.戴勇．高職機電一體化技術專業課程開發[M]．北京：機械工業出版社，2004． 2.顧京．現代機床設備[M]．北京：化學工業出版社，2001 3.袁中凡.機電一體化技術[M].北京:電子工業出版社.2006.4.芮延年.機電一體化系統設計[M].北京:機械工業出版社.2004.5.李運華.機電控制[M].北京航空航天大學出版社,2003.6.王中杰,余章雄,柴天佑.智能控制綜述[J].基礎自動化,2006(6).7.章浩.機電一體化技術的發展與應用[J].農機化研究,2006(7).8.袁中凡.機電一體化技術.電子工業出版社.2004.9.鄭鏈.信息識別技術.機械工業出版社.2006.班級：11機電

姓名：陳顯

學號：1100406003