第一篇：項(xiàng)目一 機(jī)電一體化技術(shù)概述

項(xiàng)目一 機(jī)電一體化概述

項(xiàng)目導(dǎo)入

通過多媒體課件，展示機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線的工作過程，引入任務(wù)：這些產(chǎn)品設(shè)備是機(jī)械和電子的完美結(jié)合，屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品，是機(jī)電一體化技術(shù)的具體應(yīng)用，什么是機(jī)電一體化技術(shù)？機(jī)電一體化技術(shù)的基本組成是什么？其關(guān)鍵技術(shù)是什么？以及機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展前景如何？

項(xiàng)目要求

通過觀看機(jī)器人工作過程以及自動(dòng)化生產(chǎn)線的生產(chǎn)流程，了解機(jī)電一體化產(chǎn)品的主要組成及特點(diǎn)；通過小組討論，分析機(jī)電一體化產(chǎn)品的功能組成及關(guān)鍵技術(shù)，在分析機(jī)電一體化系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生分析工作過程中的物質(zhì)形態(tài)的變化、能量的輸入輸出以及控制信號(hào)的產(chǎn)生、存儲(chǔ)、傳遞，引入物質(zhì)流、能量流和信息流的概念；通過對(duì)幾代機(jī)器人的發(fā)展歷程展望機(jī)器人的未來，最后以四自由度機(jī)器人作為實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，加深學(xué)生對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)的認(rèn)識(shí)。

能力目標(biāo)

1.能夠協(xié)作分析、討論機(jī)電一體化設(shè)備的特點(diǎn)、組成及關(guān)鍵技術(shù)； 2.能夠機(jī)電一體化的發(fā)展歷程展望其發(fā)展趨勢(shì)。

知識(shí)目標(biāo)

1.掌握機(jī)電一體化定義； 2.掌機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本組成； 3.理解機(jī)電一體化系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 4.了解機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景。

素質(zhì)目標(biāo)

1.具有團(tuán)隊(duì)協(xié)作分析、解決問題的能力； 2.動(dòng)手能力、討論合作能力。

1.1機(jī)電一體化技術(shù)的基本概念

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，極大地推動(dòng)了不同學(xué)科的相互交叉和滲透，導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。在機(jī)械工程領(lǐng)域。由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入了以“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。“機(jī)電一體化”成為機(jī)械技術(shù)與其他領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)特別是微電子技術(shù)有機(jī)結(jié)合的新領(lǐng)域。

1.1.1 機(jī)電一體化的定義

伴隨生產(chǎn)活動(dòng)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)的具體內(nèi)容不斷發(fā)展與更新，人們觀察問題的角度不同，對(duì)“機(jī)電一體化”的理解也就有所差異。迄今為止，機(jī)電一體化尚沒有明確的統(tǒng)一定義。

關(guān)于“機(jī)電一體化”概念的提法，1981年日本機(jī)械振興協(xié)會(huì)對(duì)此做出解釋：“機(jī)電一體化是在機(jī)械主功能、動(dòng)力功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。”

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，“機(jī)電一體化”不斷被賦予新的內(nèi)涵，但日前一般可認(rèn)為“機(jī)電一體化”是微電子技術(shù)向機(jī)械工業(yè)滲透過程中逐步形成的一個(gè)新概念，是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，將機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)等多門技術(shù)學(xué)科在系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)上相互滲透、有機(jī)結(jié)合而形成和發(fā)展起來的一門新的邊緣技術(shù)學(xué)科。

1.1.2 機(jī)電一體化的產(chǎn)生

科技進(jìn)步和社會(huì)需求是任何事物產(chǎn)生和發(fā)展的前提，機(jī)電一體化這一新事物的產(chǎn)生和發(fā)展也不例外。機(jī)械技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)等的發(fā)展為機(jī)電一體化的產(chǎn)生奠定了良好的基礎(chǔ)，而人類社會(huì)對(duì)生產(chǎn)和生活產(chǎn)品在質(zhì)量和品種上的要求不斷提高是機(jī)電一體化蓬勃發(fā)展的動(dòng)力。

機(jī)電一體化經(jīng)歷了長期的產(chǎn)生和發(fā)展過程。早在機(jī)電一體化這一概念形成之自前，世界各地的科技人員已為機(jī)械與電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合做了大量工作，研究和開發(fā)了很多機(jī)電一體化產(chǎn)品，例如電子工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的雷達(dá)伺服系統(tǒng)，機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等，這一切都為機(jī)電一體化這一概念的形成奠定了基礎(chǔ)。

1971年，日本《機(jī)械設(shè)計(jì)》雜志副刊正式提出了“Mechatronics”這一名詞，它是取Mechanics（機(jī)械學(xué)）的前半部分和Electronics（電子學(xué)）的后半部分組合而成，即機(jī)械電子學(xué)或機(jī)電一體化。在日本提出這一術(shù)語后，日、美、英等國先后有一些專著問世。國際自動(dòng)控制聯(lián)合會(huì)(IFAC)、美國電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IFFF)先后創(chuàng)辦了名為Mechanics的期刊，近

年來，國內(nèi)也有不少教科書和期刊出版。

機(jī)電一體化作為一門新興的邊緣學(xué)科，始于二十世紀(jì)八十年代，日前它已經(jīng)逐漸成為機(jī)械工程的重要研究領(lǐng)域，代表著機(jī)械工業(yè)技術(shù)革命的前沿方向。

1.1.3 機(jī)電一體化的內(nèi)容

機(jī)電一體化包含了技術(shù)和產(chǎn)品兩方面的內(nèi)容，首先是指機(jī)電一體化技術(shù)，其次是指機(jī)電一體化產(chǎn)品。機(jī)電一體化技術(shù)是指包括技術(shù)基礎(chǔ)、技術(shù)原理在內(nèi)的使機(jī)電一體化產(chǎn)品得以實(shí)現(xiàn)、使用和發(fā)展的技術(shù)。機(jī)電一體化產(chǎn)品是指隨著機(jī)械系統(tǒng)和微電子系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，被賦予新功能和新性能的產(chǎn)品。

機(jī)電一體化技術(shù)在制造業(yè)的應(yīng)用從一般的數(shù)控機(jī)床、加工中心、機(jī)械手發(fā)展到智能機(jī)器人、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、無人生產(chǎn)車間和將設(shè)計(jì)、制造、銷售、管理集為一體的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)，并擴(kuò)展到目前的汽車、電站、儀表、化工、通信、冶金等行業(yè)。此外，對(duì)傳統(tǒng)機(jī)電設(shè)備的改造也屬于機(jī)電一體化的范疇。機(jī)電一體化產(chǎn)品涉及工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、人民生活、醫(yī)療衛(wèi)生等各個(gè)領(lǐng)域，如：集成電路自動(dòng)生產(chǎn)線、激光切割設(shè)備、印刷設(shè)備、家用電器、汽車電子化、微型機(jī)械、飛機(jī)、雷達(dá)、醫(yī)學(xué)儀器、環(huán)境監(jiān)測(cè)等。

1.1.4 機(jī)電一體化的特點(diǎn)

我們可以從汽車工業(yè)的發(fā)展過程為例來觀察機(jī)電一體化產(chǎn)品的特點(diǎn)。在很長一段時(shí)間內(nèi)，汽車是作為一項(xiàng)機(jī)械方面的奇跡，它只有少量的電子附件。最初是啟動(dòng)電機(jī)，后來是發(fā)電機(jī)，每種附件都使原先產(chǎn)品的性能比過去提高一點(diǎn)。隨著半導(dǎo)體和微電子學(xué)的出現(xiàn)，今天的汽車由微處理器控制，機(jī)器人制造，并可通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行故障分析，從而使機(jī)械奇跡變成了機(jī)械電子奇跡。

隨著機(jī)電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)電一體化產(chǎn)品有逐步取代傳統(tǒng)機(jī)電產(chǎn)品的趨勢(shì)。與傳統(tǒng)的機(jī)電產(chǎn)品相比，機(jī)電一體化產(chǎn)品具有高的功能水平和附加值及明顯的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，這完全是由機(jī)電一體化技術(shù)的特點(diǎn)決定的。機(jī)電一體化通過綜合利用現(xiàn)代高新技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，在提高產(chǎn)品精度、增強(qiáng)功能、改善操作性和使用性、提高生產(chǎn)率、降低成本、節(jié)約能源、降低消耗、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件、提高安全性和可靠性、簡化結(jié)構(gòu)、減輕質(zhì)量、增強(qiáng)柔性和智能化程度、降低價(jià)格等諸多方面都取得了顯著成效。機(jī)電一體化產(chǎn)品的顯著特點(diǎn)是多功能、高效率、高智能、高可靠性，同時(shí)又具有輕、薄、細(xì)、小、巧的優(yōu)點(diǎn)，其目的是不斷滿足人們生產(chǎn)生活的多樣性和省時(shí)、省力、方便的需求。

綜上所述可以看出，機(jī)電一體化的本質(zhì)是機(jī)械與電子技術(shù)的規(guī)劃應(yīng)用和有效結(jié)合，以構(gòu)成一個(gè)最優(yōu)的產(chǎn)品或系統(tǒng)。機(jī)電一體化課程的特點(diǎn)首先是涉及的知識(shí)面廣，且大多為正在發(fā)展的新知識(shí)；其次，機(jī)電結(jié)合，綜合應(yīng)用；第三，部分內(nèi)容與其他課程有交叉。

1.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本組成

1.2.1 機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能組成

傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品主要是解決物質(zhì)流和能量流的問題，而機(jī)電一體化產(chǎn)品除了解決物質(zhì)流和能量流以外，還要解決信息流的問題。機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要功能就是對(duì)輸入的物質(zhì)、能量與信息（即所謂工業(yè)三大要素）按照要求進(jìn)行處理，輸出具有所需特性的物質(zhì)、能量與信息。

任何一個(gè)產(chǎn)品都是為滿足人們的某種需求而開發(fā)和生產(chǎn)的，因而都具有相應(yīng)的目的功能。機(jī)電一體化系統(tǒng)的主功能包括變換（加工、處理）、傳遞（移動(dòng)、輸送）、儲(chǔ)存（保持、積蓄、記錄）三個(gè)目的功能。主功能也稱為執(zhí)行功能，是系統(tǒng)的主要特征部分，完成對(duì)物質(zhì)、能量、信息的交換、傳遞和儲(chǔ)存。機(jī)電一體化系統(tǒng)除了具備主功能外，還應(yīng)具備動(dòng)力功能、檢測(cè)功能、控制功能、構(gòu)造功能等其他功能。

加工機(jī)是以物料搬運(yùn)、加工為主，輸入物質(zhì)（原料、毛坯等）、能量（電能、液能、氣能等）和信息（操作及控制指令等），經(jīng)過加工處理，主要輸出改變了位置和形態(tài)的物質(zhì)的系統(tǒng)（或產(chǎn)品）。如各種機(jī)床、交通運(yùn)輸機(jī)械、食品加工機(jī)械、起重機(jī)械、紡織機(jī)械、印刷機(jī)械、輕工機(jī)械等。

動(dòng)力機(jī)，其中輸出機(jī)械能的為原動(dòng)機(jī)，是以能量轉(zhuǎn)換為主，輸入能量（或物質(zhì)）和信息，輸出不同能量（或物質(zhì)）的系統(tǒng)（或產(chǎn)品）。如電動(dòng)機(jī)、水輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等。

信息機(jī)是以信息處理為主，輸入信息和能量，主要輸出某種信息（如數(shù)據(jù)、圖像、文字、聲音等）的系統(tǒng)（或產(chǎn)品）。如各種儀器、儀表、計(jì)算機(jī)、傳真機(jī)以及各種辦公機(jī)械等。

圖1-1以典型機(jī)電一體化產(chǎn)品數(shù)控機(jī)床(CNC)為例，說明其內(nèi)部功能構(gòu)成。其中切削加工是CNC機(jī)床的主功能，是實(shí)現(xiàn)其目的所必需的功能。電源通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)床，向機(jī)床提供動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力功能。位置檢測(cè)裝置和CNC裝置分別實(shí)現(xiàn)計(jì)測(cè)功能和控制功能，其作用是實(shí)時(shí)檢測(cè)機(jī)床內(nèi)部和外部信息，據(jù)此對(duì)機(jī)床實(shí)施相應(yīng)控制。機(jī)械結(jié)構(gòu)所實(shí)現(xiàn)的是構(gòu)造功

圖1-1CNC機(jī)床內(nèi)部功能構(gòu)成

能，使機(jī)床各功能部件保持規(guī)定的相互位置關(guān)系，構(gòu)成一臺(tái)完整的CNC機(jī)床。

1.2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成要素

機(jī)電一體化系統(tǒng)一般由機(jī)械本體、傳感檢測(cè)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制及信息處理、動(dòng)力系統(tǒng)等五部分組成，各部分之間通過接口相聯(lián)系。從機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能看，人體是機(jī)電一體化系統(tǒng)理想的參照物。構(gòu)成人體的五大要素分別是頭腦、感官、四肢、內(nèi)臟及軀干。內(nèi)臟提供人體所需的能量（動(dòng)力），維持人體活動(dòng)；頭腦處理各種信息并對(duì)其他要素實(shí)施控制；感官獲取外界信息；四肢執(zhí)行動(dòng)作；軀干的功能是把人體各要素有機(jī)地聯(lián)系為一體。可以看到，機(jī)電一體化系統(tǒng)內(nèi)部的五大功能與人體的上述功能幾乎是一樣的。機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成要素及實(shí)現(xiàn)功能如圖1-2所示。機(jī)電一體化系統(tǒng)基本組成可用圖1-3所示的實(shí)例進(jìn)行描述。

圖1.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成要素及實(shí)現(xiàn)功能

Figure 1圖1-3 機(jī)電一體化系統(tǒng)五大要素實(shí)例

1.機(jī)械本體

機(jī)械本體包括機(jī)械結(jié)構(gòu)裝置和機(jī)械傳動(dòng)裝置。機(jī)械結(jié)構(gòu)是機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)體，用于支撐和連接其他要素，并把這些要素合理地結(jié)合起來，形成有機(jī)的整體。機(jī)電一體他系統(tǒng)的

機(jī)械結(jié)構(gòu)包括：機(jī)身、框架、連接等。機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械傳動(dòng)裝置不再僅僅是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變換器，而已成為伺服系統(tǒng)的組成部分，必需根據(jù)伺服控制的要求進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。由于機(jī)電一體化產(chǎn)品技術(shù)性能、水平和功能的提高，因而機(jī)械本體要在機(jī)械結(jié)構(gòu)、材料、加工工藝性以及幾何尺寸等方面適應(yīng)產(chǎn)品高效率、多功能、高可靠性和節(jié)能、小型、輕量、美觀等要求。

2．動(dòng)力部分

動(dòng)力部分是按照系統(tǒng)控制要求，為系統(tǒng)提供能量和動(dòng)力，去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作以完成預(yù)定的主功能。動(dòng)力系統(tǒng)包括電、液、氣等多種動(dòng)力源。用盡可能小的動(dòng)力輸入獲得盡可能大的功能輸出，是機(jī)電一體化產(chǎn)品的顯著特征之一。

3．傳感檢測(cè)部分

傳感檢測(cè)部分是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中所需要的自身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，然后變成可識(shí)別信號(hào)，傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧⑶医?jīng)過分析、處理后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息。其功能一般由專門的傳感器及轉(zhuǎn)換電路完成，對(duì)其要求是體積小、便于安裝與連接、檢測(cè)精度高、抗干擾等。

4．執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)是運(yùn)動(dòng)部件在控制信息的作用下完成要求的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的主功能。執(zhí)行機(jī)構(gòu)將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由電、液、氣等執(zhí)行元件和機(jī)械傳動(dòng)裝置等組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)按運(yùn)動(dòng)方式的不同可分為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)元件和直線運(yùn)動(dòng)元件，各種電動(dòng)機(jī)及液（氣）壓電機(jī)等是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件，而絲杠和電磁鐵、壓電驅(qū)動(dòng)器、液（氣）壓缸等是直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件。執(zhí)行機(jī)構(gòu)因機(jī)電一體化產(chǎn)品的種類和作業(yè)對(duì)象不同而有較大的差異。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品目的功能的直接執(zhí)行者，其性能好壞決定著整個(gè)產(chǎn)品的性能，因而是機(jī)電一體化產(chǎn)品中重要的組成部分。根據(jù)機(jī)電一體化系統(tǒng)的匹配性要求，需要考慮改善系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能，如提高剛性、減小質(zhì)量和適當(dāng)?shù)淖枘幔瑧?yīng)盡量考慮組件化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，提高系統(tǒng)整體可靠性等。

5．控制及信息單元

控制及信息單元將來自各傳感器的檢測(cè)信息和外部輸入命令進(jìn)行處理、運(yùn)算和決策，根據(jù)信息處理結(jié)果，按照一定的程序和節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令，控制整個(gè)系統(tǒng)有目的地運(yùn)行。信息處理及控制系統(tǒng)主要是由計(jì)算機(jī)的軟件和硬件以及相應(yīng)的接口組成。硬件一般由計(jì)算機(jī)、可編程控制器(PLC)、數(shù)控裝置以及邏輯電路、A/D與D/A轉(zhuǎn)換、I/O（輸入輸出）接口和計(jì)算機(jī)外部設(shè)備等組成。機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)控制和信息處理單元的基本要求是：提高信息處理

速度，提高可靠性，增強(qiáng)抗干擾能力以及完善系統(tǒng)自診斷功能，實(shí)現(xiàn)信息處理智能化。

以上這五部分我們通常稱為機(jī)電一體化的五大構(gòu)成要素，而在實(shí)際中有時(shí)機(jī)電一體化系統(tǒng)的某些構(gòu)成要素是復(fù)合在一起的。機(jī)電一體化產(chǎn)品的五大部分在工作時(shí)相互協(xié)調(diào)，共同完成所規(guī)定的目的功能。在結(jié)構(gòu)上，各組成部分通過各種接口及其相應(yīng)的軟件有機(jī)地結(jié)合在一起，構(gòu)成一個(gè)內(nèi)部匹配合理、外部效能最佳的完整產(chǎn)品。

1.2.3 機(jī)電一體化系統(tǒng)接口概述

機(jī)電一體化系統(tǒng)由許多要素或子系統(tǒng)構(gòu)成，各要素或子系統(tǒng)之間必須能順利地進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的傳遞與交換。因此，各要素或各子系統(tǒng)相接處必須具備一定的聯(lián)系條件，這些聯(lián)系條件稱為接口。一方面，機(jī)電一體化系統(tǒng)通過輸入／輸出接口將其與人、自然及其他系統(tǒng)相連；另一方面，機(jī)電一體化系統(tǒng)通過許多接口將系統(tǒng)構(gòu)成要素聯(lián)系為一體。因此，系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于接口的性能。

接口設(shè)計(jì)的總?cè)蝿?wù)是解決功能模塊間的信號(hào)匹配問題，根據(jù)劃分出的功能模塊，在分析研究各功能模塊輸入／輸出關(guān)系的基礎(chǔ)上，計(jì)算制定出各功能模塊相互連接時(shí)所必須共同遵守的電氣和機(jī)械的規(guī)范和參數(shù)約定，使其在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)能夠“直接”相連。因此，把機(jī)電一體化產(chǎn)品可看成是由許多接口將組成產(chǎn)品各要素的輸入／輸出聯(lián)系為一體的系統(tǒng)。

1．接口的分類

機(jī)電一體化系統(tǒng)中各要素和子系統(tǒng)之間，接口使得物質(zhì)、能量、信息在連接要素的交界面上平穩(wěn)地輸入／輸出，它是保證產(chǎn)品具有高性能、高質(zhì)量的必要條件，有時(shí)會(huì)成為決定系統(tǒng)綜合性能好壞的關(guān)鍵因素，這是機(jī)電一體化系統(tǒng)的復(fù)雜性決定的。接口的功能是由參數(shù)變換與調(diào)整和物質(zhì)、能量、信息的輸入／輸出兩部分組成。

（1）根據(jù)接口的變換和調(diào)整功能特征分類。

①零接口：不進(jìn)行參數(shù)的變換與調(diào)整，即輸入／輸出的直接接口，如聯(lián)軸器、輸送管、捅頭、插座、導(dǎo)線、電纜等。

②被動(dòng)接口：僅對(duì)被動(dòng)要素的參數(shù)進(jìn)行變換與調(diào)整，如齒輪減速器、進(jìn)給絲杠、變壓器、可變電阻以及光學(xué)透鏡等。

③主動(dòng)接口：含有主動(dòng)因素、并能與被動(dòng)要素進(jìn)行匹配的接口，如電磁離合器、放大器、光電耦合器、A/D.D/A轉(zhuǎn)換器等。

④智能接口：含有微處理器、可進(jìn)行程序編制或適應(yīng)條件變化的接口，如自動(dòng)調(diào)速裝置、通用輸入／輸出芯片（如8255芯片）、RS232串行接口、通用接口總線等。

(2)根據(jù)接口的輸入／輸出功能的性質(zhì)分類。

①信息接口（軟件接口）：受規(guī)格、標(biāo)準(zhǔn)、法律、語言、符號(hào)等邏輯、軟件的約束，如GB、ISO標(biāo)準(zhǔn)、RS232C、ASCII碼、C語言等。

②機(jī)械接口：根據(jù)輸入／輸出部位的形狀、尺寸、精度等進(jìn)行機(jī)械聯(lián)結(jié)，如聯(lián)軸器、管接頭、法蘭盤等。

③物理接口：受通過接口部位的物質(zhì)、能量與信息的具體形態(tài)和物理?xiàng)l件約束，如受電壓、頻率、電流、阻抗、傳遞扭矩的大小、氣（液）體成分（壓力或流量）約束的接口。

④環(huán)境接口：對(duì)周圍的環(huán)境條件有具體保護(hù)作用和隔絕作用，如防塵過濾器、防水聯(lián)結(jié)器、防爆開關(guān)等。

(3)按照所聯(lián)系的子系統(tǒng)不同分類。以控制微機(jī)（微電子系統(tǒng)）為出發(fā)點(diǎn)，將接口分為人機(jī)接口和機(jī)電接口兩大類。機(jī)械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)之間的聯(lián)系必須通過機(jī)電接口進(jìn)行調(diào)整、匹配、緩沖，同時(shí)微電子系統(tǒng)的應(yīng)用使機(jī)械系統(tǒng)具有“智能”，達(dá)到了較高的自動(dòng)化程度，但該系統(tǒng)仍然離不開人的干預(yù)，必須在人的監(jiān)控下進(jìn)行，因此人機(jī)接口也是必不可少的。人機(jī)接口和機(jī)電接口將在項(xiàng)目5中重點(diǎn)訓(xùn)練。

2．接口設(shè)計(jì)的要求

不同類型的接口，設(shè)計(jì)要求有所不同。在這里僅從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度討論微機(jī)接口和機(jī)械接口設(shè)計(jì)的各自要求。

（1）微機(jī)接口。微機(jī)接口通常由接口電路和與之配套的驅(qū)動(dòng)程序組成。能夠使被傳動(dòng)的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)在電氣上、時(shí)間上相互匹配的電路稱為接口電路，它是接口的骨架；能夠完成這種功能的程序稱為接口程序，它是完成接口預(yù)設(shè)值任務(wù)的中樞神經(jīng)，主要完成數(shù)據(jù)的輸入／輸出、傳送以及可編程接口器件的方式設(shè)定，中斷方式設(shè)定的初始化工作；兩者融為一體構(gòu)成了微機(jī)接口。由于微機(jī)接口負(fù)擔(dān)著微機(jī)和設(shè)備之間傳輸信息的任務(wù)，因此，系統(tǒng)要求具有兩大特點(diǎn)：一方面能夠可靠地傳送相應(yīng)的控制信息，并能夠輸入相關(guān)的狀態(tài)信息，另一方面能夠進(jìn)行相應(yīng)的信息轉(zhuǎn)換，以滿足系統(tǒng)的輸入輸出要求。信息轉(zhuǎn)換主要包括以下方面：數(shù)字量／模擬量的轉(zhuǎn)換(D/A)；模擬量／數(shù)字量轉(zhuǎn)換(A/D)；從數(shù)字量轉(zhuǎn)換成脈沖量；電平轉(zhuǎn)換；電量到非電量的轉(zhuǎn)換；弱電到強(qiáng)電的轉(zhuǎn)換以及功率匹配等。具體要求如下：

傳感器接口要求傳感器與被測(cè)機(jī)械量信號(hào)源具有直接關(guān)系，要使標(biāo)度轉(zhuǎn)換及數(shù)學(xué)建模精確、可行，傳感器與機(jī)械本體的連接簡單穩(wěn)固，能克服機(jī)械諧波干擾，正確反映對(duì)象的被測(cè)參數(shù)。

變送接口應(yīng)滿足傳感器模塊的輸入信號(hào)與微機(jī)前向通道電氣參數(shù)的匹配及遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸?shù)囊螅涌诘男盘?hào)傳輸要準(zhǔn)確、可靠、抗干擾能力強(qiáng)，具有較低的噪聲容限；接口的輸入阻抗應(yīng)與傳感器的輸出阻抗相匹配；接口的輸出電平應(yīng)與微機(jī)的電平相一致；接口的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的關(guān)系應(yīng)是線性關(guān)系，以便于微機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理。

驅(qū)動(dòng)接口應(yīng)滿足傳感器模塊的輸入信號(hào)與微機(jī)系統(tǒng)的后向通道在電平上一致，接口的輸出端與功率驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端之間不僅電平要匹配還要在阻抗上匹配。另外接口必須采用有效的抗干擾措施，防止功率驅(qū)動(dòng)設(shè)備的強(qiáng)電信號(hào)竄入微機(jī)系統(tǒng)。

（2）機(jī)械傳動(dòng)接口。機(jī)械傳動(dòng)接口，如減速器、絲杠螺母等，要求它的連接機(jī)構(gòu)緊湊、輕巧，具有較高的傳動(dòng)精度和定位精度，安裝、維修、調(diào)整簡單方便，剛度好，響應(yīng)快。

1.3 機(jī)電一體化技術(shù)的理論基礎(chǔ)與關(guān)鍵技術(shù)

系統(tǒng)論、信息論、控制論的建立，微電子技術(shù)，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展引起了科學(xué)技術(shù)的又一次革命，導(dǎo)致了機(jī)械工程的機(jī)電一體化。如果說系統(tǒng)論、信息論、控制論是機(jī)電一體化技術(shù)的理論基礎(chǔ)，那么微電子技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)等就是它的技術(shù)基礎(chǔ)。微電子技術(shù)，尤其是微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，為機(jī)電一體化技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展提供了前提條件。

1.3.1 理論基礎(chǔ)

系統(tǒng)論、信息論、控制論是機(jī)電一體化技術(shù)的理論基礎(chǔ)，也是機(jī)電一體化技術(shù)的方法論。開展機(jī)電一體化技術(shù)研究時(shí)，無論在工程的構(gòu)思、規(guī)劃、設(shè)計(jì)方面，還是在它的實(shí)施或?qū)崿F(xiàn)方面，都不能只著眼于機(jī)械或電子，不能只看到傳感器或計(jì)算機(jī)，而是要用系統(tǒng)的觀點(diǎn)，合理解決信息流與控制機(jī)制問題，有效地綜合各有關(guān)技術(shù)，才能形成所需要的系統(tǒng)或產(chǎn)品。

給定機(jī)電一體化系統(tǒng)目的與規(guī)格后，機(jī)電一體化技術(shù)人員利用機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造的整個(gè)過程稱為機(jī)電一體化工程。實(shí)施機(jī)電一體化工程的結(jié)果，是新型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。圖1-4給出了機(jī)電一體化工程的構(gòu)成因素。

圖1-4 機(jī)電一體化工程構(gòu)成因素

系統(tǒng)工程是系統(tǒng)科學(xué)的一個(gè)工作領(lǐng)域，而系統(tǒng)科學(xué)本身是一門關(guān)于“針對(duì)目的要求而進(jìn)行合理的方法學(xué)處理”的邊緣學(xué)科。系統(tǒng)工程的概念不僅包括“系統(tǒng)”，即具有特定功能的、相互之間具有有機(jī)聯(lián)系的眾多要素所構(gòu)成的一個(gè)整體，也包括“工程”，即產(chǎn)生一定效能的方法。機(jī)電一體化技術(shù)是系統(tǒng)工程科學(xué)在機(jī)械電子工程中的具體應(yīng)用。具體地講，就是以機(jī)

械電子系統(tǒng)或產(chǎn)品為對(duì)象，以數(shù)學(xué)方法和計(jì)算機(jī)等為工具，對(duì)系統(tǒng)的構(gòu)成要素、組織結(jié)構(gòu)、信息交換和反饋控制等功能進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)、制造和服務(wù)，從而達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)、最優(yōu)控制和最優(yōu)管理的目標(biāo)，以便充分發(fā)揮人力、物力和財(cái)力，通過各種組織管理技術(shù)，使局部與整體之間協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的綜合最優(yōu)化。

機(jī)電一體化系統(tǒng)是一個(gè)包括物質(zhì)流、能量流和信息流的系統(tǒng)，而有效地利用各種信號(hào)所攜帶的豐富信息資源，則有賴于信號(hào)處理和信號(hào)識(shí)別技術(shù)。考察所有機(jī)電一體化產(chǎn)品，就會(huì)看到準(zhǔn)確的信息獲取、處理、利用在系統(tǒng)中所起的實(shí)質(zhì)性作用。

將工程控制論應(yīng)用于機(jī)械工程技術(shù)而派生的機(jī)械控制工程，為機(jī)械技術(shù)引入了嶄新的理論、思想和語言，把機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)由原來靜態(tài)的、孤立的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想引向動(dòng)態(tài)的、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)環(huán)境，使科學(xué)的辯證法在機(jī)械技術(shù)中得以體現(xiàn)，為機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)提供了豐富的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。

1.3.2 關(guān)鍵技術(shù)

發(fā)展機(jī)電一體化技術(shù)所面臨的共性關(guān)鍵技術(shù)包括精密機(jī)械技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、接口技術(shù)和系統(tǒng)總體技術(shù)等。現(xiàn)代的機(jī)電一體化產(chǎn)品甚至還包含了光、聲、化學(xué)、生物等技術(shù)的應(yīng)用。

1．機(jī)械技術(shù)

機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)。隨著高新技術(shù)引入機(jī)械行業(yè)，機(jī)械技術(shù)面臨著挑戰(zhàn)和變革。在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，它不再是單一地完成系統(tǒng)間的連接，而是要優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、體積、剛性和壽命等參數(shù)對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的綜合影響。機(jī)械技術(shù)的著眼點(diǎn)在于如何與機(jī)電一體化的技術(shù)相適應(yīng)，利用其他高、新技術(shù)來更新概念，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上以及功能上的變更，滿足減少質(zhì)量、縮小體積、提高精度、提高剛度、改善性能和增加功能的要求。尤其那些關(guān)鍵零部件，如導(dǎo)軌、滾珠絲杠、軸承、傳動(dòng)部件等的材料、精度對(duì)機(jī)電一體化產(chǎn)品的性能、控制精度影響很大。

在制造過程的機(jī)電一體化系統(tǒng)，經(jīng)典的機(jī)械理論與工藝應(yīng)借助于計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，同時(shí)采用人工智能與專家系統(tǒng)等，形成新一代的機(jī)械制造技術(shù)。這里原有的機(jī)械技術(shù)以知識(shí)和技能的形式存在。如計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程編制(CAPP)是目前CAD/CAM系統(tǒng)研究的瓶頸，其關(guān)鍵問題在于如何將各行業(yè)、企業(yè)、技術(shù)人員中的標(biāo)準(zhǔn)、習(xí)慣和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行表達(dá)和陳述，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的自動(dòng)工藝設(shè)計(jì)與管理。

2．傳感與檢測(cè)技術(shù)

傳感與檢測(cè)裝置是系統(tǒng)的感受器官，它與信息系統(tǒng)的輸入端相連并將檢測(cè)到的信息輸送到信息處理部分。傳感與檢測(cè)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它的功能越強(qiáng)，系統(tǒng) 的自動(dòng)化程度就越高。傳感與檢測(cè)的關(guān)鍵元件是傳感器。

機(jī)電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品的柔性化、功能化和智能化都與傳感器的品種多少、性能好壞密切相關(guān)。傳感器的發(fā)展正進(jìn)入集成化、智能化階段。傳感器技術(shù)本身是一門多學(xué)科、知識(shí)密集的應(yīng)用技術(shù)。傳感原理、傳感材料及加工制造裝配技術(shù)是傳感器開發(fā)的三個(gè)重要方面。

傳感器是將被測(cè)量（包括各種物理量、化學(xué)量和生物量等）變換成系統(tǒng)可識(shí)別的、與被測(cè)量有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的有用電信號(hào)的一種裝置。現(xiàn)代工程技術(shù)要求傳感器能快速、精確地獲取信息，并能經(jīng)受各種嚴(yán)酷環(huán)境的考驗(yàn)。與計(jì)算機(jī)技術(shù)相比，傳感器的發(fā)展顯得緩慢，難以滿足技術(shù)發(fā)展的要求。不少機(jī)電一體化裝置不能達(dá)到滿意的效果或無法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵原因在于沒有合適的傳感器。因此大力開展傳感器的研究，對(duì)于機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展具有十分重要的意義。

3．伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)

伺服系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電信號(hào)到機(jī)械動(dòng)作的轉(zhuǎn)換裝置或部件，對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能具有決定性的影響。伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要是指機(jī)電一體化產(chǎn)品中的執(zhí)行元件和驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)中的技術(shù)問題，它涉及設(shè)備執(zhí)行操作的技術(shù)，對(duì)所加工產(chǎn)品的質(zhì)量具有直接的影響。機(jī)電一體化產(chǎn)品中的伺服驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等各種類型，其中電動(dòng)式執(zhí)行元件居多。驅(qū)動(dòng)裝置主要是各種電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源電路，目前多由電力電子器件及集成化的功能電路構(gòu)成。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，通常微型計(jì)算機(jī)通過接口電路與驅(qū)動(dòng)裝置相連接，控制執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)，執(zhí)行元件通過機(jī)械接口與機(jī)械傳動(dòng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連，帶動(dòng)工作機(jī)械作回轉(zhuǎn)、直線以及其他各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。常見的伺服驅(qū)動(dòng)有電液馬達(dá)、脈沖油缸、步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)等。由于變頻技術(shù)的發(fā)展，交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)取得突破性進(jìn)展，為機(jī)電一體化系統(tǒng)提供了高質(zhì)量的伺服驅(qū)動(dòng)單元，極大地促進(jìn)了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展。

4.信息處理技術(shù)

信息處理技術(shù)包括信息的交換、存取、運(yùn)算、判斷和決策，實(shí)現(xiàn)信息處理的工具大都采用計(jì)算機(jī)，因此計(jì)算機(jī)技術(shù)與信息處理技術(shù)是密切相關(guān)的。計(jì)算機(jī)技術(shù)包括計(jì)算機(jī)的軟件技術(shù)和硬件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、數(shù)據(jù)技術(shù)等。機(jī)電一體化系統(tǒng)中主要采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（包括單片機(jī)、可編程序控制器等）進(jìn)行信息處理。人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等都屬于計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)。

在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)信息處理部分指揮整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。信息處理是否正確、及時(shí)，直接影響到系統(tǒng)工作的質(zhì)量和效率。因此，計(jì)算機(jī)應(yīng)用及信息處理技術(shù)已成為促進(jìn)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展和變革的最活躍的因素。

5.自動(dòng)控制技術(shù)

自動(dòng)控制技術(shù)范圍很廣，機(jī)電一體化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是在基本控制理論指導(dǎo)下，對(duì)具體控制裝置或控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)；對(duì)設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)進(jìn)行仿真，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試；最后使研制的系統(tǒng)可靠地投入運(yùn)行。由于控制對(duì)象種類繁多，所以控制技術(shù)的內(nèi)容極其豐富，例如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷、校正、補(bǔ)償、再現(xiàn)、檢索等。

隨著微型機(jī)的廣泛應(yīng)用，自動(dòng)控制技術(shù)越來越多地與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)聯(lián)系在一起，成為機(jī)電一體化中十分重要的關(guān)鍵技術(shù)。

6.接口技術(shù)

機(jī)電一體化系統(tǒng)是機(jī)械、電子、信息等性能各異的技術(shù)融為一體的綜合系統(tǒng)，其構(gòu)成要素和子系統(tǒng)之間的接口極其重要，主要有電氣接口、機(jī)械接口、人機(jī)接口等。電氣接口實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間信號(hào)聯(lián)系；機(jī)械接口則完成機(jī)械與機(jī)械部件、機(jī)械與電氣裝置的連接；人機(jī)接口提供人與系統(tǒng)間的交互界面。接口技術(shù)是機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

7．系統(tǒng)總體技術(shù)

系統(tǒng)總體技術(shù)是一種從整體目標(biāo)出發(fā)，用系統(tǒng)的觀點(diǎn)和全局角度，將總體分解成相互有機(jī)聯(lián)系的若干單元，找出能完成各個(gè)功能的技術(shù)方案，再把功能和技術(shù)方案組成方案組進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)和優(yōu)選的綜合應(yīng)用技術(shù)。系統(tǒng)總體技術(shù)解決的是系統(tǒng)的性能優(yōu)化問題和組成要素之間的有機(jī)聯(lián)系問題，即使各個(gè)組成要素的性能和可靠性很好，如果整個(gè)系統(tǒng)不能很好協(xié)調(diào)，系統(tǒng)也很難保證正常運(yùn)行。

在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，機(jī)械、電氣和電子是性能、規(guī)律截然不同的物理模型，因而存在匹配上的困難；電氣、電子又有強(qiáng)電與弱電及模擬與數(shù)字之分，必然遇到相互干擾和耦合的問題；系統(tǒng)的復(fù)雜性帶來的可靠性問題；產(chǎn)品的小型化增加的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與維修困難；多功能化造成診斷技術(shù)的多樣性等。因此就要考慮產(chǎn)品整個(gè)壽命周期的總體綜合技術(shù)。

為了開發(fā)出具有較強(qiáng)競(jìng)爭力的機(jī)電一體化產(chǎn)品，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。除考慮優(yōu)化設(shè)計(jì)外，還包括可靠性設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、系列化設(shè)計(jì)以及造型設(shè)計(jì)等。

機(jī)電一體化技術(shù)有著自身的顯著特點(diǎn)和技術(shù)范疇，為了正確理解和恰當(dāng)運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)，還必須認(rèn)識(shí)機(jī)電一體化技術(shù)與其他技術(shù)之問的區(qū)別。

（1）機(jī)電一體化技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)電技術(shù)的區(qū)別。傳統(tǒng)機(jī)電技術(shù)的操作控制主要以電磁學(xué)原理為基礎(chǔ)的各種電器來實(shí)現(xiàn)，如繼電器、接觸器等，在沒計(jì)中不考慮或很少考慮彼此間的內(nèi)在聯(lián)系。機(jī)械本體和電氣驅(qū)動(dòng)界限分明，整個(gè)裝置是剛性的，不涉及軟件和計(jì)算機(jī)控制。機(jī)電一體化技術(shù)以計(jì)算機(jī)為控制中心，在設(shè)汁過程中強(qiáng)調(diào)機(jī)械部件和電器部件間的相互作用和影響，整個(gè)裝置在計(jì)算機(jī)控制下具有一定的智能性。

（2）機(jī)電一體化技術(shù)與并行技術(shù)的區(qū)別。機(jī)電一體化技術(shù)將機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)在設(shè)計(jì)和制造階段就有機(jī)結(jié)合在一起，十分注意機(jī)械和其

他部件之間的相互作用。并行技術(shù)是將上述各種技術(shù)盡量在各自范圍內(nèi)齊頭并進(jìn)，只在不同技術(shù)內(nèi)部進(jìn)行設(shè)計(jì)制造，最后通過簡單疊加完成整體裝置。

（3）機(jī)電一體化技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)的區(qū)別。自動(dòng)控制技術(shù)的側(cè)重點(diǎn)是討論控制原理、控制規(guī)律、分析方法和自動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)造等。機(jī)電一體化技術(shù)是將自動(dòng)控制原理及方法作為重要支撐技術(shù)，將自控部件作為重要控制部件。它應(yīng)用自控原理和方法，對(duì)機(jī)電一體化裝置進(jìn)行系統(tǒng)分析和性能測(cè)算。

（4）機(jī)電一體化技術(shù)與計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的區(qū)別。機(jī)電一體化技術(shù)只是將計(jì)算機(jī)作為核心部件應(yīng)用，目的是提高和改善系統(tǒng)性能。計(jì)算機(jī)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用僅僅是計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)中一部分，它還可以作為辦公、管理及圖像處理等廣泛應(yīng)用。機(jī)電一體化技術(shù)研究的是機(jī)電一體化系統(tǒng)，而不是計(jì)算機(jī)應(yīng)用本身。

1.4 機(jī)電一體化產(chǎn)品

機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品（系統(tǒng)）的應(yīng)用范圍非常廣泛，幾乎涉及人們生產(chǎn)生活的所有領(lǐng)域。機(jī)電一體化產(chǎn)品種類繁多，且仍在不斷發(fā)展，分類標(biāo)準(zhǔn)也就各異，目前大致可有以下幾種分類方法。

1.4.1 按產(chǎn)品功能分類

機(jī)電一體化產(chǎn)品按功能可分為以下幾類。1．?dāng)?shù)控機(jī)械類

數(shù)控機(jī)械類產(chǎn)品的特點(diǎn)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)為機(jī)械裝置，主要有數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)及自動(dòng)洗衣機(jī)等產(chǎn)品。

2．電子設(shè)備類

電子設(shè)備類產(chǎn)品的特點(diǎn)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)為電子裝置，主要有電火花加工機(jī)床、線切割加工機(jī)床、超聲波縫紉機(jī)及激光測(cè)量儀等產(chǎn)品。

3．機(jī)電結(jié)合類

機(jī)電結(jié)合類產(chǎn)品的特點(diǎn)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)為機(jī)械和電子裝置的有機(jī)結(jié)合，主要有CT掃描儀、自動(dòng)售貨機(jī)、自動(dòng)探傷機(jī)等產(chǎn)品。

4．電液伺服類

電液伺服類產(chǎn)品的特點(diǎn)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)為液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械裝置，控制機(jī)構(gòu)為接收電信號(hào)的液壓伺服閥。主要產(chǎn)品是機(jī)電一體化的伺服裝置。

5．信息控制類

信息控制類產(chǎn)品的特點(diǎn)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作完全由所接收的信息控制，主要有磁盤存儲(chǔ)器、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)及錄音機(jī)等產(chǎn)品。

1.4.2 按機(jī)電結(jié)合程度和形式分類

機(jī)電一體化產(chǎn)品還可根據(jù)機(jī)電技術(shù)的結(jié)合程度分為功能附加型、功能替代型和機(jī)電融合型三類。

1．功能附加型

在原有機(jī)械產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，采用微電子技術(shù)，使產(chǎn)品功能增加和增強(qiáng)，性能得到適當(dāng)?shù)奶岣摺Ｈ缃?jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床、數(shù)顯量具、全自動(dòng)洗衣機(jī)等。

2．功能替代型

采用微電子技術(shù)及裝置取代原產(chǎn)品中的機(jī)械控制功能、信息處理功能或主功能，使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡化，性能提高，柔性增加。如自動(dòng)照相機(jī)、電子石英表、線切割加工機(jī)床等。

3．機(jī)電融合型

根據(jù)產(chǎn)品的功能和性能要求及技術(shù)規(guī)范，采用專門設(shè)計(jì)的或具有特定用途的集成電路來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品中的控制和信息處理等功能，因而使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加緊湊，設(shè)計(jì)更加靈活，成本進(jìn)一步降低。復(fù)印機(jī)、攝像機(jī)、CNC數(shù)控機(jī)床等都是這一類機(jī)電一體化產(chǎn)品。

1.4.3 按產(chǎn)品用途分類

當(dāng)然，如果按用途分類，機(jī)電一體化產(chǎn)品又可分為機(jī)械制造業(yè)機(jī)電一體化設(shè)備、電子器件及產(chǎn)品生產(chǎn)用自動(dòng)化設(shè)備、軍事武器及航空航天設(shè)備、家庭智能機(jī)電一體化產(chǎn)品、醫(yī)學(xué)診斷及治療機(jī)電一體化產(chǎn)品，以及環(huán)境、考古、探險(xiǎn)、玩具等領(lǐng)域的機(jī)電一體化產(chǎn)品等。

1.5 機(jī)電一體化的現(xiàn)狀與發(fā)展前景

機(jī)電一體化技術(shù)是其他高新技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，機(jī)電一體化的發(fā)展依賴于其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，可以預(yù)料，隨著信息技術(shù)、材料技術(shù)、生物技術(shù)等新興學(xué)科的高速發(fā)展，在數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、微型機(jī)械、家用智能設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、現(xiàn)代制造系統(tǒng)等產(chǎn)品及領(lǐng)域，機(jī)電一體化技術(shù)將得到更加蓬勃的發(fā)展。

1.5.1 機(jī)電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀

機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展大體上可以分為3個(gè)階段。

1．初級(jí)階段

二十世紀(jì)六十年代以前為第一階段，這一階段稱為初級(jí)階段。在這一時(shí)期，人們自覺或不自覺地利用電子技術(shù)的初步成果來完善機(jī)械產(chǎn)品的性能。第二次世界大戰(zhàn)直接刺激了機(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，這些機(jī)電結(jié)合的軍工技術(shù)，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對(duì)經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)起了積極的作用。由于當(dāng)時(shí)電子技術(shù)的發(fā)展尚未達(dá)到一定水平，機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣。

2．蓬勃發(fā)展階段

二十世紀(jì)七八十年代為第二階段，可稱為蓬勃發(fā)展階段。這一時(shí)期，計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。這個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)是機(jī)電一體化概念逐步形成并得到比較廣泛的承認(rèn)，機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到極大發(fā)展，世界各國開始對(duì)機(jī)電一體化和產(chǎn)品給予很大的關(guān)注和支持。

3．初步智能化階段

二十世紀(jì)九十年代后期，機(jī)電一體化技術(shù)開始了向智能化方向邁進(jìn)的新階段。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機(jī)電一體化，精細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭角，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支；另一方面，對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì)、分析和集成方法，機(jī)電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢(shì)都進(jìn)行著深入研究。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，先進(jìn)機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行，將屬于那些懂得怎樣去優(yōu)化機(jī)械和電子系統(tǒng)之間聯(lián)系的人。在這些系統(tǒng)中，信息將起到至關(guān)重要的作用；人工智能、專家系統(tǒng)、智能機(jī)器人將構(gòu)成未來機(jī)電一體化系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)、監(jiān)測(cè)、控制和診斷的主導(dǎo)技術(shù)。隨著人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，為機(jī)電一體化技術(shù)開辟了廣闊的發(fā)展天地。這些研究將促使機(jī)電一體化進(jìn)一步建立完整的基礎(chǔ)和逐漸形成完整的科學(xué)體系。

由于機(jī)電一體化技術(shù)對(duì)現(xiàn)代工業(yè)和技術(shù)發(fā)展具有巨大的推動(dòng)力，因此世界各國均將其作為工業(yè)技術(shù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略之一。二十世紀(jì)八十年代初，我國成立了機(jī)電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組并將機(jī)電一體化技術(shù)列入《高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃綱要》即“八六三”計(jì)劃中。二十世紀(jì)九十年代，我國把機(jī)電一體化技術(shù)列為重點(diǎn)發(fā)展的十大高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時(shí)，充分考慮國際上關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向和由此可能帶來的影響，在利用機(jī)電一體化技術(shù)開發(fā)新產(chǎn)品和改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及裝備方面都有明顯進(jìn)展，取得了一定的成果，但與日、美、德等先進(jìn)國家相比仍有較大差距。

任何一門科學(xué)都是由基礎(chǔ)理論技術(shù)和工程系統(tǒng)組成的完整體系。機(jī)電—體化在技術(shù)和工程系統(tǒng)方面已有很大發(fā)展，但在基礎(chǔ)理論方面尚在發(fā)展之中，還很不完備。

1.5.2 機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)

機(jī)電一體化是集機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計(jì)算杌、信息等多學(xué)科的交叉融合，它的發(fā)展和進(jìn)步依賴并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。因此，機(jī)電一體化的主要發(fā)展方向如下。

1．智能化

智能化是機(jī)電一體化技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。這里所說的“智能化”是對(duì)機(jī)器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混合動(dòng)力學(xué)等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推測(cè)、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)。誠然，使機(jī)電一體化產(chǎn)品具有與人類完全相同的智能是不可能的，但高性能、高速度微處理器可以使機(jī)電一體化產(chǎn)品被賦予低級(jí)智能或人的部分智能。

2．模塊化

機(jī)電一體化產(chǎn)品的種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜而又是非常重要的事。研制集減速、智能調(diào)速、電機(jī)于一體的動(dòng)力單元，具有視覺、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機(jī)械裝置等標(biāo)準(zhǔn)單元能夠迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品，同時(shí)也可以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。標(biāo)準(zhǔn)的制定對(duì)于各種部件、單元的匹配和接口是非常重要和關(guān)鍵的，這項(xiàng)工作由于牽扯面廣，目前還有待進(jìn)一步協(xié)調(diào)。無論是對(duì)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)電一體化單元的企業(yè)，還是對(duì)生產(chǎn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的企業(yè)，模塊化都將對(duì)其帶來好處。

3．網(wǎng)絡(luò)化

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育以及人們?nèi)粘Ｉ疃紟砹司薮笞兏铩８鞣N網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競(jìng)爭也日益全球化。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備就是機(jī)電一體化產(chǎn)品。現(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化成為大勢(shì)所趨，這使得人們?cè)诩依锬艹浞窒硎芨鞣N高技術(shù)帶來的便利和快樂。機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑正朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

4．微型化

微型化指的是機(jī)電一體化向微型化和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。國外將其稱為微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)或微機(jī)電一體化系統(tǒng)，泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米至納米級(jí)發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品具有輕、薄、小、巧的特點(diǎn)，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。微機(jī)電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機(jī)械技術(shù)。微機(jī)電一體化產(chǎn)品的加工采用精細(xì)加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)。

5．綠色環(huán)保化

機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色環(huán)保化主要是指使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，可回收利用，無公害。工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們帶來了巨大的變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面資源減少，生態(tài)遭受到嚴(yán)重的污染。于是，人們呼吁保護(hù)環(huán)境資源，綠色產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，綠色化成為時(shí)代趨勢(shì)。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀的生命周期中，符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類的健康要求，對(duì)生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率最高。

6．人性化

未來的機(jī)電一體化更加注重產(chǎn)品與人類的關(guān)系，機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對(duì)象是人，如何賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品人的智能、感情、人性顯得越來越重要，特別是對(duì)家用機(jī)器人，其高層境界就是人機(jī)一體化。另外，模仿生物生理，研制各種機(jī)電一體化產(chǎn)品也是機(jī)電一體化產(chǎn)品人性化的體現(xiàn)之一。

7．集成化

集成化既包括各種分技術(shù)的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與復(fù)合，又包括在生產(chǎn)過程中同時(shí)處理加工、裝配、檢測(cè)、管理等多種工序。

小結(jié)

1．機(jī)電一體化是在機(jī)械主功能、動(dòng)力功能之信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。

2．機(jī)電一體化系統(tǒng)一般由機(jī)械本體、傳感檢測(cè)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制及信息處理、動(dòng)力系統(tǒng)等五部分組成。

3．接口的分類

（1）根據(jù)接口的變換和調(diào)整功能特征分為：零接口、被動(dòng)接口、主動(dòng)接口、智能接口。（2）根據(jù)接口的輸入／輸出功能的性質(zhì)分為：信息接口、機(jī)械接口、物理接口、環(huán)境接口。

4．機(jī)電一體化技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)包括精密機(jī)械技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、接口技術(shù)和系統(tǒng)總體技術(shù)等。

5．機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)：智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化、綠色環(huán)保化、人性化、集成化。

思考與練習(xí)1 1-1 機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素有哪些？功能各是什么？ 1-2 試述機(jī)電一體化產(chǎn)品接口的分類方法。

1-3 列舉各行業(yè)機(jī)電一體化產(chǎn)品的應(yīng)用實(shí)例，并分析各產(chǎn)品中相關(guān)技術(shù)應(yīng)用情況。1-4 為什么說機(jī)電一體化技術(shù)是其他技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)？舉例說明。

項(xiàng)目工程1：典型機(jī)電一體化系統(tǒng)——四自由度機(jī)器人認(rèn)識(shí)

一、工業(yè)機(jī)器人概況

工業(yè)機(jī)器人作為最典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，幾乎具有機(jī)電一體化系統(tǒng)的所有特點(diǎn)，它是一種可編程的智能型自動(dòng)化設(shè)備，是應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制的替代人進(jìn)行工作的高度自動(dòng)化系統(tǒng)。最近，聯(lián)合國標(biāo)準(zhǔn)化組織采用的機(jī)器人的定義是：“一種可以反復(fù)編程的多功能的、用來搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī)”。在無人參與的情況下，工業(yè)機(jī)器人可以自動(dòng)按不同軌跡、不同運(yùn)動(dòng)方式完成規(guī)定動(dòng)作和各種任務(wù)。機(jī)器人和機(jī)械手的主要區(qū)別是：機(jī)械手是沒有自主能力，不可重復(fù)編程，只能完成定位點(diǎn)不變的簡單的重復(fù)動(dòng)作；機(jī)器人是由計(jì)算機(jī)控制的，可重復(fù)編程，能完成任意定位的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。

機(jī)器人是從初級(jí)到高級(jí)逐步完善起來的，它的發(fā)展過程可以分為三代：

第一代機(jī)器人是目前工業(yè)中大量使用的示教再現(xiàn)型機(jī)器人，它主要由夾持器、手臂、驅(qū)動(dòng)器和控制器組成。它的控制方式比較簡單，應(yīng)用在線編程，即通過示教存儲(chǔ)信息，工作時(shí)讀出這些信息，向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，執(zhí)行機(jī)構(gòu)按指令再現(xiàn)示教的操作。

第二代機(jī)器人是帶感覺的機(jī)器人，它具有一些對(duì)外部信息進(jìn)行反饋的臺(tái)旨力，諸如力覺、觸覺、視覺等。其控制方式較第一代機(jī)器人要復(fù)雜得多，這種機(jī)器人從1980年以來進(jìn)入實(shí)用階段。

第三代機(jī)器人是智能機(jī)器人，目前還沒有一個(gè)統(tǒng)一和完善的智能機(jī)器人定義。國外文獻(xiàn)中對(duì)它的解釋是“可動(dòng)自治裝置，能理解指示命令，感知環(huán)境，識(shí)別對(duì)象，計(jì)劃其操作程序以完成任務(wù)”。這個(gè)解釋基本上反映了現(xiàn)代智能機(jī)器人的特點(diǎn)。近年來，智能機(jī)器人發(fā)展非常迅速，如機(jī)器人競(jìng)技、機(jī)器人探險(xiǎn)等。

二、工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)

工業(yè)機(jī)器人一般由主構(gòu)架（手臂）、手腕、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、控制器及傳感器等組成。圖1-5是工業(yè)機(jī)器人的典型結(jié)構(gòu)。機(jī)器人手臂具有3個(gè)自由度（運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸），機(jī)器人作業(yè)空間由手臂運(yùn)動(dòng)范圍決定。手腕是機(jī)器人工具（如焊槍、噴嘴、機(jī)加工刀具、夾爪）與

主構(gòu)架的連接機(jī)構(gòu)，它具有3個(gè)自由度。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為機(jī)器人各運(yùn)動(dòng)部件提供力、力矩、速度、加速度。測(cè)量系統(tǒng)用于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)部件的位移、速度和加速度的測(cè)量。控制器(RC)用于控制機(jī)器人各運(yùn)動(dòng)部件的位置、速度和加速度，使機(jī)器人手爪或機(jī)器人工具的中心點(diǎn)以給定的速度沿著給定軌跡到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。通過傳感器獲得搬運(yùn)對(duì)象和機(jī)器人本身的狀態(tài)信息，如工件及其位置的識(shí)別，障礙物的識(shí)別，抓舉工件的質(zhì)量是否過載等。

圖1-5 工業(yè)機(jī)器人的典型結(jié)構(gòu)

工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)由主構(gòu)架和手腕完成，主構(gòu)架具有3個(gè)自由度，其運(yùn)動(dòng)由兩種基本運(yùn)動(dòng)組成，即沿著坐標(biāo)軸的直線移動(dòng)和繞坐標(biāo)軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。不同運(yùn)動(dòng)的組合，形成各種類型的機(jī)器人（如圖1-6所示）：①直角坐標(biāo)型(如圖1-6(a)是三個(gè)直線坐標(biāo)軸）；②圓柱坐標(biāo)型(如

圖1-6 工業(yè)機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)形式

圖1-6(b)是兩個(gè)直線坐標(biāo)軸和一個(gè)回轉(zhuǎn)軸）；③球坐標(biāo)型(如圖1-6(C)是一個(gè)直線坐標(biāo)軸和兩個(gè)回轉(zhuǎn)軸）；④關(guān)節(jié)型(如圖1-6(d)是三個(gè)回轉(zhuǎn)軸關(guān)節(jié)和1-6(e)是三個(gè)平面運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)）。

三、工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用

目前，工業(yè)機(jī)器人主要應(yīng)用在汽車制造、機(jī)械制造、電子器件、集成電路、塑料加工等較大規(guī)模生產(chǎn)企業(yè)。下面介紹幾種機(jī)器人的典型應(yīng)用。

1.汽車制造領(lǐng)域

汽車制造生產(chǎn)線中的點(diǎn)焊和噴漆工作量極大，且要求有較高的精度和質(zhì)量，由于采用傳送帶流水作業(yè)，速度快，上下工序要求嚴(yán)格，所以采用焊接機(jī)器人和噴漆機(jī)器人作業(yè)可保證質(zhì)量和提高效率。圖1-7是一個(gè)噴漆機(jī)器人系統(tǒng)示意圖。噴漆機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)是采用空間軌跡運(yùn)動(dòng)控制方式。圖1-8是一個(gè)焊接機(jī)器人系統(tǒng)的示意圖。焊接機(jī)器人還分成采用點(diǎn)位控制的點(diǎn)焊機(jī)器人和軌跡控制的焊接機(jī)器人兩種。

圖1-7 噴漆工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)示意圖

1-操作機(jī)；2-識(shí)別裝置；3-外啟動(dòng)；4-噴漆工件；5-示教手把；6-噴槍；7-漆罐；8-外同步控制；9-生產(chǎn)線停線控制；10-控制系統(tǒng)；11-遙控急停開關(guān)；12-油源

圖1-8 焊接工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)示意圖

2．機(jī)械制造領(lǐng)域

機(jī)械制造企業(yè)的柔性制造系統(tǒng)采用搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn)物料、工件和工具，裝配機(jī)器人完成設(shè)備的零件裝配，測(cè)量機(jī)器人進(jìn)行在線或離線測(cè)量。

圖1-9 機(jī)器人用于零件裝配

如圖1-9所示是兩臺(tái)機(jī)器人用于自動(dòng)裝配的情況，主機(jī)器人是一臺(tái)具有3個(gè)自由度，且?guī)в杏|覺傳感器的直角坐標(biāo)機(jī)器人，它抓取第1號(hào)零件，輔助機(jī)器人抓取第2號(hào)零件，1號(hào)和2號(hào)零件抓取定位完成后，由主機(jī)械手完成裝配工作。

圖1-10 教學(xué)FMS 如圖1-10所示是一教學(xué)型FMS，由一臺(tái)CNC車床，一臺(tái)CNC銑床，工件傳送帶，料倉，兩臺(tái)關(guān)節(jié)型機(jī)器人和控制計(jì)算機(jī)組成。兩臺(tái)機(jī)器人在FMS中服務(wù)，一臺(tái)機(jī)器人服務(wù)于加工設(shè)備和傳送帶之間，為車床和銑床裝卸工件；另一臺(tái)位于傳送帶和料倉之間，負(fù)責(zé)上下料。

在電路板生產(chǎn)流水線一般使用插裝機(jī)器人完成器件的查找、搬運(yùn)和裝配，如圖1-6(e)就是插裝機(jī)器人的典型結(jié)構(gòu)，它主要有搬運(yùn)器件的手臂的擺動(dòng)和抓取插裝過程的上下運(yùn)動(dòng)兩個(gè)動(dòng)作。

3．其他領(lǐng)域

機(jī)器人在其他領(lǐng)域應(yīng)用也非常廣泛，如，工業(yè)機(jī)器人可以取代人去處理一些如放射線、火災(zāi)、海洋、宇宙等環(huán)境的危險(xiǎn)作業(yè)，如2004年1月4日美國“勇氣”號(hào)火星探測(cè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了人類登陸火星的夢(mèng)想。2013年12月2日在西昌衛(wèi)星發(fā)射的嫦娥三號(hào)月球探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)了我國人民的飛天夢(mèng)。

圖1-11 “勇氣”號(hào)火星探測(cè)機(jī)器人

圖1-12 嫦娥三號(hào)月球探測(cè)器

第二篇：機(jī)電一體化技術(shù)

機(jī)電工程（http://）機(jī)電一體化技術(shù)

（1）機(jī)械技術(shù)機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，機(jī)械技術(shù)的著眼點(diǎn)在于如何與機(jī)電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其它高、新技術(shù)來更新概念，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上的變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能的要求。在機(jī)電一體化系統(tǒng)制造過程中，經(jīng)典的機(jī)械理論與工藝應(yīng)借助于計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，同時(shí)采用人工智能與專家系統(tǒng)等，形成新一代的機(jī)械制造技術(shù)。http://

（2）計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)其中信息交換、存取、運(yùn)算、判斷與決策、人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均屬于計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)。

（3）系統(tǒng)技術(shù)系統(tǒng)技術(shù)即以整體的概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中一個(gè)重要方面，它是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機(jī)連接的保證。

（4）自動(dòng)控制技術(shù)其范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、補(bǔ)償、再現(xiàn)、檢索等。

（5）傳感檢測(cè)技術(shù)傳感檢測(cè)技術(shù)是系統(tǒng)的感受器官，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動(dòng)化程度就越高。現(xiàn)代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境的考驗(yàn)，它是機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到高水平的保證。

（6）伺服傳動(dòng)技術(shù)包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等各種類型的傳動(dòng)裝置，伺服系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電信號(hào)到機(jī)械動(dòng)作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。

第三篇：機(jī)電一體化技術(shù)

機(jī)電一體化技術(shù)

制造業(yè)的‘發(fā)動(dòng)機(jī)’，培養(yǎng)高技能綜合應(yīng)用型人才的搖籃，就業(yè)領(lǐng)域最受歡迎的專業(yè)

學(xué)習(xí)形式：

機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)學(xué)生入校前一年，在大專理科基礎(chǔ)學(xué)院進(jìn)行通識(shí)教育課程及專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)。之后進(jìn)入專業(yè)學(xué)院學(xué)習(xí)專業(yè)核心課程。學(xué)習(xí)期間實(shí)行學(xué)分學(xué)績制管理，學(xué)生可根據(jù)本專業(yè)指導(dǎo)性培養(yǎng)方案，結(jié)合自己的興趣、愛好、特長，自由選擇課程、教師、授課時(shí)間、學(xué)習(xí)年限，提前修滿學(xué)分和學(xué)績者可以提前畢業(yè)。學(xué)分學(xué)績制充分調(diào)動(dòng)了老師教學(xué)積極性和學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，充分體現(xiàn)了“以人為本”的理念，讓學(xué)生掌握了學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)。學(xué)生經(jīng)過在文理基礎(chǔ)學(xué)院的學(xué)習(xí)，深入了解專業(yè)情況后，可于第一學(xué)期末、第二學(xué)期末根據(jù)專業(yè)學(xué)習(xí)情況調(diào)整專業(yè)。

考核方式：

在每門課程學(xué)習(xí)結(jié)束后，均需進(jìn)行兩次考核，分為卷一和卷二。卷一由學(xué)校教務(wù)處統(tǒng)一根據(jù)題庫組織命題工作，命題突出該課程的基本知識(shí)和基本技能，學(xué)生通過卷一考試即可取得該課程規(guī)定的相應(yīng)學(xué)分；卷二由任課教師自主命題，主要考察學(xué)生對(duì)知識(shí)的靈活運(yùn)用能力，題目注重實(shí)踐性、應(yīng)用性，有利于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用。此外，卷二成績還包括學(xué)生日常表現(xiàn)、平時(shí)成績、單元測(cè)驗(yàn)成績、期中考試成績、實(shí)踐課程成績等組成，卷二成績決定學(xué)生的學(xué)績分?jǐn)?shù)。這種考核方式改革有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，在優(yōu)勢(shì)課程上取得較高學(xué)績，來補(bǔ)充劣勢(shì)課程的不足，實(shí)現(xiàn)優(yōu)劣勢(shì)互補(bǔ)，突出個(gè)性化培養(yǎng)。

培養(yǎng)目標(biāo)：

本專業(yè)培養(yǎng)擁護(hù)黨的基本路線，德智體美全面發(fā)展，掌握機(jī)電一體化專業(yè)基本理論、基礎(chǔ)知識(shí)，能在工業(yè)生產(chǎn)第一線從事機(jī)電設(shè)備的安裝、調(diào)試、操作、維護(hù)和技術(shù)管理等工作，具有創(chuàng)新精神和較強(qiáng)實(shí)踐能力的應(yīng)用型高級(jí)技術(shù)人才。

在每門課程學(xué)習(xí)結(jié)束后，均需進(jìn)行兩次考核，分為卷一和卷二。卷一由學(xué)校教務(wù)處統(tǒng)一根據(jù)題庫組織命題工作，命題突出該課程的基本知識(shí)和基本技能，學(xué)生通過卷一考試即可取得該課程規(guī)定的相應(yīng)學(xué)分；卷二由任課教師自主命題，主要考察學(xué)生對(duì)知識(shí)的靈活運(yùn)用能力，題目注重實(shí)踐性、應(yīng)用性，有利于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用。此外，卷二成績還包括學(xué)生日常表現(xiàn)、平時(shí)成績、單元測(cè)驗(yàn)成績、期中考試成績、實(shí)踐課程成績等組成，卷二成績決定學(xué)生的學(xué)績分?jǐn)?shù)。這種考核方式改革有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，在優(yōu)勢(shì)課程上取得較高學(xué)績，來補(bǔ)充劣勢(shì)課程的不足，實(shí)現(xiàn)優(yōu)劣勢(shì)互補(bǔ)，突出個(gè)性化培養(yǎng)。

培養(yǎng)要求：

1、具有本專業(yè)必備的基礎(chǔ)理論知識(shí)；

2、具有機(jī)械學(xué)、電子學(xué)等領(lǐng)域的專門知識(shí)和一定計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；

3、常用機(jī)電設(shè)備的安裝、調(diào)試、維護(hù)維修的基本實(shí)踐能力以及解決與本專業(yè)有關(guān)的機(jī)電技術(shù)方面實(shí)際問題的能力；

4、具有一定的自動(dòng)控制方面的基礎(chǔ)知識(shí)和應(yīng)用能力；

5、具有基本的數(shù)控編程與操作的能力；

6、具有一定的技術(shù)管理能力和生產(chǎn)協(xié)作能力。

主干課程：

高等數(shù)學(xué)、大學(xué)英語、工程力學(xué)、電工與電子、機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械制造基礎(chǔ)*、電機(jī)與電氣控制*、液壓傳動(dòng)與控制技術(shù)*、可編程控制器及應(yīng)用*、特種加工技術(shù)、公差配合與技術(shù)測(cè)量、機(jī)械制造工藝與夾具、數(shù)控加工工藝、AUTOCAD、CAD/CAM技術(shù)、制圖員培訓(xùn)、典型數(shù)控系統(tǒng)與應(yīng)用、數(shù)控加工英語、金屬工藝學(xué)、沖壓與塑壓成形設(shè)備、沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)。專業(yè)特色：

機(jī)電一體化專業(yè)是一個(gè)寬口徑專業(yè)，適應(yīng)范圍很廣，學(xué)生在校期間除學(xué)習(xí)各種機(jī)械、電工電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、檢測(cè)傳感等理論知識(shí)外，還將參加各種技能培訓(xùn)和國家職業(yè)資格證書考試，充分體現(xiàn)重視技能培養(yǎng)的特點(diǎn)。

由于微電子高新技術(shù)的迅速發(fā)展，使工業(yè)自動(dòng)化的程度大幅度提高。新的機(jī)電設(shè)備和產(chǎn)品將機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，形成了所謂的機(jī)電一體化技術(shù)，大幅度地提高產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和可靠性；提高制造技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)方式向柔性方向發(fā)展；增強(qiáng)企業(yè)的應(yīng)變能力；節(jié)約能源和材料消耗，降低成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。機(jī)電一體化已是當(dāng)今世界及未來機(jī)械工業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)展的主要趨向，也是我國機(jī)械工業(yè)發(fā)展的必由之路。然而，我國現(xiàn)有的機(jī)械專業(yè)人員的知識(shí)結(jié)構(gòu)與當(dāng)今機(jī)械工業(yè)的發(fā)展極不相稱。由于近二十年科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，多數(shù)機(jī)械專業(yè)人員知識(shí)老化，對(duì)新知識(shí)、新技術(shù)了解甚少，難以從事機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)。尤其是在青島地區(qū)，外資企業(yè)的進(jìn)入及內(nèi)地大型企業(yè)的發(fā)展，使得這一行業(yè)急需大量的機(jī)電一體化人才，因此，機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)具有廣闊的發(fā)展前景。

就業(yè)去向：

在機(jī)械設(shè)計(jì)、制造與裝備行業(yè)、模具制造業(yè)，輕工、家用電器、電子制造業(yè)從事設(shè)計(jì)、制造、技術(shù)改造、產(chǎn)品營銷、設(shè)備管理與維護(hù)等工作，也可以進(jìn)行專升本、考研深造、自主創(chuàng)業(yè)等。

教師風(fēng)采：

翟建，教授，機(jī)械制圖課程組負(fù)責(zé)人，研究方向工程機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)與制造。畢業(yè)于廣東工業(yè)大學(xué)工程圖學(xué)專業(yè)，6年企業(yè)工作經(jīng)歷，先后任高級(jí)講師、總工程師、副總經(jīng)理等職，發(fā)表學(xué)術(shù)論文數(shù)十篇，獲得部級(jí)教改成果獎(jiǎng)1項(xiàng)，曾獲廳級(jí)優(yōu)秀教師。主持企業(yè)改造項(xiàng)目兩項(xiàng)。現(xiàn)為青島濱海學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院教師。主講課程有“CAD/CAM技術(shù)”、“機(jī)械制圖”、“公差與技術(shù)測(cè)量”、“金屬工藝學(xué)“、”機(jī)械制造工藝學(xué)”、“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”等。

李國偉，教授，清華大學(xué)工程碩士，中共黨員，教授、ISO9000質(zhì)量管理體系國家注冊(cè)審核員、開發(fā)區(qū)數(shù)控專家、數(shù)控加工中心技師、機(jī)械類工程師；1999年7月大學(xué)畢業(yè)后到河南安彩集團(tuán)模具廠參加工作，從事玻殼模具數(shù)控加工工作； 2007年10月起在高校任教，現(xiàn)任數(shù)控專業(yè)骨干教師。成果與榮譽(yù)：山東省職業(yè)院校技能大賽優(yōu)秀指導(dǎo)教師、省級(jí)精品課《特種加工技術(shù)》課程負(fù)責(zé)人、安陽市技術(shù)能手。

韓先征，教授。1991年3月畢業(yè)于吉林工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程系，研究生學(xué)歷，獲工學(xué)碩士學(xué)位。1999年10月取得高級(jí)工程師資格。2007年獲數(shù)控銑加工技師資格。2007年赴德國參加中德高職師資培訓(xùn)項(xiàng)目。2009年作為交流教師赴韓國永進(jìn)專門大學(xué)從事Pro/ENGINEER、AUTOCAD的教學(xué)工作。成果與榮譽(yù)：主持承擔(dān)了 “圓柱分度凸輪的加工”科研題目。2005年至2011年6次指導(dǎo)學(xué)生參加山東省機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽，取得優(yōu)異成績，2005年獲得“優(yōu)秀指導(dǎo)教師”稱號(hào)。2011年指導(dǎo)學(xué)生參加全國職業(yè)院校技能大賽“零部件設(shè)計(jì)與加工”項(xiàng)目的比賽，獲得“三等獎(jiǎng)”。

楊欣，教授/高工，畢業(yè)于華北水利水電學(xué)院，所學(xué)專業(yè)為工程機(jī)械、法律，曾在企業(yè)工作18年，從事家電產(chǎn)品開發(fā)、售后服務(wù)及生產(chǎn)管理工作；2000年起從事家電專業(yè)教學(xué)工作，將企業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)與專業(yè)教學(xué)有機(jī)結(jié)合，以培養(yǎng)滿足企業(yè)需求的技高品端學(xué)生為己任，較有成效。成果與榮譽(yù)：先后5次獲青島市人事局嘉獎(jiǎng)、2006年被評(píng)為“最受畢業(yè)生歡迎的教師”、2008年被評(píng)為 “最受學(xué)生歡迎的教師”、2008年被評(píng)為首屆“訓(xùn)教名師”、獲發(fā)明專利兩項(xiàng)、實(shí)用新型專利四項(xiàng)、發(fā)表省級(jí)以上教學(xué)及科研論文20余篇、獲省級(jí)成果三項(xiàng)；院級(jí)成果二等獎(jiǎng)兩項(xiàng)、三等獎(jiǎng)一項(xiàng)。

劉哲，教授，畢業(yè)于佳木斯工學(xué)院，所學(xué)專業(yè)機(jī)械制造工藝與設(shè)備，主要研究專業(yè)領(lǐng)域?yàn)闄C(jī)械CAD技術(shù)及機(jī)械產(chǎn)品檢測(cè)與控制技術(shù)。在國家級(jí)刊物上發(fā)表教學(xué)與科研論文十余篇；主編教材八本，其中兩本為“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材。作為主要完成人的教學(xué)成果獲國家級(jí)教學(xué)成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，省優(yōu)秀高等教育研究成果1項(xiàng)；省級(jí)精品課程負(fù)責(zé)人、省級(jí)特色專業(yè)負(fù)責(zé)人、省級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)帶頭人。主要兼任社會(huì)職務(wù)：中國圖學(xué)學(xué)會(huì)理事，全國機(jī)械職業(yè)教育教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)機(jī)電設(shè)備技術(shù)類專委會(huì)委員，山東省工程圖學(xué)學(xué)會(huì)職業(yè)教育專業(yè)委員會(huì)副主任，哈爾濱第一工具制造有限公司副總工程師，《青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)》編委。

劉克旺，教授，碩士。現(xiàn)為數(shù)控技術(shù)專業(yè)帶頭人、山東省特色專業(yè)負(fù)責(zé)人、院級(jí)優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，院級(jí)訓(xùn)教名師。主要研究專業(yè)領(lǐng)域?yàn)閿?shù)控技術(shù)。主編《電路基礎(chǔ)》、《工程力學(xué)》、《機(jī)械零件數(shù)控加工》等教材；發(fā)表教研和科研論文20余篇；主持完成的《汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)多媒體培訓(xùn)軟件開發(fā)》科研項(xiàng)目被評(píng)為齊魯石油化工公司二等獎(jiǎng)；完成的《紅外線遙控電冰箱故障實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)》項(xiàng)目獲得中國機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會(huì)實(shí)踐性教學(xué)成果二等獎(jiǎng)；參與完成的教學(xué)成果獲得國家級(jí)教學(xué)成果二等獎(jiǎng)、山東省教學(xué)成果一等獎(jiǎng)；在全國職業(yè)院校技能大賽中獲 “教學(xué)方案設(shè)計(jì)與教學(xué)資源制作”優(yōu)秀獎(jiǎng)。

谷曉妹，碩士，講師。主要講授《材料力學(xué)》、《理論力學(xué)》、《液壓傳動(dòng)》、《工程力學(xué)》、《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》等主修課程。在濱海學(xué)院期間擔(dān)任班主任工作，所帶班級(jí)07機(jī)械本科1班于2009年獲省級(jí)優(yōu)秀班集體。教學(xué)成果顯著，獲得濱海學(xué)院第三屆青年教師講課大賽一等獎(jiǎng)。

呂曉杰，碩士，講師，主要承擔(dān)機(jī)電方向的學(xué)科基礎(chǔ)課講授工作，期間參與液壓實(shí)驗(yàn)室和金工實(shí)習(xí)車間的組建工作及機(jī)電一體化特色專業(yè)建設(shè)工作，主持教改項(xiàng)目一項(xiàng)，題為《液壓傳動(dòng)與控制的教學(xué)改革研究》，并在《機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新》期刊上發(fā)表論文《液壓傳動(dòng)與控制教學(xué)改革的嘗試》。

付珍，工學(xué)碩士，講師，畢業(yè)于山東科技大學(xué)，研究方向先進(jìn)制造、工藝裝備及其自動(dòng)化，參與項(xiàng)目“可控液粘行星減速器的研發(fā)與設(shè)計(jì)”，發(fā)表論文“Magnetic Bearing and Its New applications”、“Technology of Magnetic Flywheel Energy Storage”、《礦井深度指示器應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀》，榮獲“科研活動(dòng)獎(jiǎng)”稱號(hào)。主要講授《機(jī)械制圖》、《AutoCAD》、《工程力學(xué)》、等主修課程。

張新穎，碩士，講師，畢業(yè)于河北工業(yè)大學(xué)。研究方向：基于ProE產(chǎn)品拆卸序列規(guī)劃的關(guān)鍵技術(shù)研究。現(xiàn)任機(jī)電工程學(xué)院教師，主講課程有《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》、《工業(yè)工程專業(yè)英語》等。在研究生期間協(xié)助導(dǎo)師完成STEP研究項(xiàng)目的相關(guān)任務(wù)，業(yè)余時(shí)間完成車輛方向英文資料翻譯10萬字左右。

周鳳敏，女，講師，工學(xué)碩士，畢業(yè)于山東理工大學(xué)。研究方向機(jī)械電子工程。現(xiàn)任機(jī)電工程學(xué)院教師，近幾年發(fā)表了多篇學(xué)術(shù)論文。《如何完善我國汽車產(chǎn)品召回制度》、《瞬態(tài)激勵(lì)下保守耦合系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)能量分析》、《基于超聲波測(cè)距門機(jī)象鼻梁防撞系統(tǒng)設(shè)計(jì)》等多篇論文。被評(píng)為專升本優(yōu)秀班主任。校級(jí)科研立項(xiàng)《門座式起重機(jī)象鼻梁防撞系統(tǒng)設(shè)計(jì)》項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，主講《機(jī)械制圖》、《AutoCAD》、《CAD/CAM技術(shù)》、《公差與配合》等課程。

教學(xué)設(shè)施：

金相實(shí)驗(yàn)室:擁有金相顯微鏡、金相顯微攝影儀、XJP-6A金相顯微鏡（電腦型）、Q-2金相試樣切割機(jī)、M-2金相試樣預(yù)磨機(jī)、P-2型金相試樣拋光機(jī)、XQ-2B型金相試樣鑲樣機(jī)等較為先進(jìn)的設(shè)備，其他低值耐用小型儀器設(shè)備有電吹風(fēng)、試樣、侵蝕劑、砂紙、箱式電爐等。金相實(shí)驗(yàn)室是為了在校本專科機(jī)電專業(yè)開設(shè)的《金屬學(xué)及熱處理》課程安排的各種金屬材料的顯微組織形態(tài)觀察、分析而建的，是冶金技術(shù)專業(yè)重要的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室，旨在培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析金屬組織的能力，深入了解金屬組織的形態(tài)、特性和綜合力學(xué)性能，從而加深金屬學(xué)知識(shí)的理解。該室具有試樣制備、顯微組織觀察分析等能力。可開出教學(xué)大綱中所有必開和選開的實(shí)驗(yàn)，包括： 金相顯微鏡的原理、結(jié)構(gòu)和使用、金相試樣的制備、工業(yè)純鐵、純鉛、純鋅的組織觀察、二元合金顯微組織觀察、鑄鐵金相組織觀察、常見合金鋼的組織觀察等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，為教師在材料研究方面提供最基本的實(shí)驗(yàn)手段。本實(shí)驗(yàn)室的建立為學(xué)生提供了一個(gè)良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，使學(xué)生在動(dòng)手能力，應(yīng)用知識(shí)能力很好地得到鍛煉的同時(shí)，能有機(jī)會(huì)了解材料領(lǐng)域中較為先進(jìn)的研究方法。

液壓與氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)室配有TC-GY01型液壓傳動(dòng)教學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)備和供學(xué)生拆裝的液壓動(dòng)力元件（如齒輪泵和葉片泵）和控制元件（如溢流閥、減壓閥、順序閥和節(jié)流閥）。TC-GY01型液壓傳動(dòng)教學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)備是根據(jù)現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)特點(diǎn)，吸收國內(nèi)外先進(jìn)的液壓實(shí)驗(yàn)教學(xué)特點(diǎn)，精心設(shè)計(jì)而成。它采用先進(jìn)的液壓元件技術(shù)和新穎的模塊設(shè)計(jì)，構(gòu)成了插接方便的系統(tǒng)組合。它滿足在校本專科學(xué)生對(duì)進(jìn)行液壓傳動(dòng)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求。可以培養(yǎng)和提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、動(dòng)手能力和綜合運(yùn)用能力，起到了加強(qiáng)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)及其綜合運(yùn)用的實(shí)踐環(huán)節(jié)的作用。此外，該實(shí)驗(yàn)室也可進(jìn)行可編程控制器PLC實(shí)驗(yàn)，內(nèi)容有：

1、PLC的指令編程，梯形圖編程的學(xué)習(xí)；

2、PLC編程軟件的學(xué)習(xí)和使用；

3、PLC與計(jì)算機(jī)的通訊，在線調(diào)試、監(jiān)控；

4、PLC對(duì)液壓傳動(dòng)的優(yōu)化控制。

材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)室具有較為先進(jìn)的微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)、微機(jī)控制扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)、電子式拉力試驗(yàn)機(jī)和電動(dòng)抗折試驗(yàn)機(jī)。力學(xué)實(shí)驗(yàn)室作為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室，主要承擔(dān)機(jī)械專業(yè)的《材料力學(xué)》和《工程力學(xué)》等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。主要開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有拉伸、壓縮、彎曲、剪切實(shí)驗(yàn)，扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，沖擊實(shí)驗(yàn)，梁的彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)等。通過以上實(shí)驗(yàn)可使學(xué)生掌握：第一，材料的力學(xué)性能測(cè)定方法。比如：材料的各項(xiàng)強(qiáng)度指標(biāo)，如屈服極限、強(qiáng)度極限、沖擊韌性、以及材料的彈性性能等。第二，驗(yàn)證已建立的理論。

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備：拆裝用分流式雙級(jí)圓柱減速器，拆裝用同軸式雙級(jí)圓柱齒輪減速器，拆裝用單級(jí)圓柱齒輪減速器，拆裝用新型結(jié)構(gòu)單級(jí)圓柱齒輪減速器，拆裝用展開式雙級(jí)圓柱減速器，機(jī)械設(shè)計(jì)（零件）陳列柜。主要實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：1.帶傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)；2.齒輪傳動(dòng)效率實(shí)驗(yàn)；3.減速器拆裝；4.軸系結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)；5.機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)；6.機(jī)械系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)。該模擬實(shí)驗(yàn)室可輔助《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》的課程教學(xué)，對(duì)理論內(nèi)容進(jìn)行形象直觀的演示，教學(xué)效果良好。

機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)室是機(jī)械類專業(yè)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室，擁有機(jī)械原理綜合示教柜、范成法齒輪加工儀、動(dòng)平衡機(jī)、漸開線齒輪及相關(guān)測(cè)量工具等設(shè)備。承擔(dān)機(jī)械專業(yè)“機(jī)械原理“課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、科技創(chuàng)新等教學(xué)任務(wù)。主要實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：1.示教柜演示；2.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖繪制與分析；3.漸開線齒輪范成實(shí)驗(yàn)；4.漸開線齒輪參數(shù)測(cè)定。

PLC技術(shù)實(shí)訓(xùn)室是針對(duì)電氣類和機(jī)電類專業(yè)的相關(guān)可編程控制器課程而建立的一個(gè)集可編程控制器實(shí)驗(yàn)和可編程控制器課程設(shè)計(jì)為一體的實(shí)訓(xùn)室，通過實(shí)際設(shè)備加深學(xué)生對(duì)可編程控制器組成及應(yīng)用的理解。實(shí)驗(yàn)室配備有電梯模型、機(jī)械手、自動(dòng)化分檢裝置、立體倉庫。可進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有：行程開關(guān)工作原理研究實(shí)驗(yàn)、光電開關(guān)工作原理研究實(shí)驗(yàn)、執(zhí)行元件原理研究實(shí)驗(yàn)、PLC控制實(shí)驗(yàn)、四層樓電梯的PLC控制實(shí)驗(yàn)、機(jī)械手的PLC控制實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚴箤W(xué)生掌握PLC在工程中的具體應(yīng)用以及總體的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)步驟。

電工電子實(shí)驗(yàn)室采用通用型電工電子實(shí)驗(yàn)臺(tái)。按照實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱的要求，它可滿足電工學(xué)、電路分析、模擬電子學(xué)、數(shù)字電路等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要。該實(shí)驗(yàn)室可完成強(qiáng)電類及弱電類近80余項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，如：二極管及整流電路、晶體管、直流放大與運(yùn)算電路、振蕩電路、直流電路、三相交流電路、電機(jī)拖動(dòng)實(shí)驗(yàn)等多項(xiàng)內(nèi)容，亦可根據(jù)課堂教學(xué)情況自行編制一些配套實(shí)驗(yàn)，并可給學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)和課程設(shè)計(jì)提供硬件支持。

繪圖室配有多功能繪圖桌、繪圖板、丁字尺、繪圖三角板、繪圖儀器、擦圖片、比例尺等全套繪圖用具；配有布質(zhì)掛圖、木制教具和塑料教具；配有膠片投影儀、投影屏幕。學(xué)生可在繪圖室中進(jìn)行傳統(tǒng)手工繪圖訓(xùn)練，完成機(jī)械制圖》課程教學(xué)的課堂任務(wù)以及課程設(shè)計(jì)，同時(shí)還可為機(jī)電類專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)提供良好的硬件條件。

精雕機(jī)實(shí)驗(yàn)室配有睿雕280精雕機(jī)、羅蘭三維實(shí)體掃描儀。該實(shí)驗(yàn)室設(shè)備技術(shù)先進(jìn)，設(shè)備精良可以實(shí)現(xiàn)對(duì)三維實(shí)體的掃描，并進(jìn)行精密模具、浮雕、藝術(shù)字的加工。主要用于數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維護(hù)專業(yè)、機(jī)電一體化專業(yè)和模具設(shè)計(jì)與應(yīng)用專業(yè)的專業(yè)實(shí)習(xí)，也可支持工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的教學(xué)需要，也可對(duì)外承接加工任務(wù)。

自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室有歐姆龍（OMRON）CPM2A可編程控制器、歐姆龍（OMRON）CPM1A可編程控制器。主要用于學(xué)習(xí)歐姆 龍可編程控制器的程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用，可直觀地進(jìn)行可編程控制器的基本指令練習(xí)，承擔(dān)《可編程控制器原理及應(yīng)用》、《電氣控制與PLC》等課程的實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)及畢業(yè)設(shè)計(jì)、課程設(shè)計(jì)的教學(xué)任務(wù)。為電氣自動(dòng)化技術(shù)、樓宇智能化工程技術(shù)、應(yīng)用電子技術(shù)、機(jī)電一體化和數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維護(hù)等專業(yè)的教學(xué)提供服務(wù)。

機(jī)械加工實(shí)訓(xùn)基地的設(shè)備有車、銑、刨、磨、特種加工等普通、數(shù)控機(jī)床。普通機(jī)床有普通車床、銑床、鉆床、磨床、鋸床、砂輪機(jī)、臺(tái)式虎鉗等；數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心、電火花線切割機(jī)、電火花成形機(jī)、數(shù)控折彎機(jī)、數(shù)控沖床等，配有刀具、量具等。該實(shí)訓(xùn)基地配置了較為全面的機(jī)械基礎(chǔ)相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，可同時(shí)容納200人進(jìn)行機(jī)械加工實(shí)習(xí)和機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)習(xí)。承擔(dān)機(jī)電專業(yè)的課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)任務(wù)，同時(shí)結(jié)合地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，進(jìn)行外協(xié)加工、技術(shù)服務(wù)、科研產(chǎn)品試制等。研制和生產(chǎn)CF-8型鑄造流水線、V法鑄造砂處理系統(tǒng)、大型連棟溫室及環(huán)境控制系統(tǒng)、各類農(nóng)業(yè)機(jī)械等產(chǎn)品，為有關(guān)專業(yè)特色方向的形成準(zhǔn)備了基礎(chǔ)和條件。主要實(shí)習(xí)項(xiàng)目：1.鑄造、鍛壓、焊接、熱處理，車削加工，銑削加工，刨削加工，磨削加工，數(shù)控加工，焊工等十一個(gè)工種的實(shí)習(xí)。2.機(jī)制工藝課程設(shè)計(jì)。3.學(xué)生科技創(chuàng)新。4.畢業(yè)設(shè)計(jì)。利用實(shí)訓(xùn)基地可以培養(yǎng)學(xué)生對(duì)各種機(jī)床的操作能力，完成生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)任務(wù)，同時(shí)為將來就業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。

CAD/CAM實(shí)訓(xùn)室的軟件有：Master CAM、Pro/E、CAXA制造工程師、CAXA實(shí)體造型軟件、CAXA數(shù)控車、AUTOCAD2004、數(shù)控模擬仿真軟件。可利用常用CAD/CAM軟件進(jìn)行三維造型和自動(dòng)編程。

熱處理實(shí)驗(yàn)室是機(jī)械類專業(yè)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室，擁有真空燒結(jié)爐，洛氏硬度計(jì)，數(shù)顯顯微硬度計(jì)(維氏硬度計(jì)），布氏硬度計(jì)，可控硅溫度控制器，箱式電阻爐，節(jié)能箱式電阻爐等設(shè)備。該實(shí)驗(yàn)室可以進(jìn)行熱處理的各種常規(guī)實(shí)驗(yàn)及理論教學(xué)；還可以進(jìn)各種熱處理常規(guī)工藝的操作如：退火，正火，淬火，回火，調(diào)質(zhì)等；還可以進(jìn)行洛氏、布氏硬度檢測(cè)。利用箱式電爐通過觀察不同的加熱溫度對(duì)碳鋼的組織與性能影響，進(jìn)一步了解碳鋼熱處理溫度的選定原則，并加深對(duì)鐵碳平衡圖的認(rèn)識(shí)和理解、通過對(duì)碳鋼的試樣的熱處理，了解冷卻速度及含碳量對(duì)其組織的性能的影響，加深對(duì)等溫轉(zhuǎn)變曲線和淬火臨界冷卻速度等概念的理解、通過觀察組織和機(jī)械性能的測(cè)定，了解不同回火溫度對(duì)淬火碳鋼組織和性能的影響，并了解碳鋼在回火過程中組織轉(zhuǎn)變和性能變化的規(guī)律、熟悉淬火與回火操作，學(xué)會(huì)正確使用硬度計(jì)。加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，啟迪創(chuàng)新思維。本實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有專門從事實(shí)驗(yàn)室管理和教學(xué)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師，具有較強(qiáng)的理論和實(shí)踐指導(dǎo)能力。熱處理實(shí)驗(yàn)室主要承擔(dān)《機(jī)械制造基礎(chǔ)》這門課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。該實(shí)驗(yàn)室的建立為學(xué)生提供了一個(gè)良好的試驗(yàn)環(huán)境，使學(xué)生在動(dòng)手能力，應(yīng)用知識(shí)能力很好地得到鍛煉的同時(shí)，能有機(jī)會(huì)了解材料領(lǐng)域中較為先進(jìn)的研究方法。也可以進(jìn)行各種與金屬材料和熱處理相關(guān)的職業(yè)工種，崗位的技術(shù)培訓(xùn)及課題實(shí)驗(yàn)研究。

第四篇：機(jī)電一體化技術(shù)

四川農(nóng)業(yè)大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院●畢業(yè)論文

機(jī)電一體化專業(yè) 畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告參考題目

一、論文參考題目

1、油菜收割機(jī)割臺(tái)的改進(jìn)與試驗(yàn)

2、設(shè)計(jì)所在工廠開發(fā)的一個(gè)新產(chǎn)品進(jìn)行廠房、動(dòng)力、設(shè)備、人員等進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)

3、拖拉機(jī)的前景和發(fā)展研究

4、汽車拖拉機(jī)的制動(dòng)系的故障分析

5、力（位）調(diào)節(jié)的特點(diǎn)及適應(yīng)性研究

6、汽車拖拉機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

7、汽車電器設(shè)備的維修與維護(hù)技術(shù)的改進(jìn)

8、汽車新技術(shù)在生產(chǎn)上的應(yīng)用

9、汽車拖拉機(jī)運(yùn)用技術(shù)的推廣

10、農(nóng)機(jī)化的現(xiàn)狀及其發(fā)展研究

11、農(nóng)業(yè)機(jī)械化與農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的關(guān)系研究

12、農(nóng)業(yè)機(jī)械化與“三農(nóng)”問題的關(guān)系研究

13、某典型零件加工工藝設(shè)計(jì)與分析

14、機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用與設(shè)計(jì)

15、Master CAM 程序的應(yīng)用

16、數(shù)控加工及其在生產(chǎn)中的應(yīng)用

17、現(xiàn)代CAD/CAM軟件在生產(chǎn)中的應(yīng)用

18、某地區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化現(xiàn)狀與發(fā)展的研究

19、對(duì)某地區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械適用性的研究 20、丘陵地區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化模式的研究

21、某機(jī)械或機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算、或試驗(yàn)與研究、或仿真與分析

22、機(jī)電技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究

23、設(shè)計(jì)一個(gè)1.5頓重轎車用千斤頂，要求小巧，簡單，汽車后備箱備胎放置處能夠存放

24、減速器及零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算、或者減速器及零部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)等

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25、典型零件的加工工藝設(shè)計(jì)

26、基于Mastercam的典型零件的數(shù)控程序設(shè)計(jì)

27、某機(jī)械或裝置的故障檢測(cè)與維修

28、某種農(nóng)具的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)與維修

29、某種農(nóng)產(chǎn)品的力學(xué)特性的研究 30、某液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、故障檢測(cè)與分析

第五篇：《機(jī)電一體化技術(shù)》（精選）

《機(jī)電一體化技術(shù)》

考試大綱

一、考試內(nèi)容

1.機(jī)電一體化基本概念：機(jī)電一體化產(chǎn)品的構(gòu)成、分類、關(guān)鍵技術(shù)。

2.精密機(jī)械技術(shù)：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

3.接口技術(shù)：人機(jī)接口，A/D轉(zhuǎn)換接口，D/A轉(zhuǎn)換接口，功率轉(zhuǎn)換接口。

4.檢測(cè)技術(shù)：模擬式傳感器信號(hào)檢測(cè)，數(shù)字式傳感器信號(hào)檢測(cè)，檢測(cè)信號(hào)的采集和預(yù)處理。

5.伺服系統(tǒng)技術(shù)：伺服系統(tǒng)基本概念、結(jié)構(gòu)形式、基本類型，執(zhí)行元件，步進(jìn)電機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)，直流電機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)，開環(huán)伺服系統(tǒng)，閉環(huán)伺服系統(tǒng)。

6.控制技術(shù)：控制系統(tǒng)基本構(gòu)成、分類，被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，微型機(jī)控制技術(shù)基礎(chǔ)，數(shù)字控制器，微型機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，微機(jī)系統(tǒng)干擾源及干擾擬制技術(shù)。

7.總體設(shè)計(jì)：總體設(shè)計(jì)的內(nèi)容，性能指標(biāo)分析，功能及性能指標(biāo)分配，機(jī)電一體化產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)。

二、參考書目

1．鄭堤、唐可洪，《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》，機(jī)械工業(yè)出版社，2001。

2．劉杰、趙春雨、宋偉剛，《機(jī)電一體化技術(shù)基礎(chǔ)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)》，冶金工業(yè)出版社，2003。

3．胡泓、姚伯威，《機(jī)電一體化原理及應(yīng)用》，國防工業(yè)出版社，1999。