浅谈机电一体化技术应用与研究

浅谈机电一体化技术应用与研究内容摘要：

制的网络化机电一体化日益普及。 有些机电一体化机械可两用，有的在性能上更是多用途的，尤其是微传感器和执行器技术的发展，和半导体技术以光刻为基础的方法以及和传统机电一体化微型化方法的结合，开创了以精密工程和系统集成为特点的机电一体化新分支 “微机电一体化 ”。 虽然微加工方法尚未成熟，但将逐渐成为集成控制系统的一个组成部分。 之后，机电一体化随着自动化 技术的发展而日益发展，稳步进入了 21 世纪。 机电一体化是机械、微 电子 、控制、 计算 机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、 网络 化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化 1. 数字化 微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。 数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操 作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。 数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。 智能化是 21 世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。 人工智能在机电一体化建设者的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。 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、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，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。 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、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。 3. 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、环境接口的机电一体化产品单元是 一项十分复杂但又是非常重要的事。 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装置。 这样，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。 这需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。 由于利益冲突，近期很难制定国际或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大企业逐渐形成。 显然，从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业，规模化将给机电一体化企业带来美好的前 程。 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、教育义举人么日常生活都带来了巨大的变革。 各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。 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。 由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控 制的终端设备本身就是机电一体化产品。 现场总线和局域网技术是家用电器网络化已成大势，利用家庭网络 (home )将各种家用电器连接成以计算机 为中心的计算机集成家电系统 (puter integrated appliance system, CIAS)，使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐。 因此，机电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。 5. 人性化 机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种 艺术 享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。 6. 微型化 微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。 微机电系统(Micro Electronic Mechanical Systems，简称 MEMS)是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。 自 1986 年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针， 1988 年美国加州大学 Berkeley 分校研制出第一个微电机以来，国内外在MEMS 工艺、材料以及微观机理研究方面取得了很大进展， 开发出各种 MEMS器件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器），各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）。 7. 集成化 集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。 为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。 首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来， 使其性能最优、功能最强。 8. 带源化 是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电 池。 由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。 带源化是机电一体化产品的发展方向之一。 9. 绿色化 科学 技术的发展给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。 所以，人们呼唤保护环境，回归 自然 ，实现可持续发展，绿色产品概念在这种呼声中应运而生。 绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。 在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。 第 三 章 典型机电一体化产品的发展趋势 1 数控机床 目前我国是全世界机床拥有量最多的国家（近 320 万台），但数控机床只占约 5％且大多数是普通数控（发达国家数控机 床占 10％）。