第一篇：浅谈机电一体化的应用及未来发展
浅谈机电一体化的应用及未来发展
摘要 ：机械、电子、计算机和自动控制技术的有机结合便是机电一体化技术，该技术在各行业中的广泛应用能够大幅提高产品的性能、质量以及可靠性等，提高产品制造水平。基于机电一体化技术以上优点，文章论述了机电一体化技术的应用现状，并分析了我国机电一体化技术未来的发展趋势。
关键词 ：机电一体化技术 ；数控机床 ；工业机器人 ；分布式控制系统
随着现代科学技术的不断发展，不同学科之间有着极大的交叉与渗透，加速了工程领域的技术革命与改造。在机械工程这一领域中，机电一体化随着微电子技术和计算机技术的迅速发展以及向机械工业的渗透开始逐渐形成并不断完善，其对机械工业的产品机构、技术结构、功能与构成、生产方式及管理体系产生了巨大的变化，我国工业生产已经迈入了以“机电一体化”为特征的发展阶段。
一、机电一体化技术的优点
（一）安全性高
相对而言，机电一体化产品在自动监视、报警、自动诊断、自动保护等方面具有更强的功能。当遇到工作过程中的各种电力故障时，它都能自动启动相应保护措施，最大限度避免和减少人身和设备事故，使设备的使用安全性得到显著提高。
（二）使用性能高
由于数字显示和程序控制的普遍采用，机电一体化产品的手柄数量和操作按钮大大减少，简化操作，使用方便。由于预设程序开始逐步被电子控制系统操控，机电一体化产品实现了对全部动作的大量重复。此外，更高级的机电一体化产品甚至还可以实现随机自动寻找最佳的工作程序，实现了自动最优化操作。
（三）生产能力高
由于具备了较强的信息自动处理和自动控制功能，机电一体化产品在控制和检测灵敏度、精度、范围等方面都有很大程度的提高。通过自身自动控制系统，可确保机械执行机构的动作能够按已设计的要求完成，工作质量和产品的合格率也能得到最佳保证。此外，由于自动化的成功实现，机电一体化产品的生产能力也有显著的提高。
（四）适用面广
由于不受机电产品单技术、单功能的限制，机电一体化产品的复合技术和复合功能，大大提高了产品的自动化程度和功能水平。另外，机电一体化产品还因具备了自动化和智能化等多种功能而应用于各种不同的场合和不同领域，对用户需求的应变能力较强。
二、机电一体化技术主要应用领域
（一）数控机床
经过40多年的发展，数控机床及相应的数控技术在功能、结构、操作和控制精度上都有广泛的应用以及快速的提高，其结构的发展逐步趋向总线式、模块化、紧凑型，且采用多CPU、多主总线的体系。由于开放性设计能最大限度地提高用户的使用效益，硬件体系的结构和功能模块相对而言更具有层次性、兼容性、符合接口标准。为了面向车间编程技术和二、三维加工过程动态仿真的实现，系统一般会引入在线诊断、模糊控制等智能机制。此外，大量模块化软件的设计和大容量存储器的广泛应用，在丰富数控功能的同时，也使系统的控制功能有了很大加强。一台机床往往具备了同时控制多台和多种机床、同时完成多个独立加工任务的能力，实现了多过程、多通道的控制，同时，系统中也集成了包括刀具破损检测、物料搬运、机械手控制等操作。
（二）工业机器人
由于第一代机器人即示教再现机器人只能局限于根据示教内容进行简单的重复运动，面对各种不同的工作环境和作业对象，其适应性和灵活性存在明显不足；随着技术的不断改进，第二代机器人具备了各种先进的传感元件，通过对作业环境和操作对象进行简单的信息获取、计算机处理与分析，机器人能够做出一些相应的判断，并进行反馈、控制动作，其智能化程度还处比较低级阶段，并已开始走向实用化；现代智能机器人也即第三代机器人，由于具有多种感知功能，它们能够很好地处理复杂的逻辑思维、判断与决策，而且能够在各种作业环境中进行独立的行动。
（三）分布式控制系统
由一台中央计算机对若干台现场测控计算机或智能控制单元进行指挥控制，便是分布式控制系统，一般可分为两级、三级或者更多级。对于生产过程中的集中操作、监视、管理和分散控制等，计算机都能顺利完成。随着测控技术的不断发展与创新，分布式控制系统的功能也越来越强大，除了可对生产过程进行实时控制，还可以对生产过程实现实时调度、在线最优化、生产计划统计管理等功能，成为一种集测、控、管于一体的综合系统。分布式控制系统特点主要表现在控制功能多、系统可扩展、可靠性高、操作简便、维护方便等方面，其故障影响面较小。除此之外系统还具有连锁保护的功能，通过系统故障人工手动控制，较好地提高了系统的可靠性。相比较集中型控制系统，分布式控制系统功能更加强大，安全性也更高，成为当前大型机电一体化系统的主流。
三、机电一体化技术发展趋势
（一）高性能化
现实应用对机电一体化技术提出越来越高的要求，为了满足社会生产快速发展的需要，新一代机电一体化系统对速度、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、高效率和高可靠度为标准的高性能化是未来机电一体化技术发展的一大趋势。
（二）微型化
所谓微型化，就是指机电一体化技术趋向微型机器或微型领域发展，它源于人们对高新技术不断微型化的追求。比较而言，微型机电一体化的产品在生物医疗、军事、信息等方面具有无可比拟的优势，主要表现有产品的体积小、少耗能、运动灵活等，对常人无法想象的各种任务都能成功胜任。
（三）智能化
作为21世纪机电一体化技术发展的主要方向之一，人工智能日益引起了机电一体化建设者的研究重视，主要应用包括有机器人智能化与数控机床智能化。“智能化”是描述机器行为而言的，它在控制理论的基础上，吸收了各种新的思想和方法，通过对人类智能的模拟，使其具备了进行推理判断、逻辑思维、自主决策的能力，控制的目标也就更高。虽然我们没有必要也不可能要求机电一体化产品具有与人类完全相同的智能，但是，我们完全有可能、有必要通过高性能、高速的微处理器的使用，使机电一体化产品拥有一定的高级智能或人类部分智能。
（四）系统化
系统化主要有两大特征：特征一就是开放式和模式化总线结构的采用更进一步，系统可以进行任意的剪裁和组合，灵活组态，寻求多子系统的协调控制和综合管理；特征二就是通信功能有了很大的升级，产品与人的关系将得到未来机电一体化技术的更多关注，机电一体化产品将向更人性化的方向发展。现实中的许多机电一体化产品大都是受到动物或人类的启发而研制成功的，如何赋予机电一体化产品更多智能、情感、人性和通过生物机理的模拟，研制出各种人性化的产品是机电一体化技术未来的两个研究方向。
（五）网络化
由于网络技术的兴起和飞速发展，使得市场竞争环境有了重大的变革，这必将促使网络化与机电一体化的互相融合。随着网络的不断普及，基于网络的各种监视技术和远程控制也不断地涌现，而远程控制的终端设备就其本身而言，就是机电一体化产品。另外，大量家用电器因现场总线和局域网技术的应用也必将走向网络化，通过以计算机为中心的计算机集成家电系统，人们便能足不出户地就可以在家享受各种高技术带来的便利与快乐。所以，产品的网络化是未来机电一体化技术发展的主要趋势之一。参考文献
[1] 李晶．机电一体化技术应用之我见[J]．价值工程，2011（，3）.[2] 谢佳．略论机电一体化技术的发展[J]．综合研究，2011（，6）.[3] 张童，王明军．浅谈机电一体化技术的现状和发展趋势[J]．承钢技术，2007，（7）．
[4] 梁国文．机电一体化在工程机械上的应用与发展 [J]．南通纺织职业技术学院学报，2004，33（3）．
第二篇：机电一体化的发展及应用
机电一体化的发展及应用
摘 要
随着科学技术日益走向整体化、交叉化和数字化以及微电子技术信息技术的迅速发展，机电一体化技术的应用也越来越广泛。机电一体化技术是跨学科技术，其发展趋势是光机电一体化、柔性化、智能化、仿生物系统化、微型化。其产品功能是通过其内部各组成部分功能的协调和综合来共同实现的。
关键词： 机电一体化技术；发展趋势；产品功能；协调和综合
目
录
摘 要 ——————————————————————————01
绪 论 ——————————————————————————03
绪 论
现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透，引起了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、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系生了巨大变化，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。
随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用,机电一体化技术获得前所未有的发展。现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，他的发展使冷冰冰的机器有了人性化，智能化。机电一体化是在以机械、电子技术和计算机科学为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科，而机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。机电一体化技术同时也是工程领域不同种类技术的综合及集合，它是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术基础之上的一种高新技术。
第1章 机电一体化的基本概念
1.1 基本概念
机电一体化又称机械电子学，英语称为Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics的后半部分组合而成。机电一体化最早出现在1971年日本杂志《机械设计》的副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用,机电一体化技术获得前所未有的发展。现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，他的发展使冷冰冰的机器有了人性化，智能化。机电一体化是在以机械、电子技术和计算机科学为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科，而机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。机电一体化技术同时也是工程领域不同种类技术的综合及集合，它是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术基础之上的一种高新技术
1.2 机电产品的优越性
与传统的机电产品相比，机电一体化产品具有下述优越性：
1.使用安全性和可靠性提高
机电一体化产品一般都具有自动监视、报警、自动诊断、自动保护等功能。在工作过程中，遇到过载、过压、过流、短路等电力故障时，能自动采取保护措施，避免和减少人身和设备事故，显著提高设备的使用安全性。
2.生产能力和工作质量提高
机电一体化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能，其控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高，通过自动控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作，使之不受机械操作者主观因素的影响，从而实现最佳操作，保证最佳的工作质量和产品的合格率。同时，由于机电一体化产品实现了工作的自动化，使得生产能力大大提高。例如，数控机床对工件的加工稳定性大大提高，生产效率比普通机床提高5 ～6 倍。
第三篇：机电一体化技术及应用.doc
第1章绪论
第一节机电一体化的定义
1、机电一体化是机电一体化技术及其产品的统称，并把柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS）等先进制造技术的生产线和制造过程也包括在内，发展了机电一体化的含义。
2、机电一体化包括六大共性关键技术：精密机械技术、伺服驱动技术、传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术和系统总体技术。
3、名词解释：机电一体化产品
在机械产品的基础上应用微电子技术和计算机技术产生出来的新一代的机电产品。
第二节机电一体化系统的基本功能要素及相应功能
1.机械本体机械本体包括机械传动装置和机械结构装置。其主要功能是使构造系统的各子系统、零部件按照一定的空间和时间关系安置在一定的位置上，并保持特定的关系。
2.动力部分功能是按照机电一体化系统的控制要求，为系统提供能量和动力以保证系统的正常运行。机电一体化的显著特征之一，是用尽可能小的动力输入获得尽可能大的功能输出。
3.传感检测部分 功能是对系统运行过程中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，并装换成可识别信号，传输到信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。其功能通常由专门的传感器和仪器仪表完成。
4.执行部分功能是根据控制和指令完成所要求的动作。执行部分是运动部件，一般采用机械、电磁、电液等机构。它将输入的各种形式的能量转换为机械能。
5.驱动部分功能是在控制信息作用下，驱动各种执行机构完成各种动作和功能。
6.控制与信息处理部分功能是将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、存储、分析、加工，根据信息处理结果，按照一定的程序发出相应的控制信号，通过输出接口送往执行部分，控制整个系统有目的地运行，并达到预期的性能。控制与信息处理单元一般由计算机、可编程控制器（PLC）、数控装置以及逻辑电路A/D与的、D/A转换、I/O接口和计算机外部设备等组成。
7.接口一是交换；二是放大；三是传递。机电一体化系统的组成及工作原理
第三节机电一体化的相关技术（六大方面）
1．机械技术：是机电一体化的基础
2．传感检测技术：是机电一体化系统的感觉器官
3．信息处理技术：包括信息的交换、存取、运算、判断和决策。机电一体化主要采用工业
4．自动控制5.伺服传动技术6.系统总体技术
第2章机械传动与支承技术机械系统是机电一体化系统的基本要素，主要用于执行机构、传动机构、支承部件。
第一节机械系统数学模型的建立
1．机械移动系统
机械移动系统的基本元件是质量、阻尼器和弹簧。
第二节机械传动系统的特性、影响机电一体化系统中传动链的动力学性能的因素：（1）负载的变化（2）传动链惯性（3）传动链固有频率（4）间隙、摩擦、润滑和温升
2．机械传动系统的特性（公式—选择）P22-23
(1)阻尼线性阻尼下的振动为实模态，非线性阻尼下的振动为复模态阻尼比§= C/2√mkc:粘性阻尼系数m—系统的质量 k—系统的刚度（2）刚度对于伺服系统的失动
量来说，系统的刚度越大，失动量越小。对于伺服系统的稳定性来说，刚度对开环系统的稳定性没有影响，而对闭环系统的稳定性有很大影响，提高刚度可增加闭环系统的稳定性。
（3）谐振频率（4）间隙（1）齿轮传动的齿侧间隙的消除 1)刚性消隙法2）柔性消隙法 3）丝杠螺母间隙的调整垫片式调隙机构、螺纹式调隙机构、齿差式调隙机构
第三节机械传动装置齿轮传动使用最多的原因是：瞬时传动比为常数、传动精确、强度大、能承受重载、结构紧凑、摩擦力小、效率高。
谐波齿轮减速器原理若将钢轮固定，外装柔性轴承4的波发生器凸轮3装入柔轮2中，是原形为圆环形的柔轮产生弹性变形，柔轮两端的齿与钢轮的齿完全脱开，长袖与短袖间的齿测逐渐齿入齿出。与一般齿轮传动相比有下列特点(1)传动比大单级50~500多级可达3000以上（2）承载能力大（3）传动精度高（4）齿侧间隙小（5）结构简单、体积小、重量轻
第四节回转运动支承主要由滚动轴承、动压轴承、静压轴承、磁轴承等承担。直线运动轴承主要是指直线运动导轨副起作用是保证各零件之间的相对位置和相对运动精度。机电一体化系统常用的直线运动支承有滑动导轨滚动导轨液体和气体静压导轨
第三章检测技术
第一节 传感器的性能（1）静态特性指标：线性度、灵敏度、迟滞、重复性。（2）动态特性传感器的使用原则1）足够容量2）与测量或控制系统的匹配性好，装换灵敏度高3）精度适当且稳定性高4）反应速度快，工作可靠性好5）适用性和适应性强6）使用经济
第二节光栅 由标尺光栅和指标光栅组成。是位移监测器，特点精确高、响应速度快、和量程范围大。P=0.001mm把摩尔条纹调大10mm则放大倍数相当于1000倍
感应同步器是一种应用电磁传感器原理制造的高精度检测元件，直线式和圆盘式。分别检测位移和转角。
第三节光电式速度传感器是由装在被测轴上的带缝隙圆盘、光电器件、和指示缝隙盘组成。
第四节接触式位置传感器1）由微动开关制成的位置传感器2）二维矩阵是配置的位置传感器。接近式位置传感器按其工作原理主要分电磁式、光电式、静电容式、气压式、超声波式。
第五节 测量放大器需要电路具有横高的共模抑制比以及高增益、低噪声和高输入阻抗。程控增益放大器经过处理的模拟型号，在送入计算机处理前，必须进行量化，及进行模拟数字变换，变换后的数字信号才能为计算机接受处理。在计算机自动测控系统中往往不希望、有时也不能利用手动办法来实现增益而希望利用计算机采用软件控制来实现增益的自动变化。隔离放大器在有强电或电磁干扰的环境中为了防止电网电压等对测量回路的损坏，其信号输入通道采用隔离技术。能完成这种任务、具有这种功能的放大器。
第七节用软件线性化处理的方法有：计算法、查表法、插值法。
第四章伺服传动技术伺服的意思是伺候服侍，就是在控制指令的指挥下，控制驱动元件，是机械系统的运动部件按照指令要求进行运动。伺服系统的结构组成：控制器、功率放大器、执行机构、和检测装置。通常伺服电动机应符合以下基本要求：具有宽广而和平的调速范围、具有较硬的机械特性和良好的调节特性、具有快速响应特性、空载使动电压小。步进电动机是一种将脉冲信号装换成位移角的执行元件。对这种电动机施加一个脉冲后，其转轴就装过一个角度，称第一步。脉冲数增加位移角随之增加，脉冲频率高装速快，相序改变，电动机反转。
第二节直流伺服系统结构：相敏放大器、位置调节器、速度放大器、pwm功率放大器、伺服电动机、减速器、位置检测
脉宽调制型pwm功率放大器基本原理：利用开关功率器件作用，将直流电压换成一定频率的方波电压，通过方波脉冲宽度调制，改变输出电压的平均值。
Pwm控制电路脉冲调制器、逻辑延时环节、晶体管基极驱动器。
第三节异步电动机变频调速器 6个功率开关、12个晶体管。
Spwm变频调速系统：绝对值运算器、函数发生器、逻辑控制器。
环节分配器：三相三拍、三相六拍、双三拍
电液伺服系统是由电信号处理部分和液压的功率输出部分组成的控制系统，系统的输入是电信号。电液位置伺服控制系统常用于机床工作台的位置控制、机械手的定位、稳定平台水平位置控制等。电液速度伺服控制系统：若系统的输出量为速度，将此速度反馈到输入端，并与输入量比较，就可以实现对系统的速度控制。
第五章计算机控制技
1.直接数字控制系统（DDC）
这类系统中计算机的运算和处理结果直接输出作用于被控制对象，故称为直接数字控制系统 2分布控制系统式
分布式综合了计算机技术 通信技术和控制技术，采用多层分级结构的构成，从下而上的分为控制级，控制管理级和经营管理级
3传送的方式
无条件传送 查询式传送 中断式传送D/A转换器是指将数字量转换位模拟量的电路DAC0883主要是有两个8位寄存器和一个8位D/A转换器组成的。使用两个寄存器的优点是可以进行两次缓冲操作，使该器件的应用有更大的灵活性。A/D模数转换器是将模拟电压转换为数值量的器件。实现的方法a逼近法b双积分法。7 STD总线的技术特点a小板结构b严格的标准化c面向I/O设计d高可靠性STD总线工业控制计算机
a Z80系列STD总线工业是最早开发的一种机型，特点可靠性高 价格便宜 普及面 等优点，目前占有很大市场
b 单片机系列本身就是工业控制机，集成密度较高，作为控制应用其功能比较齐全，可靠性和抗干扰能力强数值PID调节器的设计
PID能够较好的兼顾动态控制系能和稳态控制系能
第六章简单的机电一体化
1全自动洗衣机
工作时单面片机通过检测待洗衣物的浑浊度 布质 布量和水温等作为模糊推理的输入条件。
第七章工业机器人
1.工业机器人的组成 操作机 驱动系统 控制系统 人工智能系统
2.工业机器人的分类 a按操作机坐标形式分为 直角坐标型工业机器人 圆柱型 球坐 多
关节型平面关节型机器人b按控制方式分类 点位控制 连续轨道控制c 按驱动方式分类 气动式 液压式 电动式
3.手腕是由弯曲式关节和转动式关节组成。两自由度腕关节来说有RR和BR两个结构，对于三个自由度 BBR BRR RBR RRR RBB五种表示p表示俯仰Y表示摆动R表转动
4.手部很据其结构和用途不同可以分为机械夹持器 专用工具和万能手三类
5.机械夹持器分为 回转式 移动式 内撑式
6.研究工业机器人的目的是建立工业机器人个运动构建与手部在空间位置之间的关系，建
立机器人的手臂运动的数学模型，为控制工业机器人的运动提供分析的方法和手段，为仿真研究手臂的运动特性和设计控制器实现预定功能提供依据。
7.工业机器人的力学分析分为静态力学分析和动态力学分析。静态力学是研究操作机在静
态条件下，手臂受力情况；动力学分析是研究操作机各主动关节驱动力与手臂的关系，从而得出工业机器人的动力学方程。
第八章柔性制造系统和计算机集成制造系统
1．柔性制造系统的定义和适用范围
FMS是指可变的 制动的化程度较高的制造系统，主要包括若干数控机床加工中心，用一套自动物料搬运系统连接起来，由布级多级计算机系统进行综合管理与控制。
适用范围：能解决单件 小批量生产的自动化问题，也能适应大批量 多种产品的自动化问题，它把高柔性 高质量 高效率结合起来，在当前具有较强的生命力
2柔性制造系统的组成和结构
组成：加工系统 物料系统 能量系统 信息系统。
第四篇：机电一体化的应用与发展
重庆工业职业技术学院毕业论文
机电一体化的应用与发展
黄金程
摘要：现代机电一体化是一门综合技术，是机械与微电子技术、信息技术互相渗透融合的产物，是机电工业发展的必然趋势，是现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透，引起了工程领域的技术改造与革命。本文简述了机电一体化技术的基本结构组成和主要应用领域，并提出其发展趋势。
关键词：机电一体化，应用，数控
机电一体化是机械、电子、信息科学三者有机结合形成的机械和微电子复合技术，是在工业产品和过程设计与制造中，机械工程和电子与智能计算机的协同集成。采用这种技术开发机电一体化产品，已成为当今机电领域的新潮流和振兴机电工业的必由之路。推广电子技术对传统产业进行改造，是提高生产和管理技术、促进机电一体化产品的开发、加快产品结构调整的重要措施。因此，世界各国都在大力推广机电一体化技术。
一．机电一体化的核心技术
机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。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）机械技术：是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能要求。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）计算机与信息技术：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。其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。
3）系统技术：即以整体概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出
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发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，是实现系统各部分有机连接的保证。
4）自动控制技术：在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。
5）传感检测技术：是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。
6）伺服传动技术：包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。电机作为驱动机构已被广采用，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。
二．机电一体化技术的主要应用领域——数控机床
数控机床及相应的数控技术经过40 年的发展，在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具体表现在：
1．采用多CPU、多主总线的体系结构。
2．开放性设计，即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准，能最大限度地提高用户的使用效益。
3．WOP 技术和智能化，系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。
4．大容量存储器的应用和软件的模块化设计，不仅丰富了数控功能，同时也加强了CNC 系统的控制功能。
5．能实现多过程、多通道控制，即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力，并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。
6．系统的多级网络功能，加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力。7．以单板、单片机作为控制机，加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。
三、机电一体化的主要发展方向 世纪90 年代后期，各主要发达国家开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头角；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，由于人工智能技术、神经
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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广阔天地。未来机电一体化的主要发展方向有：
1.智能化：所谓智能化系统是指一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，智能化也是是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一，它能进行诸如分析、推理、判断、构思和决策等智能活动，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。21 世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向，近几年，处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法创造了条件，有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展，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，可以模拟人类智能，具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力，从而取代制造工程中人的部分脑力劳动，以求得到更高的控制目标。
2.网络化：20 世纪90 年代，网络技术的飞速发展对机电一体化有重大影响，使其朝着网络化方向发展。机电一体化产品的种类很多，面向网络的方式也不同。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。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。因此，机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。
3.微型化：微型机电一体化系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术，是机电一体化的一个新的发展方向。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件
4.绿色化：绿色化工业的发达使人们物质丰富、生活舒适的同时也使资源减少，生态环境受到严重污染，于是绿色产品应运而生。绿色化是时代的趋势。而机电一体化产品的绿色化主要是指，使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。绿色产品在其设计、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，资源利用率极高。这是现在机械制造工业中可持续发展的形式。
5.系统化：其特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。特征之二是通信功能的大大加强，特别是“人格化”发展引人注目，即未来的机电一体化更加注重产品与人的关系当然，机电一体化的发展不是孤立的，与机电一体化相关的技术还有很多，并随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的发展与应用也将更加广阔。
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机电一体化技术在工程机械中的应用将越来越广泛，地位也越来越重要，设备使用和管理“以人为本”的原则也说明，作为工程施工中工程机械的使用、维修的管理人员，应尽快了解和掌握这门技术，更好地融入科技含量越来越浓厚的现代工程施工中。
参考文献：
[1] 李运华.机电控制[M].北京航空航天大学出版社, 2003.[2] 芮延年等.机电一体化系统设计[M].北京机械工业出版社, 2004.[3] 王中杰,余章雄,柴天佑.智能控制综述[J].基础自动化, 2006.[4] 章浩,张西良,周士冲等.机电一体化技术的发展与应用[J].农机化研究,2006.[5] 梁俊彦,李玉翔等.机电一体化技术的发展及应用[J].科技资讯, 2007.
第五篇：机电一体化设计的发展及应用 作业1
机电一体化设计的发展及应用
现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透，引起了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。
1． 机电一体化技术的发展历程
“机电一体化”这个词是日本安川电机公司在上世纪60年代末作商业注册时最先创用的。当时及70年代，人们一直把机电一体化看作是机械与电子的结合。国内早期将“机电一体化技术”与“机械电子学”并用，近年来“机电一体化”更流行使用。80年代，信息技术崭露头角。微处理机的性能提高，为更高级的机电一体化产品所采用，典型的机电一体化产品如数控机床、工业机器人和汽车的电子控制系统等。微机作为关键技术引入了飞行器系统后，使机械—电子系统在高度控制、排气控制、振动控制和保险气袋等方面获得广泛应用。信息技术驱使机械系统在不同程度上利用数据库，连洗衣机和其他消费品也用上了数据库驱动系统。这样，对机电一体化的系统设计方法的探索、成型和系统集成以及并行工程设计和控制的实施日显重要。此外，光学也进入了机电一体化，产生了“光机电一体化”的新领域。进入90年代，通信技术进入了机电一体化，机器可像机器人系统那样遥控和虚拟现实多媒体等技术紧密联系的计算机控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。.机电一体化技术的发展方向
以微电子技术、软件技术、计算机技术及通信技术为核心而引发的数字化、网络化、综合化、个性化信息技术革命，不仅深刻地影响着全球的科技、经济、社会和军事的发展，而且也深刻影响着机电一体化的发展趋势。专家预测，机电一体化技术将向以下几个方向发展：
1.光机电一体化方向 一般机电一体化系统是由传感系统、能源（动力）系统、信息处理系统、机械结构等部件组成。引进光学技术，利用光学技术的先天特点，就能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源系统和信息处理系统。
2.柔性化方向 未来机电一体化产品，控制和执行系统有足够的“冗余度”，有较强的“柔性”，能较好地应付突发事件，被设计成“自律分配系统”。在这系统中，各子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律性”，可根据不同环境条件做出不同反应。其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息，在总的前提下，具有“行动”是可以改变的。这样，既明显地增加了系统的能力（柔性），又不因某一子系统的故障而影响整个系统。3.智能化方向 今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高。这主要得益于模糊技术与信息技术（尤其是软件及芯片技术）的发展。
4.仿生物系统化方向 今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大，并且往往在结构上处于“静态”时不稳定，但在动态（工作）时却是稳定的。这有点类似于活的生物：当控制系统（大脑）停止工作时，生物便“死亡”，而当控制系统（大脑）工作时，生物就很有活力。就目前情况看，机电一体化产品虽然有仿生物系统化方向发展的趋势，但还有一段很漫长的道路要走。
5.微型化方向 目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。当这一成果用于实际产品时，就没有必要再区分机械部分和控制器部分了。那时，机械和电子完全可以“融合”机体，执行结构、传感器、CPU等可集成在一起，体积很小，并组成一种自律元件。这种微型化是机电一体化的重要发展方向。.机电一体化产品的发展趋势
1.智能化 智能化即要求机电产品有一定的智能，使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊数学、神经网络、灰色理论、心理学、生理学和混沌动力学等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。2.微型化 微控制器和接口技术的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、通用性、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控制操作、诊断和修复。
3.模块化 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、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。从而避免利益的冲突，并能使之标准化、系列化。
4.网络化 网络技术的兴起和飞速发展给社会各个领域带来了巨大变革。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使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络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，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。
5.自源化 自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。6.人性化 人性化是各类产品的必然发展方向。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，对人来说更自然，更接近生活习惯。
7.微型化 微型化是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。微机电系统是指可批量制作的，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和系统。微机电系统产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、信息等方面具有不可比拟的优势。
8.绿色化 工业发达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。
参考文献
1.戴勇．高职机电一体化技术专业课程开发[M]．北京：机械工业出版社，2004． 2.顾京．现代机床设备[M]．北京：化学工业出版社，2001 3.袁中凡.机电一体化技术[M].北京:电子工业出版社.2006.4.芮延年.机电一体化系统设计[M].北京:机械工业出版社.2004.5.李运华.机电控制[M].北京航空航天大学出版社,2003.6.王中杰,余章雄,柴天佑.智能控制综述[J].基础自动化,2006(6).7.章浩.机电一体化技术的发展与应用[J].农机化研究,2006(7).8.袁中凡.机电一体化技术.电子工业出版社.2004.9.郑链.信息识别技术.机械工业出版社.2006.班级：11机电
姓名：陈显
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