淺論機電一體化技術

1、    淺論機電一體化技術    康華軍【摘要】“機電一體化”在國外被稱為 mechatronics，是日本人在 20 世紀 70 年代初提出來的，用英文 mechanics 的前半部分和electronics 的后半部分構成的一個新詞，意思是機械技術和電子技術的有機結合。這一名稱已得到包括我國在內(nèi)的世界各國的承認， 我國的工程技術人員把它譯為機電一體化技術。使用機電技術應用名稱時，注意不要與機電公司的機電相混，因為機電公司經(jīng)營的水泵、電機等不屬于機電一體化技術的范圍。由于科學技術在不斷發(fā)展，機電一體化產(chǎn)品或設備也在不斷更新，并不斷采用更先進的技術。因此

2、，在理解機電一體化的含義時，可以將“機電” 一詞模糊為“先進技術”?！娟P鍵詞】機電;機電工程;技術一、機電一體化技術基本概要機電一體化是指機、電融合為一體，但絕不是兩者的簡單相加。機電一體化技術應用于數(shù)控機床、機器人、柔性制造系統(tǒng)、自動化測量工具、數(shù)控機床、數(shù)控設備、自動扶梯、自動電梯、智能大廈、自動機以及自動化工廠。在日常生活中，機電一體化的產(chǎn)品也無處不在：全自動照相機、全自動洗衣機、音響設備、電腦打印機等。這些產(chǎn)品或設備有不同的使用范圍、不同的結構和不同的性能，但是它們都能自動地完成一定的工作。它們在按規(guī)定程序，有順序、有規(guī)律地完成整套動作之后才能實現(xiàn)它們的價值。機電一體化技術是同時運用機

3、械、電子、儀表、計算機和自動控制等多種技術的復合技術。這個由電腦控制的產(chǎn)品或設備要有被控制的機械和各種裝置，用來進行控制的工業(yè)控制計算機（ 工控機）、各種儀表（ 用于檢測、顯示、計數(shù)、報警等）、電器（ 為執(zhí)行某個動作，作為行程開關等）。這些儀表可以是電動的， 也可以是氣動的，甚至可以是液壓或光電的。二、機電一體化技術的組成要素及遵循原則1.組成要素機電一體化的產(chǎn)品或設備，不論體積是大還是小，不論結構是復雜還是簡單，也不論功能是多還是少，它們都是一個由機械零件和電子元件組成的有機整體，都是一個完整的系統(tǒng)。一個機電一體化系統(tǒng)一般由結構組成要素、動力組成要素、運動組成要素、感知組成要素、智能組成要素

4、有機結合而成。機械本體（結構組成要素），是系統(tǒng)的所有功能要素的機械支持結構，一般包括有機身、框架、支撐、聯(lián)接等。動力驅動部分（動力組成要素）：依據(jù)系統(tǒng)控制要求，提供能量和動力以使系統(tǒng)正常運行。測試傳感部分（感知組成要素）：對系統(tǒng)的運行需要的內(nèi)部和外部環(huán)境的各種參數(shù)和狀態(tài)進行檢測，并變成可識別的信號，傳輸給信息處理單元，經(jīng)過分析、處理后產(chǎn)生相應的控制信息。控制及信息處理部分（職能組成要素）：將測試傳感部分的信息及外部直接輸入的指令進行集中存儲、分析、加工處理后，按照信息處理結果和規(guī)定程序與節(jié)奏發(fā)出相應的指令，控制整個系統(tǒng)有目的地運行。執(zhí)行機構（運動組成要素）：根據(jù)控制及信息處理部分發(fā)出的指令，完

5、成規(guī)定的動作和功能。2.遵循原則構成機電一體化系統(tǒng)的五大組成要素，其自身及相互之間都必須遵循接口耦合、能量轉換、信息控制、運動傳遞四大原則。（1）接口耦合。兩個需要進行信息交換和傳遞的環(huán)節(jié)之間， 由于信息模式不同（數(shù)字量與模擬量、串行碼與并行碼、連續(xù)脈沖與序列脈沖等），無法直接傳遞和交換，必須通過接口耦合來實現(xiàn)。而兩個信號強弱相差懸殊的環(huán)節(jié)之間，也必須通過接口耦合后才能匹配。變換放大后的信號要在兩個環(huán)節(jié)之間可靠、快速、準確地交換、傳遞，必須遵循一致的時序、信號格式和邏輯規(guī)范才行。因此，接口耦合時就必須具有保證信息的邏輯控制功能， 使信息按規(guī)定的模式進行交換與傳遞。（2）能量轉換。兩個需要進行傳

6、輸和交換的環(huán)節(jié)之間，由于模式不同而無法直接進行能量的轉換和交流，必須進行能量的轉換。能量的轉換包括執(zhí)行器、驅動器，以及不同類型能量的最優(yōu)轉換方法。（3）信息控制。在系統(tǒng)中，所謂智能組成要素的系統(tǒng)控制單元。在軟、硬件的保證下，完成信息的采集、傳輸、儲存、分析、運算、判斷、決策，達到信息控制的目的。對于智能化程度高的信息控制系統(tǒng)還包含知識獲得、推理機制以及自學功能等知識驅動功能。（4）運動傳遞。運動傳遞是構成機電一體化系統(tǒng)各組成要素之間的不同類型運動的變換與傳輸，以及以運動控制為目的的優(yōu)化。三、機電一體化的基礎知識1.知識結構了解、掌握由工控機控制的系統(tǒng)或設備（ 自動機、自動生產(chǎn)線） 相關的技術基

7、礎知識。2.能力要求操作、維護、安裝、調(diào)試或改進機電一體化系統(tǒng)或設備（ 自動機、自動生產(chǎn)線或某個產(chǎn)品） 的能力，還需有一定的管理能力。并明顯強調(diào)了動手能力，即以先進技術的應用為主要目的。3.有關基礎知識（1）電子技術基礎。電子技術基礎包括模擬電路和數(shù)字電路， 是在電工技術的基礎之上，對晶體管構成的電路進行的系統(tǒng)、定性和定量的分析研究，是機電一體化技術中最基礎的部分。（2）機械技術基礎。機械技術基礎包括制圖、力學、機械原理、機械零件、機械制造和維修等技術，是機械本體的知識基礎， 是機電一體化技術中不可缺少的部分。（3）檢測技術。掌握工業(yè)中常用的檢測元器件的選用、安裝、調(diào)試和使用。各種控制系統(tǒng)離不

8、開檢測元器件，檢測元器件是機電一體化技術的主要內(nèi)容。（4）執(zhí)行機構技術。掌握各種機械、電器、氣動、液動執(zhí)行機構的原理和使用方法，各種機電一體化系統(tǒng)和設備都是為了達到某種目的而制造的，而功能的實現(xiàn)又離不開執(zhí)行機構。（5）工控機技術。要求會使用工控機（ 工業(yè)控制計算機），能夠按自動機的要求設計編制控制程序。在機電一體化控制系統(tǒng)和設備中，工控機作為控制的中心，對整個系統(tǒng)起著指揮和協(xié)調(diào)的作用。工控機性能的好壞以及技術人員使用的熟練程度，直接影響到機電一體化控制系統(tǒng)和設備性能的好壞。綜上所述，機電一體化決不是機械與電子兩種技術的混合或簡單疊加，而是兩者的有機結合。機電一體化系統(tǒng)是先進的自動控制系統(tǒng)，可以處理更多被控參數(shù)的復雜情況，計算速度也更快、更準確。機電一體化技術是新技術，是在傳統(tǒng)技術的基礎上發(fā)展而來的，機電一體化技術具有明顯的綜合性和先進性