機(jī)電一體化課程報(bào)告

20XX年季學(xué)期研究生課程考核（讀書報(bào)告、研究報(bào)告）考核科目：機(jī)電一體化技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)生所在院（系）：XXXX學(xué)院學(xué)生所在專業(yè)：XXXX學(xué)生姓名：XX學(xué) 號(hào)：閱卷人考核結(jié)果閱卷人機(jī)電一體化技術(shù)課程論文智能控制技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中應(yīng)用綜述姓名 學(xué)號(hào)摘要：機(jī)電一體化技術(shù)是將機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感技術(shù)等多種技術(shù)進(jìn)行有機(jī)融合，并綜合應(yīng)用到實(shí)際中去的一項(xiàng)綜合技術(shù)。目前隨著微電子技術(shù)、信息技術(shù)以及精密制造等新型技術(shù)的出現(xiàn)與進(jìn)一步發(fā)展，機(jī)電一體化系統(tǒng)逐漸向智能化方向邁進(jìn)。本文簡(jiǎn)述了智能控制與機(jī)電一體化技術(shù)概要，智能控制在機(jī)電一體化中的主要應(yīng)用領(lǐng)域，并指出其發(fā)展方向。Abstract: Mechatronicstechnologyisacomprehensivetechnologythatintegratesmechanicaltechnology,microelectronicstechnology,sensortechnologyandothertechnologiesandappliesthemtopractice.Atpresent,withtheemergenceandfurtherdevelopmentofnewtechnologiessuchasmicroelectronics,informationtechnologyandprecisionmanufacturing,mechatronics system isgradually movingtowards thedirection ofintelligence.Thispaper briefly introduces thetechnologyofintelligentcontrolandmechatronics,themainapplicationfieldsofintelligentcontrolinmechatronics,andpointsoutitsdevelopmentdirection.關(guān)鍵字：機(jī)電一體化；智能控制；機(jī)械工程前言隨著科技的不斷進(jìn)步，越來(lái)越多的行業(yè)開(kāi)始利用智能化控制技術(shù)?？刂萍夹g(shù)的發(fā)展促進(jìn)了機(jī)電一體化產(chǎn)品的更新，使機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)械工程、食品醫(yī)藥以及建筑工程等領(lǐng)域的應(yīng)用不斷廣泛，而在目前如何更好地結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)與智能控制進(jìn)行研究，將智能控制技術(shù)應(yīng)用到機(jī)電一體化系統(tǒng)中十分必要，機(jī)電一體化系統(tǒng)的智能化是其發(fā)展的必然趨勢(shì)。下文將對(duì)從智能控制與機(jī)電一體化技術(shù)概要、智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的主要應(yīng)用領(lǐng)域以及機(jī)電一體化智能化方向的發(fā)展前景三方面進(jìn)行詳細(xì)闡述。機(jī)電一體化技術(shù)課程論文.智能控制與機(jī)電一體化技術(shù)概要機(jī)電一體化技術(shù)又稱機(jī)械電子工程，是將機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感技術(shù)等多種技術(shù)進(jìn)行有機(jī)融合，并綜合應(yīng)用到實(shí)際中去的一項(xiàng)綜合技術(shù)［1-2］，其系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示，它通過(guò)在機(jī)械裝置中附加電子器件信息處理和控制功能，使工業(yè)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，廣泛應(yīng)用于機(jī)床加工、鋼鐵、汽車、食品以及各類包裝行業(yè)領(lǐng)域，尤其推動(dòng)了現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)的發(fā)展⑶。由于傳感、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等技術(shù)的迅速發(fā)展以及向機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域的不斷滲透，機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)歷了由機(jī)械電氣化向機(jī)電一體化的轉(zhuǎn)化，而目前隨著微電子技術(shù)、信息技術(shù)以及精密制造等新型技術(shù)的出現(xiàn)與進(jìn)一步發(fā)展，機(jī)電一體化系統(tǒng)逐漸向智能化方向邁進(jìn)［4］。圖1機(jī)電一體化系統(tǒng)構(gòu)成智能控制是具有智能信息處理、智能信息反饋和智能控制決策的控制方式［5］，在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，智能控制就是指在沒(méi)有人員操作的情況下，機(jī)器能夠自主地進(jìn)行控制指令發(fā)出，讓生產(chǎn)工作完全實(shí)現(xiàn)無(wú)人的智能工作。智能控制，是機(jī)電一體化產(chǎn)品提高效率，實(shí)現(xiàn)高精度化、安全化生產(chǎn)的必然選擇。.主要應(yīng)用領(lǐng)域相比傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)而言，智能化的控制體系進(jìn)一步完善了機(jī)電一體化原本的功能，由于系統(tǒng)柔性的工作方式，使得機(jī)器在工作時(shí)可以依據(jù)周圍環(huán)境對(duì)自己的動(dòng)作實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)整，改善機(jī)電一體化系統(tǒng)原有的缺點(diǎn)和漏洞，增

機(jī)電一體化技術(shù)課程論文強(qiáng)機(jī)電一體化系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用廣泛，下面主要從機(jī)器人［6］、微操作與微裝配、智能汽車三個(gè)領(lǐng)域介紹智能控制技術(shù)在其生產(chǎn)過(guò)程以及產(chǎn)品中的應(yīng)用。機(jī)器人機(jī)器人是一種依靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的機(jī)器裝置，這種控制既可以是人類實(shí)時(shí)地對(duì)其發(fā)出各種操作指令，也可以通過(guò)運(yùn)行體內(nèi)預(yù)先編定完成的程序，甚至通過(guò)對(duì)外部環(huán)境的感知機(jī)器人自身主動(dòng)地采取相關(guān)行動(dòng)［7］。機(jī)器人控制方式的轉(zhuǎn)變與發(fā)展是智能控制在機(jī)電一體化領(lǐng)域應(yīng)用的典型代表，在機(jī)器人四大主要組成部分——執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)及感知反饋系統(tǒng)中，后兩者的不斷更新是機(jī)器人智能化發(fā)展的關(guān)鍵，圖2所示為采用模糊PID控制的機(jī)器人控制原理圖，在現(xiàn)有各類如PID控制、魯棒控制、專家控制、自適應(yīng)控制、模糊控制等控制方式上，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)等人工智能相關(guān)技術(shù)正不斷向機(jī)器人行業(yè)滲透［8］，而各種新型傳感器的出現(xiàn)則進(jìn)一步加速了機(jī)器人的智能化。圖2機(jī)器人模糊圖2機(jī)器人模糊PID控制原理圖自上世紀(jì)初卡雷爾第一次提出“機(jī)器人”的概念以來(lái)，機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展已歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)，目前，關(guān)節(jié)機(jī)械手、多指靈巧手以及類人形機(jī)器人等已并不罕見(jiàn)，能夠模仿人類動(dòng)作、甚至同人類語(yǔ)音交流的機(jī)器人亦層出不窮，這些在一定程度上均可視為智能控制在機(jī)器人行業(yè)中的成功應(yīng)用。隨著微電子、微納制造與人工智能等技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人領(lǐng)域正在發(fā)生新一輪的技術(shù)機(jī)電一體化技術(shù)課程論文改造與技術(shù)革命，在未來(lái)，智能控制在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用仍然廣泛，主要表現(xiàn)在以下幾類機(jī)器人中：1）仿生型機(jī)器人顧名思義，仿生機(jī)器人即是模仿生物、從事生物特點(diǎn)工作的機(jī)器人。隨著微加工、微機(jī)電技術(shù)的不斷成熟、新型智能材料廣泛應(yīng)用，以及生物學(xué)與機(jī)械電子學(xué)科的信息交叉，仿生機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生，除仿生四足機(jī)器人、爬壁機(jī)器人等已較為成熟的仿生機(jī)器人類型外，新型仿生機(jī)器人還有仿生魚、仿生水母、仿生蝙蝠機(jī)器人、機(jī)器蜘蛛以及其他微型仿生昆蟲(chóng)等。圖3是斯坦福大學(xué)開(kāi)發(fā)的一種仿壁虎機(jī)器人Stickybot，可以借助范德華力攀爬玻璃等光滑表面。在未來(lái)，相關(guān)研究人員對(duì)于新型仿生機(jī)器人的研發(fā)主要集中在形態(tài)學(xué)以及新型智能材料兩大領(lǐng)域［9］。圖3仿壁虎機(jī)器人Stickybot2）極端特種環(huán)境機(jī)器人廣義上的特種機(jī)器人是指除工業(yè)機(jī)器人之外的、用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種先進(jìn)機(jī)器，主要有軍用和民用兩大類，而極端特種環(huán)境機(jī)器人則指主要在各類極端惡劣環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)的機(jī)器裝置，它可以從事眾多人類由于種種原因難以完成的高?；蛱厥猸h(huán)境作業(yè)，如救災(zāi)救援、燃料運(yùn)輸、氣象搜集等工作［10］，而機(jī)器人技術(shù)向國(guó)防軍事領(lǐng)域的滲透，則反向促進(jìn)了特種機(jī)器人的進(jìn)一步發(fā)展，無(wú)人機(jī)是特種機(jī)器人在軍事領(lǐng)域的典型代表，在空中目標(biāo)搜索、戰(zhàn)場(chǎng)偵查、電子干擾甚至炮火轟炸等方面擁有傳統(tǒng)載人飛機(jī)不可替代的作用［11］。除無(wú)人機(jī)外，一些新型特種環(huán)境機(jī)器人在軍事中逐漸擁有一席

機(jī)電一體化技術(shù)課程論文立足之地，美國(guó)波士頓動(dòng)力學(xué)工程公司研制的“大狗（Bigdog）”機(jī)器人［12］由于其卓越的奔跑性能及平衡性為世人所知。圖4BostonDynamics研制的“Bigdog3）微納機(jī)器人微機(jī)電技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展催使了各種新型微納機(jī)器人的產(chǎn)生，微納機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式也由最初的磁驅(qū)動(dòng)逐步發(fā)展為磁電驅(qū)動(dòng)、聲壓驅(qū)動(dòng)、化學(xué)驅(qū)動(dòng)、智能材料驅(qū)動(dòng)［13］等多種驅(qū)動(dòng)方式結(jié)合，常見(jiàn)的微納機(jī)器人有液體環(huán)境中運(yùn)動(dòng)的螺旋推進(jìn)式機(jī)器人［14］、直立行走式微機(jī)器人、機(jī)器水黽、自組裝機(jī)器人等。圖5為微機(jī)器人Spermbots，它由一個(gè)微型金屬螺旋構(gòu)成，可包裹住一顆精子并在磁場(chǎng)的控制下將其推向卵子，提高受孕率。微納機(jī)器人在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分可觀，隨著智能控制在機(jī)電系統(tǒng)中的進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)用，微納機(jī)器人有望在靶向藥物傳送與釋放、疾病診斷與治療等方面大展身手［15］。圖5微機(jī)器人Spermbots機(jī)電一體化技術(shù)課程論文微操作與微裝配隨著各類新型材料的研發(fā)以及人們對(duì)于微觀領(lǐng)域的進(jìn)一步探索，微納制造在現(xiàn)代機(jī)械制造行業(yè)的重要性與日俱增，微型電子零件加工已成為一個(gè)國(guó)家精密制造行業(yè)發(fā)展水平的重要衡量指標(biāo)，當(dāng)前全球芯片的加工精度最高可控制在0'm以內(nèi)，正在向0.4^m精度級(jí)別方向研發(fā)，而微小零件的精度除受到加工技術(shù)影響外，其裝配過(guò)程中產(chǎn)生的形變量將直接關(guān)系到零件的最終精度，因此微操作與微裝配技術(shù)同微納制造技術(shù)在提高零件精度方面同樣重要，二者均是微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的主要研究方向［16］。微操作與微裝配技術(shù)與智能控制的發(fā)展十分緊密，由微裝配技術(shù)組裝的微機(jī)電產(chǎn)品不斷集成化、復(fù)雜化，要實(shí)現(xiàn)微機(jī)械產(chǎn)品的理想性能，須利用現(xiàn)代先進(jìn)設(shè)計(jì)、加工和信息處理技術(shù)，以及并行、虛擬制造等先進(jìn)的制造技術(shù)，而這些技術(shù)與系統(tǒng)的智能化控制難以分離。微裝配技術(shù)與方法復(fù)雜多樣，但均不是十分成熟，常見(jiàn)的微裝配方法有堆裝技術(shù)、鍵合技術(shù)、微型工廠技術(shù)、微機(jī)器人及微裝配站技術(shù)和基于傳統(tǒng)裝配的微裝配技術(shù)［17］，在這其中同智能控制聯(lián)系密切的具體方面有微型零件的多源微力覺(jué)信息感知、零件變形最優(yōu)控制分配方法、多微操作器協(xié)調(diào)裝配等。圖6展示了一種基于顯微視覺(jué)和微力覺(jué)混合控制的細(xì)胞夾持器，可實(shí)現(xiàn)細(xì)胞拾取與夾持，并將細(xì)胞與夾持器間的相互作用力維持在2nN［i8］。圖6一種基于顯微視覺(jué)和微力覺(jué)混合控制的細(xì)胞夾持器智能汽車機(jī)電一體化技術(shù)課程論文智能汽車是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、多等級(jí)輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，它集中運(yùn)用了計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代傳感、信息融合、通訊、人工智能及自動(dòng)控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體，也是機(jī)電一體化系統(tǒng)同智能控制技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物［19］，在一定程度上，智能汽車可看作是機(jī)器人向智能化方向發(fā)展的產(chǎn)物之一。智能汽車在普通車輛的基礎(chǔ)上增加了先進(jìn)傳感器、執(zhí)行器、控制器等裝置，通過(guò)車載傳感系統(tǒng)和信息終端實(shí)現(xiàn)與人、車、路等的智能信息交換，使車輛具備智能環(huán)境感知能力［20］，能夠自動(dòng)分析車輛行駛的安全及危險(xiǎn)狀態(tài)，并使車輛按照人的意愿到達(dá)目的地，最終實(shí)現(xiàn)替代人來(lái)操作的目的，目前熱門的無(wú)人駕駛技術(shù)是智能汽車發(fā)展的中間階段［21］。從具體和現(xiàn)實(shí)的方面來(lái)看，智能汽車較為成熟的和可預(yù)期的功能和系統(tǒng)主要是包括智能駕駛系統(tǒng)、生活服務(wù)系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)、位置服務(wù)系統(tǒng)以及用車服務(wù)系統(tǒng)等，而各系統(tǒng)具體又包括一些細(xì)分的子系統(tǒng)和功能。微電子裝置的進(jìn)一步發(fā)展賦予的機(jī)電一體化產(chǎn)品許多新的功能，如自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)處理信息、自動(dòng)顯示記錄、自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制自動(dòng)診斷與保護(hù)等，這些功能在智能汽車中得到了良好體現(xiàn)。2.4其他領(lǐng)域當(dāng)前微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展及集成電路規(guī)模的持續(xù)更新使得機(jī)電一體化技術(shù)不斷成熟，其應(yīng)用領(lǐng)域也因系統(tǒng)逐漸的高精度化、輕量化等趨勢(shì)不斷擴(kuò)大?；跀?shù)字信息技術(shù)對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作進(jìn)行控制的數(shù)控技術(shù)［22］、引入智能控制的交流伺服技術(shù)是智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的早期應(yīng)用，而上文所述現(xiàn)代智能機(jī)器人、智能汽車和微操作與微裝配技術(shù)是智能控制在當(dāng)前較為熱門的機(jī)電一體化產(chǎn)品中的主要應(yīng)用表現(xiàn)，除此之外，應(yīng)用智能控制的機(jī)電一體化產(chǎn)品還有自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備［23］、激光手術(shù)臺(tái)、數(shù)顯量具、智能手機(jī)等，應(yīng)用領(lǐng)域也不僅限于機(jī)械行業(yè)，食品醫(yī)藥工程［24］、建筑工程以及眾多互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的生產(chǎn)中均有智能化的機(jī)電一體化技術(shù)的體現(xiàn)。.發(fā)展前景機(jī)電一體化技術(shù)課程論文機(jī)電一體化是集機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)、信息等多學(xué)科的交叉綜合，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。當(dāng)前機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制方式多樣化，但涉及到多變量協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、復(fù)雜系統(tǒng)以及實(shí)時(shí)控制、非線性控制等方面，現(xiàn)有的控制技術(shù)存在一定局限性。隨著光學(xué)、通信技術(shù)等在機(jī)電一體化領(lǐng)域的滲入，微細(xì)加工技術(shù)逐漸在機(jī)電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支；同時(shí)對(duì)于機(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)行了深入研究。而人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)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(kāi)辟了發(fā)展的廣闊天地。例如人工智能控制方式，由于其優(yōu)越的信息并行處理能力、自適應(yīng)能力和信息融合能力，使得其在大規(guī)模復(fù)雜多變量系統(tǒng)中優(yōu)勢(shì)明顯，另外，由于自身的非線性特性，將為非線性控制帶來(lái)新的希望。在未來(lái)，智能化是機(jī)電一體化技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。目前智能控制技術(shù)的發(fā)展尚不成熟，大部分機(jī)械產(chǎn)品如工業(yè)機(jī)器人的控制方式仍然是傳統(tǒng)的關(guān)節(jié)模糊控制，然而隨著運(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)等新思想、新方法的交流促進(jìn)，越來(lái)越多的新的智能控制方式將伴隨著眾多學(xué)科的深度融合發(fā)展而產(chǎn)生，由此機(jī)電一體化產(chǎn)品將逐漸模擬人類智能，擁有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，在多數(shù)行業(yè)中能夠代替或近似代替人類工作，在功能表現(xiàn)上更加集成化、復(fù)雜化、高精度化，在多種復(fù)雜環(huán)境中表現(xiàn)為機(jī)器柔性進(jìn)一步增強(qiáng)。此外，機(jī)電一體化系統(tǒng)將隨著控制方式的智能化進(jìn)一步向輕量化、節(jié)能化等方向發(fā)展。結(jié)論綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，不同學(xué)科的知識(shí)相互滲透交融，促進(jìn)了工程領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)革新，智能控制對(duì)于機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)與日俱增。在今后機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展中，智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用也會(huì)更加廣泛，從而為機(jī)械工業(yè)的發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。機(jī)電一體化技術(shù)課程論文參考文獻(xiàn)[1]熊春貴.機(jī)電一體化技術(shù)及發(fā)展方向綜述[J].南方農(nóng)機(jī),2015,46(09):55 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