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机电一体化技术[论文]

浅谈机电一体化技术
【摘要】日本20世纪70年代初为这一科学技术创造了一个新术语,称为“机械电子学”。

这个词的创造是根据英文mechanics (机械学)的前半部和electronics(电子学)的后半部而构成的,即mechatronics,在我国则称为“机电一体化”。

机电一体化恰当地表述了一个新的概念,因而能迅速直接被我国接受和使用。

[1] 【关键词】机电一体化主要特征基本结构要素发展趋势
1 机电一体化技术概要
随着科技的发展,在以机械、电子技术为主的多门技术学科在相互渗透、融合过程中逐渐形成和发展了一门新兴的边缘技术学科。

从词义上看即机械与电子的结合,但并非机械与电子技术的简单叠加或一般地结合,而是有机的融合。

关于机电一体化的定义,国内外说法不一,尚无定论。

日本较权威的解释被大家普遍接受:“机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引入电子技术,并将机械装置和电子设备以及软件等有机结合而构成系统的总称。

”它对产业或产品结构、生产或管理方式以及人才的知识结构等将产生巨大的影响,并使国民经济建设的各个领域发生深刻的变化。

2 机电一体化技术的主要特征
2.1 机械结构简单化
一台传统的机械设备,往往需要采用机械传动装置来连接各个工作构件,采用机电一体化技术后,可以使用多台电动机分别驱动,
用电子器件、微机来控制各工作元件的动作,完成工艺流程。

2.2 提高了加工工艺的精度
由于机械传动部件减少,机械磨损及间隙配合等所引起的动作误差大为减少。

通过微机控制可以精确地按照预先给定量,使间隙和各干扰因素造成的误差自行校正、补偿,从而达到普通机械加工方法所实现不了的精度。

2.3 工艺过程的柔性化
由于机电一体化产品采用微机控制,因此,只要改变计算机程序,就能改变设备的加工能力和工艺流程,以适应迅速改变的产品结构、满足多品种小批量生产的需要。

2.4 操作自动化
采用微机控制系统可以实现一台机器各个相关传动机构的动作
及它们的功能的协调关系,实现机器操作的全部自动化。

2.5 调整及维修更加方便
机电一体化产品在使用现场安装调试时,一般均可通过控制程序的变更来实现工作方式、动作过程的变动,以适应变化的需要。

[2] 3 机电一体化系统的基本结构要素
一个较完善的机电一体化系统应包括以下几个基本要素:机械本体、动力部分、测试传感部分、执行机构、驱动部分、控制及信息处理单元,各要素和环节通过接口相联系。

3.1 机械本体
机械本体是系统所有功能元素的机械支持结构,包括机身、框架、
连接等。

由于机电一体化产品各方面指标和功能的提高,机械本体要在机械结构、材料、加工流程以及几何尺寸等方面适应产品高效节能、小型轻量、美观可靠等一系列要求。

3.2 动力部分
按照系统控制要求,为其提供能量和动力,维持系统正常运行。

以尽可能小的输入,获得尽可能大的输出,是机电一体化产品的显著特征之一。

3.3 测试传感部分
由专门的传感器和仪表对系统运行中所本身所需和外界环境的
各种状态及参数进行测试,变成可识别信号,传输到信息处理单元,再经过分析、处理后产生相应的控制信息。

3.4 执行机构
根据控制信息指令,完成动作要求。

执行机构是运动部件,一般采用机械、电磁、电液等机构,根据机电一体化系统的匹配性要求,改良性能,如提高刚性、系统整体的可靠性,实现组件化、标准化和系统化提高等。

3.5 驱动部分
在控制信息作用下提供动力,驱动各机构完成各种动作和执行功能。

机电一体化系统一方面要求驱动的高效性和快速响应特性,另一方面要求对外部环境的适应。

由于受几何尺寸、动作范围的限制,及综合考虑维修等因素,高性能步进驱动、直流和交流伺服驱动目前大量应用于机电一体化系统。

3.6 控制及信息处理单元
将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中处理,根据处理结果,按照一定的程序和步骤发出相应的指令,控制整个系统有序地运行,一般由计算机及其外部设备、可编程序控制器(plc)等设备组成。

[3]
4 机电一体化技术的发展趋势
纵观国内外机电一体化的发展现状和高新技术的发展动向,机电一体化将朝着以下几个方向发展:
4.1 智能化
智能化是机电一体化技术的一个重要发展方向。

人工智能系统目的是模拟人对问题的推理,学习和解决,在机电一体化的研究中日益重要,它是智能机器人、数控机床的一个重要应用。

目前,专家系统,模糊系统,神经网络和遗传算法的智能机电一体化,它们将各自的发展渗透到对方,互相交叉。

模糊控制,神经网络,灰色理论,小波理论,混沌与分叉进步和发展人工智能技术,为机电一体化技术的发展开辟了新天地。

4.2 柔性化
柔性化在机电一体化产品中,使系统有足够灵活性,能更好地应对突发事件,称为“自律分配系统”。

在系统中,各子系统相互独立,而又统一服务于总系统。

在同一时间,可根据不同的环境条件下做出不同的反应。

其特点是子系统可以生成它自己的信息。

这种方式,既显著增加系统的容量(柔性),又不会因为一个子系统的
故障而影响整个系统。

4.3 微型化
微型化是机电一体化微型机械和微观领域的发展趋势。

过去十年里,微机电系统是机电一体化技术中备受关注的新尖端分支,由立方厘米向微米,纳米发展。

微机电一体化产品体积小,能耗低,移动灵活,可进入一般机械无法进入的狭小空间。

因此,在生物医学,航空航天,信息技术,工业,农业,军事等领域具有广阔的应用前景。

4.4 网络化
随着计算机和网络技术杰出成就的崛起,互联网在工业生产,政治,军事,教育等方面来了巨大的变化,也为机电一体化技术带来了显著的变革。

多重网络连接到全球经济,同时企业之间的竞争也将是全球性的。

机电一体化新产品一旦研制成功,它独到的作用及可靠的质量将会迅速被人们接受,很快被销往世界各地,使人们足不出户就能享受到高科技带来的方便和快乐。

机电一体化产品无疑将向网络化大步跃进。

4.5 绿色化
随着人们对环境资源保护的呼吁,绿色产品概念应声而生,开启了绿色的时代。

绿色产品的设计、制造和使用符合对环境和人体健康的保护,对生态环境无害或很少,高效利用资源。

机电一体化绿色是指不污染生态环境,废料可回收再利用。

因此,进入21世纪,机电一体化技术的使命是为了提供高性能,高利用率,低能耗,低
污染和可回收的智能化机械产品,即提供了可以持续发展的绿色产品。

5 结语
机电一体化的出现不是偶然的,这些发展方向是达到一定阶段的必然要求,更是满足需求的必然结果。

随着社会生产和科学技术的进步与发展,机电一体化技术正在不断地深入到各个领域并迅猛地向前推进,特别是近几年来在机械工业部门引起了许多深刻的变革。

就目前科技的发展所限,其与一些相关技术的互融还不完善,但是随着科技的发展,各种技术的互融趋势必将逐渐崭露头角,这不仅仅是多项科技发展的结晶,更加极大地推动了不同学科之间的交叉与渗透,发展前景无可限量,必然会给世界带来更大的技术力量。

在不久的未来,机电一体化技术的成熟和广泛应用,将在国民经济建设、企业的技术改造和电子产品的更新换代方面发挥着举足轻重的作用,而其自身的发展与应用也将具有跨时代的里程碑意义。

参考文献:
[1]蔡兰,冠子明,刘会霞.机械工程概论.武汉理工大学出版社,2004.
[2]秦自凯.机电产品概念设计方法及其应用的研究.华中科技大学,2004.
[3]李传明.机械密封气密性智能检测系统的研究与开发.浙江大学,2001.。

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