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[摘要]自电子技术一问世,电子技术与机械技术的结合就开始了,只是出现了半导体集成电路,尤其是出现以微处理器为代表的大规模集成电路以后,机电一体化技术之后有了明显进展,引起了人们的广泛注意。
[关键词]机电一体化发展系统组成
中图分类号:TM-9文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1110120-01
一、机电一体化的概念
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进电子技术,将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
二、机电一体化技术发展历程
自电子技术一问世,电子技术与机械技术的结合就开始了,只是出现了半导体集成电路,尤其是出现了以微处理器为代表的大规模集成电路以后,“机电一体化”技术之后有了明显进展,引起了人们的广泛注意:
1.数控机床的问世,写下了“机电一体化”历史的第一页;
2.微电子技术为“机电一体化”带来勃勃生机;
3.可编程序控制器、“电力电子”等的发展为“机电一体化”提供了坚强基础;
4.激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使“机电一体化”跃上新台阶。
三、机电一体化的发展趋势
机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合,它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面:
1.智能化:智能化是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化的研究中日益得到重视,机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。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,使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力,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、高速度的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或者人的部分智能,则是完全可能而且必要的。
2.系统化:系统化的表现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。表现之二是通信功能的大大加强。一般除RS232外,还有RS485等智能化通信接口。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系,机电一体化的人格化有两层含义:一层是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性等等,显得越来越重要,特别是对家用机器人,其高层境界就是人机一体化;另一层是模仿生物机理,研制出各种机电一体化产品。事实上,许多机电一体化产品都是受动物的启发而研制出来的。
3.微型化:兴起于20世纪80年代末,指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统(MEMS),泛指几何尺寸不超过1立方厘米的机电一体化产品,并向微米、纳米级发展。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。
4.仿生物系统化:今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大,并且往往在结构上是处于“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。仿生学研究领域中已发现的一些生物体优良的机构可为机电一体化产品提供新型机体,但如何使这些新型机体具有活的“生命”还有待于深入研究。这一研究领域称为“生物——软件”或“生物系统”,而生物的特点是硬件(肌体)——软件(大脑)一体,不可分割。看来,机电一体化产品虽然有向生物系统化发展趋,但有一段漫长的道路要走。
四、机电一体化技术内容
机电一体化技术内容主要包含以下几个方面:机械技术机械技术;计算机与信息技术;系统技术;自动控制技术;传感检测技术;伺服传动技术。
五、机电一体化系统组成
1.机械本体:机械本体包括机架、机械连接、机械传动等,它是机电一体化的基础,起着支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用。与纯粹的机械产品相比,机电一体化系统的技术性能得到提高、功能得到增强,这就要求机械本体在机械结构、材料、加工工艺性以及几何尺寸等方面能够与之相适应,具有高效、多功能、可靠和节能、小型、轻量、美观的特点。
2.检测传感部分:检测传感部分包括各种传感器及其信号检测电路,其作用就是检测机电一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变化,并将信息传递给电子控制单元,电子控制单元根据检查到的信息向执行器发出相应的控制。
3.电子控制单元:电子控制单元又称ECU(Electrical Control Unit),是机电一体化系统的核心,负责将来自各传感器的检测信号和外部输入命令进行集中、存储、计算、分析,根据信息处理结果,按照一定的程度和节奏发出相应的指令,控制整个系统有目的地进行。
4.执行器:执行器的作用是根据电子控制单元的指令驱动机械部件的运动。执行器是运动部件,通常采用电力驱动、气压驱动和液压驱动等几种方式。
5.动力源:动力源是机电一体化产品能量供应部分,其作用是按照系统控制要求向机械系统提供能量和动力使系统正常运行。提供能量的方式包括电能、气能和液压能,以电能为主。
综上所述,机电一体化的出现不是孤立的,它是许多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求和产物。机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科,随着科学技术的不但发展,还将被赋予新的内容。
参考文献:
[1]李建勇,机电一体化技术[M].北京:科学出版社,2004.
[2]顾京,现代机床设备[M].北京:化学工业出版社,2001.
[3]张开逊,现代传感技术在信息科学中的地位[J].工业计量,2006(1).
[4]石美峰,机电一体化技术的发展与思考[J].山西焦煤科技,2007(3).
[关键词]机电一体化发展系统组成
中图分类号:TM-9文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1110120-01
一、机电一体化的概念
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进电子技术,将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
二、机电一体化技术发展历程
自电子技术一问世,电子技术与机械技术的结合就开始了,只是出现了半导体集成电路,尤其是出现了以微处理器为代表的大规模集成电路以后,“机电一体化”技术之后有了明显进展,引起了人们的广泛注意:
1.数控机床的问世,写下了“机电一体化”历史的第一页;
2.微电子技术为“机电一体化”带来勃勃生机;
3.可编程序控制器、“电力电子”等的发展为“机电一体化”提供了坚强基础;
4.激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使“机电一体化”跃上新台阶。
三、机电一体化的发展趋势
机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合,它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面:
1.智能化:智能化是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化的研究中日益得到重视,机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。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,使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力,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、高速度的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或者人的部分智能,则是完全可能而且必要的。
2.系统化:系统化的表现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。表现之二是通信功能的大大加强。一般除RS232外,还有RS485等智能化通信接口。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系,机电一体化的人格化有两层含义:一层是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性等等,显得越来越重要,特别是对家用机器人,其高层境界就是人机一体化;另一层是模仿生物机理,研制出各种机电一体化产品。事实上,许多机电一体化产品都是受动物的启发而研制出来的。
3.微型化:兴起于20世纪80年代末,指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统(MEMS),泛指几何尺寸不超过1立方厘米的机电一体化产品,并向微米、纳米级发展。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。
4.仿生物系统化:今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大,并且往往在结构上是处于“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。仿生学研究领域中已发现的一些生物体优良的机构可为机电一体化产品提供新型机体,但如何使这些新型机体具有活的“生命”还有待于深入研究。这一研究领域称为“生物——软件”或“生物系统”,而生物的特点是硬件(肌体)——软件(大脑)一体,不可分割。看来,机电一体化产品虽然有向生物系统化发展趋,但有一段漫长的道路要走。
四、机电一体化技术内容
机电一体化技术内容主要包含以下几个方面:机械技术机械技术;计算机与信息技术;系统技术;自动控制技术;传感检测技术;伺服传动技术。
五、机电一体化系统组成
1.机械本体:机械本体包括机架、机械连接、机械传动等,它是机电一体化的基础,起着支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用。与纯粹的机械产品相比,机电一体化系统的技术性能得到提高、功能得到增强,这就要求机械本体在机械结构、材料、加工工艺性以及几何尺寸等方面能够与之相适应,具有高效、多功能、可靠和节能、小型、轻量、美观的特点。
2.检测传感部分:检测传感部分包括各种传感器及其信号检测电路,其作用就是检测机电一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变化,并将信息传递给电子控制单元,电子控制单元根据检查到的信息向执行器发出相应的控制。
3.电子控制单元:电子控制单元又称ECU(Electrical Control Unit),是机电一体化系统的核心,负责将来自各传感器的检测信号和外部输入命令进行集中、存储、计算、分析,根据信息处理结果,按照一定的程度和节奏发出相应的指令,控制整个系统有目的地进行。
4.执行器:执行器的作用是根据电子控制单元的指令驱动机械部件的运动。执行器是运动部件,通常采用电力驱动、气压驱动和液压驱动等几种方式。
5.动力源:动力源是机电一体化产品能量供应部分,其作用是按照系统控制要求向机械系统提供能量和动力使系统正常运行。提供能量的方式包括电能、气能和液压能,以电能为主。
综上所述,机电一体化的出现不是孤立的,它是许多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求和产物。机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科,随着科学技术的不但发展,还将被赋予新的内容。
参考文献:
[1]李建勇,机电一体化技术[M].北京:科学出版社,2004.
[2]顾京,现代机床设备[M].北京:化学工业出版社,2001.
[3]张开逊,现代传感技术在信息科学中的地位[J].工业计量,2006(1).
[4]石美峰,机电一体化技术的发展与思考[J].山西焦煤科技,2007(3).