机电一体化技术发展前景.doc

浅谈机电一体化技术及其应用前景 摘要 本文阐述机电一体化的产生，探索机电一体化的发展历程和发展趋势以及机电一体化技术的基本结构组成及其主要应用领域在机械工程领域，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。简述了机电一体化技术的基本结构组成及其主要应用领域。 关键字 机电一体化的发展历程 发展趋势 应用前景。 其是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。机电一体化发展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括 为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技 术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术及电力电 子技术，根据系统功能目标要求，合理配置与布局各功能单元，在多 功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使 整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为一 个机电一体化系统或机电一体化产品。 一 机电一体化技术 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。 1.1 机械本体技术 机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。 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 1.2 传感技术 传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面，提高可 靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰，目前有采用光纤电 缆传感器的趋势。对外部信息传感器来说，目前主要发展非接触型检 测技术。 1.3 信息处理技术 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。 1.4 驱动技术 电机作为驱动机构已被广泛采用，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 组件—传感器—电机三位一体的伺服驱动单元。 1.5 接口技术 为了与计算机进行通信，必须使数据传递的格式标准化、规格化。 接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修，而且可以简化设 计。目前，技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口，来解决 信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、标准 化等问题 1.6 软件技术 软件与硬件必须协调一致地发展。为了减少软件的研制成本，提 高生产维修的效率，要逐步推行软件标准化，包括程序标准化、程序 模块化、软件程序的固化、推行软件工程等 二、机电一体化技术的发展趋势 1 机电一体化的发展历史进程 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 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 2 机电一体化的发展趋势 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