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第一章概论

第一节机电一体化基本概念

机电一体化又称机械电子学，英文称为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

《机械设计》杂志的副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被人们广

泛接受和普遍使用。1996年出版的WEBSTER大词典收录了这个日本造的英文单词，这不仅

意味着“Mechatronics”这个单词得到了世界各国学术界和企业界的认可，而且还意味着

“机电一体化”的哲理和思想为世人所接受。

机械学

电子学

机电一体化

信息科学

图1-1机电一体化与其它学科的关系

那么，什么是机电一体化呢？

到目前为止，就机电一体化这一概念的内涵国内外学术界还没有一个完全统一的表述。

一般认为，机电一体化是以机械学、电子学和信息科学为主的多门技术学科在机电产品发展

过程中相互交叉、相互渗透而形成的一门新兴边缘性技术学科。这里面包含了三重含义：首

先，机电一体化是机械学、电子学与信息科学等学科相互融合而形成的学科。图1-1形象地

表达了机电一体化与机械学、电子学和信息科学之间的相互关系；其次，机电一体化是一个

发展中的概念，早期的机电一体化就像其字面所表述的那样，主要强调机械与电子的结合，

即将电子技术“溶入”到机械技术中而形成新的技术与产品。随着机电一体化技术的发展，

以计算机技术、通信技术和控制技术为特征的信息技术（即所谓的“3C”技术：Computer、

Communication和ControlTechnology）“渗透”到机械技术中，丰富了机电一体化的含义，

1-1

现代的机电一体化不仅仅指机械、电子与信息技术的结合，还包括光（光学）机电一体化、

机电气（气压）一体化、机电液（液压）一体化、机电仪（仪器仪表）一体化等；最后，机

电一体化表达了技术之间相互结合的学术思想，强调各种技术在机电产品中的相互协调，以

达到系统总体最优。换句话说，机电一体化是多种技术学科有机结合的产物，而不是它们的

简单叠加。

从概念的外延来看，机电一体化包括机电一体化技术和机电一体化产品两个方面。机电

一体化技术是从系统工程的观点出发，将机械、电子和信息等有关技术有机结合起来，以实

现系统或产品整体最优的综合性技术。机电一体化技术主要包括技术原理和使机电一体化产

品（或系统）得以实现、使用和发展的技术。机电一体化技术是一个技术群（族）的总称，

包括检测传感技术、信息处理技术、伺服驱动技术、自动控制技术、机械技术及系统总体技

术等。机电一体化产品有时也称为机电一体化系统，它们是两个相近的概念，通常机电一体

化产品指独立存在的机电结合产品，而机电一体化系统主要指依附于主产品的部件系统，这

样的系统实际上也是机电一体化产品。机电一体化产品是由机械系统（或部件）与电子系统

（或部件）及信息处理单元（硬件和软件）有机结合、而赋予了新功能和新性能的高科技产

品。由于在机械本体中“溶入”了电子技术和信息技术，与纯粹的机械产品相比，机电一体

化产品的性能得到了根本的提高，具有满足人们使用要求的最佳功能。

现实生活中的机电一体化产品比比皆是。我们日常生活中使用的全自动洗衣机、空调及

全自动照相机，都是典型的机电一体化产品；在机械制造领域中广泛使用的各种数控机床、

工业机器人、三坐标测量仪及全自动仓储，也是典型的机电一体化产品；而汽车更是机电一

体化技术成功应用的典范，目前汽车上成功应用和正在开发的机电一体化系统达数十种之

多，特别是发动机电子控制系统、汽车防抱死制动系统、全主动和半主动悬架等机电一体化

系统在汽车上的应用，使得现代汽车的乘坐舒适性、行驶安全性及环保性能都得到了很大的

改善；在农业工程领域，机电一体化技术也在一定范围内得到了应用，如拖拉机自动驾驶系

统、悬挂式农具