機(jī)電技術(shù)發(fā)展動(dòng)向課件

機(jī)電技術(shù)應(yīng)用行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)機(jī)電技術(shù)應(yīng)用行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)主要內(nèi)容國(guó)外機(jī)電一體化電機(jī)發(fā)展動(dòng)向世界機(jī)電產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)光機(jī)電一體化技術(shù)與產(chǎn)品發(fā)展前景分析機(jī)器人與自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)概述2005世界機(jī)器人調(diào)查數(shù)控系統(tǒng)伺服電機(jī)控制技術(shù)發(fā)展動(dòng)向五軸高速加工中心的發(fā)展動(dòng)向機(jī)電一體化研究現(xiàn)狀及發(fā)展應(yīng)用前景主要內(nèi)容國(guó)外機(jī)電一體化電機(jī)發(fā)展動(dòng)向國(guó)外機(jī)電一體化電機(jī)發(fā)展動(dòng)向

近二十年來(lái)，科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)。隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制理論發(fā)展，電機(jī)調(diào)速技術(shù)得到迅速發(fā)展，使得電機(jī)的應(yīng)用不再局限于工業(yè)應(yīng)用而且在商業(yè)及家用設(shè)備等各個(gè)領(lǐng)域獲得更加廣泛的應(yīng)用；而隨著新材料如稀土永磁材料、磁性復(fù)合材料的出現(xiàn)，更給電機(jī)設(shè)計(jì)插上翅膀，各種新型、高效、特種電機(jī)層出不窮。這些都極大地豐富了電機(jī)理論，拓寬了電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)也給電機(jī)設(shè)計(jì)和制造工藝提出更高的要求。

國(guó)外機(jī)電一體化電機(jī)發(fā)展動(dòng)向近二十年來(lái)，科學(xué)技交流變頻調(diào)速系統(tǒng)及變頻電機(jī)

二十年來(lái)，電力電子技術(shù)發(fā)生了革命性的進(jìn)展。功率元件從70年代的晶閘管（SCR），發(fā)展到80年代的雙極型晶體管（BJT，也稱(chēng)作GTR），到90年代則主要是絕緣柵雙極晶體管（IGBT）。日本的三菱電機(jī)公司已推出2000V/1200A的IGBT，歐洲的eupec公司也推出了3300V/1200A的元件，而1200V/600A的IGBT模塊則已大量生產(chǎn)供應(yīng)；IR以及Fairchild等著名半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的IPM模塊更為交流調(diào)速技術(shù)的白色家電（指冰箱、洗衣機(jī)和空調(diào)器等）以及汽車(chē)等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可能?？刂品矫嬉矎哪M控制發(fā)展到數(shù)字控制，從單片機(jī)發(fā)展到數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）和高級(jí)專(zhuān)用集成電路，控制部件功能日益完善，而所需的控制器件和控制器體積日益減小，控制器可靠性日益提高而成本日益降低。例如0.75kW通用變頻器的過(guò)去的10年間，體積減小到原來(lái)的1/10，成本下降了大約40~50%，中小型電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成熟。據(jù)美國(guó)《控制工程》報(bào)道在1996~2000年間美國(guó)用于工廠自動(dòng)化方面的電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的總費(fèi)用約45億美元，其中采用變頻器控制三相異步電動(dòng)機(jī)的約占52.8%，且呈逐年上升趨勢(shì)。交流變頻調(diào)速系統(tǒng)及變頻電機(jī)

二十年來(lái)，電力電子技術(shù)發(fā)無(wú)刷電機(jī)

近年來(lái)，轉(zhuǎn)子采用永磁結(jié)構(gòu)、主電路采用功率器件的無(wú)刷直流電機(jī)得到了很大的發(fā)展，其功率覆蓋等級(jí)較大。小功率無(wú)刷直流電機(jī)主要應(yīng)用于工廠自動(dòng)化和辦公自動(dòng)化方面，如計(jì)算機(jī)外設(shè)復(fù)印機(jī)和家用電器中，它正在迅速取代傳統(tǒng)的直流電機(jī)和異步電機(jī)；90年代以來(lái)，在高精度的數(shù)控設(shè)備中相當(dāng)多的采用了永磁同步無(wú)刷電機(jī)（交流伺服電機(jī)）以取代寬調(diào)速的直流伺服電機(jī)，特別是在機(jī)器人和機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)中，無(wú)刷直流電機(jī)的應(yīng)用相當(dāng)多。目前全世界機(jī)器人的擁有量已經(jīng)超過(guò)100萬(wàn)臺(tái)，且每年以大于20%的速度增長(zhǎng)，這已經(jīng)成為無(wú)刷直流電機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域。近年來(lái)，采用交流無(wú)刷電機(jī)代替異步電機(jī)作為機(jī)床的主軸直接驅(qū)動(dòng)也已成為新的研究和應(yīng)用熱點(diǎn)。大功率無(wú)刷直流電機(jī)（一般采用晶閘管作為功率器件，習(xí)慣上稱(chēng)為無(wú)換向器電機(jī)）在低速、環(huán)境惡劣和有一定調(diào)速性能要求的場(chǎng)合有著廣泛的應(yīng)用前景，如鋼廠的軋機(jī)、水泥窯傳動(dòng)抽水蓄能等。

目前國(guó)外交流伺服電機(jī)已經(jīng)部分形成系列，如德國(guó)Lens公司，而寶鋼引進(jìn)的軋機(jī)流水線電氣傳動(dòng)基本采用了無(wú)換向器電機(jī)實(shí)現(xiàn)；日本在電動(dòng)車(chē)的應(yīng)用中也主要采用了無(wú)刷直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，并取得了較好的應(yīng)用效果。無(wú)刷電機(jī)

近年來(lái)，轉(zhuǎn)子采用永磁結(jié)構(gòu)、主電路采用功世界機(jī)電產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)

世界機(jī)電產(chǎn)品貿(mào)易呈現(xiàn)區(qū)域化相對(duì)集中

從目前世界機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)出口貿(mào)易流向來(lái)看，絕大多數(shù)機(jī)電產(chǎn)品跨國(guó)流動(dòng)貿(mào)易額，是在北美、歐洲和亞洲各國(guó)業(yè)已形成的區(qū)域貿(mào)易集團(tuán)內(nèi)部或跨區(qū)域貿(mào)易集團(tuán)之間進(jìn)行的。從經(jīng)濟(jì)全球化的角度來(lái)看，機(jī)電產(chǎn)品貿(mào)易在一定程度上顯現(xiàn)了在地域分布上的相對(duì)集中。目前歐洲、北美、亞洲及大洋洲各國(guó)機(jī)電產(chǎn)品出口占世界機(jī)電產(chǎn)品出口貿(mào)易額的94％；上述地區(qū)機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口占世界機(jī)電產(chǎn)品貿(mào)易額的85％。由于世界機(jī)電產(chǎn)品發(fā)展主要依托歐洲、北美、亞洲機(jī)電產(chǎn)品貿(mào)易規(guī)模的擴(kuò)大，因此，上述三個(gè)地區(qū)機(jī)電產(chǎn)品貿(mào)易增長(zhǎng)速度，反映了整個(gè)世界機(jī)電產(chǎn)品貿(mào)易發(fā)展的全貌。世界機(jī)電產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)世界機(jī)電產(chǎn)品貿(mào)易呈現(xiàn)區(qū)域化相對(duì)集高新技術(shù)機(jī)電產(chǎn)品貿(mào)易比重、增幅明顯近10年來(lái)，以信息技術(shù)為代表的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，不僅加快了發(fā)達(dá)國(guó)家的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐，而且也為一些發(fā)展中國(guó)家擺脫單純依靠勞動(dòng)力成本低廉優(yōu)勢(shì)、大力發(fā)展高新技術(shù)機(jī)電產(chǎn)品貿(mào)易提供了機(jī)遇。世界范圍的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整促成了全球機(jī)電產(chǎn)品產(chǎn)銷(xiāo)格局發(fā)生新的變化。美國(guó)、日本在高新技術(shù)機(jī)電產(chǎn)品出口年均增長(zhǎng)速度和占全部機(jī)電產(chǎn)品出口的比重發(fā)展最快，美國(guó)為28％、44％，日本則為32％、39％。高新技術(shù)機(jī)電產(chǎn)品貿(mào)易比重、增幅明顯機(jī)電產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)內(nèi)貿(mào)易方式趨強(qiáng)二戰(zhàn)以來(lái)，國(guó)際貿(mào)易變化最顯著的特征就是產(chǎn)業(yè)內(nèi)貿(mào)易迅速增長(zhǎng)，即不同國(guó)家同類(lèi)產(chǎn)品之間的貿(mào)易量大大增加。其原因是跨國(guó)公司為主體的機(jī)電產(chǎn)品生產(chǎn)全球化，加快了全球機(jī)電工業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，改變了許多國(guó)家傳統(tǒng)的“進(jìn)口初級(jí)產(chǎn)品—出口制成品”的貿(mào)易模式，出現(xiàn)了眾多同一產(chǎn)業(yè)既出口又進(jìn)口的產(chǎn)業(yè)內(nèi)貿(mào)易。它不僅使發(fā)達(dá)國(guó)家之間的貿(mào)易大大增加，同時(shí)也使得發(fā)展中國(guó)家與發(fā)達(dá)國(guó)家之間及發(fā)展中國(guó)家相互之間貿(mào)易不斷增加?？鐕?guó)公司內(nèi)部貿(mào)易的蓬勃發(fā)展，使得越來(lái)越多機(jī)電產(chǎn)品的中間產(chǎn)品成為世界貿(mào)易的主流。據(jù)美國(guó)《財(cái)富》雜志預(yù)測(cè)，到2010年和2030年光電子信息技術(shù)裝備及產(chǎn)品、新生和再生能源技術(shù)裝備及產(chǎn)品、海洋開(kāi)發(fā)技術(shù)裝備及產(chǎn)品、空間技術(shù)裝備及產(chǎn)品、環(huán)保技術(shù)裝備及產(chǎn)品等五大類(lèi)高科技機(jī)電產(chǎn)品將占世界機(jī)電產(chǎn)品出口額的20％和40％。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，許多新型機(jī)電產(chǎn)品相繼被開(kāi)發(fā)并陸續(xù)投入國(guó)際市場(chǎng)，它帶動(dòng)了世界機(jī)電產(chǎn)品市場(chǎng)上需求長(zhǎng)線看好。機(jī)電產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)內(nèi)貿(mào)易方式趨強(qiáng)世界機(jī)電產(chǎn)品貿(mào)易的沖突和摩擦加劇作為推進(jìn)全球貿(mào)易自由化的多邊貿(mào)易組織——WTO，雖然具備了比較完善的規(guī)則和約束各成員的貿(mào)易法規(guī)，作為其成員提供了參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的共同標(biāo)準(zhǔn)，但是經(jīng)濟(jì)全球化的負(fù)面影響在把各國(guó)經(jīng)濟(jì)緊密聯(lián)系在一起的同時(shí)，并未消除各國(guó)間的利益沖突，它使得各國(guó)的國(guó)家層面上和區(qū)域?qū)用嫔系慕?jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。一是各國(guó)廣泛使用技術(shù)性貿(mào)易壁壘(TechnicalBarrierToTrade簡(jiǎn)稱(chēng)TBT)，以保護(hù)人類(lèi)健康和消費(fèi)者安全為理由，對(duì)進(jìn)口的機(jī)電產(chǎn)品設(shè)立了更為嚴(yán)格的技術(shù)性能標(biāo)準(zhǔn)和機(jī)電產(chǎn)品的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)性貿(mào)易壁壘成為繼關(guān)稅壁壘、非關(guān)稅壁壘（行政措施)之后的新型貿(mào)易壁壘。

世界機(jī)電產(chǎn)品貿(mào)易的沖突和摩擦加劇

二是加大對(duì)機(jī)電產(chǎn)品反傾銷(xiāo)行動(dòng)的力度，造成大量機(jī)電產(chǎn)品反傾銷(xiāo)的使用率明顯增加；三是發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)發(fā)展中國(guó)家設(shè)置綠色貿(mào)易壁壘，以潔凈技術(shù)和潔凈產(chǎn)品能維護(hù)生態(tài)環(huán)境為由，制定相關(guān)的以環(huán)境保護(hù)為目的的貿(mào)易懲罰措施，如環(huán)境附加稅，以限制低質(zhì)廉價(jià)機(jī)電產(chǎn)品打進(jìn)世界市場(chǎng)。四是發(fā)達(dá)國(guó)家迫于石油價(jià)格波動(dòng)，匯率變化及國(guó)內(nèi)勞工組織壓力，把機(jī)電產(chǎn)品貿(mào)易同勞工標(biāo)準(zhǔn)、社會(huì)福利等非貿(mào)易壁壘相掛鉤，針對(duì)發(fā)展中國(guó)家機(jī)電產(chǎn)品出口設(shè)置新的障礙。

二是加大對(duì)機(jī)電產(chǎn)品反傾銷(xiāo)行動(dòng)的力度，造成大量機(jī)發(fā)展中國(guó)家機(jī)電產(chǎn)品出口繼續(xù)增長(zhǎng)雖然中國(guó)機(jī)電產(chǎn)品出口中的70％是通過(guò)加工貿(mào)易實(shí)現(xiàn)的，它的勞動(dòng)密集型加工程度大，增值率低，但是中國(guó)作為全球最大的發(fā)展中國(guó)家，充分利用充足的熟練勞動(dòng)力資源和多元化的產(chǎn)業(yè)制造能力，已在全球機(jī)電產(chǎn)品出口中占有重要一席。

21世紀(jì)中國(guó)機(jī)電產(chǎn)品出口仍將保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，并逐步提高機(jī)電產(chǎn)品出口比重。與中國(guó)情況相近的許多東南亞、南亞、拉美新興市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)國(guó)家，近10年來(lái)也一直保持著機(jī)電產(chǎn)品出口穩(wěn)定增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。泰國(guó)、馬來(lái)西亞、印度、巴西、墨西哥在世界機(jī)械與運(yùn)輸設(shè)備出口國(guó)家的位次排序中，逐年前移，墨西哥甚至排在15強(qiáng)的第9位。可以預(yù)見(jiàn)除了上述國(guó)家在21世紀(jì)會(huì)繼續(xù)保持機(jī)電產(chǎn)品出口強(qiáng)勢(shì)以外，前東歐市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)軌的國(guó)家及俄羅斯也會(huì)在完成向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)過(guò)渡階段后，發(fā)揮各自制造工業(yè)基礎(chǔ)雄厚的優(yōu)勢(shì)，躋身世界機(jī)電產(chǎn)品出口大國(guó)的行列。發(fā)展中國(guó)家機(jī)電產(chǎn)品出口繼續(xù)增長(zhǎng)擴(kuò)大機(jī)電產(chǎn)品出口的戰(zhàn)略措施

目前我國(guó)擴(kuò)大機(jī)電產(chǎn)品出口面臨的主要制約因素有以下幾方面：一是市場(chǎng)多元化戰(zhàn)略實(shí)施受到遲滯，原因是世界機(jī)電產(chǎn)品市場(chǎng)除了發(fā)達(dá)國(guó)家市場(chǎng)相對(duì)穩(wěn)定規(guī)范外，絕大多數(shù)發(fā)展中國(guó)家機(jī)電產(chǎn)品市場(chǎng)都尚待開(kāi)發(fā)，發(fā)展空間和市場(chǎng)潛力挖掘都有待時(shí)日。二是高新技術(shù)機(jī)電產(chǎn)品占整個(gè)機(jī)電產(chǎn)品出口比重偏低。由于缺乏含有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的民族名牌機(jī)電產(chǎn)品，使得中國(guó)大陸機(jī)電工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模居世界第6位的能力，沒(méi)有能充分發(fā)揮出口潛力，機(jī)電產(chǎn)品出口落后于韓國(guó)、新加坡、臺(tái)灣、香港、墨西哥，世界排名僅在第15位。三是發(fā)達(dá)國(guó)家及部分發(fā)展中國(guó)家頻繁發(fā)起反傾銷(xiāo)、反補(bǔ)貼訴訟，發(fā)達(dá)國(guó)家在噪聲污染、電磁污染、節(jié)能性、安全性、兼容性等方面設(shè)置技術(shù)性貿(mào)易壁壘，將給我國(guó)擴(kuò)大機(jī)電產(chǎn)品出口帶來(lái)新一輪阻力。擴(kuò)大機(jī)電產(chǎn)品出口的戰(zhàn)略措施

目前，我國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)品出口已呈現(xiàn)高速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，但高新技術(shù)產(chǎn)品出口還存在著結(jié)構(gòu)性的矛盾。主要體現(xiàn)在（1）在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面，我國(guó)在中低端產(chǎn)品供大于求、生產(chǎn)能力過(guò)剩的同時(shí)，高端核心產(chǎn)品主要依賴(lài)進(jìn)口。（2）高新技術(shù)產(chǎn)品出口市場(chǎng)集中在美日歐等發(fā)達(dá)國(guó)家，約占八成；（3）國(guó)有企業(yè)和民營(yíng)企業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)品出口所占比重依然較低。這三個(gè)方面尤以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性的矛盾尤為突出。

為了改變目前我國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)品出口結(jié)構(gòu)不合理的現(xiàn)象，國(guó)家有關(guān)部門(mén)大力支持和鼓勵(lì)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高新技術(shù)產(chǎn)品出口，具體的政策措施主要包括以下幾個(gè)方面：首先是資金支持政策，這是政策重點(diǎn)。其次，為高新技術(shù)產(chǎn)品出口企業(yè)營(yíng)造良好的出口環(huán)境方面。

目前，我國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)品出口已呈現(xiàn)高速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，但高光機(jī)電一體化技術(shù)與產(chǎn)品發(fā)展前景分析

近年來(lái)光機(jī)電一體化(OPTOMechatronics)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)日益成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的熱點(diǎn)話(huà)題，舉國(guó)上下都將光機(jī)電一體化技術(shù)與產(chǎn)業(yè)作為競(jìng)相發(fā)展的對(duì)象，進(jìn)而以此構(gòu)筑拉動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的新增長(zhǎng)點(diǎn)。

1光機(jī)電一體化技術(shù)與產(chǎn)品的特色光機(jī)電一體化技術(shù)是在現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)與機(jī)電一體化技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的又一門(mén)新興交叉學(xué)科，是綜合集成當(dāng)前光學(xué)、機(jī)械學(xué)、電子學(xué)、信息處理與控制等領(lǐng)域中最新技術(shù)的一種群體技術(shù)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，光機(jī)電一體化技術(shù)的先進(jìn)作用是在機(jī)械電子產(chǎn)品中加入了現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)，進(jìn)而將光電子技術(shù)、光電檢測(cè)技術(shù)、視覺(jué)傳感技術(shù)與機(jī)電控制技術(shù)、微機(jī)技術(shù)的各自?xún)?yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，形成綜合化優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)出前所未有的高新技術(shù)產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)外目前開(kāi)發(fā)出的光機(jī)電一體化產(chǎn)品的主要特色是具有智能化測(cè)控乃至視覺(jué)控制功能。光機(jī)電一體化技術(shù)與產(chǎn)品發(fā)展前景分析近年來(lái)光機(jī)電一體1.1將光學(xué)技術(shù)與各種信息處理技術(shù)相結(jié)合光學(xué)技術(shù)在光機(jī)電一體化產(chǎn)品中直接而又最重要的角色就是對(duì)各種信息進(jìn)行光電檢測(cè)與控制從而實(shí)現(xiàn)智能化控制。目前應(yīng)用較多的有激光傳感檢測(cè)技術(shù)，其應(yīng)用分類(lèi)情況如圖。1.1將光學(xué)技術(shù)與各種信息處理技術(shù)相結(jié)合

另一類(lèi)廣泛應(yīng)用的光電傳感器是CCD傳感器，CCD是電荷耦合器件(Chargecoupledevice)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種微型圖像傳感器既，具有光電轉(zhuǎn)換功能，又具有信號(hào)電荷的存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移和讀出功能。它能把一幅空間域分布的圖像變換為一列按時(shí)間域離散分布的電信號(hào)，并具有靈敏度高、光譜響應(yīng)寬、動(dòng)態(tài)范圍大、象元尺寸小、幾何精度高、抗振動(dòng)和潮濕及低成本的特點(diǎn)。由于CCD圖像傳感器以時(shí)間積分方式工作，光積分時(shí)間可在很寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，所以輸出信號(hào)易與計(jì)算機(jī)相連接，進(jìn)行數(shù)字化處理。近幾年來(lái)，隨著MOS集成電路制造工藝的飛速發(fā)展，CCD技術(shù)也得以迅速發(fā)展。實(shí)際上，CCD圖像傳感器作為一種新型光電轉(zhuǎn)換器現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于攝像、圖像采集、掃描儀和工業(yè)測(cè)控等領(lǐng)域。另一類(lèi)廣泛應(yīng)用的光電傳感器是CCD傳感器，CCD

此外還可以應(yīng)用光纖技術(shù)進(jìn)行探測(cè)傳感、信號(hào)傳輸，從而出現(xiàn)了各種各樣的光纖傳感器，已經(jīng)在油氣井測(cè)試、板壩結(jié)構(gòu)縫監(jiān)測(cè)、橋梁狀態(tài)監(jiān)測(cè)、管道泄漏監(jiān)測(cè)、表面粗糙度檢測(cè)、纖維增強(qiáng)塑料基復(fù)合材料(FRP)殘余應(yīng)力測(cè)定、空間溫度場(chǎng)測(cè)量、電力測(cè)量等行業(yè)得到了不同程度的應(yīng)用，例如在電力系統(tǒng)中采用光纖電流傳感器和光纖電壓傳感器則可以大大提高電力系統(tǒng)運(yùn)行與監(jiān)控的自動(dòng)化程度和各項(xiàng)指標(biāo)。1.2將光學(xué)技術(shù)與各種科學(xué)儀器和裝置相結(jié)合

X線顯微鏡、光電平印裝置、光化學(xué)氣相沉積(CVD)裝置、三維顯示等都是光學(xué)技術(shù)結(jié)合后在原有基礎(chǔ)上產(chǎn)生的升級(jí)換代產(chǎn)品。此外還可以應(yīng)用光纖技術(shù)進(jìn)行探測(cè)傳感、信號(hào)傳輸，從而出1.3將光學(xué)技術(shù)與微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)相結(jié)合微光機(jī)電系統(tǒng)是(MOMES)是在微機(jī)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，把光電子器件、微電子器件和微機(jī)械結(jié)構(gòu)或裝置以微加工技術(shù)集成在一起，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步小型化，進(jìn)而導(dǎo)致新一代器件和裝置的誕生。隨著人們對(duì)MOMES興趣的增長(zhǎng)和對(duì)MOMES的有效投入，使得MOMES突現(xiàn)出針對(duì)多數(shù)應(yīng)用極具吸引力的內(nèi)在特性，適用于光通信、數(shù)字圖像獲取、顯示和處理、IT外圍設(shè)備、環(huán)保、自動(dòng)化、生物醫(yī)療裝備、工業(yè)維護(hù)等各種應(yīng)用領(lǐng)域。以光通信領(lǐng)域?yàn)槔?，隨著DWDM技術(shù)和寬帶光放大器的發(fā)展，光網(wǎng)絡(luò)容量正以“爆炸性”的速度擴(kuò)大，相應(yīng)要求互補(bǔ)功能和元器件的發(fā)展，基于移動(dòng)微鏡的光開(kāi)關(guān)和光交叉(OXC)技術(shù)既體現(xiàn)了機(jī)械光開(kāi)關(guān)方案的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，同時(shí)解決了功耗問(wèn)題，縮短了開(kāi)關(guān)時(shí)間，并且消除了移動(dòng)光纖式開(kāi)關(guān)端口數(shù)目擴(kuò)容的限制；除此之外，MOMES也用作DWDM通信中的可調(diào)諧光源和可調(diào)諧濾波器，并可用作光調(diào)制器和光衰減器。另一大類(lèi)MOMES是屬于圖像處理的相關(guān)產(chǎn)品，例如應(yīng)用于信息的顯示、打印和處理，許多器件也都是基于靜電、熱、電磁驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的微鏡移動(dòng)機(jī)制。1.3將光學(xué)技術(shù)與微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)相結(jié)合1.4將光學(xué)技術(shù)與各種加工技術(shù)相結(jié)合在這一點(diǎn)上人們首先想到的是較大功率或大功率激光加工技術(shù)，其實(shí)這些技術(shù)在機(jī)電一體化大發(fā)展時(shí)期都已較為成熟。如今應(yīng)該重點(diǎn)提及的是光學(xué)加工技術(shù)在微光機(jī)電機(jī)械系統(tǒng)和光纖通訊中的應(yīng)用。用于MOMES最基本的微機(jī)械制造技術(shù)中的一種重要微加工技術(shù)是LIGA制造技術(shù)，LIGA是LithographicGalvanForming和Abforming三個(gè)詞的簡(jiǎn)寫(xiě)，是X-光射線深度光刻、電鑄和塑鑄三種工藝的組合，是利用X-射線的深穿透能力制作出高度(深度)和寬度比大的精細(xì)結(jié)構(gòu)。1.4將光學(xué)技術(shù)與各種加工技術(shù)相結(jié)合機(jī)電技術(shù)發(fā)展動(dòng)向課件2光機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展熱點(diǎn)目前國(guó)際上光機(jī)電一體化產(chǎn)業(yè)不斷進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，使各行各業(yè)不斷融合和協(xié)調(diào)發(fā)展?；跈C(jī)電一體化技術(shù)、微電子伺服控制技術(shù)、激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)，結(jié)合目前的市場(chǎng)需求以及上述這些技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，真正光機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展熱點(diǎn)應(yīng)該體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。2.1視覺(jué)機(jī)器人視覺(jué)機(jī)器人將視覺(jué)技術(shù)與機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合，使機(jī)器人具有與周?chē)h(huán)境交互的能力，是智能機(jī)器人最重要的發(fā)展方向之一，在視覺(jué)抓取、動(dòng)態(tài)跟蹤、自動(dòng)裝配、遠(yuǎn)程技術(shù)、移動(dòng)機(jī)器人、危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境、空間站對(duì)接等領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。一方面，應(yīng)用領(lǐng)域的不同及視覺(jué)機(jī)器人本身的復(fù)雜化需要人們建立相應(yīng)的體系結(jié)構(gòu)，以便于整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；另一方面，隨著電子器件和計(jì)算能力的迅速發(fā)展，視覺(jué)機(jī)器人變得越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)其設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)也提出了更高的要求。從通用的體系結(jié)構(gòu)上來(lái)講，其靜態(tài)結(jié)構(gòu)應(yīng)以視覺(jué)伺服體系結(jié)構(gòu)為基本框架，動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)則應(yīng)使用集散體系結(jié)構(gòu)，通過(guò)層次遞歸的方式組織各控制單元，使得各部分相對(duì)自治，整體又具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性；利用消息處理和分派機(jī)制來(lái)完成控制單元之間的協(xié)調(diào)。2光機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展熱點(diǎn)2.2智能化數(shù)控系統(tǒng)和智能制造系統(tǒng)

21世紀(jì)機(jī)械制造業(yè)的特色將是信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化和不斷創(chuàng)新的綠色制造，而生物技術(shù)、納米技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)將成為機(jī)械制造業(yè)的重要發(fā)展方向。因此運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)改造傳統(tǒng)制造業(yè)，成為實(shí)現(xiàn)制造業(yè)跨越式發(fā)展的重要途徑。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu)，CNC只能作為非智能的機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制器。加工過(guò)程變量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以固定參數(shù)形式事先設(shè)定，加工程序在實(shí)際加工前用手工方式或通過(guò)CAD/CAM及自動(dòng)編程系統(tǒng)進(jìn)行編制。CAD/CAM和CNC之間沒(méi)有反饋控制環(huán)節(jié)，整個(gè)制造過(guò)程中CNC只是一個(gè)封閉式的開(kāi)環(huán)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。智能化數(shù)控技術(shù)就是要在CAD/CAM和CNC之間形成反饋控制環(huán)節(jié)，目前正沿著幾個(gè)分支發(fā)展：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專(zhuān)家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專(zhuān)家系統(tǒng)、故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)，在高速加工時(shí)的綜合運(yùn)動(dòng)控制中引入提前預(yù)測(cè)和預(yù)算功能、動(dòng)態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達(dá)到最佳控制的目的。2.2智能化數(shù)控系統(tǒng)和智能制造系統(tǒng)

智能制造系統(tǒng)(Intelligentmanufacturingsystem)是一種智能化的制造系統(tǒng)，是由智能機(jī)器人和人類(lèi)專(zhuān)家組合而成的人機(jī)一體化的智能系統(tǒng)，它將智能技術(shù)融合進(jìn)制造系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)模擬人類(lèi)的智能活動(dòng)，取代人類(lèi)專(zhuān)家的部分智能活動(dòng)，使系統(tǒng)具有智能特征。智能制造系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)包括以下內(nèi)容：◆智能設(shè)計(jì)將專(zhuān)家系統(tǒng)引入設(shè)計(jì)領(lǐng)域，將人們從繁重的勞動(dòng)中解脫出來(lái)，目前在CAD/CAPP/CAM領(lǐng)域中應(yīng)用專(zhuān)家系統(tǒng)已取得了一定進(jìn)展，但仍未發(fā)揮出其全部能力?！糁悄茉\斷◆自適應(yīng)功能◆智能管理系統(tǒng)智能制造系統(tǒng)(Intelligentmanufac2.3生物醫(yī)學(xué)電子設(shè)備生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)是一門(mén)由生物、醫(yī)學(xué)、電子學(xué)和工程學(xué)等多學(xué)科交叉的邊緣學(xué)科，它一方面將電子學(xué)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，使這些領(lǐng)域的研究方式更加精確和科學(xué)；另一方面，由于通過(guò)漫長(zhǎng)的進(jìn)化，生物體本身實(shí)際上就是一個(gè)十分優(yōu)良和精細(xì)的復(fù)雜系統(tǒng)，它形成的生物信息處理的優(yōu)異特性將會(huì)給電子學(xué)以重要的啟示，使電子信息科學(xué)發(fā)生革命性的變化。除了生物醫(yī)學(xué)傳感器、神經(jīng)電極、植入式電子系統(tǒng)、生物芯片、分子和生物分子電子學(xué)、仿生系統(tǒng)之外，最能體現(xiàn)光機(jī)電一體化技術(shù)色彩的當(dāng)屬監(jiān)護(hù)技術(shù)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。一般由傳感器、信號(hào)處理、識(shí)別、分析、診斷部分、顯示記錄和報(bào)警裝置以及治療系統(tǒng)等組成。及時(shí)為醫(yī)生提供患者的各種重要生理信息，為醫(yī)生正確掌握病情變化、進(jìn)行正確診斷、制定醫(yī)療系統(tǒng)方案提供基本依據(jù)。隨時(shí)監(jiān)測(cè)各重要生理參數(shù)的變化、病情趨勢(shì)、預(yù)報(bào)險(xiǎn)情，以避免病情惡化和減少死亡率，起到部分代替醫(yī)務(wù)人員臨床監(jiān)護(hù)工作的作用；為醫(yī)學(xué)臨床研究積累豐富的數(shù)據(jù)。2.3生物醫(yī)學(xué)電子設(shè)備2.4汽車(chē)電子汽車(chē)電子化被認(rèn)為是汽車(chē)技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中的一次革命，汽車(chē)電子化的程度被看作是衡量現(xiàn)代汽車(chē)水平的重要標(biāo)志，是用來(lái)開(kāi)發(fā)新車(chē)型、改進(jìn)汽車(chē)性能的最重要技術(shù)措施。汽車(chē)制造商認(rèn)為增加汽車(chē)電子設(shè)備的數(shù)量、促進(jìn)汽車(chē)電子化是奪取未來(lái)汽車(chē)市場(chǎng)重要而有效的手段。按照對(duì)汽車(chē)行駛性能作用的影響劃分，可以把汽車(chē)電子產(chǎn)品歸納為兩類(lèi)：一類(lèi)是與車(chē)上機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行配合使用的汽車(chē)電子控制裝置，即所謂“機(jī)電結(jié)合”的汽車(chē)電子裝置。包括發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)、車(chē)身電子控制，例如電子燃油噴射系統(tǒng)、制動(dòng)防抱死控制、防滑控制、牽引力控制、電子控制懸架、電子控制自動(dòng)變速器、電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向等；另一類(lèi)是在汽車(chē)環(huán)境下能夠獨(dú)立使用的車(chē)載汽車(chē)電子裝置，它和汽車(chē)本身的性能并無(wú)直接關(guān)系，包括汽車(chē)信息系統(tǒng)(行車(chē)電腦)、導(dǎo)航系統(tǒng)、汽車(chē)音響及電視娛樂(lè)系統(tǒng)、車(chē)載通信系統(tǒng)、上網(wǎng)設(shè)備等。2.4汽車(chē)電子3我國(guó)光機(jī)電一體化技術(shù)與產(chǎn)品發(fā)展中的關(guān)鍵問(wèn)題當(dāng)前我國(guó)已進(jìn)入大規(guī)模發(fā)展光機(jī)電一體化技術(shù)的階段，如北京市政府在2002年已將光機(jī)電一體化技術(shù)列為重點(diǎn)發(fā)展的四大產(chǎn)業(yè)之一，集中在通州區(qū)茨渠鎮(zhèn)建立北京光機(jī)電一體化產(chǎn)業(yè)基地，“十五”期間規(guī)劃投入資金200億元，希望到2010年建成世界一流的光機(jī)電一體化產(chǎn)業(yè)基地，形成250億元的生產(chǎn)規(guī)模。但也應(yīng)該清醒地看到我國(guó)目前在這方面的工作尚屬處于“散、小、低”的狀態(tài)，即布局散、規(guī)模小、技術(shù)含量低。我國(guó)的光機(jī)電一體化技術(shù)要趕上世界先進(jìn)水平，首先要重視基礎(chǔ)研究，在了解國(guó)際發(fā)展水平的同時(shí)結(jié)合我國(guó)國(guó)情探索有中國(guó)特色的研究開(kāi)發(fā)模式。3我國(guó)光機(jī)電一體化技術(shù)與產(chǎn)品發(fā)展中的關(guān)鍵問(wèn)題

為了加快我國(guó)光機(jī)電一體化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展步伐，逐步形成有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品體系和高效率的生產(chǎn)能力，需要特別注意以下一些關(guān)鍵問(wèn)題的工作：(1)智能化光電傳感器在光機(jī)電一體化產(chǎn)品中各種傳感器的性能直接影響到產(chǎn)品的智能化程度與性能水平。當(dāng)前我國(guó)在激光檢測(cè)技術(shù)、紅外檢測(cè)技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)傳感器等方面都已能有一定產(chǎn)品，但在視覺(jué)傳感技術(shù)方面還較落后，如各種CCD傳感器還主要依賴(lài)國(guó)外產(chǎn)品，缺乏自主產(chǎn)權(quán)，也缺乏智能化、數(shù)字化產(chǎn)品。(2)圖像實(shí)時(shí)處理與識(shí)別技術(shù)這是在視覺(jué)機(jī)器人、自動(dòng)檢測(cè)儀器、醫(yī)療設(shè)備中的首要問(wèn)題。如在智能焊接機(jī)器人的研發(fā)工作中需要解決對(duì)焊縫視覺(jué)信息的實(shí)時(shí)處理與抗焊接電弧干擾問(wèn)題，在各種無(wú)損檢測(cè)包括地下、水下、工業(yè)管道檢測(cè)中的圖像處理、缺陷診斷問(wèn)題；又如在X線成像、XCT、光學(xué)CT、磁共振成像等生物醫(yī)學(xué)圖像成像技術(shù)中，當(dāng)前急需研究開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)是三維圖像的重建處理和分析、圖像的匹配與融合，以及圖像信息的壓縮技術(shù)等。為了加快我國(guó)光機(jī)電一體化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展步伐，逐步形(3)機(jī)電控制組件的模塊化智能化一體化這是發(fā)展光機(jī)電一體化產(chǎn)品與產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，只有在充分應(yīng)用高精度、高性能的機(jī)電控制組件工業(yè)化產(chǎn)品的“高起點(diǎn)”上，才能迅速開(kāi)發(fā)出有自己特色的光機(jī)電一體化新產(chǎn)品，才能保證新產(chǎn)品的質(zhì)量與批量生產(chǎn)能力。如在智能機(jī)器人的組成中大量采用了伺服電機(jī)與控制器模塊、工業(yè)計(jì)算機(jī)控制模塊、數(shù)字開(kāi)關(guān)電源模塊以及機(jī)械傳動(dòng)模塊等先進(jìn)的工業(yè)化產(chǎn)品。但是，當(dāng)前這些模塊大都依賴(lài)進(jìn)口，不但價(jià)格昂貴而且在進(jìn)一步智能化、一體化開(kāi)發(fā)方面受到了控制，因而迫切需要今后在這方面形成自己的專(zhuān)門(mén)化開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)能力，使得我國(guó)的光機(jī)電一體化產(chǎn)品也像家電、汽車(chē)一樣逐步完成國(guó)產(chǎn)化自主發(fā)展的過(guò)程。(3)機(jī)電控制組件的模塊化智能化一體化(4)人工智能控制技術(shù)這是發(fā)展光機(jī)電一體化的核心技術(shù)。當(dāng)前各種智能控制理論與控制技術(shù)正在蓬勃發(fā)展，但在實(shí)用性上還需加大開(kāi)發(fā)研究力度，如模糊控制算法、擬人控制技術(shù)都具有較好的實(shí)用前景，特別是北京航空航天大學(xué)張明康教授提出的擬人控制技術(shù)具有新穎性與我國(guó)自己的特色，如能發(fā)展成實(shí)用的算法或智能化控制模塊對(duì)推動(dòng)光機(jī)電一體化產(chǎn)品的智能化水平有巨大意義。另外從實(shí)用的角度，也希望能加強(qiáng)開(kāi)發(fā)模塊化的智能控制單元，這些單元根據(jù)不同被控對(duì)象已高度集成了微處理器、I/O電路、網(wǎng)絡(luò)接口及相應(yīng)控制軟件，這樣不但能便利智能化光機(jī)電一體化新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，并能降低其成本提高質(zhì)量穩(wěn)定性與可靠性。(4)人工智能控制技術(shù)機(jī)器人與自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)概述

機(jī)器人與自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)是光儀電產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，主要應(yīng)用于智能控制，涉及機(jī)器人和自動(dòng)化生產(chǎn)線成套裝備。一、機(jī)器人

1、工業(yè)機(jī)器人

工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)（機(jī)械本體）、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的光儀電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。

（1）操作機(jī)：通過(guò)有限元分析、模態(tài)分析及仿真設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用，機(jī)器人操作機(jī)已實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（2）控制器：控制器的性能進(jìn)一步提高，已由過(guò)去控制標(biāo)準(zhǔn)的6軸機(jī)器人發(fā)展到現(xiàn)在能夠控制21軸甚至27軸，并且實(shí)現(xiàn)了軟件伺服和全數(shù)字控制。機(jī)器人與自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)概述機(jī)器人與自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)是光儀電產(chǎn)（3）傳感裝置：激光傳感器、視覺(jué)傳感器和力傳感器在機(jī)器人系統(tǒng)中已得到成功應(yīng)用，并實(shí)現(xiàn)了焊縫自動(dòng)跟蹤和自動(dòng)化生產(chǎn)線上物體的自動(dòng)定位以及精密裝配作業(yè)等，大大提高了機(jī)器人的作業(yè)性能和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。

（4）并聯(lián)機(jī)構(gòu)：采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)，利用機(jī)器人技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量及加工，這是機(jī)器人技術(shù)向數(shù)控技術(shù)的拓展，為將來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和數(shù)控技術(shù)一體化奠定了基礎(chǔ)。

（5）網(wǎng)絡(luò)通信：機(jī)器人控制器已實(shí)現(xiàn)了與Canbus、Profibus總線及一些網(wǎng)絡(luò)的連接，使機(jī)器人由過(guò)去的獨(dú)立應(yīng)用向網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用邁進(jìn)了一大步，也使機(jī)器人由過(guò)去的專(zhuān)用設(shè)備向標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備發(fā)展。

另外由于微電子技術(shù)的快速發(fā)展和大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，使機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性有了很大的提高。機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性已達(dá)到5萬(wàn)小時(shí)，幾乎可以滿(mǎn)足任何場(chǎng)合的需求。（3）傳感裝置：激光傳感器、視覺(jué)傳感器和力傳感器在機(jī)器人系統(tǒng)2、特種機(jī)器人

非制造業(yè)領(lǐng)域機(jī)器人與制造業(yè)的相比，其主要特點(diǎn)是工作環(huán)境的非結(jié)構(gòu)化和不確定性，因而對(duì)機(jī)器人的要求更高，需要機(jī)器人具有行走功能，對(duì)外感知能力以及局部的自主規(guī)劃能力等，是機(jī)器人技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。

（1）水下機(jī)器人：水下機(jī)器人已用于海洋石油開(kāi)采、海底勘察、救撈作業(yè)、管道敷設(shè)和檢查、電纜敷設(shè)和維護(hù)以及大壩檢查等方面，形成了有纜水下機(jī)器人和無(wú)纜水下機(jī)器人兩大類(lèi)。

（2）空間機(jī)器人：空間機(jī)器人是特種機(jī)器人的重要研究領(lǐng)域。（3）地下機(jī)器人：地下機(jī)器人主要包括采掘機(jī)器人和地下管道檢修機(jī)器人兩大類(lèi)，主要研究?jī)?nèi)容為：機(jī)械結(jié)構(gòu)、行走系統(tǒng)、傳感器及定位系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、通信及遙控技術(shù)。2、特種機(jī)器人

（4）醫(yī)用機(jī)器人：醫(yī)用機(jī)器人主要研究?jī)?nèi)容包括：醫(yī)療外科手術(shù)的規(guī)劃與仿真、機(jī)器人輔助外科手術(shù)、最小損傷外科、臨場(chǎng)感外科手術(shù)等。

（5）軍用機(jī)器人：目前，國(guó)外軍用機(jī)器人發(fā)展十分迅速，類(lèi)型已達(dá)上百種，功用更是多種多樣，有偵察、保障、排雷、防化、進(jìn)攻、防御型等等。具體有機(jī)器人地雷、機(jī)器人坦克、智能槍、智能火炮、排雷（彈）機(jī)器人、防核生化機(jī)器人、偵察機(jī)器人、智能飛機(jī)、智能導(dǎo)彈、機(jī)器人潛水器等。

可以預(yù)見(jiàn)，21世紀(jì)各種先進(jìn)的機(jī)器人系統(tǒng)將會(huì)進(jìn)入人類(lèi)生活的各個(gè)領(lǐng)域，成為人類(lèi)良好的助手和親密伙伴。（4）醫(yī)用機(jī)器人：醫(yī)用機(jī)器人主要研究?jī)?nèi)容包括：醫(yī)療外科手術(shù)的3、智能機(jī)器人

目前國(guó)際上在機(jī)器人的智能化和多樣化方面，主要研究?jī)?nèi)容集中在以下幾點(diǎn)：

（1）虛擬機(jī)器人技術(shù)：基于多傳感器、多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)以及臨場(chǎng)感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的虛擬遙控操作和人機(jī)交互。

（2）多智能體控制技術(shù)：對(duì)多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、相互間的通信與磋商機(jī)理，感知與學(xué)習(xí)方法，建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進(jìn)行研究。

（3）微型和微小機(jī)器人技術(shù)：這是機(jī)器人研究的一個(gè)新的領(lǐng)域和重點(diǎn)發(fā)展方向，微小型機(jī)器人技術(shù)的研究主要集中在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、控制方法、傳感技術(shù)、通信技術(shù)以及行走技術(shù)等方面。3、智能機(jī)器人（4）軟機(jī)器人技術(shù)：主要用于醫(yī)療、護(hù)理、休閑和娛樂(lè)場(chǎng)合。傳統(tǒng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)材料多為金屬或硬性材料，軟機(jī)器人技術(shù)要求其結(jié)構(gòu)、控制方式和所用傳感系統(tǒng)在機(jī)器人意外地與環(huán)境或人碰撞時(shí)是安全的，機(jī)器人對(duì)人是友好的。

（5）仿人和仿生技術(shù)：這是機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的最高境界，未來(lái)的機(jī)器人必須具有一定情感、社交頭腦等等特點(diǎn)，這也是各國(guó)科學(xué)家努力的目標(biāo)，目前僅在某些方面進(jìn)行一些基礎(chǔ)研究。（4）軟機(jī)器人技術(shù)：主要用于醫(yī)療、護(hù)理、休閑和娛樂(lè)場(chǎng)合。傳統(tǒng)二、自動(dòng)化生產(chǎn)線成套裝備自動(dòng)化成套裝備是指以機(jī)器人為核心，以信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為媒介，將所有設(shè)備連接到一起而形成的大型自動(dòng)化生產(chǎn)線。它是先進(jìn)制造裝備的典型代表，是發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的重要手段，目前已成為國(guó)內(nèi)外極受重視的高新技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。

在發(fā)達(dá)國(guó)家中，機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線成套裝備已成為自動(dòng)化成套裝備的主流及未來(lái)自動(dòng)化生產(chǎn)線成套設(shè)備的發(fā)展方向。國(guó)外汽車(chē)行業(yè)、電子和電器行業(yè)、物流與倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)等已大量使用機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線，保證了其產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)的高效，典型的有大型轎車(chē)殼體沖壓自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)和成套裝備、大型機(jī)器人車(chē)體焊裝自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)和成套裝備、電子和電器等的機(jī)器人柔性自動(dòng)化裝配及檢測(cè)成套技術(shù)和裝備、機(jī)器人整車(chē)及發(fā)動(dòng)機(jī)裝配自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)和成套裝備、AGV物流與倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化成套技術(shù)及裝備等，這些機(jī)器人設(shè)備的使用大大推動(dòng)了這些行業(yè)的快速發(fā)展，提升了高新制造技術(shù)的先進(jìn)性。二、自動(dòng)化生產(chǎn)線成套裝備

自動(dòng)化生產(chǎn)線成套裝備需要研究的技術(shù)主要有：

①利用CAX及仿真系統(tǒng)等多種高新技術(shù)和設(shè)計(jì)手段，快速設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)機(jī)器人大型自動(dòng)化生產(chǎn)線，并進(jìn)行數(shù)字化驗(yàn)證。

②自動(dòng)化生產(chǎn)線“數(shù)字化制造”技術(shù)。國(guó)外已經(jīng)推出可進(jìn)入實(shí)用的“數(shù)字化工廠”商品化軟件，建立產(chǎn)品制造工藝過(guò)程信息化平臺(tái)，再與本企業(yè)的資源管理信息化平臺(tái)和車(chē)身產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息平臺(tái)結(jié)合，構(gòu)成支持本企業(yè)產(chǎn)品完整制造過(guò)程生命周期的信息化平臺(tái)。

③利用傳感器和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大型生產(chǎn)線的在線檢測(cè)和監(jiān)控，確保產(chǎn)品質(zhì)量，并且實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的主動(dòng)質(zhì)量控制。利用自動(dòng)化生產(chǎn)線模塊化及可重構(gòu)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的快速調(diào)整及重構(gòu)。④生產(chǎn)線快速整定技術(shù)。建立完整的制造過(guò)程信息技術(shù)，發(fā)展機(jī)器人等自動(dòng)化設(shè)備的離線編程技術(shù)、生產(chǎn)線上的機(jī)電設(shè)備實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制管理技術(shù)、關(guān)鍵工位在線100%產(chǎn)品檢測(cè)技術(shù)、先進(jìn)的生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)安裝精度測(cè)試技術(shù)。自動(dòng)化生產(chǎn)線成套裝備需要研究的技術(shù)主要有：

發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛應(yīng)用機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線，已形成了巨大產(chǎn)業(yè)，年市場(chǎng)容量約為1000億美元[4]。國(guó)際上著名公司ABB、COMAS、KUKA、BOSCH、NDC、SWISSLOG、村田等都是機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線及物流與倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化設(shè)備的集成供應(yīng)商。

全球過(guò)程自動(dòng)化產(chǎn)品市場(chǎng)銷(xiāo)售額預(yù)計(jì)2006年將超過(guò)700億美元。從2001年到2006年年平均增長(zhǎng)率將達(dá)到4.6%。主要應(yīng)用于玻璃、陶瓷、鋼鐵和有色金屬工業(yè)、軋鋼和鋁板材工業(yè)、化學(xué)、食品和制藥業(yè)、石化工業(yè)、紙漿和造紙業(yè)、環(huán)保、礦山、石油和天然氣工業(yè)等。其中礦山工業(yè)為70億美元、原材料工業(yè)90億美元、過(guò)程工業(yè)360億美元、電站110億美元、環(huán)保工業(yè)70億美元。就全球而言，北美占27.2%、西歐占26%、亞非（不包括日本）占21.1%、日本占12.3%、東歐占4.7%、南美占4.9%，其它地區(qū)占3.7%。發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛應(yīng)用機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線，已形成了巨大產(chǎn)業(yè)

我國(guó)近幾年機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線已經(jīng)不斷出現(xiàn)，并給用戶(hù)帶來(lái)顯著效益。目前國(guó)內(nèi)已建立了多條弧焊機(jī)器人生產(chǎn)線、裝配機(jī)器人生產(chǎn)線、噴涂生產(chǎn)線和焊裝生產(chǎn)線。隨著我國(guó)工業(yè)企業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高，機(jī)器人自動(dòng)化線的市場(chǎng)也會(huì)越來(lái)越大，并且逐漸成為自動(dòng)化生產(chǎn)線的主要方式。我國(guó)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線裝備的市場(chǎng)剛剛起步，而國(guó)內(nèi)裝備制造業(yè)正處于由傳統(tǒng)裝備向先進(jìn)制造裝備轉(zhuǎn)型的時(shí)期，這就給機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線研究開(kāi)發(fā)者帶來(lái)巨大商機(jī)。據(jù)預(yù)測(cè)，目前我國(guó)僅汽車(chē)行業(yè)、電子和家電行業(yè)、煙草行業(yè)、新能源電池行業(yè)等，年需求自動(dòng)化線就達(dá)300多條，產(chǎn)值約為60多億元人民幣。據(jù)初步測(cè)算，“十一五”期間，僅汽車(chē)制造業(yè)的需求市場(chǎng)容量將達(dá)到800多億元人民幣我國(guó)近幾年機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線已經(jīng)不斷出現(xiàn)，并給用戶(hù)帶2005世界機(jī)器人調(diào)查

一、2004年全球工業(yè)機(jī)器人區(qū)域狀況經(jīng)過(guò)2001-2002這兩年全球市場(chǎng)對(duì)工業(yè)機(jī)器人需求的回落后，2003年開(kāi)始出現(xiàn)了回升，同比增長(zhǎng)19%。2004年仍然保持上升勢(shì)頭，同比增長(zhǎng)17%。2003-2004年增長(zhǎng)的原因得益于所有亞洲市場(chǎng)需求的強(qiáng)勁增長(zhǎng)，以及歐洲、美洲市場(chǎng)的增長(zhǎng)。2005世界機(jī)器人調(diào)查一、2004年全球工業(yè)機(jī)器人區(qū)域狀況1、亞洲

2004年，亞洲國(guó)家（包括澳大利亞和新西蘭）由于汽車(chē)工業(yè)和電子、電器工業(yè)投資的強(qiáng)勁增長(zhǎng)，提供亞洲國(guó)家的工業(yè)機(jī)器人為52000余套，比2003年增加29%。

日本工業(yè)機(jī)器人的銷(xiāo)售量經(jīng)過(guò)2001-2002年兩年的下降后，2003年市場(chǎng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)機(jī)，大幅上漲了25%。2004年工業(yè)機(jī)器人在日本的安裝數(shù)量繼續(xù)上漲，達(dá)到37100套，較2003年增加17%。就行業(yè)分析，2004年日本汽車(chē)工業(yè)和電子、電器工業(yè)的工業(yè)機(jī)器人安裝數(shù)量激增，分別比上年增長(zhǎng)42%和64%。

2004年韓國(guó)工業(yè)機(jī)器人的安裝數(shù)量也增長(zhǎng)了17%，主要原因在于汽車(chē)工業(yè)對(duì)機(jī)器人的投資增加。亞洲市場(chǎng)其他國(guó)家，包括中國(guó)、印度、印尼、馬來(lái)群島、菲律賓共和國(guó)、新加坡、泰國(guó)和臺(tái)灣地區(qū)，工業(yè)機(jī)器人安裝數(shù)量平均增長(zhǎng)125%，但這些市場(chǎng)規(guī)模相對(duì)較小。1、亞洲2、北美在北美（美國(guó)、加拿大、墨西哥），2004年工業(yè)機(jī)器人的安裝數(shù)量較上年增加6%，達(dá)到13400套，創(chuàng)出了工業(yè)機(jī)器人的最高銷(xiāo)售紀(jì)錄。北美工業(yè)機(jī)器人的銷(xiāo)售量在2000年達(dá)到頂峰13000套后，2001-2002年間下滑到不到10000套。到了2003年，銷(xiāo)售額開(kāi)始出現(xiàn)恢復(fù)性上漲，較2002年增加28%，達(dá)到12700套。2004，北美成為全球工業(yè)機(jī)器人第二大市場(chǎng)，落后于日本，領(lǐng)先于德國(guó)。汽車(chē)零部件制造商和其他工業(yè)成為北美地區(qū)工業(yè)機(jī)器人安裝數(shù)量增加的貢獻(xiàn)者，而汽車(chē)制造商卻并未增加對(duì)工業(yè)機(jī)器人的投資。2、北美3、歐洲在歐洲，2000年工業(yè)機(jī)器人安裝量增長(zhǎng)18%，為30600套，2001年繼續(xù)增長(zhǎng)3%，為31600套。在2002年時(shí)，市場(chǎng)出現(xiàn)了下滑，下跌15%，為26700套。2003年開(kāi)始市場(chǎng)開(kāi)始恢復(fù)，小幅增長(zhǎng)4%，為27800套。2004年繼續(xù)小幅增長(zhǎng)5%，達(dá)到29300套。歐洲汽車(chē)工業(yè)總體上來(lái)說(shuō)，是使用工業(yè)機(jī)器人最大用戶(hù)，2004年比上年增長(zhǎng)5%。汽車(chē)業(yè)中的汽車(chē)零部件供應(yīng)商的工業(yè)機(jī)器人安裝量增長(zhǎng)23%，終端汽車(chē)制造商卻下降6%。其他工業(yè)中，化學(xué)工業(yè)工業(yè)機(jī)器人安裝量增長(zhǎng)72%，機(jī)械工業(yè)增長(zhǎng)22%，食品工業(yè)增長(zhǎng)24%。在歐洲，食品工業(yè)機(jī)器人的安裝數(shù)量比美國(guó)和亞洲來(lái)得多。歐洲食品工業(yè)機(jī)器人占3%的份額，而美國(guó)和亞洲則低于1%。3、歐洲二、全球工業(yè)機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)及展望1、歐洲和北美迅速趕超日本

20世紀(jì)90年代早期，歐洲和北美多功能工業(yè)機(jī)器人的安裝量?jī)H為日本工業(yè)機(jī)器人（所有類(lèi)型）的25%和7%。根據(jù)日本更精確的統(tǒng)計(jì)報(bào)告，2001-2002年間，在歐洲安裝的多功能工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量超過(guò)了日本。但到了2003年，日本市場(chǎng)再一次超過(guò)了歐洲。

目前運(yùn)行的工業(yè)機(jī)器中，歐洲和北美的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量也在不斷增長(zhǎng)，歐洲運(yùn)行的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量從1994年占日本的34%上升至2004年的78%。北美則從13%上升至34%。二、全球工業(yè)機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)及展望2、全球運(yùn)行的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量統(tǒng)計(jì)從20世紀(jì)60年代末至2004年底，全球累計(jì)銷(xiāo)售的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量為1500000套。目前很多老的工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)無(wú)法工作了。現(xiàn)在運(yùn)行的工業(yè)機(jī)器人的實(shí)際數(shù)量要小于這個(gè)數(shù)字。UNECE和IFR估計(jì)，至2004年底，全球運(yùn)行的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量在最小值848000套至最大值1120000套之間。

最大值是基于工業(yè)機(jī)器人12年的工作年限得出的，UNECE/IFR研究表明工業(yè)機(jī)器人的實(shí)際使用年限可能達(dá)到15年，達(dá)到1120000套。與2003年相比，2004年運(yùn)行工業(yè)機(jī)器人最小值為848000套比2003年增加6%。日本工業(yè)機(jī)器人的數(shù)據(jù)幾乎占到全球的一半，主要是因?yàn)槿毡竟I(yè)機(jī)器人的統(tǒng)計(jì)口徑是所有型號(hào)的工業(yè)機(jī)器人。其市場(chǎng)份額也在迅速縮小。2、全球運(yùn)行的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量統(tǒng)計(jì)表1：2003-2004多功能工業(yè)機(jī)器人的安裝和運(yùn)行數(shù)量及2008年的預(yù)測(cè)年度安裝數(shù)量年底運(yùn)行數(shù)量國(guó)家200320042008200320042008美洲12,95713,67416,800115,384125,235159,900阿根廷3317

172189

巴西231208

2,1442,352

智利

5

5

北美（美加墨）12,69313,44416,500112,390121,937155,700-加拿大1,235440

4,0774,517

-墨西哥172877

1,2602,137

北美其它地區(qū)

678752

表1：2003-2004多功能工業(yè)機(jī)器人的安裝和運(yùn)行數(shù)量及2中國(guó)1,4513,493

3,6037,096

印度57369

250619

印尼4474

47121

伊朗336106

404510

Japan31,58837,08645,900348,734356,483390,500馬來(lái)西亞191250

1,2021,452

菲律賓2065

2893

韓國(guó)(所有類(lèi)型工業(yè)機(jī)器人)4,6605,457

47,84551,302

新加坡48244

5,2735,443

臺(tái)灣地區(qū)1,4543,680

8,73011,881

泰國(guó)156757

2571,014

亞洲其它地區(qū)578

2,7123,009

澳洲/新西蘭569652

3,6364,170

亞洲/澳洲40,57952,31170,400422,721443,193532,900中國(guó)1,4513,493

3,6037,096

印度5736歐洲27,83229,29633,700262,025278,906348,100奧地利365545

3,6023,907

比利時(shí)715536

9,0538,749

捷克498163

1,4451,533

丹麥288296

2,0782,342

愛(ài)沙尼亞11

12

芬蘭387288

3,4073,599

法國(guó)3,1173,0093,40026,13728,13335,900德國(guó)13,08113,40114,900112,393120,544151,100希臘193

6063

匈牙利3577

216285

愛(ài)爾蘭，冰島1023

1437

以色列547

94141

意大利5,1985,6796,20050,04353,24465,900立陶宛

1

1

挪威4861

684724

波蘭6075

584643

葡萄牙135211

1,3671,488

歐洲27,83229,29633,700262,025278羅馬尼亞918

927

俄羅斯924

5,0005,000

斯洛伐克139

494483

斯洛文尼亞3115

494391

西班牙2,0312,826

19,84721,893

瑞典386833

6,9597,341

瑞士240310

3,4793,539

土耳其5124

172196

烏克蘭16

17

英國(guó)1,1117851,00014,01514,17614,000歐洲其它地區(qū)

377418

非洲10887100343430800南非10887

343430

小計(jì)（除日本、韓國(guó)）45,22852,82568,400403,894439,979651,200總計(jì)（包括日本、韓國(guó)）81,47695,368121,000800,473847,7641,041,700羅馬尼亞918

927

俄羅斯924

5,0005,000

3、到2008年預(yù)測(cè)1）全球工業(yè)機(jī)器人的安裝數(shù)量將強(qiáng)勁增長(zhǎng)

2004年，汽車(chē)工業(yè)末端制造商對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求下降，而汽車(chē)零部件工業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求增長(zhǎng)。最近幾年，汽車(chē)制造商很難在象西歐、美國(guó)、加拿大和日本等傳統(tǒng)的市場(chǎng)上增加汽車(chē)的銷(xiāo)量。無(wú)論是新的車(chē)型或者是特別的折扣價(jià)格都無(wú)法根本改變市場(chǎng)的需求。在最近兩年，新車(chē)型策略導(dǎo)致了新工廠的增加以及老工廠的重組，這使得2004年汽車(chē)零部件工業(yè)商大量投資工業(yè)機(jī)器人，而且這種形勢(shì)延續(xù)到了2005年。

預(yù)計(jì)到2008年，全球工業(yè)機(jī)器人的安裝數(shù)量將強(qiáng)勁增長(zhǎng)。雖然西歐、北美和日本汽車(chē)工業(yè)末端制造商對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求下降，但汽車(chē)零部件工業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求旺盛?？傮w上，全球工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)需求仍在增長(zhǎng)。在一些通用工業(yè)尤其是包裝工業(yè)、食品工業(yè)、橡膠和塑料工業(yè)以及機(jī)械工業(yè)，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求快速增長(zhǎng)。而機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，如新的控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、傳感器技術(shù)以及機(jī)器人視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用，也將提升市場(chǎng)對(duì)機(jī)器人的需求。全球工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)銷(xiāo)量將從2004年的95400套增長(zhǎng)至2008年的121000套，年均復(fù)合增長(zhǎng)6.1%。3、到2008年預(yù)測(cè)（1）日本銷(xiāo)量將持續(xù)恢復(fù)上漲

2004至2008年間，日本工業(yè)機(jī)器人年度銷(xiāo)量將從37100套增加到45900套。2005年，由于汽車(chē)工業(yè)（包括汽車(chē)零部件業(yè)）需求強(qiáng)勁增長(zhǎng)，工業(yè)機(jī)器人的銷(xiāo)量保持連續(xù)上漲勢(shì)頭。預(yù)計(jì)2006至2008年間，替換性的投資以及新的應(yīng)用的增加，將確保工業(yè)機(jī)器人銷(xiāo)量持續(xù)增長(zhǎng)。（2）北美市場(chǎng)強(qiáng)勁增長(zhǎng)

2005年，北美汽車(chē)工業(yè)帶動(dòng)了該地區(qū)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)的增長(zhǎng)。尤其是日本汽車(chē)制造商為了與他們的美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手爭(zhēng)奪市場(chǎng)，不斷擴(kuò)大其在美國(guó)的市場(chǎng)容量，增加汽車(chē)銷(xiāo)售量。在墨西哥，汽車(chē)制造商和汽車(chē)零部件制造商持續(xù)投入巨資建廠。2004年至2008年間，工業(yè)機(jī)器人在北美的銷(xiāo)量將從13400套增加到16500套，年度復(fù)合增長(zhǎng)5.3%。（1）日本銷(xiāo)量將持續(xù)恢復(fù)上漲（3）歐洲市場(chǎng)緩慢增長(zhǎng)歐洲工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)銷(xiāo)售量將從2004年的29300套增長(zhǎng)到2008年的33700套，年度復(fù)合增長(zhǎng)3.6%。在西歐，汽車(chē)工業(yè)對(duì)機(jī)器人投資下降，而在東歐國(guó)家，投資將超過(guò)平均增長(zhǎng)率。2005年至2006年，汽車(chē)零部件業(yè)的投資需求繼續(xù)將增長(zhǎng)。2004年，所有新安裝的工業(yè)機(jī)器人中，60%來(lái)自汽車(chē)制造業(yè)包括汽車(chē)零部件業(yè)。2）全球運(yùn)行的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量將持續(xù)增長(zhǎng)據(jù)UNECE/IFR的季度統(tǒng)計(jì)，2005年上半年，全球工業(yè)機(jī)器人進(jìn)口定單比2004年同期增長(zhǎng)13%。北美進(jìn)口定單激增36%，歐洲增長(zhǎng)7%，亞洲地區(qū)下跌1%左右，其它地區(qū)下跌49%。

預(yù)計(jì)2008，北美地區(qū)運(yùn)行的多功能工業(yè)機(jī)器人將達(dá)到156000套。歐洲為348000套，其中，德國(guó)為151000套，意大利為66000套，法國(guó)36000套，英國(guó)14000套。（3）歐洲市場(chǎng)緩慢增長(zhǎng)數(shù)控系統(tǒng)伺服電機(jī)控制技術(shù)發(fā)展動(dòng)向

現(xiàn)代電機(jī)控制理論發(fā)展使機(jī)床數(shù)控伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)交流化、數(shù)字化、智能化機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中，常用的伺服電機(jī)和控制系統(tǒng)有:(一)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器件，無(wú)須位置和速度檢測(cè)器件，也沒(méi)有反饋電路，控制電路簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。步進(jìn)電機(jī)和普通電機(jī)的區(qū)別主要就在于它的脈沖控制，正是這個(gè)特點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)可以和現(xiàn)代的數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合。不過(guò)步進(jìn)電機(jī)在控制的精度、速度變化范圍、低速性能方面都不如傳統(tǒng)的閉環(huán)控制的直流伺服電動(dòng)機(jī)。在精度不是需要特別高的場(chǎng)合就可以使用步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)可以發(fā)揮其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高和成本低的特點(diǎn)。數(shù)控系統(tǒng)伺服電機(jī)控制技術(shù)發(fā)展動(dòng)向現(xiàn)代電機(jī)控制理論發(fā)展使(二)半閉環(huán)和閉環(huán)位置控制系統(tǒng)采用直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)部件，可以采用內(nèi)裝于電機(jī)內(nèi)的脈沖編碼器，無(wú)刷旋轉(zhuǎn)變壓器或測(cè)速發(fā)電機(jī)作為位置/速度檢測(cè)器件來(lái)構(gòu)成半閉環(huán)位置控制系統(tǒng)，也可以采用直接安裝在工作臺(tái)的光柵或感應(yīng)同步器作為位置檢測(cè)器件，來(lái)構(gòu)成高精度的全閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。70年代，美國(guó)GATTYS公司發(fā)明了機(jī)床用直流力矩伺服電機(jī)，從此各國(guó)數(shù)控機(jī)床開(kāi)始大量采用直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。開(kāi)環(huán)系統(tǒng)逐漸由閉環(huán)系統(tǒng)取代。以直流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器件的直流伺服系統(tǒng)，控制電路比較簡(jiǎn)單，價(jià)格較低。其主要缺點(diǎn)是直流伺服電機(jī)內(nèi)部有機(jī)械換向裝置，碳刷易磨損，維修工作量大，運(yùn)行時(shí)易起火花，給電機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率的提高帶來(lái)較大的困難。交流異步電機(jī)雖然價(jià)格便宜、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但早期由于控制性能差，所以很長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有在數(shù)控系統(tǒng)上得到應(yīng)用。隨著電力電子技術(shù)和現(xiàn)代電機(jī)控制理論的發(fā)展，1971年，德國(guó)西門(mén)子的Blaschke發(fā)明了交流異步機(jī)的矢量控制法;1980年，德國(guó)人Leonhard為首的研究小組在應(yīng)用微處理器的矢量控制的研究中取得進(jìn)展，使矢量控制實(shí)用化。從70年代末，數(shù)控機(jī)床逐漸采用異步電機(jī)為主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

(二)半閉環(huán)和閉環(huán)位置控制系統(tǒng)

永磁無(wú)刷直流電機(jī)具有良好的伺服性能。從80年代開(kāi)始，逐漸應(yīng)用在數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置上。交流伺服系統(tǒng)采用交流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器件，可以和直流伺服電機(jī)一樣構(gòu)成高精度、高性能的半閉環(huán)或全閉環(huán)控制系統(tǒng)，由于交流伺服電機(jī)內(nèi)是無(wú)刷結(jié)構(gòu)，幾乎不需維修，體積相對(duì)較小，有利于轉(zhuǎn)速和功率的提高。目前交流伺服系統(tǒng)已在很大范圍內(nèi)取代了直流伺服系統(tǒng)。在當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)中，伺服技術(shù)取得的突破可以歸結(jié)為:交流伺服取代直流伺服、數(shù)字控制取代模擬控制、或者把它稱(chēng)為軟件控制取代硬件控制。這兩種突破的結(jié)果產(chǎn)生了交流數(shù)字驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給和主軸裝置上。由于電力電子技術(shù)及控制理論、微處理器等微電子技術(shù)的快速發(fā)展，軟件運(yùn)算及處理能力的提高，采用高速微處理器和專(zhuān)用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP-DigitalSignalProcessor)的全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)出現(xiàn)后，使系統(tǒng)的計(jì)算速度大大提高，采樣時(shí)間大大減少。原來(lái)的硬件伺服控制變?yōu)檐浖欧刂疲恍┈F(xiàn)代控制理論中的先進(jìn)算法得到實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而大大地提高了伺服系統(tǒng)的性能。永磁無(wú)刷直流電機(jī)具有良好的伺服性能。從80年代開(kāi)始，

傳感器檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展也極大地提高了交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能和定位精度。普遍采用的霍爾傳感器具有小于1μs的響應(yīng)時(shí)間。交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)一般選用無(wú)刷旋轉(zhuǎn)變壓器、混合型的光電編碼器和絕對(duì)值編碼器作為位置、速度傳感器。隨著它們的轉(zhuǎn)速、分辨率的不斷提高，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、調(diào)速范圍以及低速性能也相應(yīng)提高。傳統(tǒng)的具有A、B(兩相信號(hào)的編碼器，由于它不能兼顧分辨率和高速度，且信號(hào)線太多，從而影響了高精度、高速度的伺服系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。而新型的編碼器則克服了上述缺點(diǎn)，如日本FANUC公司生產(chǎn)的脈沖編碼器(絕對(duì)型)，由于它將來(lái)自正余弦信號(hào)的角度轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，使它具有4000r/min的高速以及高達(dá)1000000p/r或65536p/r的分辨率。另外，伺服電動(dòng)機(jī)本身也在向高速方向發(fā)展，與上述高速編碼器配合實(shí)現(xiàn)了60m/min甚至100m/min的快速進(jìn)給和1g的加速度。而在電動(dòng)機(jī)磁路設(shè)計(jì)上也作了改進(jìn)，使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)更加平滑，再配合高速數(shù)字伺服軟件，可使電動(dòng)機(jī)即使在小于1μm轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)也顯得平滑而無(wú)爬行。傳感器檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展也極大地提高了交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(三)機(jī)床大功率電主軸的高速化、一體化當(dāng)前，世界數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展趨勢(shì)之一是高速、高效、高精度。從80年代開(kāi)始，由于數(shù)控機(jī)床的主軸、進(jìn)給系統(tǒng)等功能部件的突破，數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度都大幅度提高，以及制造技術(shù)的全面進(jìn)步，使金屬切削加工進(jìn)入了高速切削的新階段。90年代以來(lái)，歐、美、日各國(guó)爭(zhēng)相開(kāi)發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機(jī)床，加快機(jī)床高速化發(fā)展步伐。高速電主軸單元轉(zhuǎn)數(shù)在30000r/min(有的高達(dá)1×105r/min)以上;工作臺(tái)的移動(dòng)速度(進(jìn)給速度):在分辨率為1μm時(shí),在100m/min(有的到200m/min)以上,在分辨率為0.1μs時(shí)，在24m/min以上。為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如大功率高速電主軸、高加/減速度直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給部件以及高性能控制系統(tǒng)得到了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。(三)機(jī)床大功率電主軸的高速化、一體化

超高速加工是繼數(shù)控技術(shù)之后，使制造技術(shù)產(chǎn)生第二次革命性飛躍的一項(xiàng)高新技術(shù)。超高速機(jī)床是實(shí)現(xiàn)超高速加工的物質(zhì)基礎(chǔ)，而高速主軸單元?jiǎng)t是超高速機(jī)床的“核心”部件，它的性能直接決定了機(jī)床的超高速加工性能。最佳適合高速運(yùn)轉(zhuǎn)的主軸形式是將主軸電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子直接裝入主軸組件的內(nèi)部，形成電主軸，實(shí)現(xiàn)機(jī)床主軸系統(tǒng)的一體化、“零傳動(dòng)”。電主軸具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小、動(dòng)態(tài)特性好等優(yōu)點(diǎn)，并可改善機(jī)床的動(dòng)平衡，避免振動(dòng)和噪聲，在超高速切削機(jī)床上得到了廣泛的應(yīng)用。電主軸的工作轉(zhuǎn)速極高，這對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造和控制提出了非常嚴(yán)格的要求，并帶來(lái)了一系列技術(shù)難題，如主軸的散熱、動(dòng)平衡、支承、潤(rùn)滑及其控制等。在應(yīng)用中，必須妥善解決這些技術(shù)難題，才能確保電主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)和精密加工的可靠性。超高速加工是繼數(shù)控技術(shù)之后，使制造技術(shù)產(chǎn)生第二次革命

電主軸一體化所融合的技術(shù)包括:1.高速電機(jī)技術(shù)

電主軸是電動(dòng)機(jī)與主軸融合在一起的產(chǎn)物，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子即為主軸的旋轉(zhuǎn)部分，理論上可以把電主軸看作一臺(tái)高速電動(dòng)機(jī)。關(guān)鍵技術(shù)是高速度下的動(dòng)平衡;2.高速軸承技術(shù)

電主軸通常采用復(fù)合陶瓷滾動(dòng)軸承，耐磨耐熱，壽命是傳統(tǒng)軸承的幾倍;有時(shí)也采用電磁懸浮軸承或靜壓軸承，內(nèi)外圈不接觸，理論上壽命無(wú)限;3.油霧潤(rùn)滑

電主軸的潤(rùn)滑一般采用定時(shí)定量油氣潤(rùn)滑;也可以采用脂潤(rùn)滑，但相應(yīng)的速度要打折扣。所謂定時(shí)，就是每隔一定的時(shí)間間隔注一次油。所謂定量，就是通過(guò)一個(gè)叫定量閥的器件，精確地控制每次潤(rùn)滑油的油量。而油氣潤(rùn)滑，指的是潤(rùn)滑油在壓縮空氣的攜帶下，被吹入陶瓷軸承。油量控制很重要，太少，起不到潤(rùn)滑作用;太多，在軸承高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)因油的阻力而發(fā)熱。

電主軸一體化所融合的技術(shù)包括:4.冷卻裝置

為了盡快給高速運(yùn)行的電主軸散熱，通常對(duì)電主軸的外壁通以循環(huán)冷卻劑，冷卻裝置的作用是保持冷卻劑的溫度。5.內(nèi)置脈沖編碼器

為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀以及剛性攻螺紋，電主軸內(nèi)置一脈沖編碼器，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的相角控制以及與進(jìn)給的配合。主軸系統(tǒng)所用的位置編碼器分辨率也已達(dá)到360000p/r。6.高頻變頻裝置

要實(shí)現(xiàn)電主軸每分鐘幾萬(wàn)甚至十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，必須用一高頻變頻裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)電主軸的內(nèi)置高速電動(dòng)機(jī)，變頻器的輸出頻率必須達(dá)到上千或幾千Hz。4.冷卻裝置

主軸傳動(dòng)用電動(dòng)機(jī)和進(jìn)給傳動(dòng)一樣，經(jīng)歷了從普通三相異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)到直流主軸傳動(dòng)，而隨著微處理器技術(shù)和大功率晶體管技術(shù)的進(jìn)展，現(xiàn)在又進(jìn)入了交流主軸伺服系統(tǒng)的時(shí)代，目前已很少見(jiàn)到在數(shù)控機(jī)床上有使用直流主軸伺服系統(tǒng)了。

當(dāng)代電主軸所使用的電機(jī)，不僅有異步交流感應(yīng)電機(jī)，還有永磁同步電機(jī)，后者在相同功率下，外形尺寸較小，且轉(zhuǎn)子為永久磁鐵不發(fā)熱。

高速主軸單元技術(shù)在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)發(fā)展到較高水平，并被廣泛應(yīng)用于高速機(jī)床行業(yè)，已經(jīng)產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。主軸傳動(dòng)用電動(dòng)機(jī)和進(jìn)給傳動(dòng)一樣，經(jīng)歷了從普通三相異步(四)以直線電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的直線伺服進(jìn)給技術(shù)已趨成熟高速高精加工機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)，主要有傳統(tǒng)的“旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)+精密高速滾珠絲杠”和新型的“直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)”兩種類(lèi)型。滾珠絲杠由於工藝成熟，應(yīng)用廣泛，不僅精度能達(dá)到較高(ISO34081級(jí))，而且實(shí)現(xiàn)高速化的成本也相對(duì)較低，所以迄今仍為許多高速加工機(jī)床所采用。當(dāng)前使用滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)的高速加工機(jī)床最大移動(dòng)速度90m/min，加速度1.5g。但滾珠絲杠畢竟是機(jī)械傳動(dòng)，從伺服電機(jī)到移動(dòng)部件間有一系列機(jī)械元件，勢(shì)必存在彈性變形、摩擦和反向間隙，相應(yīng)造成運(yùn)動(dòng)滯后和其它非線性誤差，目前滾珠絲杠副的移動(dòng)速度和加速度已提高較多，再進(jìn)一步提高的余地有限。自1993年，在機(jī)床進(jìn)給上開(kāi)始應(yīng)用直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，它是高速高精加工機(jī)床特別是其中的大型機(jī)床更理想的驅(qū)動(dòng)方式。目前使用直線電機(jī)的高速高精加工機(jī)床最大快移速度已達(dá)208m/min，加速度2g(Mazak的HMCF3-660L加工中心的水平)，并且還有發(fā)展余地。

(四)以直線電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的直線伺服進(jìn)給技術(shù)已趨成熟

與滾珠絲杠傳動(dòng)相比，直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是:1.高剛度直線電機(jī)直接和負(fù)載連接，沒(méi)有間隙，有更高的動(dòng)態(tài)剛度。2.更寬的速度范圍現(xiàn)代電機(jī)技術(shù)，很容易實(shí)現(xiàn)寬調(diào)速，速度變化范圍可達(dá),1:10000以上。例如，美國(guó)科爾摩根公司DDL永磁直線電機(jī)高速大于5m/s，低速1μm/s。3.加速特性好、運(yùn)動(dòng)慣量小、有更高動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。4.運(yùn)行平穩(wěn)，位置精度高(基本上取決于位置反饋檢測(cè)元件)。5.無(wú)行程限制。6.采用模塊結(jié)構(gòu),可接長(zhǎng)適應(yīng)不同行程要求。7.采用直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)8.省去了一切中間機(jī)械傳動(dòng)，從根本上減小了機(jī)械摩損與傳動(dòng)誤差，減少維護(hù)工作。9.軌跡誤差小，高速下可獲得良好的定位精度。直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)正好彌補(bǔ)滾珠絲杠傳動(dòng)的不足，與滾珠絲杠傳動(dòng)相比，其速度提高30倍，加速度提高10倍，最大達(dá)10g，剛度提高7倍，最高響應(yīng)頻率達(dá)100Hz。

與滾珠絲杠傳動(dòng)相比，直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是:

直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)也存在一些缺點(diǎn)和問(wèn)題，除控制難度大(中間沒(méi)有緩沖環(huán)節(jié)和存在端部效應(yīng))外，還存在強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)周邊產(chǎn)生磁干擾，影響滾動(dòng)導(dǎo)軌副的壽命，同時(shí)給排屑、裝配、維修帶來(lái)困難，以及發(fā)熱大、散熱條件差。需解決散熱、隔磁、足夠的推力、自鎖和移動(dòng)部件輕量化等方面的問(wèn)題，才能在機(jī)床上實(shí)際應(yīng)用，同時(shí)成本較高也影響其推廣應(yīng)用。目前這些問(wèn)題都已得到不同程度的解決，采用者愈來(lái)愈多。交流直線伺服電機(jī)也有感應(yīng)(異步)式和同步式兩大類(lèi)，同步式(次級(jí)為永久磁鋼)由于效率高、推力密度大、可控性好等優(yōu)點(diǎn)，盡管其對(duì)隔磁防塵要求較高和裝配較困難，現(xiàn)在也已成為機(jī)床用直線電機(jī)的主流。例如，美國(guó)Ingersoll銑床公司生產(chǎn)的HVM800高速臥式加工中心，X、Y、Z三軸都采用永磁同步直線伺服電機(jī)，最大進(jìn)給速度可達(dá)76.2m/min，最大加速度1.5g。直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)也存在一些缺點(diǎn)和問(wèn)題，除控制難度大(中

在高速高精加工機(jī)床領(lǐng)域，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)和滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)雖然還會(huì)并存相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間，但總的趨勢(shì)是直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)所占比重會(huì)愈來(lái)愈大，將來(lái)很有可能成為此種機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的主流?，F(xiàn)在世界各國(guó)的知名機(jī)床制造商(比如以發(fā)展?jié)L珠絲杠驅(qū)動(dòng)聞名于世的日本Mazak公司和韓國(guó)的大宇公司)都紛紛推出直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)床，而德國(guó)的DMG公司，2001年便已銷(xiāo)售裝有直線電機(jī)的機(jī)床約1000臺(tái)。種種跡象表明，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)在高速高精加工機(jī)床上的應(yīng)用已進(jìn)入加速增長(zhǎng)期。在高速高精加工機(jī)床領(lǐng)域，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)和滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)雖然還五軸高速加工中心的發(fā)展動(dòng)向

近十多年來(lái)，由于刀具、驅(qū)動(dòng)、控制和機(jī)床等技術(shù)的不斷進(jìn)步，高速加工和高效加工，特別是高速硬銑已在模具制造業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用和推廣，傳統(tǒng)的電火花加工在很多場(chǎng)合已被高速硬銑所替代。通過(guò)高速硬銑對(duì)一次裝夾下的模具坯件進(jìn)行綜合加工，不僅大大提高了模具的加工精度和表面質(zhì)量，大幅度減少了加工時(shí)間，而且簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝流程，從而顯著縮短了模具的制造周期，降低了模具生產(chǎn)成本。高速加工中心不斷提高的工作性能是模具制造業(yè)得以高效和高精度加工模具的重要前提。近年來(lái)，在驅(qū)動(dòng)技術(shù)的推動(dòng)下，涌現(xiàn)出結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、性能優(yōu)良的眾多不同類(lèi)型的高速加工中心。90年代中后期出現(xiàn)的三軸高速加工中心現(xiàn)已發(fā)展到五軸高速加工中心。在驅(qū)動(dòng)方式上，已從直線運(yùn)動(dòng)（X/Y/Z軸）的伺服電機(jī)和滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)發(fā)展到目前的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（A和C軸）采用了直接驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩電機(jī)，有的公司并通過(guò)直線電機(jī)和轉(zhuǎn)矩電機(jī)使加工中心發(fā)展成全采用直接驅(qū)動(dòng)的五軸加工中心。顯著提高了加工中心的行程速度、動(dòng)態(tài)性能和定位精度。五軸高速加工中心的發(fā)展動(dòng)向近十多年來(lái)，由于刀具、驅(qū)

從高速加工中心不斷創(chuàng)新的過(guò)程中可以看出，充分利用當(dāng)今技術(shù)領(lǐng)域里的最新成就，特別是利用驅(qū)動(dòng)技術(shù)和控制技術(shù)的最新成果，是不斷提高加工中心高速性能、動(dòng)態(tài)特性和加工精度的關(guān)鍵。電主軸

高速電主軸是高速加工中心的核心部件。在模具自由曲面和復(fù)雜輪廓的加工中，常常采用2～12mm較小直徑的立銑刀，而在加工銅或石墨材料的電火花加工用的電極時(shí)，要求很高的切削速度，因此，電主軸必須具有很高的轉(zhuǎn)速。目前，加工中心的主軸轉(zhuǎn)速大多在18000～42000r/min，瑞士Mikro的高速加工中心XSM400U/XSM600U其主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)54000r/min。而對(duì)于模具的微細(xì)銑削（銑刀直徑一般采用0.1～2mm），則需要更高的轉(zhuǎn)速。如德國(guó)Kugler公司的五軸高精度銑床，其最高主軸轉(zhuǎn)速達(dá)160000r/min（采用空氣軸承），這樣的高轉(zhuǎn)速，當(dāng)采用0.3mm直徑的銑刀加工鋼模時(shí)，就可達(dá)到150m/min的切削速度。目前，德國(guó)Fraunhofer生產(chǎn)技術(shù)研究所正在開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)速為300000r/min的空氣軸承支撐的主軸。從高速加工中心不斷創(chuàng)新的過(guò)程中可以看出，充分利用當(dāng)今直線電機(jī)由于這種直線驅(qū)動(dòng)免去了將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)元件，從而可顯著提高軸的動(dòng)態(tài)性能、移動(dòng)速度和加工精度。采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)床可顯著提高生產(chǎn)率。例如在加工電火花加工用的電極時(shí)，加工時(shí)間要比采用傳統(tǒng)高速銑床減少50%。直線電機(jī)可以顯著提高高速機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能。由于模具大多數(shù)是三維曲面，刀具在加工曲面時(shí)，刀具軸要不斷進(jìn)行制動(dòng)和加速。只有通過(guò)較高的軸加速度才能在很高的軌跡速度情況下，在較短的軌跡路徑上確保以恒定的每齒進(jìn)給量跟蹤給定的輪廓。如果曲面輪廓的曲率半徑愈小，進(jìn)給速度愈高，那么要求的軸加速度愈高。因此，機(jī)床的軸加速度在很大程度上影響到模具的加工精度和刀具的耐用度。直線電機(jī)轉(zhuǎn)矩電機(jī)

在高速加工中心上，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的擺動(dòng)以及叉形主軸頭的擺動(dòng)和回轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)，已廣泛采用轉(zhuǎn)矩電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)矩電機(jī)是一種同步電機(jī)，其轉(zhuǎn)子直接固定在所要驅(qū)動(dòng)的部件上，所以沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)元件，它像直線電機(jī)一樣是直接驅(qū)動(dòng)裝置。轉(zhuǎn)矩電機(jī)所能達(dá)到的角加速度要比傳統(tǒng)的蝸輪蝸桿傳動(dòng)高6倍，在擺動(dòng)叉形主軸頭時(shí)加速度可達(dá)到3g。由于轉(zhuǎn)矩電機(jī)可達(dá)到極高的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)負(fù)載剛性，從而提高了回轉(zhuǎn)軸和擺動(dòng)軸的定位精度和重復(fù)精度。

應(yīng)該提及的是，直接驅(qū)動(dòng)的直線軸與直接驅(qū)動(dòng)的回轉(zhuǎn)軸相組合，使機(jī)床所有的運(yùn)動(dòng)軸具有較高的動(dòng)態(tài)性能和調(diào)節(jié)特性，從而為高速度、高精度和高表面質(zhì)量加工模具自由曲面提供了最佳條件。

轉(zhuǎn)矩電機(jī)控制系統(tǒng)

CNC控制系統(tǒng)是高速加工中心的重要組成部分，它在很大程度上決定著機(jī)床加工的速度、精度和表面質(zhì)量。因此，對(duì)于加工模具自由曲面的高速機(jī)床，數(shù)控系統(tǒng)的性能具有特別重要的意義。應(yīng)用于模具高速加工的現(xiàn)代CNC數(shù)控系統(tǒng)，除了具有為確保高速進(jìn)給速度所必要的很短程序處理時(shí)間外，還應(yīng)具有Nurbs和樣條插補(bǔ)功能，并能以納米的分辨率進(jìn)行工作，以便在高速加工的情況下獲得高的加工精度和表面質(zhì)量。目前，高檔的數(shù)控系統(tǒng)也都能與不同廠家的CAD/CAM系統(tǒng)進(jìn)行連接，數(shù)據(jù)從CAD/CAM系統(tǒng)經(jīng)以太網(wǎng)以很高的速度傳送到控制系統(tǒng)上。CAD/CAM集成到控制系統(tǒng)上，在很大程度上能使模具復(fù)雜輪廓的加工獲得良好的效果，并對(duì)縮短調(diào)整時(shí)間和編程時(shí)間做出十分重要的貢獻(xiàn)?？刂葡到y(tǒng)機(jī)電一體化研究現(xiàn)狀及發(fā)展應(yīng)用前景1.機(jī)電一體化的研究現(xiàn)狀1.1計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床1.2工業(yè)機(jī)器人1.3先進(jìn)制造系統(tǒng)1.4汽車(chē)的機(jī)電一體化1.5智能控制系統(tǒng)

機(jī)電一體化研究現(xiàn)狀及發(fā)展應(yīng)用前景1.機(jī)電一體化的研究現(xiàn)狀機(jī)電一體化研究現(xiàn)狀及發(fā)展應(yīng)用前景2.機(jī)電一體化發(fā)展趨勢(shì)2.1計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)2.2智能制造技術(shù)2.3精益生產(chǎn)方式和敏捷制造技術(shù)2.4快速零件制造技術(shù)2.5面向21世紀(jì)的制造模式機(jī)電一體化研究現(xiàn)狀及發(fā)展應(yīng)用前景2.機(jī)電一體化發(fā)展趨勢(shì)演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！機(jī)電技術(shù)應(yīng)用行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)機(jī)電技術(shù)應(yīng)用行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)主要內(nèi)容國(guó)外機(jī)電一體化電機(jī)發(fā)展動(dòng)向世界機(jī)電產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)光機(jī)電一體化技術(shù)與產(chǎn)品發(fā)展前景分析機(jī)器人與自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)概述2005世界機(jī)器人調(diào)查數(shù)控系統(tǒng)伺服電機(jī)控制技術(shù)發(fā)展動(dòng)向五軸高速加工中心的發(fā)展動(dòng)向機(jī)電一體化研究現(xiàn)狀及發(fā)展應(yīng)用前景主要內(nèi)容國(guó)外機(jī)電一體化電機(jī)發(fā)展動(dòng)向國(guó)外機(jī)電一體化電機(jī)發(fā)展動(dòng)向

近二十年來(lái)，科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)。隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制理論發(fā)展，電機(jī)調(diào)速技術(shù)得到迅速發(fā)展，使得電機(jī)的應(yīng)用不再局限于工業(yè)應(yīng)用而且在商業(yè)及家用設(shè)備等各個(gè)領(lǐng)域獲得更加廣泛的應(yīng)用；而隨著新材料如稀土永磁材料、磁性復(fù)合材料的出現(xiàn)，更給電機(jī)設(shè)計(jì)插上翅膀，各種新型、高效、特種電機(jī)層出不窮。這些都極大地豐富了電機(jī)理論，拓寬了電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)也給電機(jī)設(shè)計(jì)和制造工藝提出更高的要求。

國(guó)外機(jī)電一體化電機(jī)發(fā)展動(dòng)向近二十年來(lái)，科學(xué)技交流變頻調(diào)速系統(tǒng)及變頻電機(jī)

二十年來(lái)，電力電子技術(shù)發(fā)生了革命性的進(jìn)展。功率元件從70年代的晶閘管（SCR），發(fā)展到80年代的雙極型晶體管（BJT，也稱(chēng)作GTR），到90年代則主要是絕緣柵雙極晶體管（IGBT）。日本的三菱電機(jī)公司已推出2000V/1200A的IGBT，歐洲的eupec公司也推出了3300V/1200A的元件，而1200V/600A的IGBT模塊則已大量生產(chǎn)供應(yīng)；IR以及Fairchild等著名半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的IPM模塊更為交流調(diào)速技術(shù)的白色家電（指冰箱、洗衣機(jī)和空調(diào)器等）以及汽車(chē)等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可能?？刂品矫嬉矎哪M控制發(fā)展到數(shù)字控制，從