機(jī)電一體化技術(shù)

機(jī)電一體化技術(shù)院系：班級： 姓名： 學(xué)號： 機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)電一體化又稱機(jī)械電子學(xué)，英語稱為Mechatronics，它是由英文機(jī)械學(xué)Mechanics的前半部分與電子學(xué)Electronics的后半部分組合而成。機(jī)電一體化最早出現(xiàn)在1971年日本雜志《機(jī)械設(shè)計》的副刊上，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)電一體化的概念被我們廣泛接受和普遍應(yīng)用。隨著計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，機(jī)電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展?，F(xiàn)在的機(jī)電一體化技術(shù)，是機(jī)械和微電子技術(shù)緊密集合的一門技術(shù)，他的發(fā)展使冷冰冰的機(jī)器有了人性化，智能化。一、 機(jī)電一體化技術(shù)概括機(jī)電一體化技術(shù)具體包括以下內(nèi)容：（1） 機(jī)械技術(shù)機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，機(jī)械技術(shù)的著眼點在于如何與機(jī)電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其它高、新技術(shù)來更新概念，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上的變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能的要求。在機(jī)電一體化系統(tǒng)制造過程中，經(jīng)典的機(jī)械理論與工藝應(yīng)借助于計算機(jī)輔助技術(shù)，同時采用人工智能與專家系統(tǒng)等，形成新一代的機(jī)械制造技術(shù)。（2） 計算機(jī)與信息技術(shù)其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均屬于計算機(jī)信息處理技術(shù)。（3） 系統(tǒng)技術(shù)系統(tǒng)技術(shù)即以整體的概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中一個重要方面，它是實現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機(jī)連接的保證。（4） 自動控制技術(shù)在控制理論指導(dǎo)下，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調(diào)試，控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、補(bǔ)償、再現(xiàn)、檢索等。（5） 傳感檢測技術(shù)傳感檢測技術(shù)是系統(tǒng)的感受器官，是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動化程序就越高。現(xiàn)代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境的考驗，它是機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到高水平的保證。（6） 伺服傳動技術(shù)包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)電信號到機(jī)械動作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。二、 機(jī)電一體化系統(tǒng)組成機(jī)械本體機(jī)械本體包括機(jī)架、機(jī)械連接、機(jī)械傳動等，它是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，起著支撐系統(tǒng)中其他功能單元、傳遞運動和動力的作用。與純粹的機(jī)械產(chǎn)品相比，機(jī)電一體化系統(tǒng)的技術(shù)性能得到提高、功能得到增強(qiáng)，這就要求機(jī)械本體在機(jī)械結(jié)構(gòu)、材料、加工工藝性以及幾何尺寸等方面能夠與之相適應(yīng)，具有高效、多功能、可靠和節(jié)能、小型、輕量、美觀的特點。檢測傳感部分檢測傳感部分包括各種傳感器及其信號檢測電路，其作用就是檢測機(jī)電一體化系統(tǒng)工作過程中本身和外界環(huán)境有關(guān)參量的變化，并將信息傳遞給電子控制單元，電子控制單元根據(jù)檢查到的信息向執(zhí)行器發(fā)出相應(yīng)的控制。電子控制單元電子控制單元又稱ECU（ElectricalControlUnit），是機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)將來自各傳感器的檢測信號和外部輸入命令進(jìn)行集中、存儲、計算、分析，根據(jù)信息處理結(jié)果，按照一定的程度和節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令，控制整個系統(tǒng)有目的地進(jìn)行。執(zhí)行器執(zhí)行器的作用是根據(jù)電子控制單元的指令驅(qū)動機(jī)械部件的運動。執(zhí)行器是運動部件，通常采用電力驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和液壓驅(qū)動等幾種方式。動力源動力源是機(jī)電一體化產(chǎn)品能量供應(yīng)部分，其作用是按照系統(tǒng)控制要求向機(jī)械系統(tǒng)提供能量和動力使系統(tǒng)正常運行。提供能量的方式包括電能、氣能和液壓能，以電能為主。三、 機(jī)電一體化技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域1、 數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床及相應(yīng)的數(shù)控技術(shù)經(jīng)過40年的發(fā)展，在結(jié)構(gòu)、功能、操作和控制度上都有迅速提高，具體表現(xiàn)在：（1） 總結(jié)式、模塊式、緊湊型的結(jié)構(gòu)，即采用多CPU、多主總線的體系結(jié)構(gòu)。（2） 開放性設(shè)計，即硬件體系結(jié)構(gòu)和功能模塊具有層次性、兼容性、符合接口標(biāo)準(zhǔn)，能最大限度的提高用戶的使用效益。（3） WOP技術(shù)和智能化。系統(tǒng)能提供面向車間的編程技術(shù)和實現(xiàn)二、三維加工過程的動態(tài)仿真，并引入在線診斷、模糊控制等智能機(jī)制。（4） 大容量存儲器的應(yīng)用和軟件的模塊化設(shè)計，不僅豐富了數(shù)控功能，同時也加強(qiáng)了CNC系統(tǒng)的控制功能。（5） 能實現(xiàn)多過程、多通道控制，即具有一臺機(jī)床同時完成多個獨立加工任務(wù)或控制多臺和多種機(jī)床的能力，并將刀具破損檢測、物料搬運、機(jī)械手等控制都集成到系統(tǒng)中去。（6） 系統(tǒng)的多級網(wǎng)絡(luò)功能，加強(qiáng)了系統(tǒng)組合及構(gòu)成復(fù)雜加工系統(tǒng)的能力（7） 以單板、單片機(jī)作為控制機(jī)，加上專用芯片及模塊組成結(jié)構(gòu)緊湊的數(shù)控裝置。2、 計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）CIMS的實現(xiàn)不是現(xiàn)有各分散系統(tǒng)的簡單組合，而是全局動態(tài)最優(yōu)綜合。它打破原有部門之間的界限，以制造為基干來控制“物流”和“信息流”實現(xiàn)以經(jīng)營決策、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)實驗到生產(chǎn)經(jīng)營管理的有機(jī)結(jié)合。企業(yè)集成度的提高可以使各種生產(chǎn)要素之間的配置得到更好的優(yōu)化，各種生產(chǎn)要素的潛力可以得到更大的發(fā)揮。3、 柔性制造系統(tǒng)（FMS）柔性制造系統(tǒng)是計算機(jī)的制造系統(tǒng)，主要由計算機(jī)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、料盤、自動搬運小車和自動化倉庫等組成。它可以隨機(jī)地、實時地、按量地按照裝配部門的要求，生產(chǎn)其能力范圍內(nèi)的任何工作，特別適于多品種、中小批量、設(shè)計更改頻繁的離散零件的批量生產(chǎn)。4、 工業(yè)機(jī)器人第一代機(jī)器人亦稱示教再現(xiàn)機(jī)器人，它們只鞭根據(jù)示教進(jìn)行重復(fù)運動，對工作環(huán)境和作業(yè)對象的變化缺乏適應(yīng)性和靈活性；第二代機(jī)器人帶有各種先進(jìn)的傳感元件，能獲取作業(yè)環(huán)境和操作對象的簡單信息，通過計算機(jī)處理、分析，做出一定的判斷，對動作進(jìn)行反饋控制，表現(xiàn)出低級智能，已開始走向?qū)嵱没?；第三代機(jī)器人即智能機(jī)器人，具有多種感知功能，可進(jìn)行復(fù)雜的邏輯思維、判斷和決策，在作業(yè)環(huán)境中獨立行動，與第五代計算機(jī)關(guān)系密切。四、 機(jī)電一體化的發(fā)展進(jìn)程數(shù)控機(jī)床問世：自從1952年美國第一臺數(shù)控銑床問世至今已50個年頭。我國數(shù)控機(jī)床制造業(yè)在80年代曾有過高速發(fā)展階段，尤其是在1999年后，國家向國防工業(yè)關(guān)鍵民用工業(yè)部門投入大量技改資金，使數(shù)控設(shè)備制造市場一派繁榮。微電子技術(shù)的發(fā)展：我國的集成電路產(chǎn)業(yè)起步于1965年，經(jīng)過30多年發(fā)展，已初步形成包括設(shè)計、制造、包裝業(yè)共同發(fā)展的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)?？删幊坛绦蚩刂破鳎≒L.C）的應(yīng)用于工業(yè)：上世紀(jì)60年代后期，美國汽車制造業(yè)開發(fā)一種ModularDigitalController（MODICON）取代續(xù)電控制盤。MODICON是世界上第一種投入商業(yè)生產(chǎn)的PLC.70年代是PLC崛起，并首先在汽車工業(yè)獲得大量應(yīng)用。80年代是它走向成熟，全面采用微電子及微處理器技術(shù)。90年代又開始了PLC的第三個發(fā)展時期。90年代后期進(jìn)入了第四階段。其特征是：在保留PLC功能的前提下，采用面向現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，采用開放的通信接口，如以太網(wǎng)、高速串口；采用各種相關(guān)的國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和一系列的事實上的標(biāo)準(zhǔn);從而使PLC和DCS這些原來處于不同硬件平臺的系統(tǒng)，正隨著計算技術(shù)、通信技術(shù)和編程技術(shù)的發(fā)展，趨向與建立同一硬件平臺，運用同一個操作系統(tǒng)。同一個編程系統(tǒng)，執(zhí)行不同的DCS和PLC功能。這就是真正意義上的EIC三電一體化。激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)的出現(xiàn)：以激光技術(shù)為首的光電子技術(shù)是未來信息技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，它集中了固體物理、波導(dǎo)光學(xué)、材料科學(xué)、微細(xì)加工和半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)的科研成就，成為電子技術(shù)與光子技術(shù)自然結(jié)合也擴(kuò)展、具有強(qiáng)烈應(yīng)用背景的新興交叉學(xué)科，對于國家經(jīng)濟(jì)、科技和國防都具有重要的戰(zhàn)略意義。五、機(jī)電一體化向智能化的發(fā)展趨勢20世紀(jì)90年代后期，各主要發(fā)達(dá)國家開始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭角，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新支；另一方面，對機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法，機(jī)電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進(jìn)行了深入研究。同時，由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和光纖技術(shù)等領(lǐng)域都取得了巨大進(jìn)步，為機(jī)電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地，也為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了堅實基礎(chǔ)。未來機(jī)電一體化的主要發(fā)展方向有：智能化：是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)化：20世紀(jì)90年代，計算機(jī)技術(shù)等的突出成就就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨到，質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。微型化：興起于20世紀(jì)80年代末，指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。綠色化：機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時不污染環(huán)境，報廢后能回收利用。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。設(shè)計綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前途。系統(tǒng)化：其表現(xiàn)特征之一