机电一体化技术的

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1、机电一体化技术的发展方向与机器人理论作者：张新才[摘要]机电一体化是现代科学技术发展的必然结果，本文简述了机电一体化技术的基本原理和发展方向，综述了国内外机电一体化技术的现状，分析了机电一体化技术的终极产物——机器人的理论。[关键词]机电一体化技术自适应性发展方向机械人一、机电一体化技术总论机电一体化就是“利用电子、信息（包括传感器、控制、计算机等）技术使机械柔性化和智能化”的技术。“机电一体化”（mechatronics）一词起源于日本，是由机械（mechanism）和电子（electronics）的两个英语单词合成的一个新的专用名词顾名思

2、义，机电一体化技术的目标就是将机械技术与电子技术相结合，充分发挥各自的长处，弥补各项技术的不足。由于机械的强度较高，输出功率大，可以承受较大的载荷，但实现微小运动比较困难。而在电子领域，利用传感器和计算机可以实现复杂的检测和控制，但只利用电子技术无法实现重载运动。因而将机械技术与电子技术相结合，可以在重载条件下实现微小运动和复杂运动，使机械产品既能够像动物那样灵活动作——柔性化，也能够像人类那样会思考判断——智能化。于是一门新的科学——机电一体化产生了。机电一体化技术的本质是将电子技术引入机械控制中，也就是“利用传感器检测机械运动，将检测信息

3、输入计算机，经计算得到能够实现预期运动的控制信号，由此来控制执行装置”，其中最为关键的是“经计算得到能够实现预期运动的控制信号”，这项工作的实质就是开发计算机软件。软件开发是指研究计算机程序的内容，并通过键盘将程序输入计算机，不需要用螺栓和螺母来重新组装机械，只用电烙铁焊接电子线路或者修改程序就可灵活地改变机械的运动。在计算机上利用适当的软件进行控制，无论如何复杂的运动都可以实现，而且软件开发所需的时间也比较短，设计也比较灵活，改变软件的功能也比较容易。机电一体化技术的主要目标是实现机械自动化（FA）。机械自动化或称为工厂自动化，即对螺钉、螺

4、母、电阻器、电容器等固体进行操作的系统的自动化。采用了机电一体化技术的产品可以达到如下效果：⑴使产品具有原来所不具备的功能。⑵产品的柔性（flexibility）增强。⑶操作性能改善。⑷容易满足多样性的需求。⑸扩大设计的灵活性。⑹生产工艺性改善。⑺使产品的体积小、重量轻。⑻减少产品的零部件数。⑼可靠性提高。⑽质量提高。⑾节能省力。⑿成本降低。二、机电一体化系统的构成与相关技术机电一体化技术从20世纪60年代开始出现，发展到今天已朝向智能化方向迈进，且逐步建立起了完整的基础和完整的科学体系。机电一体化系统与灵活性和智能性最强的人体相对应，由5个

5、要素构成，如图1所示：1、机械装置：能够实现某种运动的机构（相当于人体的骨骼）。2、执行装置：驱动机械装置运动的部分（相当于人类的肌肉）。3、能源：为执行装置提供能量的部分（相当于人类的内脏）。4、传感器：检测机械运动的传感器（相当于人类的五官）。5、计算机：运动控制的计算和判断部分（相当于人类的神经和大脑）。机器人是典型的机电一体化产品，是一种综合性的机电一体化技术，包括传动机构、伺服控制、数据处理、人机对话以及与机器人工作性质对应的控制功能等，其系统的构成与实现可按上述的五个要素分述如下：1、机械装置机器人的手指、手臂、手臂的连接部分和机

6、座等是使机器人能够运动的机械结构。2、执行装置驱动机座上的机体、手臂、手指等运动的电机和电磁铁等。3、能源驱动电机的电源和驱动液压系统、气压系统的液压源和气压源。4、传感器检测旋转角度和摆动角度的旋转编码器和旋转变压器等，用于监视机器人的运动。5、计算机根据来自旋转编码器或测速发电机的信号，判断机器人的当前状态，并计算和判断要达到所希望的状态或者移动到某一目标应该如何动作。机器人是实现人类一部分技能的机械，很容易由上述5个要素与人体相对应。对于其它的机电一体化系统，如微机控制型缝纫机、自动变焦照相机、自动变焦防颤型摄像机等，只要存在机械运动就

7、必然包含上述这5个要素。三、机电一体化技术的发展方向在21世纪，机电一体化技术将得到更大的发展。传感器的性能将进一步提高，对传感器信号的处理和判断的智能化程度将达到更高的水平，出现更高柔性和自适应性的机电一体化系统。3.1传感器性能的提高高性能传感器具有如下性能之一。⑴高精度传感器自身的检测精度高，对温度变化不敏感，抗噪声干扰。⑵智能传感器在传感器内部装有微型计算机，可以进行智能化处理。⑶组合传感器将几个传感器组合成一体，形成能够检测单个传感器无法检测的高性能信息的传感器系统。3.2高智能化处理高智能化处理就是像人的大脑一样，能够在一些基本知

8、识的基础上对其进行合理的组合和判断。能够进行这种处理的软件称为人工智能软件。智能化处理过程就是将基本知识以知识库的形式存储在计算机的存储器中。自动提取与某一知识关联