機(jī)電一體化技術(shù)的

1、機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展方向與機(jī)器人理論機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展方向與機(jī)器人理論作者：張新才作者：張新才[摘要摘要]機(jī)電一體化是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，本文簡(jiǎn)述了機(jī)電一體化技術(shù)的基本原理和發(fā)展方向，綜述了國內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀，分析了機(jī)電一體化技術(shù)的終極產(chǎn)物——機(jī)器人的理論。[關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞]機(jī)電一體化機(jī)電一體化技術(shù)技術(shù)自適應(yīng)性自適應(yīng)性發(fā)展方向發(fā)展方向機(jī)械人機(jī)械人一、機(jī)電一體化技術(shù)總論一、機(jī)電一體化技術(shù)總論機(jī)電一體化就是“利用電子、信息（

2、包括傳感器、控制、計(jì)算機(jī)等）技術(shù)使機(jī)械柔性化和智能化”的技術(shù)?！皺C(jī)電一體化”（mechatronics）一詞起源于日本，是由機(jī)械（mechanism）和電子（electronics）的兩個(gè)英語單詞合成的一個(gè)新的專用名詞顧名思義，機(jī)電一體化技術(shù)的目標(biāo)就是將機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮各自的長處，彌補(bǔ)各項(xiàng)技術(shù)的不足。由于機(jī)械的強(qiáng)度較高，輸出功率大，可以承受較大的載荷，但實(shí)現(xiàn)微小運(yùn)動(dòng)比較困難。而在電子領(lǐng)域，利用傳感器和計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜

3、的檢測(cè)和控制，但只利用電子技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)重載運(yùn)動(dòng)。因而將機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合，可以在重載條件下實(shí)現(xiàn)微小運(yùn)動(dòng)和復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，使機(jī)械產(chǎn)品既能夠像動(dòng)物那樣靈活動(dòng)作——柔性化，也能夠像人類那樣會(huì)思考判斷——智能化。于是一門新的科學(xué)——機(jī)電一體化產(chǎn)生了。機(jī)電一體化技術(shù)的本質(zhì)是將電子技術(shù)引入機(jī)械控制中，也就是“利用傳感器檢測(cè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，將檢測(cè)信息輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)計(jì)算得到能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期運(yùn)動(dòng)的控制信號(hào)，由此來控制執(zhí)行裝置”，其中最為關(guān)鍵的是“經(jīng)計(jì)算得到能夠?qū)崿F(xiàn)

4、預(yù)期運(yùn)動(dòng)的控制信號(hào)”，這項(xiàng)工作的實(shí)質(zhì)就是開發(fā)計(jì)算機(jī)軟件。軟件開發(fā)是指研究計(jì)算機(jī)程序的內(nèi)容，并通過鍵盤將程序輸入計(jì)算機(jī)，不需要用螺栓和螺母來重新組裝機(jī)械，只用電烙鐵焊接電子線路或者修改程序就可靈活地改變機(jī)械的運(yùn)動(dòng)。在計(jì)算機(jī)上利用適當(dāng)?shù)能浖M(jìn)行控制，無論如何復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)都可以實(shí)現(xiàn)，而且軟件開發(fā)所需的時(shí)間也比較短，設(shè)計(jì)也比較靈活，改變軟件的功能也比較容易。機(jī)電一體化技術(shù)的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化（FA）。機(jī)械自動(dòng)化或稱為工廠自動(dòng)化，即對(duì)螺釘、螺

5、母、電阻器、電容器等固體進(jìn)行操作的系統(tǒng)的自動(dòng)化。采用了機(jī)電一體化技術(shù)的產(chǎn)品可以達(dá)到如下效果：⑴使產(chǎn)品具有原來所不具備的功能。⑵產(chǎn)品的柔性（flexibility）增強(qiáng)。⑶操作性能改善。⑷容易滿足多樣性的需求。⑸擴(kuò)大設(shè)計(jì)的靈活性。⑹生產(chǎn)工藝性改善。⑺使產(chǎn)品的體積小、重量輕。⑻減少產(chǎn)品的零部件數(shù)。⑼可靠性提高。⑽質(zhì)量提高。⑾節(jié)能省力。⑿成本降低。二、二、機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成與相關(guān)技術(shù)機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成與相關(guān)技術(shù)機(jī)電一體化技術(shù)從20世紀(jì)60

6、年代開始出現(xiàn)，發(fā)展到今天已朝向智能化方向邁進(jìn)，且逐步建立起了完整的基礎(chǔ)和完整的科學(xué)體系。機(jī)電一體化系統(tǒng)與靈活性和智能性最強(qiáng)的人體相對(duì)應(yīng)，由5個(gè)要素構(gòu)成，如圖1所示：1、機(jī)械裝置：能夠?qū)崿F(xiàn)某種運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)（相當(dāng)于人體的骨骼）。2、執(zhí)行裝置：驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置運(yùn)動(dòng)的部分（相當(dāng)于人類的肌肉）。3、能源：為執(zhí)行裝置提供能量的部分（相當(dāng)于人類的內(nèi)臟）。4、傳感器：檢測(cè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的傳感器（相當(dāng)于人類的五官）。5、計(jì)算機(jī)：運(yùn)動(dòng)控制的計(jì)算和判斷部分（相當(dāng)于人類的

7、神經(jīng)和大腦）。機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，是一種綜合性的機(jī)電一體化技術(shù)，包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、伺服控制、數(shù)據(jù)處理、人機(jī)對(duì)話以及與機(jī)器人工作性質(zhì)對(duì)應(yīng)的控制功能等，其系統(tǒng)的構(gòu)成與實(shí)現(xiàn)可按上述的五個(gè)要素分述如下：1、機(jī)械裝置機(jī)器人的手指、手臂、手臂的連接部分和機(jī)座等是使機(jī)器人能夠運(yùn)動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。2、執(zhí)行裝置驅(qū)動(dòng)機(jī)座上的機(jī)體、手臂、手指等運(yùn)動(dòng)的電機(jī)和電磁鐵等。3、能源驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電源和驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)的液壓源和氣壓源。4、傳感器檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角度和擺動(dòng)

8、角度的旋轉(zhuǎn)編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器等，用于監(jiān)視機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。5、計(jì)算機(jī)根據(jù)來自旋轉(zhuǎn)編碼器或測(cè)速發(fā)電機(jī)的信號(hào)，判斷機(jī)器人的當(dāng)前狀態(tài)，并計(jì)算和判斷要達(dá)到所希望的狀態(tài)或者移動(dòng)到某一目標(biāo)應(yīng)該如何動(dòng)作。知識(shí)庫路徑規(guī)劃導(dǎo)向指令導(dǎo)向控制移動(dòng)控制行動(dòng)決策移動(dòng)機(jī)構(gòu)人類環(huán)境一一一一一一2一一一一一一一一一一一一一四、結(jié)語四、結(jié)語機(jī)電一體化是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求，機(jī)器人技術(shù)則是機(jī)電一體化技術(shù)的集中表現(xiàn)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)