機電一體化技術的

1、機電一體化技術的發(fā)展方向與機器人理論機電一體化技術的發(fā)展方向與機器人理論作者：張新才作者：張新才[摘要摘要]機電一體化是現(xiàn)代科學技術發(fā)展的必然結果，本文簡述了機電一體化技術的基本原理和發(fā)展方向，綜述了國內(nèi)外機電一體化技術的現(xiàn)狀，分析了機電一體化技術的終極產(chǎn)物——機器人的理論。[關鍵詞關鍵詞]機電一體化機電一體化技術技術自適應性自適應性發(fā)展方向發(fā)展方向機械人機械人一、機電一體化技術總論一、機電一體化技術總論機電一體化就是“利用電子、信息（

2、包括傳感器、控制、計算機等）技術使機械柔性化和智能化”的技術?！皺C電一體化”（mechatronics）一詞起源于日本，是由機械（mechanism）和電子（electronics）的兩個英語單詞合成的一個新的專用名詞顧名思義，機電一體化技術的目標就是將機械技術與電子技術相結合，充分發(fā)揮各自的長處，彌補各項技術的不足。由于機械的強度較高，輸出功率大，可以承受較大的載荷，但實現(xiàn)微小運動比較困難。而在電子領域，利用傳感器和計算機可以實現(xiàn)復雜

3、的檢測和控制，但只利用電子技術無法實現(xiàn)重載運動。因而將機械技術與電子技術相結合，可以在重載條件下實現(xiàn)微小運動和復雜運動，使機械產(chǎn)品既能夠像動物那樣靈活動作——柔性化，也能夠像人類那樣會思考判斷——智能化。于是一門新的科學——機電一體化產(chǎn)生了。機電一體化技術的本質(zhì)是將電子技術引入機械控制中，也就是“利用傳感器檢測機械運動，將檢測信息輸入計算機，經(jīng)計算得到能夠實現(xiàn)預期運動的控制信號，由此來控制執(zhí)行裝置”，其中最為關鍵的是“經(jīng)計算得到能夠實現(xiàn)

4、預期運動的控制信號”，這項工作的實質(zhì)就是開發(fā)計算機軟件。軟件開發(fā)是指研究計算機程序的內(nèi)容，并通過鍵盤將程序輸入計算機，不需要用螺栓和螺母來重新組裝機械，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械的運動。在計算機上利用適當?shù)能浖M行控制，無論如何復雜的運動都可以實現(xiàn)，而且軟件開發(fā)所需的時間也比較短，設計也比較靈活，改變軟件的功能也比較容易。機電一體化技術的主要目標是實現(xiàn)機械自動化（FA）。機械自動化或稱為工廠自動化，即對螺釘、螺

5、母、電阻器、電容器等固體進行操作的系統(tǒng)的自動化。采用了機電一體化技術的產(chǎn)品可以達到如下效果：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。⑶操作性能改善。⑷容易滿足多樣性的需求。⑸擴大設計的靈活性。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、機電一體化系統(tǒng)的構成與相關技術機電一體化系統(tǒng)的構成與相關技術機電一體化技術從20世紀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，且逐步建立起了完整的基礎和完整的科學體系。機電一體化系統(tǒng)與靈活性和智能性最強的人體相對應，由5個要素構成，如圖1所示：1、機械裝置：能夠實現(xiàn)某種運動的機構（相當于人體的骨骼）。2、執(zhí)行裝置：驅動機械裝置運動的部分（相當于人類的肌肉）。3、能源：為執(zhí)行裝置提供能量的部分（相當于人類的內(nèi)臟）。4、傳感器：檢測機械運動的傳感器（相當于人類的五官）。5、計算機：運動控制的計算和判斷部分（相當于人類的

7、神經(jīng)和大腦）。機器人是典型的機電一體化產(chǎn)品，是一種綜合性的機電一體化技術，包括傳動機構、伺服控制、數(shù)據(jù)處理、人機對話以及與機器人工作性質(zhì)對應的控制功能等，其系統(tǒng)的構成與實現(xiàn)可按上述的五個要素分述如下：1、機械裝置機器人的手指、手臂、手臂的連接部分和機座等是使機器人能夠運動的機械結構。2、執(zhí)行裝置驅動機座上的機體、手臂、手指等運動的電機和電磁鐵等。3、能源驅動電機的電源和驅動液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)的液壓源和氣壓源。4、傳感器檢測旋轉角度和擺動

8、角度的旋轉編碼器和旋轉變壓器等，用于監(jiān)視機器人的運動。5、計算機根據(jù)來自旋轉編碼器或測速發(fā)電機的信號，判斷機器人的當前狀態(tài)，并計算和判斷要達到所希望的狀態(tài)或者移動到某一目標應該如何動作。知識庫路徑規(guī)劃導向指令導向控制移動控制行動決策移動機構人類環(huán)境一一一一一一2一一一一一一一一一一一一一四、結語四、結語機電一體化是許多科學技術發(fā)展的結晶，是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求，機器人技術則是機電一體化技術的集中表現(xiàn)。隨著科學技術的進一步發(fā)