機電一體化構成要素及相關技術分析

夏昌玉

(魯南技師學院，山東 臨沂 276017)

1 引言

20世紀70年代，日本提出了“mechatronics”這個英語合成名詞，其中詞首 mecha表示 mechanics(機械學)，詞尾tronics表示electronics(電子學)，“機電一體化”由此而來。在我國此英文單詞被翻譯為機電一體化或機械電子學。隨后，在機械主功能、動力動能、信息處理與控制功能上引進了電子技術，并將機械裝置與電子設備以及軟件等有機結合起來而構成系統使機電一體化更加充分、豐富。

2 機電一體化構成要素

從機電一體化的含義中，可以看出構成機電一體化的核心要素由：機械本體、動力部分、檢測部分、執行機構、控制器、接口等組成。其中，機械本體主要是由機架、機械連接、機械傳動等組成。是機電一體化的支撐體系和基礎，為動力功能、動力傳遞以及動力來源提供支撐作用。動力部分是機電一體化產品能量供應部分，其作用是按照系統控制要求向機械系統提供能量和動力使系統正常運行。提供能量的方式包括電能、氣能和液壓能，以電能為主。檢測傳感部分則主要包括負責檢測機電一體化系統工作過程中本身和外界環境有關參量的變化，并將信息傳遞給電子控制單元的傳感器及其信號檢測電路。執行機構主要是由執行器組成。負責完成根據電子控制單元的指令驅動機械部件的運動。而執行器是運動部件，通常采用電力驅動、氣壓驅動和液壓驅動等幾種方式。接口則主要包括：一是用于實現系統間電氣信號連接的電氣接口;二是用于完成完成機械間的連接的機械接口;三是提供人與機電一體化系統間的交互界面等等的人機接口。今后，隨著技術的發展，還將會增加新的接口：如外圍即插即用、接口等。接口技術是一個機電一體化的重要方面，是實現系統各部分有機連接的保證。

3 主要技術及分析

通過對機電一體化的構成要素，可以知道，在機電一體化發展及組成中，需要應用不同領域的技術。如：機械技術、計算機及信息處理技術、自動控制技術、傳感技術、電子技術、機械設計等。

在機電一體化所涉及的技術中，機械技術則是機電一體化的基石。機械技術對整個機械系統的組成結構、整體重量、存放體積、機械剛性及韌性等方面都有著不同程度的影響。特別是隨著機械工業和精工產品的發展，對生產機械的要求越來越高。由此，在機電一體化系統制造過程中，機械結構在結構設計、材料構成、重量體積、性能提高、精準高效、低碳環保等方面隨著要求的提高會不斷借助于計算機技術、信息技術進行改進，以此形成新一代機械制造技術[1，2]。

計算機與信息處理技術是機電一體化中信息處理的核心。現代的機械設備，大部分都是高智能化和自動化。那么，這種自動化和智能化是建立在對電氣信號和機械信號等相關信息進行獲取、存儲、傳輸、運算、研判、決策后而自動完成的過程。其中，對信息處理的工具則是由硬件技術、軟件技術、網絡與通訊技術、數據庫技術、人工智能技術、專家系統技術、神經網絡技術等組成的計算機信息處理技術或智能芯片技術或微處理器技術。對這些信息處理的效率和能力，則對機電一體化的質量和效率將產生直接影響。由此可見，計算機與信息處理技術是機電一體化的關鍵技術[3]。

受微型計算機廣泛應用的影響，自動控制技術借助于計算機技術，在控制理論指導下，負責完成高精度定位控制、速度控制、自適應、自診斷、校正、補償、再現、檢索等相關功能，實現機械設備的自動化運作，提高了生產效率。

通過伺服技術，將小型號、大功率、高精度、使用簡便的操作執行部件集成起來，以電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，由微型計算機通過接口完成傳動裝置相連接，再由執行機構在自動控制技術的控制下，管理其運動，并帶動工作機械做回轉、直線或其他各種復雜的運動。傳感與檢測裝置則完成系統輸入端相聯并將檢測到的信號輸送到信息處理部分。機械技術、計算機及信息處理技術、自動控制技術、傳感技術、電子技術、機械設計等相關技術的高度集成與協調運作，使得機電一體化技術得到了快速發展和廣泛應用。

4 結語

以大規模集成電路和微型計算機為代表的微電子技術的高度發展，促進了機電一體化興起和發展，并向傳統機械工業領域迅速滲透。在現代工業基礎上，集機械技術、電力電子技術、傳感測試技術、機械設計、接口技術、自動控制技術、信息與信號處理技術、計算機與軟件技術等群體技術，以機械本體為載體，形成以微電子技術為主導的現代高新技術支持下的機電一體化。隨著信息技術和機械科技技術的不斷創新和發展，機電一體化將形成以精密工程和系統集成為特點的“微機電一體化”大發展。

[1]鄧星鐘等編.機電傳動控制(第四版)[M].華中科技大學出版，2007，7：31-160.

[2]機電一體化技術手冊編委會編.機電一體化技術手冊(第二版).機械工業出版社，1999，7：45-300.

[3]G..Chsieh.A Study on PositionServo Control System.IEEE Vol IE39，1989，No.3

[4]楊正新，樂光明編著.機電一體化實用技術(第一版)[M].科學技術文獻出版社，1994，1：100-289.

[5]Nakazawa H，Tomishi Y.Study on Height Speed Feed Drive System for Machine Tool.Japan Society of Precision Engineering，1991，3(57)