機(jī)電一體化系統(tǒng)研究分析

王明杰 任平英 馬飛

摘 要：隨著工業(yè)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，人們對機(jī)電一體化技術(shù)的研究也越來越深入，機(jī)電一體化技術(shù)總體來說就是機(jī)械機(jī)構(gòu)本體模塊與電氣控制模塊的結(jié)合，本文將針對機(jī)電一體化系統(tǒng)的發(fā)展、特點(diǎn)和技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行研究分析。

關(guān)鍵詞： 機(jī)電一體化;機(jī)械;電氣

0 前言

機(jī)電一體化這一概念是在上世紀(jì)70年代日本人提出的，但是機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展可以追溯到1832年，斯特金發(fā)明了世界上第一臺能夠連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)代表著機(jī)械與電氣的真正開始結(jié)合。[1]機(jī)電一體化技術(shù)的本身的含義就是機(jī)械與電子技術(shù)的集成，但它本身也沒有統(tǒng)一的定論。上世紀(jì)世界電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快的是日本，日本對機(jī)電一體化進(jìn)行了一些定義如：機(jī)電一體化是指機(jī)械運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的本體上添加一些電氣控制模塊包括一些微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制軟件等所組成的整個(gè)系統(tǒng)的總稱。[2]當(dāng)然隨著電子技術(shù)的發(fā)展機(jī)電一體化系統(tǒng)本身的含義也在發(fā)生著變化。本文將針對機(jī)電一體化系統(tǒng)的技術(shù)的發(fā)展、特點(diǎn)以及機(jī)電一體化技術(shù)的組成進(jìn)行研究分析。

1 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展

1.1 20世紀(jì)60年代前

電氣設(shè)備剛剛開始發(fā)展，主要出現(xiàn)的電氣設(shè)備有電動(dòng)機(jī)，繼電器，機(jī)電一體化主要是指簡單的電氣回路控制設(shè)備，如普通車床，銑床等。這時(shí)的機(jī)電一體化主要是指用手動(dòng)控制電路開關(guān)運(yùn)行一些簡單的機(jī)電設(shè)備。但是由于繼電器體積較大限制了電氣控制設(shè)備的發(fā)展規(guī)模。

1.2 20世紀(jì)70年代后

隨著二極管、三級管等晶體管的出現(xiàn)，大規(guī)模集成電路開始出現(xiàn)并得以迅速發(fā)展，機(jī)電一體化設(shè)備的控制精度開始提高，控制設(shè)備也趨于小型化，尤其是傳感器技術(shù)和PLC技術(shù)的發(fā)展機(jī)電一體化設(shè)備的綜合控制能力進(jìn)一步得到提升。

1.3 20世紀(jì)90年代以后

網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展將機(jī)電一體化設(shè)備產(chǎn)品帶入了智能化，人們對機(jī)電一體化設(shè)備的使用更加方便，管理和維護(hù)方面也得到了大大的提高。隨著工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)能力的進(jìn)一步提高，機(jī)電一體化的產(chǎn)品開始出現(xiàn)在大眾化的生活中，智能空調(diào)，洗衣機(jī)，機(jī)器人的等相繼出現(xiàn)，代表著人們生活水平得到了極大的改善。

2 機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)

機(jī)電一體化涉及的技術(shù)非常廣泛，涉及的領(lǐng)域也非常多，主要包括：機(jī)械技術(shù);檢測與傳感器技術(shù);信息處理技術(shù);私服驅(qū)動(dòng)技術(shù)。

2.1 機(jī)械技術(shù)

機(jī)械技術(shù)在機(jī)電一體化整個(gè)技術(shù)中是一個(gè)載體。設(shè)備功能的實(shí)現(xiàn)還是需要靠機(jī)械本體結(jié)構(gòu)。目前自動(dòng)化設(shè)備有往更輕，更小，精度更高，響應(yīng)速度更快的的方向發(fā)展趨勢。機(jī)械設(shè)備機(jī)構(gòu)主要分為三類：包括機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu);機(jī)械導(dǎo)向支撐機(jī)構(gòu);機(jī)械手。械在機(jī)械設(shè)備中機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)械系統(tǒng)的最基本要素。

2.2 檢測傳感技術(shù)

在機(jī)電一體化設(shè)備中，要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制還是需要對機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行檢測，傳感器的作用在其中必不可少。傳感器檢測的內(nèi)容主要包括各種物理量（包括：速度、位置等）。傳感器需要將其采集到的各種物理信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺诮?jīng)過一系列的信息處理后轉(zhuǎn)換成控制信息[3]。

2.3 信息處理技術(shù)

信息處理技術(shù)也是機(jī)電一體化中的重要一環(huán)，信息處理技術(shù)主要包括信號的采集與處理，采集主要是采集物理信息，而處理主要包括對傳輸來的模擬信號進(jìn)行采樣輸入控制，然后進(jìn)行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換即A/D轉(zhuǎn)換，方可輸入工業(yè)計(jì)算機(jī)進(jìn)行一些邏輯計(jì)算。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)主要包括三種：PLC、單片機(jī)、總線型工業(yè)控制計(jì)算。

2.4 伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)

伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)是一種將工業(yè)也計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制指令信息轉(zhuǎn)換為控制電流信息的一種技術(shù)。伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要分為三類，包括：電動(dòng)伺服技術(shù)、氣動(dòng)伺服技術(shù)、液動(dòng)伺服技術(shù)。這三種伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要是指驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力源不一樣，電動(dòng)伺服技術(shù)主要控制的是電動(dòng)機(jī)，氣動(dòng)伺服系統(tǒng)主要控制的是氣壓傳動(dòng)，液動(dòng)伺服技術(shù)主要是控制液壓傳動(dòng)。在機(jī)電一體化行業(yè)尤其是加工制造業(yè)電動(dòng)伺服技術(shù)應(yīng)用更加廣泛。[4]現(xiàn)在伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要包括：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、伺服直流電動(dòng)機(jī)和伺服交流電動(dòng)機(jī)。

3 機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)

3.1 輕型化小型化

隨著工業(yè)制造水平的不斷進(jìn)步發(fā)展，產(chǎn)品零部件的壽命和結(jié)構(gòu)剛性在提高，產(chǎn)品的體積也在縮小。例如在醫(yī)療行業(yè)和手機(jī)行業(yè)，微型零部件正在成為一種趨勢，很多小型機(jī)器都有成千上萬零件組成。

3.2 高速度高精度高智能化

隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，以及新型傳感器技術(shù)和工業(yè)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化正在向高速高精度，高智能化方向發(fā)展。例如數(shù)控機(jī)床的加工精度有以前的微米級向納米級發(fā)展。并且數(shù)控機(jī)床的可靠性也在提高，加工效率也大大增強(qiáng)。在工業(yè)機(jī)器人方面，工業(yè)機(jī)器人的自由度也在提高，靈活性也在增強(qiáng)，自動(dòng)故障診斷能力也在提高，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)是現(xiàn)在自動(dòng)化工廠不可或缺的設(shè)備。

4 總結(jié)

機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)越來越成熟，目前它使用已經(jīng)非常也非常廣泛。在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域有，數(shù)控機(jī)床，自動(dòng)化生產(chǎn)線，工業(yè)機(jī)器人等，在生活領(lǐng)域有智能家居、無人機(jī)、帶自動(dòng)駕駛功能的汽車等。總之機(jī)電一體化設(shè)備在人們周圍越來越普及越來越必不可少。它會朝著更高的智能化發(fā)展。機(jī)電一體化相關(guān)技術(shù)也都會取得更大的突破。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮細(xì)香.機(jī)電一體化概論[M].北京：人民郵電出版社，2013（05）.

[2]袁中凡.機(jī)電一體化技術(shù)[J].機(jī)械.儀表工業(yè)，2006（08）.

[3]梁森.自動(dòng)檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013（01）.

[4]張福學(xué).機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2000.