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機(jī)電一體化技術(shù) 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論與方法學(xué)習(xí)報(bào)告 綜 述 一、機(jī)電一體化的含義 機(jī)電一體化在國(guó)外被稱為Mechatronics是日本人在20世紀(jì)70年代初提出來(lái)的，它是將英文Mechanics的前半部分和Electronics的后半部分結(jié)合在一起構(gòu)成的一個(gè)新詞，意思是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。這一名稱已經(jīng)得到包括我國(guó)在內(nèi)的世界各國(guó)的承認(rèn)，我國(guó)的工程技術(shù)人員習(xí)慣上把它譯為機(jī)電一體化技術(shù)。 機(jī)電一體化技術(shù)又稱為機(jī)械電子技術(shù)，是機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)和信息技術(shù)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。機(jī)電一體化技術(shù)是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、光學(xué)技術(shù)與機(jī)械技術(shù)的相互交叉與融合，是諸多高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)裝備的基礎(chǔ)。 性能提高，精度提高。例如，過(guò)去精密機(jī)床采用的是機(jī)械校正，只能校正機(jī)床的系統(tǒng)誤差，現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床，可克服隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差，從而可以達(dá)到前所未有的高精度。調(diào)整切削阻尼，減少顫振，保證很高的生產(chǎn)率與很高的加工表面光潔度。粗加工與精加工工序集成，深刻地改變了傳統(tǒng)機(jī)床的結(jié)構(gòu)布局，沖破了傳統(tǒng)的機(jī)床按類別的劃分。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。因采用微處理機(jī)、集成電路、新型傳動(dòng)技術(shù)，代替電氣控制柜和傳動(dòng)裝置，使產(chǎn)品體積小，零部件數(shù)量減小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。 系統(tǒng)可靠性提高。在電子元件質(zhì)量可靠性高的前提下，機(jī)電一體化可以改善耐久性，減少故障。機(jī)電一體化產(chǎn)品具有自動(dòng)監(jiān)視診斷、安全聯(lián)鎖控制、過(guò)負(fù)荷及失控保護(hù)、停電對(duì)策等，提高了安全可靠性。 節(jié)約能源。例如我國(guó)目前各類電風(fēng)扇的調(diào)整器為電磁機(jī)械式，如果用電子式調(diào)整器每年全國(guó)可節(jié)約電600萬(wàn)度。 改善操作，提高操作體驗(yàn)。機(jī)電一體化產(chǎn)品采用計(jì)算機(jī)控制，具有數(shù)字顯示，減少了操作按扭及手柄，具有程序控制等功能，因而可以改善設(shè)備操作性能，減少訓(xùn)練操作人員時(shí)間。 三、機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)和相關(guān)技術(shù) 圖 3-1 機(jī)電一體化系統(tǒng)廣義上來(lái)講主要包括硬件和軟件兩個(gè)方面，具體來(lái)說(shuō)主要包括五個(gè)方面： 機(jī)電一體化系統(tǒng)不僅涉及到機(jī)械方面的技術(shù)還與電子技術(shù)息息相關(guān)。隨著機(jī)電一體化的發(fā)展，機(jī)械與電子的結(jié)合已經(jīng)漸漸不能滿足工業(yè)需求。現(xiàn)在又出現(xiàn)機(jī)電液、光機(jī)電一體化等系統(tǒng)。機(jī)電一體化主要相關(guān)技術(shù)包括機(jī)械技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、伺服傳動(dòng)技術(shù)等。 機(jī)械技術(shù) 機(jī)電一體化的機(jī)械產(chǎn)品與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品的區(qū)別在于：機(jī)械結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、機(jī)械功能更強(qiáng)、性能更優(yōu)越�，F(xiàn)代機(jī)械要求具有更新穎的結(jié)構(gòu)、更小的體積、更輕的重量，還要求精度更高、剛度更大、動(dòng)態(tài)性能更好。 傳感檢測(cè)技術(shù) 傳感檢測(cè)技術(shù)的內(nèi)容：一是研究如何將各種被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之成比例的電量，二是研究對(duì)轉(zhuǎn)換的電信號(hào)的加工處理，如放大、補(bǔ)償、標(biāo)度變換等。機(jī)電一體化系統(tǒng)要求傳感檢測(cè)裝置能快速、準(zhǔn)確、可靠的獲取信息。 信息處理技術(shù) 實(shí)現(xiàn)信息處理的主要工具是計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)技術(shù)包括計(jì)算機(jī)的軟件技術(shù)、硬件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通訊技術(shù)和數(shù)據(jù)技術(shù)。機(jī)電一體化系統(tǒng)中主要采用工業(yè)控制機(jī)（包括可編程控制器、單/多回路調(diào)節(jié)器、單片微控制器、總線式工業(yè)控制機(jī)、分布式計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)）進(jìn)行信息處理。 自動(dòng)控制技術(shù) 自動(dòng)控制所依據(jù)的理論是自動(dòng)控制原理，自動(dòng)控制技術(shù)就是在此理論的指導(dǎo)下對(duì)具體控制裝置或控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)后進(jìn)行系統(tǒng)仿真、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試最后使研制的系統(tǒng)可靠的投入運(yùn)行。 伺服傳動(dòng)技術(shù) 伺服傳動(dòng)包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等各種類型的傳動(dòng)裝置常見的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要有電氣伺服（如步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)）和液壓伺服（如液壓馬達(dá)、脈沖油缸等）兩類。 系統(tǒng)總體技術(shù) 機(jī)電一體化系統(tǒng)是一個(gè)技術(shù)綜合體，它利用系統(tǒng)總體技術(shù)將各相關(guān)技術(shù)協(xié)調(diào)配合、綜合運(yùn)用而達(dá)到整體系統(tǒng)的最佳化。 四、機(jī)電一體化應(yīng)用示例 機(jī)器人是能夠自動(dòng)識(shí)別對(duì)象或其動(dòng)作，根據(jù)識(shí)別，自動(dòng)決定應(yīng)采取動(dòng)作的自動(dòng)化裝置。它能模擬人的手、臂的部分動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工件或操縱工具等。它綜合了精密機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、檢測(cè)傳感技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)等領(lǐng)域的最新成果，是具有發(fā)展前途的機(jī)電一體化典型產(chǎn)品。機(jī)器人一般由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，檢測(cè)傳感系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)等組成， 各系統(tǒng)功能如下所述： 執(zhí)行系統(tǒng)。執(zhí)行系統(tǒng)是完成抓取工件（或工具）實(shí)現(xiàn)所需運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部件，包括手部、腕部、臂部、機(jī)身以及行走機(jī)構(gòu)。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的作用是向執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力。隨驅(qū)動(dòng)目標(biāo)的不同，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式有液動(dòng)、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械式四種。 控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)是機(jī)器人的指揮中心，它控制機(jī)器人按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)�？刂葡到y(tǒng)可記憶各種指令信息（如動(dòng)作順序，運(yùn)動(dòng)軌跡，運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間等），同時(shí)按指令信息向各執(zhí)行元件發(fā)出指令。必要時(shí)還可對(duì)機(jī)器人動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出警報(bào)信號(hào)。 檢測(cè)傳感系統(tǒng)。它主要檢測(cè)機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)位置、狀態(tài)，并隨時(shí)將執(zhí)行系統(tǒng)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行系統(tǒng)以一定的精度達(dá)到設(shè)定的位置狀態(tài)。 人工智能系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要賦予機(jī)器人自動(dòng)識(shí)別、判斷和適應(yīng)性操作。 BJDP-1型機(jī)器人 BJDP-1機(jī)器人是全電動(dòng)式、五自由度、具有連續(xù)軌跡控制等功能的多關(guān)節(jié)型示教再現(xiàn)機(jī)器人，用于高噪聲，高粉塵等惡環(huán)境的噴砂作業(yè)。該機(jī)器人的五個(gè)自由度，分別是立柱回轉(zhuǎn)（L）、大臂回轉(zhuǎn)（D）小臂回轉(zhuǎn)（X）、腕部俯仰（W1）和腕部轉(zhuǎn)動(dòng)（W2），其機(jī)構(gòu)原理如圖4-1所示，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)關(guān)系如圖4-2所示。 圖4-1 BJDP-1機(jī)器人的結(jié)構(gòu)原理 圖4-2 BJDP-1機(jī)器人機(jī)構(gòu)傳動(dòng)關(guān)系Rdf紅軟基地

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