浅谈机电一体化技术的发展及应用

概况：随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。机电一体化是在以机械、电子技术和计算机科学为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科，而机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。机电一体化技术同时也是工程领域不同种类技术的综合及集合，它是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、电气自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术基础之上的一种高新技术。

一、机电产品的构成及特点：
　　1．1机械本体是系统的所有功能要素的机械支持结构，一般包括有机身、框架、支撑、联接等。
　　机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主，为了减轻质量除了在结构上加以改进，还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量，才有可能实现驱动系统的小型化，进而在电气自动化控制方面改善快速响应特性，减少能量消耗，提高效率。
　　1．2动力驱动部分依据系统控制要求，为系统提供能量和动力以使系统正常运行。电机作为驱动机构已被广泛采用，但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前，正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件一传感器一电机三位一体的伺服驱动单元。
　　1．3测试传感部分 ，对系统的运行所需要的本身和外部环境的各种参数和状态进行检测，并变成可识别的信号，传输给信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面，提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰，目前有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信息传感器来说，目前主要发展非接触型检测技术。
　　1．4机电一体化控制及信息处理部分将来之测试传感部分的信息及外部直接输入的指令进行集中、存储、分析、加工处理后，按照信息处理结果和规定的程序与节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的的运行。机电一体化与微电子学的显着进步、信息处理设备的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化，必须提高信息处理设备的可靠性，包括模／数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性，进而提高处理速度，并解决抗干扰及标准化问题。
1．5执行机构根据控制及信息处理部分发出的指令，完成规定的动作和功能。执行机构是运动部件，一股采用机械、电液等机构。比如搬运站模型(实习鉴定装置) 组合的形式：它由无杆气缸、椭圆形活塞气缸和气动夹爪等部件组成，通过水平移动、上下伸缩、抓取等动作，将前一站上的工件抓起并输送到下一工作站。机电一体化搬运站模型配件：1.底车2.铝合金底板3.I/O接线端子盒4.过滤调压组件5.电磁阀6.控制面板 7.带PLC的电气控制挂板8.磁偶式无杆气缸9.椭圆型活塞气缸10.气动手指11.支架组件、PLC主机：三菱FX2N系列等组成。
二、机电一体化的发展状况大体可以分为3个阶段：
　　20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利甩电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起了积极的作用。
　　那时研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入电气自动化发展，已经开发的产品也无法大量推广。
　　20世纪70～8O年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。
　　20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另一方面对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。
三、 机电一体化技术的主要应用领域：
　　3．1数控机床数控机床及相应的数控技术经过50年的发展，在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具体表现在：
　　(1)总线式、模块化、紧凑型的结构，即采用多CPU、多主总线的体系结构。
　　(2)开放性设计，即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接FI标准，能最大限度地提高用户的使用效益。
　　(3)WOP技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。
　　(4)大容量存储器的应用和软件的模块化设计，不仅丰富了数控功能，同时也加强了CNC系统的控制功能。
　　(5)能实现多过程、多通道控制，即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力，并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。
　　(6)系统的多级网络功能，加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力。
　　(7)以单板，单片机作为控制机，加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。
　　3．2计算机集成制造系统计算机集成制造系统打破原有部门之间的界线，以制造为基干来控制“物流”和“信息流”，实现从经营决策、产品开发、生产准备生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。
　　3．3柔性制造系统柔性制造系统是计算机化的制造系统，主要由计算机、数控机床、机器人、料盘 自动搬运小车和自动化仓库等组成。特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。
3．4工业机器人目前，被广泛应用的为第3代机器人即智能机器人，具有多种感知功能，可进行复杂的逻辑思维、判断和决策，在作业环境中独立行动，与第5代计算机关系密切。
四、结语：
　　随着机电一体化技术的发展，各种产品与装置实现了机电一体化，有利实现整体优化，提高产品质量和生产效率，缩短开发新产品的生产准备周期，加速科技成果向商品转化，有利推动传统产业发生深刻变革，同时，随着新产品的研发及高精密等设备的发展，要求新一代机电一体化技术、产品及系统朝着高性能、智能化、系统化以及轻量化、微型化方向发展，从而为国家带来更大的经济效益与社会效益。

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