人機(jī)一體化機(jī)電技術(shù)發(fā)展趨勢分析

吳艷萍

（黑龍江煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，黑龍江 雙鴨山 155100）

1 研究背景

近20年來，一系列先進(jìn)技術(shù)陸續(xù)興起并獲得迅速發(fā)展，主要包括電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、激光技術(shù)、新能源技術(shù)、新材料技術(shù)、航天技術(shù)、海洋工程技術(shù)和生物工程技術(shù)等。這些新技術(shù)在自身發(fā)展的同時(shí)，他們彼此之間，他們與傳統(tǒng)技術(shù)之間，又相互滲透，相互結(jié)合，形成了多種復(fù)合技術(shù)，進(jìn)一步推動(dòng)了科技發(fā)出現(xiàn)了新的高潮。從五十年代末期，機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)結(jié)合到九十年代通信技術(shù)開始進(jìn)入機(jī)電一體化領(lǐng)域，通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展促使了分布式的系統(tǒng)的形成，不少機(jī)器可以實(shí)現(xiàn)遙控操作。機(jī)電一體化已建立了完整的基礎(chǔ)理論和逐漸形成了完整的科學(xué)體系。在未來的發(fā)展進(jìn)程中，機(jī)電一體化領(lǐng)域，必會(huì)向著一個(gè)新的歷史高度——人與機(jī)電一體化和諧發(fā)展的新領(lǐng)域而邁進(jìn)。

2 人機(jī)一體化機(jī)電系統(tǒng)的組成

總的來說人機(jī)一體化機(jī)電系統(tǒng)由機(jī)械部分、動(dòng)力部分、傳感部分、驅(qū)動(dòng)部分、執(zhí)行部分、控制及信息處理部分等幾大基本部分組成。

（1）機(jī)械本體部分。機(jī)械本體就像人體的身軀骨架，它是系統(tǒng)所有功能元素的機(jī)械支持結(jié)構(gòu)，包括機(jī)身、框架、機(jī)械連接等。

（2）動(dòng)力部分。動(dòng)力部分與人體內(nèi)臟產(chǎn)生能量去維持生命運(yùn)動(dòng)一樣，為系統(tǒng)提供能量和動(dòng)力功能，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使系統(tǒng)按照控制要求正常運(yùn)行。

（3）傳感部分。傳感部分就像人的眼、鼻、耳、口等感覺器官，將系統(tǒng)運(yùn)行中所需要的本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行檢測，變成可識(shí)別的信號(hào)，傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧?jīng)過分析、處理后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息。其功能一般由專門的傳感器和儀器儀表完成。

（4）驅(qū)動(dòng)部分。驅(qū)動(dòng)部分就像人體的肌、肋、腱接受大腦指揮驅(qū)動(dòng)四肢運(yùn)動(dòng)一樣，在控制信息作用下，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成各種動(dòng)作和功能。

（5）執(zhí)行部分。執(zhí)行部分如同人的四肢由大腦支配完成各項(xiàng)工作任務(wù)一樣，根據(jù)控制信息和指令，完成各種動(dòng)作和功能。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是運(yùn)動(dòng)部件，一般采用機(jī)械、電磁、電液等機(jī)構(gòu)。

（6）控制及信息處理部分。控制及信息處理部分猶如人的大腦指揮和控制全身運(yùn)動(dòng)并能記憶、思考和判斷問題一樣，將來自各傳感器的檢測信息集中、存儲(chǔ)、分析、加工，并根據(jù)信息處理的結(jié)果，按照一定的程序和節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令控制整個(gè)系統(tǒng)有目的的運(yùn)行。它一般由計(jì)算機(jī)、可編程序控制器、數(shù)控裝置以及邏輯電路、A/D與D/A轉(zhuǎn)換、I/O（輸入輸出）接口和計(jì)算機(jī)外部設(shè)備等組成。

3 問題的提出與解決

3.1 人與機(jī)電一體化誰為核心

工業(yè)革命導(dǎo)致大量傳統(tǒng)機(jī)電設(shè)備的出現(xiàn)，形成了第二產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代文明，極大地改變了人類的生產(chǎn)和生活方式。人類利用機(jī)器一方面大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和生活水平，另一方面由于人和機(jī)器共處出現(xiàn)了一系列問題。人要使用和操縱機(jī)器，首先要學(xué)習(xí)、了解和掌握機(jī)器，就是說人要去適應(yīng)機(jī)器，要對(duì)機(jī)器友好，一句話，這時(shí)的設(shè)計(jì)是以機(jī)器為中心的。這種類型的機(jī)器有三個(gè)缺點(diǎn)：一是難于使用；二是人和機(jī)器要保持一定距離，人不能隨便接觸機(jī)器，否則容易發(fā)生危險(xiǎn)，不是機(jī)毀，就是人傷；三是人和機(jī)器之間一般不能進(jìn)行對(duì)話。為了改變這種狀況，最根本的就是要以人為中心設(shè)計(jì)機(jī)器，因此提出了與人友好的機(jī)器，建立和諧的人機(jī)環(huán)境這一概念。為此，人們努力而且還在盡最大努力使機(jī)器能更好地為人類服務(wù)。而進(jìn)入信息時(shí)代之后，這個(gè)問題就更加迫切了。

3.2 機(jī)電一體化技術(shù)的可能性分析

計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)首先為進(jìn)行人機(jī)對(duì)話提供了可能性，人工智能的進(jìn)展又使機(jī)器能對(duì)人的各種要求和干預(yù)做出反應(yīng)并加以適應(yīng)。機(jī)電一體化系統(tǒng)的誕生則使機(jī)器與人友好從理想逐漸成為現(xiàn)實(shí)。眾所周知，機(jī)電一體化系統(tǒng)追求機(jī)器與電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等的有機(jī)融合。由于有計(jì)算機(jī)，它能與人進(jìn)行各種層次的對(duì)話。它具有不同程度的智能，有必要的傳感器和靈活的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因此機(jī)電一體化系統(tǒng)有可能適應(yīng)人的要求，做到與人友好。

3.3 人機(jī)關(guān)系

人和機(jī)器可以處于三種不同的關(guān)系之中。

（1）機(jī)器是人的操作對(duì)象。在大多數(shù)時(shí)候，機(jī)器都是作為人的操作對(duì)象而存在的。各種進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)的機(jī)器、從事科學(xué)實(shí)驗(yàn)的儀器、各種辦公設(shè)備、交通工具、家用電器等都是需要人去操作的。作為機(jī)器操作者的人這時(shí)統(tǒng)稱之為用戶。

（2）人和機(jī)器互為操作對(duì)象。醫(yī)療設(shè)備是用來為病人診斷和治療疾病用的，這時(shí)病人就成了機(jī)器的操作對(duì)象；與此同時(shí)，醫(yī)生則是醫(yī)療設(shè)備的操做著，所以醫(yī)療設(shè)備具有雙重屬性，即對(duì)人操作有被醫(yī)生操作。

（3）人機(jī)共處協(xié)同工作。在很多情況下，都是人機(jī)共處協(xié)同工作的。例如人們駕駛飛機(jī)或汽車赴某一目的地，就是人機(jī)協(xié)同完成任務(wù)。工人用機(jī)床制作機(jī)器零件，開動(dòng)收割機(jī)收割農(nóng)產(chǎn)品，人們利用計(jì)算機(jī)打印文件等，既是人操作機(jī)器，

結(jié)語

當(dāng)然，機(jī)電一體化的發(fā)展不是孤立的，與機(jī)電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多，并隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來越明顯，機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用也將更加廣闊。但由人所控制的機(jī)電一體化科學(xué)終將是以人為本，為人服務(wù)，未來社會(huì)的發(fā)展也是朝著人與自然，人與社會(huì)和平共處的大趨勢下發(fā)展前進(jìn)。

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