機電一體化系統(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，機電一體化技術應用越來越廣泛，人們對機電一體化技術的研究也越來越深入，機電一體化技術總體來說就是機械機構本體模塊與電氣控制模塊的結合，本文將針對機電一體化系統(tǒng)的發(fā)展、特點和技術領域進行研究分析。

關鍵詞： 機電一體化;機械;電氣

0 前言

機電一體化這一概念是在上世紀70年代日本人提出的，但是機電一體化技術的發(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)轉動的電動機。電動機的出現(xiàn)代表著機械與電氣的真正開始結合。[1]機電一體化技術的本身的含義就是機械與電子技術的集成，但它本身也沒有統(tǒng)一的定論。上世紀世界電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快的是日本，日本對機電一體化進行了一些定義如：機電一體化是指機械運動結構的本體上添加一些電氣控制模塊包括一些微電子技術和計算機控制軟件等所組成的整個系統(tǒng)的總稱。[2]當然隨著電子技術的發(fā)展機電一體化系統(tǒng)本身的含義也在發(fā)生著變化。本文將針對機電一體化系統(tǒng)的技術的發(fā)展、特點以及機電一體化技術的組成進行研究分析。

1 機電一體化技術的發(fā)展

1.1 20世紀60年代前

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

1.2 20世紀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，機電一體化設備的控制精度開始提高，控制設備也趨于小型化，尤其是傳感器技術和PLC技術的發(fā)展機電一體化設備的綜合控制能力進一步得到提升。

1.3 20世紀90年代以后

網(wǎng)絡與計算機技術的發(fā)展將機電一體化設備產(chǎn)品帶入了智能化，人們對機電一體化設備的使用更加方便，管理和維護方面也得到了大大的提高。隨著工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)能力的進一步提高，機電一體化的產(chǎn)品開始出現(xiàn)在大眾化的生活中，智能空調，洗衣機，機器人的等相繼出現(xiàn)，代表著人們生活水平得到了極大的改善。

2 機電一體化的相關技術

機電一體化涉及的技術非常廣泛，涉及的領域也非常多，主要包括：機械技術;檢測與傳感器技術;信息處理技術;私服驅動技術。

2.1 機械技術

機械技術在機電一體化整個技術中是一個載體。設備功能的實現(xiàn)還是需要靠機械本體結構。目前自動化設備有往更輕，更小，精度更高，響應速度更快的的方向發(fā)展趨勢。機械設備機構主要分為三類：包括機械傳動結構;機械導向支撐機構;機械手。械在機械設備中機械傳動系統(tǒng)是機械系統(tǒng)的最基本要素。

2.2 檢測傳感技術

在機電一體化設備中，要實現(xiàn)自動控制還是需要對機械設備的運行進行檢測，傳感器的作用在其中必不可少。傳感器檢測的內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變?yōu)殡娦盘枺诮?jīng)過一系列的信息處理后轉換成控制信息[3]。

2.3 信息處理技術

信息處理技術也是機電一體化中的重要一環(huán)，信息處理技術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行采樣輸入控制，然后進行模擬/數(shù)字轉換即A/D轉換，方可輸入工業(yè)計算機進行一些邏輯計算。工業(yè)控制計算機主要包括三種：PLC、單片機、總線型工業(yè)控制計算。

2.4 伺服驅動技術

伺服驅動技術是一種將工業(yè)也計算機發(fā)出的控制指令信息轉換為控制電流信息的一種技術。伺服驅動技術主要分為三類，包括：電動伺服技術、氣動伺服技術、液動伺服技術。這三種伺服驅動技術主要是指驅動的動力源不一樣，電動伺服技術主要控制的是電動機，氣動伺服系統(tǒng)主要控制的是氣壓傳動，液動伺服技術主要是控制液壓傳動。在機電一體化行業(yè)尤其是加工制造業(yè)電動伺服技術應用更加廣泛。[4]現(xiàn)在伺服驅動電機主要包括：步進電動機、伺服直流電動機和伺服交流電動機。

3 機電一體化技術發(fā)展的特點

3.1 輕型化小型化

隨著工業(yè)制造水平的不斷進步發(fā)展，產(chǎn)品零部件的壽命和結構剛性在提高，產(chǎn)品的體積也在縮小。例如在醫(yī)療行業(yè)和手機行業(yè)，微型零部件正在成為一種趨勢，很多小型機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和工業(yè)計算機控制技術的發(fā)展，機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)控機床的可靠性也在提高，加工效率也大大增強。在工業(yè)機器人方面，工業(yè)機器人的自由度也在提高，靈活性也在增強，自動故障診斷能力也在提高，工業(yè)機器人已經(jīng)是現(xiàn)在自動化工廠不可或缺的設備。

4 總結

機電一體化的相關技術越來越成熟，目前它使用已經(jīng)非常也非常廣泛。在工業(yè)生產(chǎn)領域有，數(shù)控機床，自動化生產(chǎn)線，工業(yè)機器人等，在生活領域有智能家居、無人機、帶自動駕駛功能的汽車等?？傊畽C電一體化設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。機電一體化相關技術也都會取得更大的突破。

參考文獻：

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

[2]袁中凡.機電一體化技術[J].機械.儀表工業(yè)，2006（08）.

[3]梁森.自動檢測與轉換技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013（01）.

[4]張福學.機器人技術及其應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2000.