机械与电子的结合

机电一体化技术的发展概述“机电一体化”在国外被称为Mechatronics是日本人在20世纪70年代初提出来的，它是用英文Mechanics的前半部分和Electron-ics的后半部分结合在一起构成的一个新词，意思是机械技术和电子技术的有机结合。这一名称已得到包括我国在内的世界各国的承认，我国的工程技术人员习惯上把它译为机电一体化技术。机电一体化技术又称为机械电子技术，是机械技术、电子技术和信息技术有机结合的产物。一、机电一体化技术基本概念机电一体化技术是在微型计算机为代表的微电子技术、信息技术迅速发展，向机械工业领域迅猛渗透，机械电子技术深度结合的现代工业的基础上，综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技术等群体技术，从系统理论出发，根据系统功能目标和优化组织结构目标，以智力、动力、结构、运动和感知组成要素为基础，对各组成要素及其间的信息处理，接口耦合，运动传递，物质运动，能量变换进行研究，使得整个系统有机结合与综合集成，并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下，形成物质的和能量的有规则运动，在高功能、高质量、高精度、高可靠性、低能耗等诸方面实现多种技术功能复合的最佳功能价值系统工程技术。二、机电一体化技术五大核心技术与四大原则：1、机电一体化的核心技术包括精密机械技术，伺服传动技术，检测传动技术，自动控制技术及信息处理技术，接口技术，现场总线技术。（1）精密传动技术是机电一体化体系结构中的基本组成要素，包括机架、机身、支撑、连接装置等，是系统的所有功能要素的机械支持结构。（2）伺服传动技术是机电一体化系统中的动力组成要素，依据控制要求，为系统提供能量和动力以使系统正常运行；（3）检测传感技术是机电一体化的感知组成要素，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（4）自动控制及信息处理技术是机电一体化的只能组成要素，将来自测试传感部分的信息及外部直接输入的指令进行集中加工处理，以控制整个系统。（5）接口技术是机电一体化系统是否完整、自如、灵活、富于生命性的关键要素，是各要素相互连接的优化匹配和有机融合的粘结剂，为了与计算机进行通讯，必须是数据传递的格式标准化、规范化。2、机电一体化四大原则：构成机电一体化系统的五大组成要素其内部及相互之间都必须遵循结构耦合、运动传递、信息控制与能量转换四大原则。（1）接口耦合：两个需要进行信息交换和传递的环节之间，由于信息模式不同（数字量与模拟量，串行码与并行码，连续脉冲与序列脉冲等）无法直接传递和交换，必须通过接口耦合来实现。而两个信号强弱相差悬殊的环节之间，也必须通过接口耦合后，才能匹配。变换放大后的信号要在两个环节之间可靠、快速、准确的交换、传递，必须遵循一致的时序、信号格式和逻辑规范才行，因此接口耦合时就必须具有保证信息的逻辑控制功能，使信息按规定的模式进行交换与传递。（2）能量转换：两个需要进行传输和交换的环节之间，由于模式不同而无法直接进行能量的转换和交流，必须进行能量的转换，能量的转换包括执行器，驱动器和他们的不同类型能量的最优转换方法及原理。（3）信息控制：在系统中，所谓智能组成要素的系统控制单元，在软、硬件的保证下，完成信息的采集、传输、储存、分析、运算、判断、决策，以达到信息控制的目的。对于智能化程度高的信息控制系统还包含了知识获得、推理机制以及自学习功能等知识驱动功能。（4）运动传递：运动传递使构成机电一体化系统各组成要素之间，不同类型运动的变换与传输以及以运动控制为目的的优化。三、自动化技术：所谓自动控制，就是在没有人直接参与的情况下，利用控制器使生产过程或被控对象的某一物理量准确地按照预期的规律运行。一个自动化系统通常由多个环节要素组成，以完成信息的获取、信息的传递、信息的转换、信息的处理及信息的执行等功能，最后实现自动运行目标。（二）机电一体化技术发展机电一体化是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化和绿色化。1、数字化微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。2、智能化即要求机电产品有一定的智能,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。3、模块化由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。4、网络化由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。5、人性化机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种艺术享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。6、微型化微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统(MicroElectronicMechanicalSystems，简称MEMS)是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。自1986年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针，1988年美国加州大学Berkeley分校研制出第一个微电机以来，国内外在MEMS工艺、材料以及微观机理研究方面取得了很大进展，开发出各种MEMS器件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器），各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）。7、绿色化科学技术的发展给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。所以，人们呼唤保护环境，回归自然，实现可持续发展，绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。四、新的机电一体化应用领域在传统的应用范围以外，生产技术，车辆技术和电子娱乐技术中以及在其他的技术性和非技术性的应用领域中都有更多的机电一体化系统得以投入使用。其中包括例如：应用在医疗领域、服务性行业、土木工程学、移动技术系统等。总结：综上所述，机电一体化的出现时许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。与机电一体化相关的技术还有很多，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。1殷际英．光机电一体化实用技术[Ｍ]．北京：化学工业出版社，20032芮延年．机电一体化系统设计[Ｍ]．北京：机械工业出版社，2004．3王显正.控制理论基础（第二版）.科学出版社，20074余孟尝.数字电路简明教程.高等教育出版社，20035杨素行.模拟电路简明教程.高等教育出版社，20046秦曾煌.电工学电工技术（第六版）.高等教育出版社20057邹慧君.机械原理（第二版）高等教育出版社2006附页：对江老师的建议和反馈首先，感谢您一年来的辛勤栽培！在您的课堂上，学会了很多很多的东西，视野更加开阔，思考问题更加严谨，对时事的更加敏感，对时事的思考更加深刻。在上课期间，江老师总喜欢穿插一下时事热点和评论，这无疑有利于开拓学生们的思维及视野。而江老师深不可测的学识更是让我佩服，深深为老师的学识所折服。而且，老师上课的时候坚持用粉笔字写板书，在现在的大学已经很难看到，大部分老师选择方便而快捷的ppt讲解。毫无疑问，用粉笔字能更加清晰表达解题思路和解答过程，这是对学生负责人的表现。很多老师只是上课的时候用ppt快餐式的给学生讲解，这样的教学效果很差，学生不能及时的消化老师的知识，本来就是快车式的教学，ppt使得对知识的了解更加浅薄。我对江老师坚持用粉笔上课的习惯深深佩服。希望老师能够坚持到最后！另外，我对老师提几点建议：我希望老师能够多给学校和祖国的发展做贡献，不要着急与退休，因为，像老师这样学识渊博的大师，在国内大学并不常见，在交大更不常见，真心希望老师能多多培养交大学子。还有老师上课的字写得不够清晰，坐在后排的学生很难看的清晰，这只是小事情哈。真心祝福老师明天会更好！