机电一体化毕业论文--机电一体化技术在家用电器应用及发展趋势

1、江西工业工程职业技术学院毕 业 论 文题目: 机电一体化技术在家用电器应用及发展趋势 姓 名 ： 指导老师 ： 专 业 ： 机电一体化 班 级 ： 机电09x 学 号 ： 江西工业工程职业技术学院摘 要现代科学技术的发展极大地推动了不同科学的交叉与渗透，引起了工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术机构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，同时机电一体化技术在家用电器中也广泛渗透，使机电一体化技术与我们的生活息息相关，密不可分。关键词: 机电一体化 应用 发展目 录一、机电一体化技

2、术在家用电器中发展历程41.1、光机电一体化41.2、自律分配系统化51.3全息系统化智能化51.4、生物软件化仿生物系统化51.5、微型机电化微型化5二、 机电一体化的主要在家电领域的应用52.1 组成要素与四大原则62.2家电在机电一体化上的应用72.3柔性制造系统(FMS)82.4 工业机器人在家电领域应用的设想83.1智能化113.2模块化123.3网络化123.4微型化123.5绿色化。123.6系统化13四、我国“机电一体化”面临的形势及任务与其相应的对策134.1形势134.2任务134.3对策144.3.1加强统筹安排，协调发展计划144.3.2强化行业管理，发挥“协会”作用1

3、44.3.3优化发展环境、增大支持力度144.3.4突出发展重点，兼顾“两个层次”14结束语15参考文献15一、 机电一体化技术在家用电器中发展历程1.1、 光机电一体化 光机电一体化技术是微电子技术、计算机技术、控制技术、光学技术与机械技术的相互交叉与融合，是诸多高新技术产业和高新技术装备的基础。它包括产品和技术两方面：光机电一体化产品是集光学、机械、微电子、自动控制和通信技术于一体的高科技产品，具有很高功能和附加值；光机电一体化技术是指其技术原理和使光机电一体化产品得以实现，使用和发展的技术。光机电一体化技术是由光学，光电子学，电子信息和机械制造及其他相关技术交叉与融合构成的综合性高新技术

4、是诸多高新技术产业和高新技术装备的基础。它丰富和拓宽了光机电一体化技术的内涵和外延。一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息管理系统、机械结构等部件组成的。因此，引进光学技术，实现光学技术的先天优点是能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源（动力）系统和信息处理系统。光机电一体化是机电产品发展的重要趋势。同时由于光机电一体化技术在机械领域的广泛应用，使得一些家用电器在人们生活中友了更好的发展前景，并且更好的改进了人们的生活，如传感器、红外线等的使用使得家电领域更加的扩大化更加广泛的丰富了人们的生活环境和生活质量。1.2、自律分配系统化 自律分配系统化柔性化。未来的机电一体化产品，控制

5、和执行系统有足够的冗余度，有较强的柔性，能更好的地应付突发事件，被设计成自律分配系统。在自律分配系统中，各个子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的自律性，可根据不同的环境条件作出不同的反应。其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给的信息，在总的前提下，具体行动是可以改变的。这样，既明显地增加了系统的适应能力（柔性），又不因某一子系统的故障而影响整个系统。1.3全息系统化智能化今后的机电一体化产品全息特征越来越明显，智能化水平越来越高。这主要收于模糊技术、信息技术（尤其是软件及芯片技术）的发展。除此之外，其系统的层次结构，也变简单的从上到下的形势而为复杂、有较多的冗余度双向联

6、系。1.4、生物软件化仿生物系统化 今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大，并且往往在结构上是处于静态时的不稳定，但在动态（工作）时却使稳定的。这有点类似于活的生物。当控制系统（大脑）停止工作时，生物便死亡而当控制系统（大脑）工作时，生物就很有活力。仿生学研究领域中已发现的一些生物体优良的机构可为机电一体化产品提供新型机体，但如何使用这些新型机体具有活的生命还有待遇深入研究。这一研究领域称为生物或生物系统，而生物的特点是硬件（肌体）软件（大脑）一体，不可分割。看来，机电一体化产品虽然有向生物系统化发展趋势，但还是有一段漫长的路要走。1.5、微型机电化微型化目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技

7、术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。当将这一成果用于实际产品时，就没有必要区分机械部分和控制器了。届时机械和电子完全可以融合，机体、执行机构、传感器、cpu等可集成在一起，体积很小，并组成一种自律元件。这种微型机械学是机电一体化的重要发展方向。 二、 机电一体化的主要在家电领域的应用2.1 组成要素与四大原则 1.五大组成要素一个机电一体化系统中一般由结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、职能组成要素五大组成要素有机结合而成。机械本体（结构组成要素）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。动力驱动部分（动力组成要素）依据系统控制要求，为系

8、统提供能量和动力以使系统正常运行。测试传感部分（感知组成要素）对系统的运行 机电一体化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。控制及信息处理部分（职能组成要素）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。执行机构（运动组成要素）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。 机电一体化系统一般由机械本体、检测传感部分、电子控制单元、执行器和动力源5个组成部分构成。2.四大原则构成机电一体化系统

9、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。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。 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

10、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。 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 机电一体化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。 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： 所谓自动化技术，是指人类利用各种技术手段和方法来代替人去完成各种测试、分析、判断和控制工作，以现实预期的目标、功能。一个自动化系统通常由多

11、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。2.2家电在机电一体化上的应用 机电一体化技术在家电中的应用有很多实例，全自动洗衣机，DVD机，数字化的空调，电冰箱，电脑，电视机等等,几乎所有数字化家电都涉及到机电一体化技术。就用机电一体化技术在全自动洗衣机上的应用做例子来说,其原理是机械产生的排渗、冲刷等机械作用和洗涤剂的润湿、分散作用下，将污垢拉入水中来实现洗净的目的。首先充满于波轮叶片间的洗涤液，在离心力的作用下被高速甩向桶壁，并沿桶壁上升。在波轮中心处，因甩出液体而形成低压区，又使得洗涤液流回波轮附近。这样，在波轮附近形成了

12、以波轮轴线为中心的涡流。衣物在涡流的作用下，作螺旋式回转，吸入中心后又被甩向桶壁，与桶壁发生摩擦。又由于波轮中心是低压区，衣物易被吸在波轮附近，不断地与波轮发生摩擦，如同人工揉搓衣物，污垢被迫脱离衣物。其次，当衣物被放进洗涤液之后，由于惯性作用运动缓慢，在水流与衣物之间存在着速度差，使得两者发生相对运动，水流与衣物便发生相对摩擦，这种水流冲刷力同样有助于污垢离开衣物。再次由于洗衣涌形状的不规则，当旋转着的水流碰到桶壁后，其速度和方向都发生了改变，形成湍流。在湍流的作用下，衣物做无规则地运动并翻滚，其纤维不断被弯曲、绞纽扣拉长，衣物相互相摩擦，增大了洗涤的有效面积，提高衣物的洗净的均匀性。 全自

13、动洗衣机是通过水位开关与电磁进水阀配合来控制进水、排水以及电机的通断：从而实现自动控制的。电磁进水阀起着通、断水源的作用。当电磁线圈断电时，移动铁芯在重力和弹簧力的作用下，紧紧顶在橡胶膜片上，并将膜片的中心小孔堵塞，这样阀门关闭，水流不通。当电磁线圈通电后，移动铁芯在磁力作用下上移，离开膜片，并使膜片的中心小孔打开，于是膜片上方的水通过中心小孔流入洗衣桶内。由于中心小孔的流通能力大于膜片两侧小孔的流通能力，膜片上方压强迅速减小，膜片将在压力差的作用下上移，闭门开启，水流导通。 水位开关实际上是一个压力开关。气室的入口与洗衣桶中的贮气室相联接。当水注入洗衣桶后，贮气室口很快被封闭，随水位上升，贮

14、气室的水位也上升，被封闭的空气压强亦增大，水位开关中的波纹膜片2、受压而胀起，推动顶杆3、运动而使触点4、改变，从而实现自动通断。 智能型模糊控制的全自动洗衣机还可以自动判断水温、水位、衣质衣量、衣物的脏污情况，决定投放适量的洗涤剂和最佳的洗涤程序。当洗衣桶内衣物的多少和质地不同，而注入水使其达到相同的水位时，其总重量是不同的。利用这一点，通过对洗衣电动机低速转动后的惯性测量，可以判断衣质和衣量。方法是：在洗衣桶内注入一定量水后使电机低速运转，平稳后快速断电，洗衣桶在惯性作用下带动电机继续转动。此时，电机绕组产生反电动势，对其半波整流并放大整形后获得一矩形脉冲系列。通过分析脉冲个数和脉冲宽度。

15、就能得到衣质衣量情况。 衣物的脏污程度是通过水的透明度来判断的。在洗衣桶的排水口处加一红外光电传感器，使红外光通过水而进入另一侧的接收管。若水的透明度低，接收管获得的光能小，说明衣物较脏。 脱水时采用压电传感器。当脱水桶高度旋转时，从脱水桶喷射出来的水作用于压电传感器上，根据这个压力变化，自动停止脱水运转。这两只双向晶闸管永远只能够有一只处于导通状态，假如该关断的没有可靠关断，两只同时处于导通状态，电动机无法运转，而能够听到电动机发出“嗡嗡”的声响，时间长了还有可能烧毁电动机的绕组线圈由以上可以看出来机电一体化在家用电器中的应用是非常的广泛的，并且机电一体化同时在各种机械以及电子等的领域都有广

16、泛的渗透。2.3柔性制造系统(FMS) 柔性制造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统(Flexible Manufacturing System)，英文缩写为FMS。在成组技术的基础上，以多台(种)数控机床或数组柔性制造单元为核心，通过自动化物流系统将其联接，统一由主控计算机和相关软件进行控制和管理，组成多品种变批量和混流方式生产的自动化制造系统。柔性制造系统的发展方向将是： （一）加快发展各种工艺内容的柔性制造单元和小型FMS。 因为FMC的投资比FMS少得多而效果相仿，更适合于财力有限的中小型企业。多品种、大批量生产中应

17、用FML的发展趋势是用价格低廉的专用数控机床代替通用的加工中心。 （二）完善FMS的自动化功能。FMS完成的作业内容扩大，由早期单纯的机械加工型向焊接、装配、检验及钣材加工乃至铸锻等综合性领域发展，另外，FMS还要与计算机辅助设计和辅助制造技术(CAD/CAM)相结合，向全盘自动化工厂方向发展。 而且柔性系统在家电方面如全制动洗衣机、空调、冰箱等等好多家用产品都加入了柔性系统，其中变频空调在柔性系统中应用更加广泛，同时如：海尔、长虹、TLC等一批优秀的民族企业大量的在电器制造行业中应用柔性制造系统，使得其在家用电器行业有了突出的发展并一跃成为中国具有代表性的民营企业。因此柔性制造在家用电器有更

18、广阔的发展空间。2.4 工业机器人在家电领域应用的设想目前，工业机器人主要应用在汽车制造、机械制造、电子器件、集成电路、塑料加工等较大规模生产企业。下面介绍几种机器人的典型应用。 1、汽车制造领域 汽车制造生产线中的点焊和喷漆工作量极大，且要求有较高的精度和质量，由于采用传送带流水作业，速度快，上下工序要求严格，所以采用焊接机器人和喷漆机器人作业可保证质量和提高效率。图1是一个喷漆机器人系统示意图。喷漆机器人的运动是采用空间轨迹运动控制方式。图2是 一个焊接机器人系统的示意图。焊接机器人还分成采用点位控制的点焊机器人和轨迹控制的焊接机器人两种。1操作机 2识别装置 3外起动 4喷漆工件 5示教

19、手把 6喷枪 7漆罐 8外同步控制 9生产线停线控制 10控制系统 11遥控急停开关 12油源 图1 喷漆工业机器人系统示意图1总机座 2、6 轴旋转换位器 3、4控制装置 5工件夹具 6工件 7焊接电源 图2 弧焊工业机器人系统 2、机械制造领域 机械制造企业的柔性制造系统采用搬运机器人搬运物料、工件和工具，装配机器人完成设备的零件装配，测量机器人进行在线或离线测量。图3 机器人用于零件装配 如图3所示是两台机器人用于自动装配的情况，主机器人是一台具有3个自由度，且带有触觉传感器的直角坐标机器人，它抓取第1号零件，并完成装配动作，辅助机器人仅有一个回转自由度，它抓取第2号零件，1号和2号零件

20、装配完成后，再由主机械手完成与3号零件的装配工作。 1CNC铣床 2传送带 3机器人 4CNC车床 5料仓 6中央处理器图4 机器人上下料 如图4所示是一教学型FMS，由一台CNC车床，一台CNC铣床，工件传送带，料仓，两台关节型机器人和控制计算机组成。两台机器人在FMS中服务，一台机器人服务于加工设备和传送带之间，为车床和铣床装卸工件；另一台位于传送带和料仓之间，负责上下料。在电路板生产流水线一般使用插装机器人完成器件的查找、搬运和装配，如图8-17e就是插装机器人的典型结构，它主要有搬运器件的手臂的摆动和抓取插装过程的上下运动两个动作。 因此我们可以大胆的去猜想，如果把机器人带到与我们息息

21、相关的家用电器中会有什么样的变化，我想那样我们的生活会更加的丰富多彩，同时，机器人可以帮我们做很多我们做不到而又想做的是使我们所想和所作都有了更好的发展空间，就比如现在的微波炉、电饭煲等一些家用电器方便了我们的生活一样机器人同样可以带给我们更大的方便与想象空间，那样人类的社会将会步入一个更加广阔的机械文明社会。三、机电一体化技术在家电领域的发展前景机电一体化向智能化方向迈进.20世纪90年代后期，各主要发达国家开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段。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

22、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，而你且在家用电器领域也有了很大的进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地，也为产业化发展提供了坚实的基础。 关注六个发展方向： 机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。未来机电一体化的主要发展方向有： 3.1智能化智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。同时也是家用电器领域一个重要的发展目标，人工智能在机电一体化建设者的研究中日益得到重视，机器人与数控机

23、床的智能化就是重要应用。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。这样不仅可以为我们服务而且还可以代替我们做许多我们想做而又不敢做的事情。诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而必要的。 3.2模块化模块化是一项重要而艰巨的工程。目前在机械行业都有了很大的涉及而在与我们息息相关的家电领域也有

24、了比较理想的渗透和创作理念，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、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置。这些都为我们在家用电器行业的发展提供了很好的参考。这样，可使我们家用电器制造业的发展更加标准化，系列化。显然，从电器产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产家用电器产品中机电一体化技术的企业，规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。 3.3网络化20

25、世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育及人们的日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。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是家用电器网络化已成大势，利用家庭网络(home net)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统(computer integrated appliance system，CIAS)，

26、使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐。因此，机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。 3.4微型化微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统(MEMS)，泛指几何尺寸不超过1立方厘米的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术，微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。如果微型化在家用电器中友很大的推广这将是人类历史上具有划时代意义的一次创举。 3.5绿色化。工业的

27、发达给人们生活带来了巨大变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化家用电器产品，具有远大的发展前途。机电一体化家用电器产品的绿色化主要是指，使用时不污染生态环境，报废后能回收利用，更好的为人类服务。 3.6系统化系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻

28、求实现多子系统协调控制和综合管理。表现之二是通信功能的大大加强，特别是“人格化”发展引人注目，即未来的机电一体化更加注重产品与人的关系。机电一体化的人格化有两层含义。一是机电一体化产品的最终使用对象是人，如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化。另一层含义是模仿生物机理，研制各种机电一体化产品。四、我国“机电一体化”面临的形势及任务与其相应的对策4.1形势我国用微电子技术改造传统工业的工作量大而广，有难度我国用机电一体化技术加速产品更新换代，提高市场占有率的呼声高，有压力。我国用机电一体化产品取代技术含量和附加值低，耗能、耗水、耗材

29、高，污染、扰民产品的责任重，有意义。在我国工业系统中，能耗、耗水大户，对环境污染严重的企业还占相当大的比重。近年来我国的工业结构、产品结构虽然几经调整，但由于多种原因，成效一直不够明显。这里面固然有上级领导部门的政出多门问题，有企业的“故土难离”“死守故业”问题，但不可否认也有优化不出理想的产业，优选不出中意的产品问题。上佳的答案早就摆在了这些企业的面前，这就是发展机电一体化，开发和生产有关的机电一体化产品。机电一体化产品功能强、性能好、质量高、成本低，且具有柔性，可根据市场需要和用户反映时产品结构和生产过程做必要的调整、改革，而无须改换设备。这是解决机电产品多品种、少批量生产的重要出路。同时

30、，可为传统的机械工业注入新鲜血液，带来新的活力，把机械生产从繁重的体力劳动中解脱出来，实现文明生产。另外，从市场需求的角度看，由于我国研制、开发机电一体化产品的历史不长，差距较大，许多产品的品种、数量、档次、质量都不能满足需求，每年进口量都比较大，因此亟需发展。4.2任务我国在机电一体化方面的任务可以概括为两句话：一句话是广泛深入地用机电一体化技术改造传统产业；另一句话是大张旗鼓地开发机电一体化产品，促进机电产品的更新换代。总的目的是促进机电一体产业的形成、为我国产业结构和产品结构调整作贡献。总之，机电一体化技术既是振兴传统机电工业的新鲜血液和源动力，又是开启我国机电行业产品结构、产业结构调整

31、大门的钥匙。4.3对策4.3.1加强统筹安排，协调发展计划目前，我国从事“机电一体化”研究开发及生产的单位很多。各自都有一套自己的发展策略。各单位的计划由于受各自立足点、着眼点的限制，难免只考虑局部利益，各主管部门的有关计划和规划，也有统一考虑不足，统筹安排不够的问题，同时缺少综观全局的有权威性的发展计划和战略规划。因此，建议各主管部门责成有关单位在进行深入调查研究、科学分析的基础上，制定出统管全局的“机电一体化”研究、开发、生产计划和规划，避免开发上重复，生产上撞车！4.3.2强化行业管理，发挥“协会”作用目前，我国“机电一体化”较热，而按目前的行业划分方法和管理体制，“政出多门”是难哆的。因此，我国有必要明确一个“机电一体化”行业的统管机构，根据目前国家政治体制改革和经济体制改革的精神，以及机电一体化行业特点，我们建议，尽快加强北京机电一体化协会的建设，赋予其行业管理职能。“协会”要进一步扩大领导机构理事会的代表层面和复盖面，要加强办公室、秘书处的建设；要通过其精明干练的办事机构、经济实体，组织“行业”发展计划、战略规划的拟制；指导行业布点布局的调整，进行发展突破口的选择，抓好重点工程的试点和有关项目的发标、招标工作4.3.