机电一体化系统设计+第1章+绪论汇编

1、河南理工大学机械学院机电一体化系统设计机电一体化系统设计主讲教师：张业明河南理工大学机械学院国际机电一体化项目资源 http:/ /国际机器人网站 http:/ http:/ 一些网络资源一些网络资源 机电一体化系统设计课程是多学科的交叉和综合，机电一体化系统设计课程是多学科的交叉和综合，涉及的相关专业知识较多，讲授的涉及的相关专业知识较多，讲授的主要内容包括：主要内容包括： 机电一体化系统基本知识；机电一体化系统基本知识； 机电一体化系统总体设计；机电一体化系统总体设计； 机电一体化系统机械设计技术；机电一体化系统机械设计技术； 机电一体化

2、控制系统设计技术；机电一体化控制系统设计技术； 机电一体化伺服系统设计技术。机电一体化伺服系统设计技术。 机电一体化检测技术；机电一体化检测技术； 机电一体化技术的应用。机电一体化技术的应用。第1章 绪论 1.1 1.1 机电一体化概念机电一体化概念机电一体化是在新技术浪潮中，电子技术、信息技术向机械工业渗透并与机械技术相互融合相互融合的产物。 机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、信息处理技术、自动控制技术、检测技术、电力电子技术、接口技术及系统总体技术等群体技术群体技术。从系统系统的观点出发,根据系统功能目标和优化组织结构目标,以智能、动力、结构、运动和感知等组成要素为基础,对各组

3、成要素及相互之间的信息处理、接口耦合、运动传递、物质运动、能量变换机理进行研究,使得整个系统有机结合与综合集成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,形成物质和能量的有规则运动,在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术系统工程技术。 机电一体化的外文名词是机电一体化的外文名词是 ，来源于日本（来源于日本（70年代）。取英语年代）。取英语Mechanics（机械学）的前半部和（机械学）的前半部和Electronics（电子学）的后半部拼合而成。（电子学）的后半部拼合而成。我国通常称为我国

4、通常称为机电一体化或机械电子学机电一体化或机械电子学； 涉及到许多相关的学科涉及到许多相关的学科 机械学机械学：机械设计、机械制造等：机械设计、机械制造等电子学电子学：电工学、电机学、数字电路、模拟电路：电工学、电机学、数字电路、模拟电路等等控制论控制论：经典控制（控制工程基础：经典控制（控制工程基础)、现代控制（多变量、现代控制（多变量)等等计算机科学计算机科学：微处理系统及接口技术，应用软件技术（：微处理系统及接口技术，应用软件技术（CAD、 CAM、FMS、CAT、CNC）等等 1.1 机电一体化基本概念机电一体化基本概念 ：从：从系统的观点系统的观点出发，将机械技术出发，将机械技术 、

5、微电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程基础上微电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程基础上有机有机地地加以综合，以实现整个加以综合，以实现整个系统最佳化系统最佳化的一门新科学技术。的一门新科学技术。 机电一体化不是机械机电一体化不是机械与电子与电子简单的叠加简单的叠加，而，而是在是在信息论、控制论和信息论、控制论和系统论等系统论等的基础上建立起的基础上建立起来的来的应用技术应用技术 。机电一体化信息科学机械学电子学 是使系统(产品)高附加价值化高附加价值化，即多功能化、高效率化、高可靠化、省材料省能源化，并使产品结构向轻、薄、轻、薄、短、小巧化短、小巧化方向发展，不断满足人们生活的多样化

6、需求和生产的省力化、自动化需求。机电一体化的机电一体化的“目的目的” 机机电电一一体体化化相相关关学学科科关关系系 从控制的角度控制的角度来讲, 机电一体化系统可分为开环控制系统开环控制系统和闭环控制系统。和闭环控制系统。开环控制的机电一体化系统是没有反馈的控制系统,这种系统的输入直接送给控制器,并通过控制器对受控对象产生控制作用。一些家用电器、简易NC机床和精度要求不高的机电一体化产品都采用开环控制方式。开环控制机电一体化系统的优点优点是结构简单, 成本低, 维修方便; 缺点缺点是精度较低,对输出和干扰没有诊断能力。机电一体化系统的分类机电一体化系统的分类 从从用途用途和和功能功能两个方面分

7、类两个方面分类按照用途分：按照用途分：按照功能分：按照功能分：产业机械：用于工业生产的电子控制机械，如数控设备产业机械：用于工业生产的电子控制机械，如数控设备信息机械：用于信息处理、存储的机械如自动化办公设备信息机械：用于信息处理、存储的机械如自动化办公设备民生机械：用于人民生活的电子机械产品家用电器民生机械：用于人民生活的电子机械产品家用电器数控机械类：数控机床、机器人数控机械类：数控机床、机器人电子设备类：如自动洗衣机电子设备类：如自动洗衣机电液伺服类：如电液振动台电液伺服类：如电液振动台信息控制类：如传真机信息控制类：如传真机机电结合类：如自动售货机机电结合类：如自动售货机数数控控铣铣床

8、床汽车防抱死系统汽车防抱死系统(ABS)一个典型的机电一体化系统应包含以下几个基本要素： 机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分测试部分、控制及信息处理部分。我们将这些部分归纳为： 结构组成要素、结构组成要素、 动力组成要素、运动组成要动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素素、感知组成要素、智能组成要素； 这些组成要素内部及其之间,形成通过接口耦合接口耦合来实现运动传递、信息控制、能量转换等有机融合的一个完整系统。机电一体化系统的组成要素及功能如图1-1至1-3所示：1.2 1.2 机电一体化系统的基本组成要

9、素机电一体化系统的基本组成要素 构成机电一体化系统的要素很多，其中五大要素是必须的，可以从构成构成机电一体化系统的要素很多，其中五大要素是必须的，可以从构成人体的五大要素得到启发。人体的五大要素得到启发。 图图1.11.1所示为人体的五大要素所示为人体的五大要素 图图1.1.3 3所示为机电一体化的五大要素所示为机电一体化的五大要素 脑心脏骨骼五官四肢控制系统动力装置检测装置执行机构机械本体图图 1.1 1.1图图 1. 1.2 2 机电一体化系统的功能 图图 1. 1.3 31.1.机械本体机械本体 机电一体化系统的机械本体包括机身、框架、连接等。是机电一体化技术的基础基础，对系统的结构、重

10、量、体积刚性、耐用性等有重要影响。 强调精密机械设计技术的运用，即利用高、新技术手段，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足： 减轻重量，减小体积； 提高刚度； 实现标准化、通用化、系列化； 提高系统整体的可靠性。 2.2.动力与驱动动力与驱动 ( () ) 动力部分的功能是按照系统控制要求,为系统提供能量和动力,使系统正常运行。用尽可能小的动力输入用尽可能小的动力输入获得尽可能大的功能输出获得尽可能大的功能输出, ,是机电一体化产品的显著特是机电一体化产品的显著特征之一征之一。 驱动部分的功能是在控制信息作用下提供动力,驱动各执行机构完成各种动作和功能。3. 3. 传感测试部分传感测试部分

11、传感测试部分的功能是对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测,生成相应的可识别信号,传输到信息处理单元,经过分析、处理后产生相应的控制信息。这一功能一般由专门的传感器及转换电路完成。这一功能一般由专门的传感器及转换电路完成。 4. 4. 执行机构执行机构 执行机构的功能是根据控制信息和指令,完成要求的动作,。执行机构是运动部件执行机构是运动部件, ,一般采用机械、电一般采用机械、电磁、磁、电液等机构电液等机构。 5. 5. 控制及信息单元控制及信息单元 控制及信息单元的功能是将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、储存、分析、加工,根据信息处理结果,按照一定的程序和节

12、奏发出相应的指令，控制整个系统有目的地运行。 1. 3 机电一体化系统的功能构成机电一体化系统的功能构成机电一体化系统是由若干具有特定功能的机械与微电子要素组成的有机整体，具有满足人们使用要求的功能(目的功能)。根据不同的使用目的，要求系统能对输入的物质、能量和信息物质、能量和信息(即工业三大要素即工业三大要素)进行某一处理，输出所需要的物质、能量和信息。因此系统须具有以下三大“目的功能目的功能”：变换变换(加工、处理)功能、传递传递(移动、输送)功能和储存储存(保持、积累、记录)功能。系统目的功能 不管那类系统（或产品），其系统内部必须具备如所示的五种内部功能五种内部功能，即主功能、动力功能

13、、检测功能、控制功主功能、动力功能、检测功能、控制功能、构造功能。能、构造功能。 系统的五种内部功能系统的五种内部功能CNCCNC机床内部功能构成实例机床内部功能构成实例机电一体化系统要素与人体要素的比较机电一体化系统要素与人体要素的比较机电一体化系统要素机电一体化系统要素功能功能人体要素人体要素控制器（计算机）控制器（计算机）控制（信息存储、处理、传控制（信息存储、处理、传送）送）头脑头脑网络网络信息传递信息传递神经神经检测、传感器检测、传感器计测（信息收集与变换）计测（信息收集与变换）感官感官执行元件执行元件驱动（操作）驱动（操作）肌肉肌肉动力源动力源提供动力（能量）提供动力（能量）内脏内

14、脏机构机构构造构造骨骼骨骼 为实现各子系统或要素之间物质、能量或信息交换而进为实现各子系统或要素之间物质、能量或信息交换而进行的连接就是接口。行的连接就是接口。实际上实际上，机电一体化技术研究的核心问机电一体化技术研究的核心问题就是接口技术问题题就是接口技术问题。接口技术的作用：接口技术的作用： 为实现机械、电子、信息等各异技术在机电一体为实现机械、电子、信息等各异技术在机电一体化系统中的物质、能源、信息的传递与转换，达到化系统中的物质、能源、信息的传递与转换，达到系统所需的目的功能。系统所需的目的功能。接口技术的功能：接口技术的功能： 系统输入系统输入/ /输出接口信息的匹配。输出接口信息的

15、匹配。 系统信息的转换、调整，能源信息匹配。系统信息的转换、调整，能源信息匹配。1.4 机电一体化构成要素之间的连接(接口技术接口技术) 接口耦合与能量转换接口耦合与能量转换 （1）变换变换： 两个需要进行信息交换和传输的环节之间,由于信息的模式不同（数字量与模拟量、串行码与并行码、连续脉冲与序列脉冲等等）,无法直接实现信息或能量的交流,需要通过接口完成信息或能量的通过接口完成信息或能量的统一统一。（2）放大放大： 在两个信号强度相差悬殊的环节间,经接口放大,达到能量的匹配能量的匹配。（3）耦合耦合： 变换和放大后的信号在各环节间能可靠、快速、准确地交换,必须遵循一致的时序、信号格式和逻辑规范

16、。接口具有保证信息的逻辑控制功能,使信息按规定模式进行传递。 （4）能量转换能量转换：其执行元件包含了执行器和驱动器。该转换涉及到不同类型能量间的最优转换方法与原理。 接口技术的分类：接口技术的分类：按功能分，接口有两种：变换、调整接口和输入变换、调整接口和输入/输出接口输出接口。 具有变换调整功能的接口（4种）：1、零接口零接口：不进行任何变换和调整，本子系统的输出即为另一子系统的输入，这种接口只起到连接的作用。如插头、座，输送管线，传动轴等。 2、无源接口无源接口：只用无源要素进行变换、调整的接口。如变速箱、变压器、可变电阻、透镜等。 3、有源接口有源接口：含有有源要素，可以主动进行匹配的

17、接口。如电磁离合器、放大器、光电耦合器等 4、智能接口智能接口：带有微处理器，可以进行程序编制或可适应性地改变接口条件。如自动变速装置、通用输入/输出集成电路，STD总线等 。根据输入根据输入/输出功能有如下接口形式输出功能有如下接口形式(4种种)：1、机械接口机械接口：由输入/输出部位的形状、尺寸、精度、配合、规格等进行机械联接的接口。如联轴器、管接头、法兰盘等。 2、物理接口物理接口：受通过接口的物质、能量、信息的具体形态和物理条件约束的接口。如受电流、电压、电容、扭矩、频率、气压等约束的接口。 3、信息接口：信息接口：受规格、标准、法律、语言、符号等逻辑、软件约束的接口。如RS232，G

18、B，ISO，ASCII，FORTRAN，C+等 。4、环境接口：环境接口：对周围环境条件（温度、湿度、磁场、振动、水、气、灰、火、放射）有保护作用的接口。如防尘接头，防水开关等。机电一体化系统内部与外部接口机电一体化系统内部与外部接口 机电一体化系统（产品）各构成要素之间的相互联系 1.5 机电一体化系统的评价机电一体化系统的评价系统的内部功能与系统的价值系统的内部功能与系统的价值系统内部功能系统内部功能评价参数评价参数系统价值系统价值高高低低主功能主功能系统误差系统误差小小大大抗干扰能力抗干扰能力强强弱弱废物输出废物输出少少多多变换效率变换效率高高低低动力功能动力功能输入能量输入能量少少多多

19、能源能源内装内装外设外设控制功能控制功能控制输入控制输入/输出口个数输出口个数多多少少手动操作手动操作少少多多网络功能网络功能强强弱弱构造功能构造功能尺寸、重量尺寸、重量小、轻小、轻大、重大、重强度强度高高低低计测功能计测功能精度精度高高低低高性能化高性能化省能化省能化机电一体化系统机电一体化系统高附加值化高附加值化主功能主功能低价格化低价格化高可靠性化高可靠性化计测功能计测功能动力功能动力功能智能化智能化构造功能构造功能轻薄短小化轻薄短小化控制功能控制功能网络化网络化机机电电一一体体化化系系统统的的评评价价内内容容1.6 1.6 机电一体化系统的相关技术机电一体化系统的相关技术 1. 1.

20、机械技术机械技术 机械技术是机电一体化的基础。 2. 2. 计算机与信息处理技术计算机与信息处理技术 包括信息的输入、变换、运算、存储及输出。 信息处理的工具是计算机，因此信息处理技术是和计算机技术紧密相关，包括硬件、软件、网络与通讯、数据库技术等； 机电系统中采用工业控制计算机进行信息处理，其硬件包括输入/输出设备、显示器、外部存储器、主机、可编程控制器、数控装置等。3.3.自动控制技术自动控制技术 机电系统自动控制包括位置控制、速度控制、力或力矩机电系统自动控制包括位置控制、速度控制、力或力矩控制、自校正补偿等，自动控制的基础是自动控制原理，分控制、自校正补偿等，自动控制的基础是自动控制原

21、理，分为为经典控制理论经典控制理论和和现代控制理论现代控制理论研究单输入研究单输入- -单输出单输出线性定常系统（以传线性定常系统（以传传递函数为基础）传递函数为基础）研究多输入研究多输入- -多输出多输出非线性、高精度多变非线性、高精度多变量系统（以状态方程量系统（以状态方程为基础）为基础）4. 4. 伺服传动技术伺服传动技术 所谓所谓“伺服伺服”（ServoServo）即即“伺候服侍伺候服侍”的意思。的意思。 电信号电信号 机械动作机械动作 在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械运动部件在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械运动部件按照指令的要求进行运动，并具有良好的动态性能。按照指令

22、的要求进行运动，并具有良好的动态性能。 伺服传动系统采用的驱动技术与使用的执行元件有关。伺服传动系统采用的驱动技术与使用的执行元件有关。按照执行元件的不同分为按照执行元件的不同分为电气伺服电气伺服、液压伺服、气压伺服液压伺服、气压伺服速度快、控制灵活、速度快、控制灵活、可靠性高、应用较可靠性高、应用较广，但低速输出力广，但低速输出力矩较小矩较小低速输出力矩大，功率低速输出力矩大，功率密度大，在大型机床、密度大，在大型机床、工程机械、航空航天航工程机械、航空航天航海具有优势，但结构复杂海具有优势，但结构复杂5. 5. 检测传感技术检测传感技术 是机电一体化系统的感觉器官，即从待测对象获取信号是机

23、电一体化系统的感觉器官，即从待测对象获取信号并送到信息处理部分。并送到信息处理部分。 主要内容包括：一是将物理量（位移、速度、加速度、主要内容包括：一是将物理量（位移、速度、加速度、力、力矩、温度等）转换成一定的与其成比例的电量；二是力、力矩、温度等）转换成一定的与其成比例的电量；二是对转换的电信号的加工处理如放大、补偿、标定。对转换的电信号的加工处理如放大、补偿、标定。 检测传感装置是实现自动控制的重要环节，要求传感器检测传感装置是实现自动控制的重要环节，要求传感器及其放大处理电路快速、精确地获取信息，并能够抗干扰、及其放大处理电路快速、精确地获取信息，并能够抗干扰、可靠性高。可靠性高。6.

24、6.系统总体技术系统总体技术 从整体的观点出发，组织应用各种相关技术，即从全局从整体的观点出发，组织应用各种相关技术，即从全局和系统目标角度，将系统分解成若干功能子系统，对于每个和系统目标角度，将系统分解成若干功能子系统，对于每个子系统的技术方案要从整个系统技术协调的观点考虑，最终子系统的技术方案要从整个系统技术协调的观点考虑，最终使整个系统实现最优化。使整个系统实现最优化。1.7 1.7 机电一体化技术与其它技术的区别机电一体化技术与其它技术的区别1.1.机电一体化技术与传统机电技术的区别机电一体化技术与传统机电技术的区别传统机电技术的操作控制主要通过具有电磁特性的各种电器来实现,如继电器、

25、接触器等,在设计中不考虑或很少考虑在设计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系彼此间的内在联系； 机械本体和电气驱动界限分明,整个装置是刚性的,不涉及软件和计算机控制。机电一体化技术以计算机为控制中心,在设计过程中强调机强调机械部件和电器部件间的相互作用和影响械部件和电器部件间的相互作用和影响,整个装置在计算机控整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。制下具有一定的智能性。 2.2.机电一体化技术与并行工程的区别机电一体化技术与并行工程的区别机电一体化技术将机械技术、微电子技术、计算机技术、控制技术和检测技术在设计和制造阶段就有机地结合有机地结合在一起,十分注意机械和其他部件之间的相互作用。 而并

26、行工程将上述各种技术尽量在各自范围内齐头并进,只在不同技术内部进行设计制造,最后通过简单叠加完成整体装置。3.3.机电一体化技术与自动控制技术的区别机电一体化技术与自动控制技术的区别 自动控制技术的侧重点是讨论控制原理、控制规律、分析方法和自动系统的构造等。 机电一体化技术将自动控制原理及方法作为重要支撑技术,将自控部件作为重要控制部件应用自控原理和方法,对机电一体化装置进行系统分析和性能测算。 4.机电一体化技术与计算机应用技术的区别机电一体化技术只是将计算机作为核心部件应用只是将计算机作为核心部件应用, ,目的是提高和改善系统性能。计算机在机电一体化系统中的应用仅仅是计算机应用技术中的一部

27、分,它还可以在办公、管理及图像处理等方面得到广泛应用。机电一体化技术研究的是机电一体化系统,而不是计算机应用本身。1.8 机电一体化系统的设计方法与类型机电一体化系统的设计方法与类型 1.8.1 机电一体化系统设计的一般原则机电一体化系统设计的一般原则原则：原则：从规范性、通用性、耐环境性、可靠性、经济性等从规范性、通用性、耐环境性、可靠性、经济性等多方面综合分析，结合现代设计方法和手段，达到机电一多方面综合分析，结合现代设计方法和手段，达到机电一体化系统设计的三大目的体化系统设计的三大目的省能源、省资源、智能化省能源、省资源、智能化，提高，提高机电产品的附加值和自动化程度。机电产品的附加值和

28、自动化程度。常用的设计方法：常用的设计方法：机电互补法机电互补法 机电结合（融合）法机电结合（融合）法 机电组合法机电组合法常见的设计类型：常见的设计类型：开发性设计开发性设计 适应性设计适应性设计 变异性设计变异性设计 1) 机电互补法：机电互补法：又称取代法。该方法特点是利用通用或专用电子部件取代传统机械产品（系统)中的复杂机械功能部件或功能子系统，以弥补其不足。2) 结合结合(融合融合)法：法：它是将各组成要素有机结合为一体构成专用或通用的功能部件(子系统)，其要素之间机电参数的有机匹配比较充分。3) 组合法：组合法：它是将结合法制成的功能部件(子系统)、功能模块，像积木那样组合成各种机

29、电一体化系统（品），故称组合法。常用的设计方法：常用的设计方法：机电一体化系统的设计类型机电一体化系统的设计类型1.1. 开发性设计：开发性设计：它是没有参照产品的设计，仅仅是根据抽象的设计原理和要求，设计出在质量和性能方面满足目的要求的产品或系统。2.2. 适应性设计：适应性设计：它是在总的方案原理基本保持不变的情况下，对现有产品进行局部更改，或用微电子技术代替原有的机械结构或为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品的性能和质量增加某些附加价值。 3.3. 变异性设计：变异性设计：它是在设计方案和功能结构不变的情况下，仅改变现有产品的规格尺寸使之适应于量的方面有所变更的要求。

30、1.8.2 机电一体化系统机电一体化系统设计流程设计流程 (1) 根据目的功能确定产品规格、性能指标。(2) 系统功能部件、功能要素的划分(3) 接口的设计 (4) 综合评价(或整体评价)(5) 可靠性复查(6) 试制与调试 机电一体化机电一体化系统系统( (产品产品) ) 的设计流程的设计流程1.9 机电一体化系统的开发工程机电一体化系统的开发工程 重点研究：重点研究：系统模块化设计；系统模块化设计；功能组件的外购外协功能组件的外购外协配套与标准化；配套与标准化；专用功能部件（子系专用功能部件（子系统）开发和研制；统）开发和研制；专业化生产方式的优专业化生产方式的优势和特点；势和特点；设计能

31、达到高效、高设计能达到高效、高质量、高可靠性的设计质量、高可靠性的设计制造效果；制造效果；拟定系统目标及初步技术规范市场调研、需求分析、销售预测可行性论证、技术经济分析构思（初步设计）评价与审定数学、物理模型分析求解、模拟试验结构与功能分析模块化设计模块化设计制造/外购市场调查样 机 试 制详细设计硬件制造外购外购制造/外购制造详细设计市场调查NY软件总体性能测试技术评价与审定是否修改原构思市场调查总体性能测试小批量生产试销效果是否好NYYN市场调查市场调查收集用户意见市场调查YN收集用户意见N初步方案设计结束Y数学/物理模型修改YN1.10 机电一体化系统设计与现代设计方法机电一体化系统设计

32、与现代设计方法 现代设计方法：现代设计方法：以计算机为辅助手段进行系统（产品）以计算机为辅助手段进行系统（产品）设计方法设计方法 的总称。的总称。 机电一体化设计方法与现代设计方法的融合机电一体化设计方法与现代设计方法的融合是优质、高是优质、高效、快速实现机电一体化系统（产品）设计的有效方法和效、快速实现机电一体化系统（产品）设计的有效方法和基本条件。基本条件。 计算机辅助设计与制造（计算机辅助设计与制造（CAD/CANCAD/CAN） 并行工程设计并行工程设计全寿命周期设计全寿命周期设计 虚拟产品设计与实现虚拟产品设计与实现 快速响应设计快速响应设计 绿色环保产品设计绿色环保产品设计 反求设

33、计反求设计 网络协同合作设计网络协同合作设计 1.11 机电一体化的发展趋势机电一体化的发展趋势1. 201. 20世纪世纪6060年代前为第一阶段年代前为第一阶段，“萌芽阶段萌芽阶段” 工程师们自觉或者不自觉地把机械产品和电子技术相结工程师们自觉或者不自觉地把机械产品和电子技术相结合，以提高机械产品的性能。但是由于电子技术的发展相对合，以提高机械产品的性能。但是由于电子技术的发展相对落后，使得机械与电子的结合还没有得到广泛的应用。落后，使得机械与电子的结合还没有得到广泛的应用。2. 702. 70年代到年代到8080年代为第二阶段年代为第二阶段，“蓬勃发展阶段蓬勃发展阶段” 计算机技术、控制

34、技术、通信技术的发展，为机电一体计算机技术、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这个时期的特点是：化的发展奠定了技术基础这个时期的特点是：MechatronicsMechatronics一词首先在日本被普遍接受，大约到一词首先在日本被普遍接受，大约到2020世纪世纪8080年代末期年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认；在世界范围内得到比较广泛的承认；机电一体化技术和产品得到了极大发展；机电一体化技术和产品得到了极大发展；各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支持。各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支持。 3.903.90年代后期开始为第三阶段，年

35、代后期开始为第三阶段，“智能化阶段智能化阶段” 光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在光学、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；体化等新分支； 对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一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。体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。 由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得由于人工智能技术、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

36、展的广阔天地。的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究，将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐这些研究，将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。渐形成完整的科学体系。 1. 1. 数控机床的问世，写下了数控机床的问世，写下了“机电一体化机电一体化”历史的第一页。历史的第一页。2. 2. 微电子技术为微电子技术为“机电一体化机电一体化”带来勃勃生机。带来勃勃生机。 3. 3. 可编程序控制器、电力电子等的发展为机电一体化提供可编程序控制器、电力电子等的发展为机电一体化提供了坚强基础。了坚强基础。4. 4. 激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使激光技术、

37、模糊技术、信息技术等新技术使”机电一体机电一体化化“跃上新台阶。跃上新台阶。 因此，机电一体化的主要发展方向如下：因此，机电一体化的主要发展方向如下：（1 1）智能化）智能化 （2 2）模块化）模块化 （3 3）网络化）网络化（4 4）微型化）微型化 （5 5）绿色化）绿色化 （6 6）人性化）人性化1.11 机电一体化的发展趋势机电一体化的发展趋势1 1 智能化智能化: : 智能化是智能化是2121世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化建设者的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是能在机电一体化建设者的研究日益得

38、到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。这里所说的重要应用。这里所说的“智能化智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础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。主决策等能力，以求得到更高的控制目标。 机电一体化的智能化趋势包括以下几个方面：机电一体化的智能化趋势包括以下几个方面：

39、（1）诊断过程的智能化。诊断过程的智能化。诊断功能强弱是评价系统性能的重要智能指标之一。 （2）人机接口的智能化。人机接口的智能化。智能化的人机接口,可以大大简化操作过程,这里包含多媒体技术在人机接口智能化中的有效应用。（3）自动编程的智能化。自动编程的智能化。操作者只需输入加工工件素材的形状和需加工形状的数据,加工程序就可全部自动生成,这里包含： 素材形状和加工形状的图形显示； 自动工序的确定； 使用刀具、切削条件的自动确定； 刀具使用顺序的变更； 任意路径的编辑； 加工过程干涉校验等。 （4）加工过程的智能化。加工过程的智能化。 2 模块化模块化: 由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研

40、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。这需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。由于利益冲突，近期很难制定国际或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大企业逐渐形成。显然，从电气产品的标准化、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机电一体化产品的企业，规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。 3 网络化网络化: 20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。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

41、兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。因此，机电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。4 4 微型化微型化 微型化兴起于微型化兴起于2020世纪世纪8080年代末，指的是机电一体化向年代末，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（系统（MEMSMEMS），泛指几何尺寸不超过），泛指几何尺寸不超过1cm1cm3 3的机电一体化产的机电一体化产品，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、信息等方面具有耗能少、运动灵

42、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。密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。5 系统化系统化 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，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。剪裁和组合，同时寻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，一般除表现之二是通信功能的大大加强，一般除RS232外，还有外，还有RS485等等。等等。6. 新型的新型的MEMS微机电