人机一体化机电技术发展趋势分析

2013-08-15吴艳萍

中国新技术新产品 2013年17期

吴艳萍

（黑龙江煤炭职业技术学院，黑龙江双鸭山 155100）

1 研究背景

近20年来，一系列先进技术陆续兴起并获得迅速发展，主要包括电子技术、计算机技术、现代通信技术、现代控制技术、激光技术、新能源技术、新材料技术、航天技术、海洋工程技术和生物工程技术等。这些新技术在自身发展的同时，他们彼此之间，他们与传统技术之间，又相互渗透，相互结合，形成了多种复合技术，进一步推动了科技发出现了新的高潮。从五十年代末期，机械技术和电子技术结合到九十年代通信技术开始进入机电一体化领域，通信和计算机网络的发展促使了分布式的系统的形成，不少机器可以实现遥控操作。机电一体化已建立了完整的基础理论和逐渐形成了完整的科学体系。在未来的发展进程中，机电一体化领域，必会向着一个新的历史高度——人与机电一体化和谐发展的新领域而迈进。

2 人机一体化机电系统的组成

总的来说人机一体化机电系统由机械部分、动力部分、传感部分、驱动部分、执行部分、控制及信息处理部分等几大基本部分组成。

（1）机械本体部分。机械本体就像人体的身躯骨架，它是系统所有功能元素的机械支持结构，包括机身、框架、机械连接等。

（2）动力部分。动力部分与人体内脏产生能量去维持生命运动一样，为系统提供能量和动力功能，驱动执行机构，使系统按照控制要求正常运行。

（3）传感部分。传感部分就像人的眼、鼻、耳、口等感觉器官，将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，变成可识别的信号，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。其功能一般由专门的传感器和仪器仪表完成。

（4）驱动部分。驱动部分就像人体的肌、肋、腱接受大脑指挥驱动四肢运动一样，在控制信息作用下，驱动执行机构完成各种动作和功能。

（5）执行部分。执行部分如同人的四肢由大脑支配完成各项工作任务一样，根据控制信息和指令，完成各种动作和功能。执行机构是运动部件，一般采用机械、电磁、电液等机构。

（6）控制及信息处理部分。控制及信息处理部分犹如人的大脑指挥和控制全身运动并能记忆、思考和判断问题一样，将来自各传感器的检测信息集中、存储、分析、加工，并根据信息处理的结果，按照一定的程序和节奏发出相应的指令控制整个系统有目的的运行。它一般由计算机、可编程序控制器、数控装置以及逻辑电路、A/D与D/A转换、I/O（输入输出）接口和计算机外部设备等组成。

3 问题的提出与解决

3.1 人与机电一体化谁为核心

工业革命导致大量传统机电设备的出现，形成了第二产业和现代文明，极大地改变了人类的生产和生活方式。人类利用机器一方面大大提高了劳动生产率和生活水平，另一方面由于人和机器共处出现了一系列问题。人要使用和操纵机器，首先要学习、了解和掌握机器，就是说人要去适应机器，要对机器友好，一句话，这时的设计是以机器为中心的。这种类型的机器有三个缺点：一是难于使用；二是人和机器要保持一定距离，人不能随便接触机器，否则容易发生危险，不是机毁，就是人伤；三是人和机器之间一般不能进行对话。为了改变这种状况，最根本的就是要以人为中心设计机器，因此提出了与人友好的机器，建立和谐的人机环境这一概念。为此，人们努力而且还在尽最大努力使机器能更好地为人类服务。而进入信息时代之后，这个问题就更加迫切了。

3.2 机电一体化技术的可能性分析

计算机的出现首先为进行人机对话提供了可能性，人工智能的进展又使机器能对人的各种要求和干预做出反应并加以适应。机电一体化系统的诞生则使机器与人友好从理想逐渐成为现实。众所周知，机电一体化系统追求机器与电子技术、计算机技术等的有机融合。由于有计算机，它能与人进行各种层次的对话。它具有不同程度的智能，有必要的传感器和灵活的执行机构，因此机电一体化系统有可能适应人的要求，做到与人友好。