浅谈机电一体化技术的应用与发展趋势

2013-08-15宋江婷

通信电源技术 2013年6期

关键词：机电机械自动

宋江婷

（泉州轻工职业学院，福建泉州 362200）

1 机电一体化技术的简介以及优点

机电一体化技术是科学技术迅猛发展的知识产物。由于大规模集成电路的研发不断深入，再加上微型电子计算机蓬勃发展起来，就加快了电子信息技术和机械技术的有效融合，然后通过一系列复杂的加工和改造，最终形成了机电一体化技术。

1.1 机电一体化系统的组成

（1）机械本体。其作用就是连接和支撑其它的要素，再将这些要素有机地结合起来，进而形成统一的整体。机电一体化技术渗透到生活中的方方面面，且它的产品种类很多，但均不可能与机械本体脱节。例如:数控机床的机械本体是机床；机器人的机械本体是机身。所以，机械本体是机电一体化系统中最基本也是比较重要的构成成分。没有机械本体的支撑，其它各个部件就会零零散散，不能组成能满足生产需要的机电一体化装置。

（2）动力系统。它主要是为了配合控制系统，给机电一体化装置提供充足的动力和能量，进而使其能按照生产需求顺利的完成任务。动力系统的能量源头主要是气、液、电等。

（3）传感和运行检测系统。它把机电一体化产品运行时的各种所需要的参数和状态都转变为能够测定的物理量，并充分运用各检测系统来测定这些物理量，给机电一体化产品同时提供了运行控制时所有需要的信息。其通常是靠仪表或传感器来实现传感和检测系统的不同功能，通常要求它的体积比较小、方便安装、有较高的精确度。

（4）信息控制及处理系统。该系统是为了满足机电一体化装置的基本功能要求，接收来自于检测与传感系统的信息，然后再进行相应的处理，以便控制产品。在机电一体化产品中，信息控制及处理系统主要是由计算机中的硬件、软件以及各种接口构成。其中，计算机的硬件包括输入／输出设备、数控装置、显示器以及可编程控制器。同时，机电一体化产品对信息的处理要有较高的速度。

（5）执行部件。控制信息作用于执行部件让其自动完成动作，并实现它的基本功能。执行部件大多情况下也是运动部件，在机械、电气液等结构中应用较广泛。机电一体化装置的种类和作业对象各不相同，这将会造成执行机构之间存在很大的差异。执行机构的顺利运行还能逐一实现产品的目标功能，因此它的性能好坏直接决定着产品性能的好坏。

在机电一体化装置中，只有各个部件协调运行才能使目标功能顺利完成。在产品结构上，各部分又由不同的软件及相对应的接口连接起来，进而组成了一个外部性能好、内部结构科学合理的完整的机电一体化装置。

1.2 机电一体化的优点

（1）提高工厂的工作质量和生产能力。大多数的机电一体化产品有信息的自动处理和控制的功能，能够在很大程度上提高它在控制和检测方面的灵敏度、精准度。运用自动控制系统可以让执行机构更加精确地完成预先设置好的任务，这样就可以消除机械操作的人为误差，有助于实现最佳的操作，确保工作效率与工作质量，还能使产品的合格率达到最佳。

（2）提高产品使用时的可靠性和安全性。机电一体化装置均具有自动保护、自动监视、自动诊断、自动报警等性能，在实际的运行时一旦发生突发问题，它能自动解决。机电一体化产品由于采用电子元器件，从而具有较高的灵敏度和可靠性。

（3）调整和维护方便，使用性能改善。具有复合功能，适用面广。改善劳动条件，有利于自动化生产。节约能源，减少耗材。机电一体化技术具有全自动控制的功能，应变性强，能够达到生产上的最优化效益。

2 机电一体化技术的应用及发展趋势

2.1 机电一体化的意义

（1）功能增强。机电一体化产品的显著特征是具有多种复合功能，比如通过数控加工中心就可以让多台普通机床多道工序一次性装卡完成，并自动地对工件和刀具进行检测，清晰地显示出道具的动态轨迹，还具有极强的复合功能如故障自诊断。

（2）高精度。通过机电一体化技术能够对机构如传动部件进行精简，从而降低由于机械磨损、受力变形和配合间隙多导致的误差，同时对采用控制技术补偿、校正和计算机检测等多种干扰因素所产生的动态误差也能够达到单纯依靠机械无法达到的工作精度。

（3）结构简化。一般来说，机电一体化技术采用内装式微处理器、电力电子器件、大规模集成电路等替代原有笨重的传动装置和电器控制柜，使得产品的体积大大缩小，电子元器件数量大幅下降，其结构也越来越简化。比如电子控制和匹配的电机电磁结构相结合构成的无换向器电机，它没有采用传统的换向电刷，极大地简化了电机结构，缩小了电机体积、减轻了电机重量、提高电机使用寿命。

（4）可靠性增强。随着科技的发展，集成电路的集成度稳步提升，其可靠性也得到不断的增强，机电一体化产品故障率得到控制和减少。不仅如此，目前很多机电一体化产品具有停电对策、过负荷与失控保护、自诊断等功能，一定程度上提高了机电一体化产品的可靠性和安全性。

（5）柔性提高。柔性主要是指能够利用软件改变机器的工作程序，以满足不同的需要。例如:工作机器人具有较多的运动自由度，手抓部分可以换用不同的工具，通过改变控制程序、运动轨迹和运动姿态，可以适应不同的作业要求；数控机床、FMS或FMC可以通过改变控制程序来适应不同零件的加工工艺。

2.2 机电一体化技术的应用领域

机电一体化技术已经广泛应用到各个领域，如钢铁、国防、医药、能源、汽车、数控等。现代机电一体化生产系统大大地提高了汽车生产的产量和质量，并且整个生产系统能随时通过变换程序来生产型号不同的汽车，也使新产品的研发生产周期大大缩短，适应了市场变化的需求。机电一体化技术还解决了生产企业的用工荒和产品效率低的问题。

2.3 机电一体化技术的发展趋势

（1）智能化。大多数复杂机械设备存在着大滞后和强非线性，因而难于实现自动控制。冶金矿山及工程机械的大型成套设备中许多复杂机械需要具有较高智能水平的人工智能系统，在必要的场合能够代替人去执行各种任务。这样的系统需要自学习、自组织、自适应、思维、决策等能力，系统还应具有人机界面，设备也应具有自动诊断和自动修复的功能。

（2）模块化。由于机电一体化装置的品种和制造商都比较多，研发机电一体化系统结构单元的工作既前景广阔又富有挑战性。例如，在研制集减速与智能调速于一体的系统上，这些动力结构单元运用了机电一体化技术。

（3）网络化。由于我国的制造企业均普及了网络，从某种意义上来说，这间接地加快了网络远程监视技术及控制技术的发展。此外，总线、广域网、局域网技术使得机械制造业发生了根本的变化，网络制造技术已经成为了机械制造与自动化领域研究的重点。

（4）微型化。微型化也是机电一体化的一个新的发展方向，其表现形式是微电子机械系统。机电一体化的产品也逐渐向微米、纳米级发展。它的耗能低、体积小、灵活性高，广泛应用于医疗、国防军事等方面。

（5）自带能源化。自带能源化即指机电一体化装置自身附带了能源系统，不需要另外供电。能源问题始终是一个全球性问题，在很多情况下没有充足的电能供应，因此机电一体化装置自带动力能源就有了其独有的优势。

（6）绿色化。要始终坚持环境友好型的发展原则，绿色化的产品将有更加广阔的前途。机电一体化装置中的绿色化指的是在装置的运行过程中不会对环境产生危害，在报废时还能够加以回收利用。