机电一体化系统研究分析

王明杰 任平英 马飞

摘 要：随着工业产业的快速发展，机电一体化技术应用越来越广泛，人们对机电一体化技术的研究也越来越深入，机电一体化技术总体来说就是机械机构本体模块与电气控制模块的结合，本文将针对机电一体化系统的发展、特点和技术领域进行研究分析。

关键词： 机电一体化;机械;电气

0 前言

机电一体化这一概念是在上世纪70年代日本人提出的，但是机电一体化技术的发展可以追溯到1832年，斯特金发明了世界上第一台能够连续转动的电动机。电动机的出现代表着机械与电气的真正开始结合。[1]机电一体化技术的本身的含义就是机械与电子技术的集成，但它本身也没有统一的定论。上世纪世界电子产业发展最快的是日本，日本对机电一体化进行了一些定义如：机电一体化是指机械运动结构的本体上添加一些电气控制模块包括一些微电子技术和计算机控制软件等所组成的整个系统的总称。[2]当然随着电子技术的发展机电一体化系统本身的含义也在发生着变化。本文将针对机电一体化系统的技术的发展、特点以及机电一体化技术的组成进行研究分析。

1 机电一体化技术的发展

1.1 20世纪60年代前

电气设备刚刚开始发展，主要出现的电气设备有电动机，继电器，机电一体化主要是指简单的电气回路控制设备，如普通车床，铣床等。这时的机电一体化主要是指用手动控制电路开关运行一些简单的机电设备。但是由于继电器体积较大限制了电气控制设备的发展规模。

1.2 20世纪70年代后

随着二极管、三级管等晶体管的出现，大规模集成电路开始出现并得以迅速发展，机电一体化设备的控制精度开始提高，控制设备也趋于小型化，尤其是传感器技术和PLC技术的发展机电一体化设备的综合控制能力进一步得到提升。

1.3 20世纪90年代以后

网络与计算机技术的发展将机电一体化设备产品带入了智能化，人们对机电一体化设备的使用更加方便，管理和维护方面也得到了大大的提高。随着工业产品生产能力的进一步提高，机电一体化的产品开始出现在大众化的生活中，智能空调，洗衣机，机器人的等相继出现，代表着人们生活水平得到了极大的改善。

2 机电一体化的相关技术

机电一体化涉及的技术非常广泛，涉及的领域也非常多，主要包括：机械技术;检测与传感器技术;信息处理技术;私服驱动技术。

2.1 机械技术

机械技术在机电一体化整个技术中是一个载体。设备功能的实现还是需要靠机械本体结构。目前自动化设备有往更轻，更小，精度更高，响应速度更快的的方向发展趋势。机械设备机构主要分为三类：包括机械传动结构;机械导向支撑机构;机械手。械在机械设备中机械传动系统是机械系统的最基本要素。

2.2 检测传感技术

在机电一体化设备中，要实现自动控制还是需要对机械设备的运行进行检测，传感器的作用在其中必不可少。传感器检测的内容主要包括各种物理量（包括：速度、位置等）。传感器需要将其采集到的各种物理信号转变为电信号，在经过一系列的信息处理后转换成控制信息[3]。

2.3 信息处理技术

信息处理技术也是机电一体化中的重要一环，信息处理技术主要包括信號的采集与处理，采集主要是采集物理信息，而处理主要包括对传输来的模拟信号进行采样输入控制，然后进行模拟/数字转换即A/D转换，方可输入工业计算机进行一些逻辑计算。工业控制计算机主要包括三种：PLC、单片机、总线型工业控制计算。

2.4 伺服驱动技术

伺服驱动技术是一种将工业也计算机发出的控制指令信息转换为控制电流信息的一种技术。伺服驱动技术主要分为三类，包括：电动伺服技术、气动伺服技术、液动伺服技术。这三种伺服驱动技术主要是指驱动的动力源不一样，电动伺服技术主要控制的是电动机，气动伺服系统主要控制的是气压传动，液动伺服技术主要是控制液压传动。在机电一体化行业尤其是加工制造业电动伺服技术应用更加广泛。[4]现在伺服驱动电机主要包括：步进电动机、伺服直流电动机和伺服交流电动机。

3 机电一体化技术发展的特点

3.1 轻型化小型化

随着工业制造水平的不断进步发展，产品零部件的寿命和结构刚性在提高，产品的体积也在缩小。例如在医疗行业和手机行业，微型零部件正在成为一种趋势，很多小型机器都有成千上万零件组成。

3.2 高速度高精度高智能化

随着大规模集成电路的发展，以及新型传感器技术和工业计算机控制技术的发展，机电一体化正在向高速高精度，高智能化方向发展。例如数控机床的加工精度有以前的微米级向纳米级发展。并且数控机床的可靠性也在提高，加工效率也大大增强。在工业机器人方面，工业机器人的自由度也在提高，灵活性也在增强，自动故障诊断能力也在提高，工业机器人已经是现在自动化工厂不可或缺的设备。

4 总结

机电一体化的相关技术越来越成熟，目前它使用已经非常也非常广泛。在工业生产领域有，数控机床，自动化生产线，工业机器人等，在生活领域有智能家居、无人机、带自动驾驶功能的汽车等。总之机电一体化设备在人们周围越来越普及越来越必不可少。它会朝着更高的智能化发展。机电一体化相关技术也都会取得更大的突破。

参考文献：

[1]冯细香.机电一体化概论[M].北京：人民邮电出版社，2013（05）.

[2]袁中凡.机电一体化技术[J].机械.仪表工业，2006（08）.

[3]梁森.自动检测与转换技术[M].北京：机械工业出版社，2013（01）.

[4]张福学.机器人技术及其应用[M].北京：电子工业出版社，2000.