浅谈机电一体化机械系统的设计.doc

浅谈机电一体化机械系统的设计 103004010609 概述： 机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息机电一体化技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。是现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。一.机电一体化系统的结构组成：机电一体化系统的结构是控制器和受控对象两部分组成的。控制器由认知、信息处理和规划与控制三部分构成；受控对象包括机械本体、传感器和执行器。具体结构：(1) 机械体。是机电一体化产品的载体，它应能满足产品总体功能的要求。对机械本体的要求是：尽量采用新材料、复合材料以代替传统的钢铁；尽量做到小型化、轻量化要提高刚性，实现组合化、标准处和系列化；努力提高系统整体的可靠性。(2) 检测传感部分。用以对系统运行中的一些关键参量或状态，实时进行检测测量(1) 机械本体。是机电一体化产品的载体，它应能满足产品总体功能的要求。对机械本体的要求是：尽量采用新材料、复合材料以代替传统的钢铁；尽量做到小型化、轻量化要提高刚性，实现组合化、标准处和系列化；努力提高系统整体的可靠性。检测，并反馈给信息处理及控制部分，经过处理后作为下一步机械运行的依据。(3) 执行驱动部分。根据信息处理部分的指令，来完成规定的机械动作，执行机构有机械式、流体式(气动或液压)和电气式三大类。(4) 控制器部分。是整个装置的指挥中枢，它将传感器检测的信号，根据一定算法，对数据及信息进行存贮、交换、运算等处理，再通过接口向执行机构发出作业命令，以完成规定动作。这一部分多选用各种类型的微处理器或微型计算机和不同规模的集成电路来完成。二.机电一体化系统的主要组成要素有：(1) 机械本体是系统所有零部件的机械支承结构。(2）动力单元是按照控制系统要求，为系统提供能量和动力使系统正常运行的动力装置。(3) 控制单元是将来自各传感器的信息和外部输入命令进行处理，并根据处理结果发出相的控制指令，使整个系统有目的运行的控制装置。(4) 传感单元是对系统运行中所带的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测变成控制器可识别的信号的装置。(5) 驱动单元是根据控制指令，将动力源提供的能量和动力转换成机械动力。驱动执行机构完成各种动作的装置。(6) 执行单元是根据控制指令，在驱动单元的驱动下，完成各种动作的装置。(7) 接口系统是各单元和环节之间进行物质、能量和信息交换的联接界面。三.机电一体化机械系统的设计特点传统的机械系统和机电一体化机械系统的主要功能都是完成一系列的机械运动,但由于它们的组成不同,导致它们实现运动的方式也不同。传统机械系统一般是由动力件、传动件、执行件三部分加上电器、液压和机械控制等部分组成,而机电一体化中的机械系统应该是“由计算机信息网络协调与控制的,用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和(或)机电部件相互联系的系统”。其核心是由计算机控制的,包括机、电、液、光、磁等技术的伺服系统。由此可见,机电一体化中的机械系统,已经成为机电一体化伺服系统中的一个重要组成部分,它不再仅仅是转速和转矩的变换器,还需使伺服电机和负载之间的转速与转矩得到匹配,也就是在满足伺服系统高精度、高响应速度、良好稳定性的前提下,还应该具有较大的刚度、较高的可靠性和重量轻、体积小、寿命长等特点。四 机电一体化的发展趋势机 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。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面（1）智能化 智能化是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化的研究中日益得到重视,机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。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,使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力,以求得到更高的控制目标。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、高速度的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或者人的部分智能,则是完全可能而且必要的。（2）模块化 模块化是一项重要而艰巨的工程。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、动力接口和环境接口等的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事情。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等。有了这些标准单元就可迅速开发出新产品,同时也可以扩大生产规模。为了达到以上目的,还需要制定各项标准,以便于各部件、单元的匹配。由于利益冲突,近期很难制定出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,模块化将给机电一体化企业带来美好的前程。（3）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。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、教育等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的应用使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),能使人们呆在家里就可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。（4）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RS232外,还有RS485等智能化通信接口。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:一层是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性等等,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;另一层是模仿生物机理,研制出各种机电一体化产品。事实上,许多机电一体化产品都是受动物的启发而研制出来的。 参考文献：1. 张建民，唐水