第一篇：基于慧魚產(chǎn)品的機(jī)電一體化實(shí)例

四川農(nóng)業(yè)大學(xué)

機(jī)電一體化實(shí)踐論文

機(jī)電學(xué)院農(nóng)機(jī)201201

姓名：范新虎 學(xué)號(hào)：20122141 日期：2015.07.06

慧魚創(chuàng)意模型系統(tǒng)（fischertechnik）硬件主要包括：1000多種的拼插構(gòu)件單元、驅(qū)動(dòng)源、傳感器、接口板等，并擁有自己的控制程序robo。通過慧魚創(chuàng)意系統(tǒng)建立“駿棗分級(jí)”模型，并對其進(jìn)行實(shí)例分析，體現(xiàn)機(jī)電一體化設(shè)計(jì)思想。

基于慧魚產(chǎn)品的機(jī)電一體化實(shí)例

摘要：慧魚創(chuàng)意模型系統(tǒng)（fischertechnik）硬件主要包括：1000多種的拼插構(gòu)件單元、驅(qū)動(dòng)源、傳感器、接口板等，并擁有自己的控制程序robo。通過慧魚創(chuàng)意系統(tǒng)建立“駿棗分級(jí)”模型，并對其進(jìn)行實(shí)例分析，體現(xiàn)機(jī)電一體化設(shè)計(jì)思想。

關(guān)鍵詞：慧魚創(chuàng)意模型系統(tǒng) 駿棗分級(jí) 機(jī)電一體化

機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)主要基于慧魚創(chuàng)意模型系統(tǒng)（fischertechnik）。實(shí)驗(yàn)的目的是通過讓學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)手組裝模型機(jī)器人和建造自己設(shè)計(jì)的有一定功能的機(jī)器人模型產(chǎn)品，使學(xué)生體會(huì)創(chuàng)意設(shè)計(jì)的方法和意義；同時(shí)通過創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生了解一些計(jì)算機(jī)控制、軟件編程、機(jī)電一體化等方面的基礎(chǔ)知識(shí)，加深對專業(yè)課學(xué)習(xí)的理解，為后續(xù)課的學(xué)習(xí)做一個(gè)很好地鋪墊。

慧魚模型介紹

1.1慧魚創(chuàng)意模型系統(tǒng)的組成：

慧魚創(chuàng)意模型系統(tǒng)（fischertechnik）硬件主要包括：1000多種的拼插構(gòu)件單元、驅(qū)動(dòng)源、傳感器、接口板等。

拼插構(gòu)件單元：系統(tǒng)提供的構(gòu)件主料均采用優(yōu)質(zhì)的尼龍塑膠，輔料采用不銹鋼芯鋁合金架等，采用燕尾槽插接方式連接，可實(shí)現(xiàn)六面拼接，多次拆裝。系統(tǒng)提供的技術(shù)組合包中機(jī)械構(gòu)件主要包括：齒輪、聯(lián)桿、鏈條、齒輪（普通齒輪、錐齒輪、斜齒輪、內(nèi)嚙合齒輪、外嚙合齒輪）、齒軸、齒條、渦輪、渦桿、凸輪、彈簧、曲軸、萬向節(jié)、差速器、齒輪箱、鉸鏈等。

驅(qū)動(dòng)源：①直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)（9V、最大功率1.1W、轉(zhuǎn)速7000 prn），由于模型系統(tǒng)需求功率比較低（系統(tǒng)載荷小，需求功率只克服傳動(dòng)中的摩擦阻力），所以它兼顧驅(qū)動(dòng)和控制兩種功能。②減速直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)（9V、最大功率1.1瓦，減速比50：1/20:1）。③氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)包括：儲(chǔ)氣罐、氣缸、活塞、電磁閥、氣管等元件。

傳感器：在搭接模型時(shí)，你可以把傳感器提供的信息（如亮/暗、通/斷，溫度值等）通過接口板傳給計(jì)算機(jī)。系統(tǒng)提供的傳感器做為控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)包括：①感光傳感器Brightness sensor（光電管）：對亮度有反應(yīng)，它和聚焦燈泡配合使用，當(dāng)有光（或無光）照在上面時(shí)，光電管 產(chǎn)生不同的電阻值，引發(fā)不同信號(hào)。

②接觸傳感器Contact sensor（觸動(dòng)開關(guān)）：如圖1所示，當(dāng)紅色按鈕按下，接觸點(diǎn)1、3接通，同時(shí)接觸點(diǎn)1、2 2 1

圖1觸動(dòng)開關(guān)原理示意圖

斷開，所以有兩種使用方法：常開：使用接觸點(diǎn)1、3，按下按鈕＝導(dǎo)通；松開按鈕＝斷開；常閉：使用接觸點(diǎn)1、2，按下按鈕＝斷開；松開按鈕＝導(dǎo)通。③熱傳感器Thermal sensor（NTC電阻）：可測量溫度。溫度20°C時(shí)，電阻值1.5KΩ。NTC的意思是負(fù)溫度系數(shù)，溫度升高電阻值下降。④磁性傳感器 Magnetic sensor ：非接觸性開關(guān)。⑤紅外線發(fā)射接收裝置：新型的運(yùn)用可控制所有馬達(dá)電動(dòng)模型的紅外線遙控裝置由一個(gè)強(qiáng)大的紅外線發(fā)射器和一個(gè)微處理器控制的接收器組成。有效控制范圍是10米，分別可控制三個(gè)馬達(dá)。

接口板：自帶微處理器，程序可在線和下載操作，用LLWin3.0或高級(jí)語言編程，通過RS232串口與電腦連接，四路馬達(dá)輸出，八路數(shù)字信號(hào)輸入，二路模擬信號(hào)輸入，具有斷電保護(hù)功能（新版接口），兩接口板級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)輸入輸出信號(hào)加倍。

PLC接口板：實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，直接與PLC相連。智能接口板自帶微處理器，通過串口與計(jì)算機(jī)相連。在計(jì)算機(jī)上編的程序可以移植到接口板的微處理器上，它可以不用計(jì)算機(jī)獨(dú)立處理程序（在激活模式下）。

慧魚創(chuàng)意模型系統(tǒng)（fischertechnik）LLWin3.0軟件：LLWin3.0是慧魚創(chuàng)意模型系統(tǒng)的專用軟件。LLWin軟件是一種圖形編程軟件，簡單易用，實(shí)時(shí)控制。用PLC控制器控制模型時(shí)，采用梯形圖編程。編輯程序的其最大特點(diǎn)是使用系統(tǒng)提供的工具箱中的功能模塊就可以建立控制程序（無須其它高級(jí)計(jì)算機(jī)語言的背景做支持），圖標(biāo)式的功能模塊簡單易懂。模型可用電腦、PLC 或 單片機(jī)對其進(jìn)行控制。2 “駿棗分級(jí)”機(jī)電一體化模型總體方案設(shè)計(jì) 2.1方案構(gòu)思

方案來源為畢業(yè)設(shè)計(jì)——新疆和田駿棗農(nóng)戶專用柵條滾筒式紅棗分級(jí)機(jī)改進(jìn)設(shè)計(jì)，在注重機(jī)械本體的設(shè)計(jì)的同時(shí)，體現(xiàn)機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)及理念。2.2模型介紹

模型主要分為三個(gè)部分。第一部分為傳送帶，目的是減少工作的勞動(dòng)強(qiáng)度；第二部分為水平方向的分級(jí)滾筒，可以講駿棗粗略的分為三級(jí)；第三部分為垂直方向的軸針式滾筒，將已經(jīng)初步分級(jí)的駿棗進(jìn)行細(xì)分，該機(jī)電產(chǎn)品可以講駿棗分為九級(jí)，第三部分總共分為三條。駿棗分級(jí)完成后通過擋板分別裝進(jìn)箱子進(jìn)行打包處理，減輕的棗農(nóng)的勞動(dòng)。2 3

2.3方案評(píng)價(jià)

駿棗在分級(jí)過程中對速度的要求比較敏感，速度過快會(huì)導(dǎo)致分級(jí)不明顯或者最后比較大的一級(jí)出現(xiàn)小棗子，為了防止這樣的情況，可以采用水平與垂直方向的的分級(jí)結(jié)構(gòu)的空隙相同，最后可以將棗子分為總共分為三級(jí)，雖然分級(jí)變少，但是分級(jí)失誤變少。3 控制程序

控制程序采用慧魚創(chuàng)意組合系統(tǒng)自帶軟件進(jìn)行控制。程序分為兩級(jí)，主程序標(biāo)明流程，子程序具體控制。

主程序

傳送帶程序

水平分級(jí)程序

垂直分級(jí)程序 實(shí)驗(yàn)思考

基于慧魚創(chuàng)意組合模型的機(jī)電一體化實(shí)例設(shè)計(jì)，創(chuàng)意方案實(shí)現(xiàn)快，修改容易，能夠直接反映出創(chuàng)意方案的可行性與實(shí)際操作性，不僅可以直觀的展示方案，而且可以根據(jù)實(shí)際情況反饋實(shí)際中出現(xiàn)的問題，方便優(yōu)化。再設(shè)計(jì)過程中，機(jī)械本體、檢測與傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、控制系統(tǒng)等都可以涉及到，符合機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)，

第二篇：機(jī)電一體化典型實(shí)例

8機(jī)電一體化系統(tǒng)典型實(shí)例

8.1 機(jī)器人

8.1.1概述

機(jī)器人是能夠自動(dòng)識(shí)別對象或其動(dòng)作，根據(jù)識(shí)別，自動(dòng)決定應(yīng)采取動(dòng)作的自動(dòng)化裝置。

它能模擬人的手、臂的部分動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工件或操縱工具等。它綜合了精密機(jī)械技

術(shù)、微電子技術(shù)、檢測傳感技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)等領(lǐng)域的最新成果，是具有發(fā)展前途的機(jī)電

一體化典型產(chǎn)品。機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用會(huì)越來越廣，將對人類的生產(chǎn)和生活產(chǎn)生巨大的影響。

可以說，任何一個(gè)國家如不擁有一定數(shù)量和質(zhì)量的機(jī)器人，就不具備進(jìn)行國際競爭所必需的工業(yè)基礎(chǔ)。

機(jī)器人的發(fā)展大致經(jīng)過了三個(gè)階段。第一代機(jī)器人為示教再現(xiàn)型機(jī)器人，為了讓機(jī)器人

完成某項(xiàng)作業(yè)，首先由操作者將完成該作業(yè)所需的各種知識(shí)（如運(yùn)動(dòng)軌跡、作業(yè)條件、作業(yè)

順序、作業(yè)時(shí)間等）通過直接或間接的手段，對機(jī)器人進(jìn)行示教，機(jī)器人將這些知識(shí)記憶下

來，然后根據(jù)再現(xiàn)指令，在一定的精度范圍內(nèi)，忠實(shí)地重復(fù)再現(xiàn)各種被示教的動(dòng)作。第二代

機(jī)器人通常是指具有某種智能（如觸覺、力覺、視覺等）的機(jī)器人，即由傳感器得到的觸覺、聽覺、視覺等信息經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后，控制機(jī)器人完成相應(yīng)的操作。第三代機(jī)器人通常是指具

有高級(jí)智能的機(jī)器人，其特點(diǎn)是具有自學(xué)習(xí)和邏輯判斷能力，可以通過各類傳感器獲取信息，經(jīng)過思考做出決策，以完成更復(fù)雜的操作。

信息處理機(jī)

圖8-1機(jī)器人三要素 圖8-2生物空間

一般認(rèn)為機(jī)器人具備以下要素：思維系統(tǒng)（相當(dāng)于腦），工作系統(tǒng)（相當(dāng)于手），移動(dòng)系

統(tǒng)（相當(dāng)于腳），非接觸傳感器（相當(dāng)于耳、鼻、目）和接觸傳感器（相當(dāng)于皮膚）（圖8-1）。

如果對機(jī)器人的能力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與對生物能力的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)一樣，即從智能、機(jī)能和物理能三個(gè)

方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，機(jī)器人能力與生物能力具有一定的相似性。圖8-2是以智能度、機(jī)能度和物

理能度三座標(biāo)表示的“生物空間”，這里，機(jī)能度是指變通性或通用性以及空間占有性等；物

理能度包括力、速度、連續(xù)運(yùn)行能力、均一性、可靠性等；智能度則指感覺、知覺、記憶、運(yùn)算邏輯、學(xué)習(xí)、鑒定、綜合判斷等。把這些概括起來可以說，機(jī)器人是具有生物空間三座

標(biāo)的三元機(jī)械。某些工程機(jī)械有移動(dòng)性，占有空間不固定性，因而是二元機(jī)械。計(jì)算機(jī)等信

息處理機(jī)，除物理能之外，還有若干智能，因而也屬于二元機(jī)械。而一般機(jī)械都只有物理能，所以都是一元機(jī)械。

8.1.2機(jī)器人的組成及基本機(jī)能

機(jī)器人一般由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，檢測傳感系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)等組成，各系統(tǒng)功能如下所述。① 執(zhí)行系統(tǒng)。執(zhí)行系統(tǒng)是完成抓取工件（或工具）實(shí)現(xiàn)所需運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部件，包括手部、119

腕部、臂部、機(jī)身以及行走機(jī)構(gòu)。

② 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的作用是向執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力。隨驅(qū)動(dòng)目標(biāo)的不同，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式有液動(dòng)、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械式四種。

③ 控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)是機(jī)器人的指揮中心，它控制機(jī)器人按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)可記憶各種指令信息（如動(dòng)作順序，運(yùn)動(dòng)軌跡，運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間等），同時(shí)按指令信息向各執(zhí)行元件發(fā)出指令。必要時(shí)還可對機(jī)器人動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出警報(bào)信號(hào)。

④ 檢測傳感系統(tǒng)。它主要檢測機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)位置、狀態(tài)，并隨時(shí)將執(zhí)行系統(tǒng)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行系統(tǒng)以一定的精度達(dá)到設(shè)定的位置狀態(tài)。

⑤ 人工智能系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要賦予機(jī)器人自動(dòng)識(shí)別、判斷和適應(yīng)性操作。8.1.4BJDP-1型機(jī)器人

該機(jī)器人是全電動(dòng)式、五自由度、具有連續(xù)軌跡控制等功能的多關(guān)節(jié)型示教再現(xiàn)機(jī)器人，用于高噪聲，高粉塵等惡環(huán)境的噴砂作業(yè)。

該機(jī)器人的五個(gè)自由度，分別是立柱回轉(zhuǎn)（L）、大臂回轉(zhuǎn)（D）小臂回轉(zhuǎn)（X）、腕部俯仰（W1）和腕部轉(zhuǎn)動(dòng)（W2），其機(jī)構(gòu)原理如圖8-3所示，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)關(guān)系如圖8-4所示。R

2小臂

M2

諧波減速器R圖8-3機(jī)器人的結(jié)構(gòu)原理

圖8-4機(jī)器人機(jī)構(gòu)傳動(dòng)關(guān)系

8.2視覺傳感式變量噴藥系統(tǒng)簡介

在農(nóng)業(yè)方面，近年來發(fā)達(dá)國家（如美國、英國）都投入大量資金進(jìn)行現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的開發(fā)。

先后開發(fā)出了精確變量播種機(jī)、精確變量施肥機(jī)以及精確變量噴藥機(jī)等。它們都是與機(jī)器人極為相似的自動(dòng)化系統(tǒng)，是高新技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用。

視覺傳感變量噴藥系統(tǒng)，是以較少藥劑而有效控制雜草、提高產(chǎn)量、減少成本的一種自動(dòng)化藥物噴撒機(jī)械。近年來，隨著雜草識(shí)別的視覺感知技術(shù)與變量噴藥控制等技術(shù)的成熟，這種視覺傳感式變量噴藥機(jī)械也趨于成熟。下面就以這種系統(tǒng)為例，對它的組成及工作原理作一簡要介紹。

（1）系統(tǒng)的組成一般地說，這種機(jī)器由圖像信息獲取系統(tǒng)、圖像信息處理系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、變量噴撒系統(tǒng)等組成（圖8-5）。各子系統(tǒng)的主要功能如下所述。

① 圖像信息獲取系統(tǒng)。主要由彩色數(shù)碼像機(jī)（如PULNIX，TMC-7ZX等）和高速圖像數(shù)據(jù)采集卡（如CX100，IMAGENATION，INC等）組成。采集卡一般置于機(jī)載計(jì)算機(jī)中。

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② 圖像信息處理系統(tǒng)。是一種基于影像信息的提取算法，由計(jì)算機(jī)高級(jí)語言（如C++等）開發(fā)出的一種軟件系統(tǒng)。它能夠快速準(zhǔn)確地提取出影像數(shù)據(jù)中包含的人們所需的信息（如雜草密度，草葉數(shù)量，無作物間距區(qū)域面積等）。

③ 決策支持系統(tǒng)。也是由高級(jí)語言開發(fā)出的一種軟件系統(tǒng)。它能夠基于信息處理系統(tǒng)，把得到的有用信息與人們的決策要求作綜合判斷，最后作出所需的決策。

④ 變量噴撒系統(tǒng)。是基于視覺信息的控制器，由若干可調(diào)節(jié)噴藥流量與霧滴大小的變量噴頭組成。

⑤ 機(jī)器行走系統(tǒng)。有發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)身、車輪等組成（圖中省略）。

（2）工作原理

當(dāng)機(jī)器在田間行走時(shí)，置于機(jī)器上離地面具有一定高度的彩色數(shù)碼像機(jī)就會(huì)掃描一定大小的地面。一般彩色數(shù)碼像機(jī)可覆蓋2.44m ? 3.05m范圍分辨率可達(dá)到0.005m?0.005m。與此同時(shí)，高速圖像數(shù)據(jù)采集卡將彩色數(shù)碼像機(jī)獲取的信息存入計(jì)算機(jī)中。然后，由圖像信息處理系統(tǒng)快速地將地面雜草的密度、草葉數(shù)量、作物密度以及無植被區(qū)域面積等信息提取出來，并由決策支持系統(tǒng)調(diào)用這些信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得到所需的行走速度、藥液流量和霧滴大小等的決策。這些決策被傳輸給藥滴大小控制器以及流量控制器，隨之它們就控制管路中的壓力和PWM脈寬調(diào)制變量噴頭。從而實(shí)現(xiàn)了精確變量噴藥。這樣一方面減少了藥量、降低了成本，另一方面保護(hù)作物、減少對環(huán)境的污染。據(jù)報(bào)道，與傳統(tǒng)的噴撒方法比較，變量噴藥系統(tǒng)在雜草高密區(qū)可節(jié)約藥液18 %，在雜草低密區(qū)可節(jié)約藥液17 %。

圖8-5精確變量噴藥系統(tǒng)

8.3數(shù)控機(jī)床

數(shù)控機(jī)床是由計(jì)算機(jī)控制的高效率自動(dòng)化機(jī)床。它綜合應(yīng)用了電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、伺服驅(qū)動(dòng)、精密測量和新型機(jī)械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成果，是今后機(jī)床控制的發(fā)展方向。隨著數(shù)控技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械加工中的地位將越來越重要。8.3.1 數(shù)控機(jī)床的工作原理和組成(1)數(shù)控機(jī)床的工作原理

數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，是將被加工零件的工藝過程、工藝參數(shù)等用數(shù)控語言編制成加工程序，這些程序是數(shù)控機(jī)床的工作指令。將加工程序輸入到數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制機(jī)

21床主運(yùn)動(dòng)的變速、起停，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向、速度和位移量，以及其它輔助裝置嚴(yán)格地按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)進(jìn)行工作，從而加工出符合要求的零件。為了提高加工精度，一般還裝有位置檢測反饋回路，這樣就構(gòu)成了閉環(huán)控制系統(tǒng)，其加工過程原理如圖8-6所示。

（2）數(shù)控機(jī)床的組成從工作原理可以看出，數(shù)控機(jī)床主要由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服檢測系統(tǒng)和機(jī)床本體等四部分組成，其組成框圖如圖8-7所示。

① 控制介質(zhì)。用于記載各種加工信息（如零件加工的工藝過程、工藝參數(shù)和位移數(shù)據(jù)等），以控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)零件的機(jī)械加工。常用的控制介質(zhì)有磁帶、磁盤和光盤等?？刂平橘|(zhì)上記載的加工

信息經(jīng)輸入裝置輸送

給數(shù)控裝置。常用的輸入裝置有磁盤驅(qū)動(dòng)器和光盤驅(qū)動(dòng)器等，對于用微處理機(jī)控制的數(shù)控機(jī)床，也用操作面板上的按鈕和鍵盤將加工程序直接用鍵盤輸入，并在CRT

顯示器顯示。② 數(shù)控裝置。數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心，它的功能是接受輸入裝置輸送給的加工信息，經(jīng)過數(shù)控裝置的系圖8-7 數(shù)控機(jī)床的組成 統(tǒng)軟件或電路進(jìn)行譯碼、運(yùn)算和邏輯處理后，發(fā)出相應(yīng)的脈沖指令送給伺服系統(tǒng)，通過伺服系統(tǒng)控制機(jī)床的各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件按規(guī)定要求動(dòng)作。

③ 伺服系統(tǒng)及位置檢測裝置。伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)裝置組成，它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分。由機(jī)床的執(zhí)行部件和機(jī)械傳動(dòng)部件組成數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)，它根據(jù)數(shù)控裝置發(fā)來的速度和位移指令控制執(zhí)行部件的進(jìn)給速度、方向和位移量。每個(gè)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行部件都配有一套伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)有開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)之分，在閉環(huán)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，還需配有位置測量裝置，直接或間接測量執(zhí)行部件的實(shí)際位移量，④ 機(jī)床本體及機(jī)械部件。數(shù)控機(jī)床的本體及機(jī)械部件包括：主動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部件（如工作臺(tái)、刀架）、傳動(dòng)部件和床身立柱等支承部件，此外還有冷卻，潤滑、轉(zhuǎn)位和夾緊等輔助裝置，對于加工中心類的數(shù)控機(jī)床，還有存放刀具的刀庫，交換刀具的機(jī)械手等部件。

8.4計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)

近年來世界各國都在大力開展計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS（ComputerIntergratedManufacturingSystem）方面的研究工作。CIMS是計(jì)算機(jī)技術(shù)和機(jī)械制造業(yè)相結(jié)合的產(chǎn)物，是機(jī)械制造業(yè)的一次技術(shù)革命。

(1)CIMS的結(jié)構(gòu)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化已逐步從過去的大批量生產(chǎn)方式向高效率、低成本的多品種、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變。CIMS就是為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械工廠的全盤自動(dòng)化和無人化而提出來的。其基本思想就是按系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)將整個(gè)工廠組成一個(gè)系統(tǒng)，用計(jì)算機(jī)對

2產(chǎn)品的初始構(gòu)思和設(shè)計(jì)直至最終的裝配和檢驗(yàn)的全過程實(shí)現(xiàn)管理和控制。對于CIMS，只需輸入所需產(chǎn)品的有關(guān)市場及設(shè)計(jì)的信息和原材料，就可以輸出經(jīng)過檢驗(yàn)的合格產(chǎn)品。它是一種以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，將企業(yè)全部生產(chǎn)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)與各種自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)地聯(lián)系起來，借以獲得最佳經(jīng)濟(jì)效果的生產(chǎn)經(jīng)營系統(tǒng)。它利用計(jì)算機(jī)將獨(dú)立發(fā)展起來的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、柔性制造系統(tǒng)（FMS），管理信息系統(tǒng)（MIS）以及決策支持系統(tǒng)（DSS）綜合為一個(gè)有機(jī)的整體，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品訂貨、設(shè)計(jì)、制造、管理和銷售過程的自動(dòng)化。它是一種把工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、市場分析以及其它支持功能合理地組織起來的計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)。CIMS是在柔性制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和系統(tǒng)科學(xué)的基礎(chǔ)上，將制造工廠經(jīng)營活動(dòng)所需的各種自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)地集成起來，使其能適應(yīng)市場變化和多品種、小批量生產(chǎn)要求的高效益、高柔性的智能生產(chǎn)系統(tǒng)。

由此可見，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)是在新的生產(chǎn)組織原理和概念指導(dǎo)下形成的生產(chǎn)實(shí)體，它不僅是現(xiàn)有生產(chǎn)模式的計(jì)算機(jī)化和自動(dòng)化，而且是在更高水平上創(chuàng)造的一種新的生產(chǎn)模式。從機(jī)械加工自動(dòng)化及自動(dòng)化技術(shù)本身的發(fā)展看，智能化和綜合化是未來的主要特征，也是CIMS最主要的技術(shù)特征。智能化體現(xiàn)了自動(dòng)化深度，即不僅涉及物質(zhì)流控制的傳統(tǒng)體力勞動(dòng)自動(dòng)化，還包括了信息流控制的腦力勞動(dòng)自動(dòng)化；而綜合化反映了自動(dòng)化的廣度，它把系統(tǒng)空間擴(kuò)展到市場、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、銷售及用戶服務(wù)等全部過程。

CIMS系統(tǒng)構(gòu)成的原則，是按照在制造工廠形成最終產(chǎn)品所必需的功能劃分系統(tǒng)，如設(shè)計(jì)管理、制造管理等子系統(tǒng)，它們分別處理設(shè)計(jì)信息與管理信息，各子系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)，并且具有相對的獨(dú)立性。因此，從大的結(jié)構(gòu)來講，CIMS系統(tǒng)可看成是由經(jīng)營決策管理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)等組成的（圖8-8）。經(jīng)營決策管理系統(tǒng)完成企業(yè)經(jīng)營管理，如市場分析預(yù)測、風(fēng)險(xiǎn)決策、長期發(fā)展規(guī)劃、生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度、企業(yè)內(nèi)部信息流的協(xié)調(diào)

圖8-8 CIMS主要結(jié)構(gòu)框圖

與控制等；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)完成產(chǎn)品及零部件的設(shè)計(jì)、自動(dòng)編程、機(jī)器人程序設(shè)計(jì)、工程分析、輸出圖紙和材料清單等；計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)則完成工藝過程設(shè)計(jì)、自動(dòng)編程、機(jī)器人程序設(shè)計(jì)等；柔性制造系統(tǒng)完成物料加工制造的全過程，實(shí)現(xiàn)信息流和物料流的統(tǒng)一管理，如將CIMS的系統(tǒng)功能細(xì)化，可得到如圖8-9所示的框圖。

（2）CIMS的主要技術(shù)關(guān)鍵

CIMS是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，它適用于多品種、中小批量的高效益、高柔性的智能化生產(chǎn)與制造。它是由很多子系統(tǒng)組成的，而這些子系統(tǒng)本身又都是具有相當(dāng)規(guī)模的復(fù)雜系統(tǒng)。雖然世界上很多發(fā)達(dá)國家已投入大量資金和人力研究它，但仍存在不少技術(shù)問題有待進(jìn)一步探索和解決。歸納起來，大致有以下五個(gè)方面。

① CIMS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)。這是系統(tǒng)集成的理論基礎(chǔ)及工具。如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組織學(xué)和多級(jí)遞階決策理論、離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)理論、建模技術(shù)與仿真、系統(tǒng)可靠性理論與容錯(cuò)控制以及面向目標(biāo)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法等。

3② 支持集成制造系統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)及系統(tǒng)應(yīng)用支撐軟件。其中包括支持CAD／CAPP/CAM集成的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，支持分布式多級(jí)生產(chǎn)管理調(diào)度的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，分布式數(shù)據(jù)系統(tǒng)與實(shí)時(shí)在線遞階控制系統(tǒng)的綜合與集成。

③ 工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)。CIMS系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的互連是通過工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的，因此必然要涉及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)通信的協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)的互連與通信、網(wǎng)絡(luò)的可靠性與安全性等問題的研究，甚至進(jìn)一步還可能需要對支持?jǐn)?shù)據(jù)、語言、圖像信息傳輸?shù)膶拵ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行探討。

④ 自動(dòng)化制造技術(shù)與設(shè)備。這是實(shí)現(xiàn)CIMS的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)，其中包括自動(dòng)化制造設(shè)備FMS、自動(dòng)化物料輸送系統(tǒng)、移動(dòng)機(jī)器人及裝配機(jī)器人、自動(dòng)化倉庫以及在線檢測及質(zhì)量保障等技術(shù)。

⑤ 軟件開發(fā)環(huán)境。良好的軟件開發(fā)環(huán)境是系統(tǒng)開發(fā)和研究的保證。這里涉及面向用戶的圖形軟件系統(tǒng)、適用于CIMS分析設(shè)計(jì)的仿真軟件系統(tǒng)、CAD直接檢查軟件系統(tǒng)以及面向制造控制與規(guī)劃開發(fā)的專家系統(tǒng)。

綜上所述，涉及CIMS的技術(shù)關(guān)鍵很多，制定和開發(fā)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)是一項(xiàng)重要而艱巨的任務(wù)。而對計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的投資則更是一項(xiàng)長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略決策。一旦取得突破，CIMS技術(shù)必將深刻地影響企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)，使機(jī)械制造工業(yè)產(chǎn)生一次巨大飛躍。

圖 8-9CIMS 系統(tǒng)框圖

124

第三篇：新機(jī)電一體化典型實(shí)例

機(jī)電一體化系統(tǒng)典型實(shí)例

8.4 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)

近年來世界各國都在大力開展計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS（ComputerIntergratedManufacturingSystem）方面的研究工作。CIMS是計(jì)算機(jī)技術(shù)和機(jī)械制造業(yè)相結(jié)合的產(chǎn)物，是機(jī)械制造業(yè)的一次技術(shù)革命。

(1)CIMS的結(jié)構(gòu)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化已逐步從過去的大批量生產(chǎn)方式向高效率、低成本的多品種、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變。CIMS就是為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械工廠的全盤自動(dòng)化和無人化而提出來的。其基本思想就是按系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)將整個(gè)工廠組成一個(gè)系統(tǒng)，用計(jì)算機(jī)對產(chǎn)品的初始構(gòu)思和設(shè)計(jì)直至最終的裝配和檢驗(yàn)的全過程實(shí)現(xiàn)管理和控制。對于CIMS，只需輸入所需產(chǎn)品的有關(guān)市場及設(shè)計(jì)的信息和原材料，就可以輸出經(jīng)過檢驗(yàn)的合格產(chǎn)品。它是一種以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，將企業(yè)全部生產(chǎn)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)與各種自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)地聯(lián)系起來，借以獲得最佳經(jīng)濟(jì)效果的生產(chǎn)經(jīng)營系統(tǒng)。它利用計(jì)算機(jī)將獨(dú)立發(fā)展起來的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、柔性制造系統(tǒng)（FMS），管理信息系統(tǒng)（MIS）以及決策支持系統(tǒng)（DSS）綜合為一個(gè)有機(jī)的整體，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品訂貨、設(shè)計(jì)、制造、管理和銷售過程的自動(dòng)化。它是一種把工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、市場分析以及其它支持功能合理地組織起來的計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)。CIMS是在柔性制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和系統(tǒng)科學(xué)的基礎(chǔ)上，將制造工廠經(jīng)營活動(dòng)所需的各種自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)地集成起來，使其能適應(yīng)市場變化和多品種、小批量生產(chǎn)要求的高效益、高柔性的智能生產(chǎn)系統(tǒng)。

由此可見，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)是在新的生產(chǎn)組織原理和概念指導(dǎo)下形成的生產(chǎn)實(shí)體，它不僅是現(xiàn)有生產(chǎn)模式的計(jì)算機(jī)化和自動(dòng)化，而且是在更高水平上創(chuàng)造的一種新的生產(chǎn)模式。

從機(jī)械加工自動(dòng)化及自動(dòng)化技術(shù)本身的發(fā)展看，智能化和綜合化是未來的主要特征，也是CIMS最主要的技術(shù)特征。智能化體現(xiàn)了自動(dòng)化深度，即不僅涉及物質(zhì)流控制的傳統(tǒng)體力勞動(dòng)自動(dòng)化，還包括了信息流控制的腦力勞動(dòng)自動(dòng)化；而綜合化反映了自動(dòng)化的廣度，它把系統(tǒng)空間擴(kuò)展到市場、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、銷售及用戶服務(wù)等全部過程。

CIMS系統(tǒng)構(gòu)成的原則，是按照在制造工廠形成最終產(chǎn)品所必需的功能劃分系統(tǒng)，如設(shè)計(jì)管理、制造管理等子系統(tǒng)，它們分別處理設(shè)計(jì)信息與管理信息，各子系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)，并且具有相對的獨(dú)立性。因此，從大的結(jié)構(gòu)來講，CIMS系統(tǒng)可看成是由經(jīng)營決策管理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)等組成的（圖8-8）。經(jīng)營決策管理系統(tǒng)完成企業(yè)經(jīng)營管理，如市場分析預(yù)測、風(fēng)險(xiǎn)決策、圖8-8 CIMS主要結(jié)構(gòu)框圖 長期發(fā)展規(guī)劃、生

產(chǎn)

計(jì)劃與調(diào)度、企業(yè)內(nèi)部信息流的協(xié)調(diào)

與控制等；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)完成產(chǎn)品及零部件的設(shè)計(jì)、自動(dòng)編程、機(jī)器人程序設(shè)計(jì)、工程分析、輸出圖紙和材料清單等；計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)則完成工藝過程設(shè)計(jì)、自動(dòng)編程、機(jī)器人程序設(shè)計(jì)等；柔性制造系統(tǒng)完成物料加工制造的全過程，實(shí)現(xiàn)信息流和物料流的統(tǒng)一管理，如將CIMS的系統(tǒng)功能細(xì)化，可得到如圖8-9所示的框圖。

（2）CIMS的主要技術(shù)關(guān)鍵

CIMS是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，它適用于多品種、中小批量的高效益、高柔性的智能化生產(chǎn)與制造。它是由很多子系統(tǒng)組成的，而這些子系統(tǒng)本身又都是具有相當(dāng)規(guī)模的復(fù)雜系統(tǒng)。雖然世界上很多發(fā)達(dá)國家已投入大量資金和人力研究它，但仍存在不少技術(shù)問題有待進(jìn)一步探索和解決。歸納起來，大致有以下五個(gè)方面。

① CIMS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)。這是系統(tǒng)集成的理論基礎(chǔ)及工具。如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組織學(xué)和多級(jí)遞階決策理論、離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)理論、建模技術(shù)與仿真、系統(tǒng)可靠性理論與容錯(cuò)控制以及面向目標(biāo)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法等。

② 支持集成制造系統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)及系統(tǒng)應(yīng)用支撐軟件。其中包括支持CAD／CAPP/CAM集成的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，支持分布式多級(jí)生產(chǎn)管理調(diào)度的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，分布式數(shù)據(jù)系統(tǒng)與實(shí)時(shí)在線遞階控制系統(tǒng)的綜合與集成。

③ 工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)。CIMS系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的互連是通過工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)實(shí)

圖 8-9CIMS 系統(tǒng)框圖

現(xiàn)的，因此必然要涉及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)通信的協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)的互連與通信、網(wǎng)絡(luò)的可靠性與安全性等問題的研究，甚至進(jìn)一步還可能需要對支持?jǐn)?shù)據(jù)、語言、圖像信息傳輸?shù)膶拵ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行探討。

④ 自動(dòng)化制造技術(shù)與設(shè)備。這是實(shí)現(xiàn)CIMS的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)，其中包括自動(dòng)化制造設(shè)備FMS、自動(dòng)化物料輸送系統(tǒng)、移動(dòng)機(jī)器人及裝配機(jī)器人、自動(dòng)化倉庫以及在線檢測及質(zhì)量保障等技術(shù)。

⑤ 軟件開發(fā)環(huán)境。良好的軟件開發(fā)環(huán)境是系統(tǒng)開發(fā)和研究的保證。這里涉及面向用戶的圖形軟件系統(tǒng)、適用于CIMS分析設(shè)計(jì)的仿真軟件系統(tǒng)、CAD直接檢查軟件系統(tǒng)以及面向制造控制與規(guī)劃開發(fā)的專家系統(tǒng)。

綜上所述，涉及CIMS的技術(shù)關(guān)鍵很多，制定和開發(fā)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)是一項(xiàng)重要而艱巨的任務(wù)。而對計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的投資則更是一項(xiàng)長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略決策。一旦取得突破，CIMS技術(shù)必將深刻地影響企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)，使機(jī)械制造工業(yè)產(chǎn)生一次巨大飛躍。

第四篇：典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品

第2章典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品

機(jī)電一體化產(chǎn)品分系統(tǒng)(整機(jī))和基礎(chǔ)元、部件兩大類。典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)有：數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、汽車電子化產(chǎn)品、智能化儀器儀表、電子排版印刷系統(tǒng)、CAD／CAM系統(tǒng)等。典型的機(jī)電一體化基礎(chǔ)元、部件有：電力電子器件及裝置、可編程序控制器、模糊控制器、微型電機(jī)、傳感器、專用集成電路、伺服機(jī)構(gòu)等。下面，我將針對其中的幾種產(chǎn)品的進(jìn)一步發(fā)展趨勢進(jìn)行詳細(xì)說明。

2.1數(shù)控機(jī)床

目前我國是全世界機(jī)床擁有量最多的國家（近320萬臺(tái)），但數(shù)控機(jī)床只占約5％且大多數(shù)是普通數(shù)控（發(fā)達(dá)國家數(shù)控機(jī)床占10％）。近些年來數(shù)控機(jī)床為適應(yīng)加工技術(shù)的發(fā)展，在以下幾個(gè)技術(shù)領(lǐng)域都有巨大進(jìn)步。

1．高速化。由于高速加工技術(shù)普及，機(jī)床普遍提高了各方面的速度。車床主軸轉(zhuǎn)速有3000～4000r/min提高到8000～10000r/min；銑床和加工中心主軸轉(zhuǎn)速由4000～8000r/min提高到12000～40000r/min以上；快速移動(dòng)速度由過去的10～20m/min提高到48m/min，60m/mni，80m/min，120m/min；在提高速度的同時(shí)要求提高運(yùn)動(dòng)部件起動(dòng)的加速度，由過去一般機(jī)床的0.5G（重力加速度）提高到1.5G～2G，最高可達(dá)15G；直線電機(jī)在機(jī)床上開始使用，主軸上大量采用內(nèi)裝式主軸電機(jī)。

2．高精度化。數(shù)控機(jī)床的定位精度已由一般的0.01～0.02mm提高到0.008左右；亞微米級(jí)機(jī)床達(dá)到0.0005mm左右；納米級(jí)機(jī)床達(dá)到0.005～0.01um；最小分辨率為1nm（0.000001mm）的數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床已問世。

數(shù)控中兩軸以上插補(bǔ)技術(shù)大大提高，納米級(jí)插補(bǔ)使兩軸聯(lián)動(dòng)出的圓弧都可以達(dá)到1u的圓度，插補(bǔ)前多程序預(yù)讀，大大提高了插補(bǔ)質(zhì)量，并可進(jìn)行自動(dòng)拐角處理等。

3．復(fù)合加工，新結(jié)構(gòu)機(jī)床大量出現(xiàn)。如5軸5面體復(fù)合加工機(jī)床，5軸5聯(lián)動(dòng)加工各類異形零件。同時(shí)派生出各種新穎的機(jī)床結(jié)構(gòu)，包括6軸虛擬軸機(jī)床，串并聯(lián)絞鏈機(jī)床等，采用特殊機(jī)械結(jié)構(gòu)，數(shù)控的特殊運(yùn)算方式，特殊編程要求。

4．使用各種高效特殊功能的刀具使數(shù)控機(jī)床“如虎添翼”。如內(nèi)冷轉(zhuǎn)頭由于使高壓冷卻液直接冷卻轉(zhuǎn)頭切削刃和排除切屑，在轉(zhuǎn)深孔時(shí)大大提高效率。加工剛件切削速度能達(dá)1000m/min，加工鋁件能達(dá)5000m/min。

5．?dāng)?shù)控機(jī)床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理。數(shù)控機(jī)床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理已是使用數(shù)控機(jī)床的基本要求，它不僅是提高數(shù)控機(jī)床開動(dòng)率、生產(chǎn)率的必要手段，而且是企業(yè)合理化、最佳化利用這些制造手段的方法。因此，計(jì)算機(jī)集成制造、網(wǎng)絡(luò)制造、異地診斷、虛擬制造、并行工程等等各種新技術(shù)都在數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)上發(fā)展起來，這必然成為21世紀(jì)制造業(yè)發(fā)展的一個(gè)主要潮流。

第五篇：數(shù)控車床是機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品

數(shù)控車床是機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，是集機(jī)床、計(jì)算機(jī)、電機(jī)及其拖動(dòng)、自動(dòng)控制、檢測等技術(shù)為一身的自動(dòng)化設(shè)備。其中主軸運(yùn)動(dòng)是數(shù)控車床的一個(gè)重要內(nèi)容，以完成切削任務(wù)，其動(dòng)力約占整臺(tái)車床的動(dòng)力的70%～80%?；究刂剖侵鬏S的正、反轉(zhuǎn)和停止，可自動(dòng)換檔和無級(jí)調(diào)速。

普通機(jī)床經(jīng)經(jīng)歷了近兩百年的歷史。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及自動(dòng)化，精密機(jī)械與測量等技術(shù)的發(fā)展與綜合應(yīng)用，生產(chǎn)了機(jī)電一體化的新型機(jī)床一一數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床一經(jīng)使用就顯示出了它獨(dú)特的優(yōu)越性和強(qiáng)大生命力，使原來不能解決的許多問題，找到了科學(xué)解決的途徑。

數(shù)控車床是數(shù)字程序控制車床的簡稱，它集通用性好的萬能型車床、加工精度高的精密型車床和加工效率高的專用型車床的特點(diǎn)于一身，是國內(nèi)使用量最大，覆蓋面最廣的一種數(shù)控機(jī)床，也是是一種通過數(shù)字信息，控制機(jī)床按給定的運(yùn)動(dòng)軌跡，進(jìn)行自動(dòng)加工的機(jī)電一體化的加工裝備，經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床已是現(xiàn)代制造業(yè)的重要標(biāo)志之一，在我國制造業(yè)中，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用也越來越廣泛，是一個(gè)企業(yè)綜合實(shí)力的體現(xiàn)

摘要：機(jī)電一體化是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。簡述了機(jī)電一體化技術(shù)的基本概要和發(fā)展背景，綜述了國內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀，分析了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；技術(shù)；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

ABSTRACT:Mechatronics is the inevitable result of the development of modern science and technology.This paper outlines thebasic profile and development contextoverviewing the current situation of mechatronics technology at home and abroadanalysing the cur－rent trends in mechatronics development．

KEYWORDS:mechatronics technology；technology；the current situation；production；manufacturing technology；developmental trend

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動(dòng)了不同學(xué)科的交叉與滲透，導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入了“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。

1機(jī)電一體化概要

機(jī)電一體化又稱機(jī)械電子學(xué)，英語稱為Mechatronics，它是由英文機(jī)械學(xué)（Mechanics）的前半部分與電子學(xué)（Electronics）的后半部分組合而成。機(jī)電一體化最早出現(xiàn)在1971年日本雜志《機(jī)械設(shè)計(jì)》的副刊上，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)電一體化的概念被廣泛接受和普遍應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，機(jī)電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展?，F(xiàn)在的機(jī)電一體化技術(shù)，是機(jī)械和微電子技術(shù)緊密結(jié)合的一門技術(shù)，它的發(fā)展使冷冰冰的機(jī)，器人性化、智能化。機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)的主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)總稱。

機(jī)電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，還將被賦予新的內(nèi)容。但其基本特征可概括為：機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測控技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織目標(biāo)，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值，并使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。

由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)，則成為一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)或機(jī)電一體化產(chǎn)品。

因此，“機(jī)電一體化”涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個(gè)方面。只是，機(jī)電一體化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機(jī)融合的一種綜合技術(shù)，而不是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其他新技術(shù)的簡單組合、拼湊。這是機(jī)電一體化與機(jī)械加電氣所形成的機(jī)械電氣化在概念上的根本區(qū)別。機(jī)械工程技術(shù)由純技術(shù)發(fā)展到機(jī)械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機(jī)械，其主要功能依然是代替和放大的體力。但是發(fā)展到機(jī)電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機(jī)械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能，如自動(dòng)檢測、自動(dòng)處理信息、自動(dòng)顯示記錄、自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制自動(dòng)診斷與保護(hù)等。即機(jī)電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的眼神，具有智能化的特征是機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別。

2機(jī)電一體化的發(fā)展?fàn)顩r

機(jī)電一體化的發(fā)展大體可以分為3個(gè)階段。20世紀(jì)60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級(jí)階段。在這一時(shí)期，人們自覺不自覺地利用電子技術(shù)的初步成果來完善機(jī)械產(chǎn)品的性能。

特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭刺激了機(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，這些機(jī)電結(jié)合的軍用技術(shù)，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)起了積極的作用，那時(shí)研制和開發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當(dāng)時(shí)電子技術(shù)的發(fā)展尚未達(dá)到一定水平，機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣。

20世紀(jì)90年代后期，開始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段，機(jī)電一體化進(jìn)入深入發(fā)展時(shí)期。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支；另一方面，對機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì)、分析和集成方法，機(jī)電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進(jìn)行了深入研究。同時(shí)，由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，為機(jī)電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，將促使機(jī)電一體化進(jìn)一步建立完整的基礎(chǔ)和逐漸形成完整的科學(xué)體系。

我國是從20世紀(jì)80年代初開始在這方面研究和應(yīng)用。國務(wù)院成立了機(jī)電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組并將該技術(shù)列入“863計(jì)劃”中。

在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時(shí)，充分考慮了國際上關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機(jī)構(gòu)及一些大中型企業(yè)對這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作，取得了一定成果，但與日本等先進(jìn)國家相比仍有相當(dāng)差距。

3機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢

3.1智能化智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。對人工智能在機(jī)電一體化中的研究日益得到重視，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要的應(yīng)用。這里所說的“智能化”是對機(jī)器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動(dòng)力學(xué)等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)。誠然，使機(jī)電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微處理器使機(jī)電一體化產(chǎn)品賦有低級(jí)智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。

3.2模塊化

模塊化是一項(xiàng)重要而艱巨的工程。由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜但又非常重要的事。如研制集減速、智能調(diào)速、電機(jī)于一體的動(dòng)力單元，具有視覺、圖像處理、識(shí)別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機(jī)械裝置。這樣，可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，同時(shí)也可以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。這需要制定各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內(nèi)這方面的標(biāo)準(zhǔn)，但可以通過組建一些大企業(yè)逐漸形成。顯然，從電氣產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)電一體化單元的企業(yè)，還是對生產(chǎn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的企業(yè)，規(guī)?；瘜⒔o機(jī)電一體化企業(yè)帶來美好的前程。

3.3全息系統(tǒng)化———智能化

20世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育及人們?nèi)粘Ｉ疃紟砹司薮蟮淖兏?。網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競爭也將全球化。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨(dú)到、質(zhì)量可靠，很快就會(huì)暢銷全球。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品。

今后的機(jī)電一體化產(chǎn)品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要收益于模糊技術(shù)、信息技術(shù)（尤其是軟件及芯片技術(shù)）的發(fā)展。除此之外，其系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，也變簡單的“從上到下”的形式為復(fù)雜的、有較多冗余度的雙向聯(lián)系。

3.4微型機(jī)電化———微型化

微型化興起于20世紀(jì)80年代末，指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級(jí)發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)動(dòng)靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。微機(jī)電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機(jī)械技術(shù)，微機(jī)電一體化產(chǎn)品的加工采用精細(xì)加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。

目前，利用半導(dǎo)體器件制造過程中的蝕刻技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)室中已制造出亞微米級(jí)的機(jī)械元件。當(dāng)將這一成果用于實(shí)際產(chǎn)品時(shí)，就沒有必要區(qū)分機(jī)械部分和控制器了。屆時(shí)，機(jī)械和電子完全可以“融合”，機(jī)體、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器、CPU等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型機(jī)械學(xué)是機(jī)電一體化的重要發(fā)展方向。

3.5綠色化

工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來了巨大變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。于是人們呼吁保護(hù)環(huán)境和資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運(yùn)而生，綠色化是時(shí)代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。設(shè)計(jì)綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前途。機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，報(bào)廢后能回收利用。

3.6“生物—軟件”化———仿生物系統(tǒng)化系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進(jìn)行任意剪裁和組合，同時(shí)尋求實(shí)現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)之二是通信功能的大大加強(qiáng)，一般除RS232外，還有RS485、DCS人格化。

未來的機(jī)電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，機(jī)電一體化的人格化有兩層含義，一層是機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機(jī)器人，其高層境界就是人機(jī)一體化。另一層是模仿生物機(jī)理，研制各種機(jī)電一體壓產(chǎn)品。事實(shí)上，許多機(jī)電一體化產(chǎn)品都是受動(dòng)物的啟發(fā)研制出來的。

今后的機(jī)電一體化裝置對信息的依賴性很大，并且往往在結(jié)構(gòu)上是處于“靜態(tài)”時(shí)不穩(wěn)定，但在動(dòng)態(tài)（工作）時(shí)卻是穩(wěn)定的。

這有點(diǎn)類似于活的生物：當(dāng)控制系統(tǒng)（大腦）停止工作時(shí)，生物便“死亡”，而當(dāng)控制系統(tǒng)（大腦）工作時(shí)，生物就很有活力。仿生學(xué)研究領(lǐng)域中已發(fā)現(xiàn)的一些生物體優(yōu)良的機(jī)構(gòu)可為機(jī)電一體化產(chǎn)品提供新型機(jī)體，但如何使這些新型機(jī)體具有活的“生命”還有待于深入研究。這一研究領(lǐng)域稱為“生物—軟件”或“生物系統(tǒng)”，而生物的特點(diǎn)是硬件（肌體）—軟件（大腦）一體，不可分割。看來，機(jī)電一體化產(chǎn)品雖然有向生物系統(tǒng)化發(fā)展趨，但有一段漫長的道路要走。

3．7自律分配系統(tǒng)化———柔性化未來的機(jī)電一體化產(chǎn)品，控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的“冗余度”，有較強(qiáng)的“柔性”，能較好地應(yīng)付突發(fā)事件，被設(shè)計(jì)成“自律分配系統(tǒng)”。在自律分配系統(tǒng)中，各個(gè)子系統(tǒng)是相互獨(dú)立工作的，子系統(tǒng)為總系統(tǒng)服務(wù)，同時(shí)，具有本身的“自律性”，可根據(jù)不同的環(huán)境條件做出不同反應(yīng)。其特點(diǎn)是子系統(tǒng)可產(chǎn)生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具體“行動(dòng)”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統(tǒng)的適應(yīng)能力（柔性），又不因某一子系統(tǒng)的故障而影響整個(gè)系統(tǒng)。

綜上所述，機(jī)電一體化的出現(xiàn)不是孤立的，它是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。當(dāng)然，與機(jī)電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來越明顯，機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展前景也將越來越光明

畢業(yè)論文規(guī)范化要求畢業(yè)論文規(guī)范化要求 1,論文的主要內(nèi)容及裝訂順序: [1]封面(中英文題目,作者信息)[2]目錄

[3]中文內(nèi)容摘要(300字以內(nèi)),關(guān)鍵詞(3—5個(gè))[4]英文翻譯內(nèi)容摘要,關(guān)鍵詞 [5]正文(三級(jí)小標(biāo)題:章,節(jié),小點(diǎn))[6]參考文獻(xiàn)(至少15本書或15篇文章其中要有3篇英文的,格式參考學(xué)院統(tǒng)一要求)[7]致謝 2,格式要求

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[2]圖表要求:圖面整潔,布局合理,線條粗細(xì)均勻,弧線連接光滑,尺寸標(biāo)注規(guī)范,符合制圖標(biāo)準(zhǔn).插圖和表格均需有編號(hào)和標(biāo)題,圖標(biāo)題為5號(hào)字,表標(biāo)題為小4號(hào).如: 表一 學(xué)生學(xué)習(xí)情況調(diào)查表 圖1 相軌跡圖

5,曲線,圖表要求:所有曲線,圖表,線路圖,程序框圖,示意圖等不得簡單徒手畫,必須按工程要求繪制.3,字?jǐn)?shù)要求: [1] 本科論文字?jǐn)?shù)文科不得少于1.2萬字,理工科不得少于8千字;[2] ?？普撐淖?jǐn)?shù)不得少于6000字.4,最后應(yīng)交的東西: [1]任務(wù)書(指導(dǎo)教師撰寫的)[2]開題報(bào)告

[3]畢業(yè)論文定稿

[4]畢業(yè)論文定稿的電子文檔存到教務(wù)處 注: [1]關(guān)于開題報(bào)告的格式和要求,后面有說明;[2]修改論文期間,請將word文稿以附件的形式發(fā)給指導(dǎo)老師;[3]收集資料的方法: