第一篇：機(jī)電一體化典型實例

8機(jī)電一體化系統(tǒng)典型實例

8.1 機(jī)器人

8.1.1概述

機(jī)器人是能夠自動識別對象或其動作，根據(jù)識別，自動決定應(yīng)采取動作的自動化裝置。

它能模擬人的手、臂的部分動作，實現(xiàn)抓取、搬運工件或操縱工具等。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

完成某項作業(yè)，首先由操作者將完成該作業(yè)所需的各種知識（如運動軌跡、作業(yè)條件、作業(yè)

順序、作業(yè)時間等）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)，忠實地重復(fù)再現(xiàn)各種被示教的動作。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

有高級智能的機(jī)器人，其特點是具有自學(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)器人的能力評價標(biāo)準(zhǔn)與對生物能力的評價標(biāo)準(zhǔn)一樣，即從智能、機(jī)能和物理能三個

方面進(jìn)行評價，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)運行能力、均一性、可靠性等；智能度則指感覺、知覺、記憶、運算邏輯、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)械有移動性，占有空間不固定性，因而是二元機(jī)械。計算機(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）實現(xiàn)所需運動的機(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)動系統(tǒng)。驅(qū)動系統(tǒng)的作用是向執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供動力。隨驅(qū)動目標(biāo)的不同，驅(qū)動系統(tǒng)的傳動方式有液動、氣動、電動和機(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)定的程序運動?？刂葡到y(tǒng)可記憶各種指令信息（如動作順序，運動軌跡，運動速度及時間等），同時按指令信息向各執(zhí)行元件發(fā)出指令。必要時還可對機(jī)器人動作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動作有誤或發(fā)生故障時即發(fā)出警報信號。

④ 檢測傳感系統(tǒng)。它主要檢測機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng)的運動位置、狀態(tài)，并隨時將執(zhí)行系統(tǒng)的實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)器人自動識別、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（W2），其機(jī)構(gòu)原理如圖8-3所示，機(jī)構(gòu)的傳動關(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化藥物噴撒機(jī)械。近年來，隨著雜草識別的視覺感知技術(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，由計算機(jī)高級語言（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，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，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)床是由計算機(jī)控制的高效率自動化機(jī)床。它綜合應(yīng)用了電子計算機(jī)、自動控制、伺服驅(qū)動、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，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床主運動的變速、起停，進(jìn)給運動的方向、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)床的運動，實現(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)動器和光盤驅(qū)動器等，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)床的各個運動部件按規(guī)定要求動作。

③ 伺服系統(tǒng)及位置檢測裝置。伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動電機(jī)和伺服驅(qū)動裝置組成，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。每個進(jìn)給運動的執(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：主動運動部件、進(jìn)給運動執(zhí)行部件（如工作臺、刀架）、傳動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計算機(jī)集成制造系統(tǒng)

近年來世界各國都在大力開展計算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS（ComputerIntergratedManufacturingSystem）方面的研究工作。CIMS是計算機(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)

隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械工業(yè)自動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、小批量自動化生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變。CIMS就是為了實現(xiàn)機(jī)械工廠的全盤自動化和無人化而提出來的。其基本思想就是按系統(tǒng)工程的觀點將整個工廠組成一個系統(tǒng)，用計算機(jī)對

2產(chǎn)品的初始構(gòu)思和設(shè)計直至最終的裝配和檢驗的全過程實現(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)計的信息和原材料，就可以輸出經(jīng)過檢驗的合格產(chǎn)品。它是一種以計算機(jī)為基礎(chǔ)，將企業(yè)全部生產(chǎn)活動的各個環(huán)節(jié)與各種自動化系統(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)。它利用計算機(jī)將獨立發(fā)展起來的計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）、計算機(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）綜合為一個有機(jī)的整體，從而實現(xiàn)產(chǎn)品訂貨、設(shè)計、制造、管理和銷售過程的自動化。它是一種把工程設(shè)計、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算機(jī)集成系統(tǒng)。CIMS是在柔性制造技術(shù)、計算機(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)營活動所需的各種自動化系統(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)實體，它不僅是現(xiàn)有生產(chǎn)模式的計算機(jī)化和自動化，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)械加工自動化及自動化技術(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)了自動化深度，即不僅涉及物質(zhì)流控制的傳統(tǒng)體力勞動自動化，還包括了信息流控制的腦力勞動自動化；而綜合化反映了自動化的廣度，它把系統(tǒng)空間擴(kuò)展到市場、設(shè)計、制造、檢驗、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)計管理、制造管理等子系統(tǒng)，它們分別處理設(shè)計信息與管理信息，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)、計算機(jī)輔助設(shè)計與制造系統(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)險決策、長期發(fā)展規(guī)劃、生產(chǎn)計劃與調(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；計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)完成產(chǎn)品及零部件的設(shè)計、自動編程、機(jī)器人程序設(shè)計、工程分析、輸出圖紙和材料清單等；計算機(jī)輔助制造系統(tǒng)則完成工藝過程設(shè)計、自動編程、機(jī)器人程序設(shè)計等；柔性制造系統(tǒng)完成物料加工制造的全過程，實現(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，大致有以下五個方面。

① CIMS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計。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)和多級遞階決策理論、離散事件動態(tài)系統(tǒng)理論、建模技術(shù)與仿真、系統(tǒng)可靠性理論與容錯控制以及面向目標(biāo)的系統(tǒng)設(shè)計方法等。

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)與實時在線遞階控制系統(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 自動化制造技術(shù)與設(shè)備。這是實現(xiàn)CIMS的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)，其中包括自動化制造設(shè)備FMS、自動化物料輸送系統(tǒng)、移動機(jī)器人及裝配機(jī)器人、自動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)計算機(jī)集成制造系統(tǒng)是一項重要而艱巨的任務(wù)。而對計算機(jī)集成制造系統(tǒng)的投資則更是一項長遠(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

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第二篇：新機(jī)電一體化典型實例

機(jī)電一體化系統(tǒng)典型實例

8.4 計算機(jī)集成制造系統(tǒng)

近年來世界各國都在大力開展計算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS（ComputerIntergratedManufacturingSystem）方面的研究工作。CIMS是計算機(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)

隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械工業(yè)自動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、小批量自動化生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變。CIMS就是為了實現(xiàn)機(jī)械工廠的全盤自動化和無人化而提出來的。其基本思想就是按系統(tǒng)工程的觀點將整個工廠組成一個系統(tǒng)，用計算機(jī)對產(chǎn)品的初始構(gòu)思和設(shè)計直至最終的裝配和檢驗的全過程實現(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)計的信息和原材料，就可以輸出經(jīng)過檢驗的合格產(chǎn)品。它是一種以計算機(jī)為基礎(chǔ)，將企業(yè)全部生產(chǎn)活動的各個環(huán)節(jié)與各種自動化系統(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)。它利用計算機(jī)將獨立發(fā)展起來的計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）、計算機(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）綜合為一個有機(jī)的整體，從而實現(xiàn)產(chǎn)品訂貨、設(shè)計、制造、管理和銷售過程的自動化。它是一種把工程設(shè)計、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算機(jī)集成系統(tǒng)。CIMS是在柔性制造技術(shù)、計算機(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)營活動所需的各種自動化系統(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)實體，它不僅是現(xiàn)有生產(chǎn)模式的計算機(jī)化和自動化，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)械加工自動化及自動化技術(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)了自動化深度，即不僅涉及物質(zhì)流控制的傳統(tǒng)體力勞動自動化，還包括了信息流控制的腦力勞動自動化；而綜合化反映了自動化的廣度，它把系統(tǒng)空間擴(kuò)展到市場、設(shè)計、制造、檢驗、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)計管理、制造管理等子系統(tǒng)，它們分別處理設(shè)計信息與管理信息，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)、計算機(jī)輔助設(shè)計與制造系統(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)

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

與控制等；計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)完成產(chǎn)品及零部件的設(shè)計、自動編程、機(jī)器人程序設(shè)計、工程分析、輸出圖紙和材料清單等；計算機(jī)輔助制造系統(tǒng)則完成工藝過程設(shè)計、自動編程、機(jī)器人程序設(shè)計等；柔性制造系統(tǒng)完成物料加工制造的全過程，實現(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，大致有以下五個方面。

① CIMS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計。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)和多級遞階決策理論、離散事件動態(tài)系統(tǒng)理論、建模技術(shù)與仿真、系統(tǒng)可靠性理論與容錯控制以及面向目標(biāo)的系統(tǒng)設(shè)計方法等。

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)與實時在線遞階控制系統(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

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 自動化制造技術(shù)與設(shè)備。這是實現(xiàn)CIMS的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)，其中包括自動化制造設(shè)備FMS、自動化物料輸送系統(tǒng)、移動機(jī)器人及裝配機(jī)器人、自動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)計算機(jī)集成制造系統(tǒng)是一項重要而艱巨的任務(wù)。而對計算機(jī)集成制造系統(tǒng)的投資則更是一項長遠(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。

第三篇：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），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；在提高速度的同時要求提高運動部件起動的加速度，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；亞微米級機(jī)床達(dá)到0.0005mm左右；納米級機(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，納米級插補(bǔ)使兩軸聯(lián)動出的圓弧都可以達(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)動加工各類異形零件。同時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)展的一個主要潮流。

第四篇：典型機(jī)電一體化系統(tǒng)之機(jī)械手

典型機(jī)電一體化系統(tǒng)之機(jī)械手

機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。由以下結(jié)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)——驅(qū)動-傳動機(jī)構(gòu)——控制系統(tǒng)——智能系統(tǒng)——遠(yuǎn)程診斷監(jiān)控系統(tǒng)，五部分組成。機(jī)械手的設(shè)計構(gòu)想是以人的手為基礎(chǔ)，以機(jī)械拉來實現(xiàn)人的動作，它的動作由以下四部分來實現(xiàn)：

1、自由度的旋轉(zhuǎn)

2、肩的前后動作

3、肘的上下動作

4、腕(手)的動作

驅(qū)動-傳動機(jī)構(gòu)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)是相輔相成的，在驅(qū)動系統(tǒng)中可以分:機(jī)械式、電氣式、液壓式和復(fù)合式，其中液壓操作力最大?？刂葡到y(tǒng)采用西門子PLC控制。運動形式:動力臂有旋轉(zhuǎn)(300°)、前后、上下三自由度運動，均由三個液壓伺服系統(tǒng)控制(其中旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)為開環(huán)控制，其它兩系統(tǒng)均為具有位置及動壓反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。)結(jié)構(gòu)圖如下

工業(yè)機(jī)械手性能概要

工作壓力 130 bar 冷卻系統(tǒng)啟動油溫 40℃，安全閥開啟壓力 210 bar油溫最高許用溫度 60℃，最大輸出流量 87 L/min，電機(jī)功率 22 KW，電機(jī)轉(zhuǎn)速 1450 轉(zhuǎn)/min，負(fù)載能力 30~600 Kg，工作頻率 250~300 次/h，最大工作范圍 6~8 m，許用超載 20%<額定負(fù)載。

工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)是基于模組塊系統(tǒng)上的，模組塊系統(tǒng)適合于提高移動的速度或特殊類型的工作。在設(shè)計上考慮維修的簡單性。維修的人員需要具備一定的資格，應(yīng)能處理一般的機(jī)械設(shè)備的問題或通常液壓件的安裝。

工業(yè)機(jī)械手傳輸在末端工具上的力或負(fù)載的感覺到操作者的手中(動力反饋)“動力反饋”的意思是在機(jī)械手臂末端上的力有一小部分反饋到操作柄。減少比率意味著操作者必須用2公斤的力才能將工具額定的負(fù)載舉起。對于動力反饋，操作者有機(jī)會感覺在方位、肩部和肘部的軸的負(fù)載改變的不同情況(慣性和加速度)。通過提供額外的力，操作者可以優(yōu)先確定使用的力和搬運的路徑，目的是為了獲得一個快慢速。

（1）動力臂的機(jī)械構(gòu)造

動力臂由上臂和一個較底臂(下臂)連接組成，它建立一個圍繞垂直軸旋轉(zhuǎn)的支撐上。在垂直面的運動是圍繞水平軸(稱之為肩軸)的上臂運動和圍繞第二個水平軸(稱之為肘軸)下臂的旋轉(zhuǎn)運動疊加而獲得的。上臂的運動是通過液壓缸直接控制，下臂的運動是由液壓缸通過一個可以圍繞肩軸旋轉(zhuǎn)并且通過一個傳送橫梁來控制。方位角的運動是通過一個安裝支撐面上的液壓馬達(dá)進(jìn)行控制的，馬達(dá)通過與基礎(chǔ)板連接的差動器的側(cè)傘齒輪上的小齒輪來帶動。通過橫梁和和肘部零件的連接保持最終配置部件的位置恒定不便。這樣上臂和下臂的運動各自具有獨立的方向。

（2）控制和伺服系統(tǒng)

操縱臂包含通過三個控制電路操控動力臂所有元件。操縱柄包含所有控制配置裝置上工作頭的功能操控裝置。

（3）旋轉(zhuǎn)元件

通過電磁閥的操作，可以啟動配置部件及末端工具的移動，若電磁閥未啟動，他們應(yīng)處在停止位置，而電磁閥是由操作柄上的電按鈕控制的，這些按鈕的操作應(yīng)按照相應(yīng)的說明書。這些電磁閥裝在動力臂的下臂上。與電磁閥裝在一起的還有溢流閥和節(jié)流閥。節(jié)流閥（流量控制器）可以控制移動速度恒定，溢流閥（壓力閥）則可以消除壓力高峰，并限制機(jī)械手過載。

（4）速度控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)用于控制機(jī)械手方位角的移動（旋轉(zhuǎn)），在一些應(yīng)用中也用于末端工具的移動。

控制信號是由操縱臂的轉(zhuǎn)動帶動電位計產(chǎn)生，電位計兩端電壓為±15V。電位計輸出的電壓輸入控制電路板轉(zhuǎn)換成相似電流（xmA）輸給電液伺服閥，電液伺服閥控制液壓馬達(dá)帶動機(jī)械手產(chǎn)生方向角轉(zhuǎn)移，控制電壓的極性決定移動的方向。當(dāng)需要緊急停止時，可以通過電磁換向閥關(guān)閉馬達(dá)，當(dāng)出現(xiàn)過載時，由溢流閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力保持油壓不會過高（同時可以通過電磁換向閥關(guān)閉系統(tǒng)），節(jié)流閥并接在馬達(dá)的進(jìn)出油口之間，它可以調(diào)節(jié)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。

該系統(tǒng)沒有反饋裝置，是一個開環(huán)控制系統(tǒng)，所以機(jī)械手是否移動到預(yù)期的位置，取決于操作者的觀察和協(xié)調(diào)一致的操作。

（5）位置控制系統(tǒng)

動力臂的運動由閉環(huán)控制系統(tǒng)控制，它的移動總是和操作者擺動操縱臂的位移成比例。

操作臂上的電位計隨該臂的移動給出一個控制電壓，同時動力臂的移動帶動反饋電位計產(chǎn)生一個極性相反與位移成比例的反饋電壓，兩者同時輸入電子控制器進(jìn)行比較產(chǎn)生偏差電壓，經(jīng)過電子控制器的轉(zhuǎn)換，輸出一相應(yīng)的電流信號給電液伺服閥，從而操控動力臂移動到操控所要求的位置，若偏差信號為“0”，于是動力臂將停止在這個位置。

該系統(tǒng)并裝有壓力傳感器，它將負(fù)載信號輸送到電子控制器，起到動壓反饋的作用，它將改善系統(tǒng)的動態(tài)特性（如：穩(wěn)定性等）負(fù)載反傳系統(tǒng)（原名：動力反饋系統(tǒng)）

工業(yè)機(jī)械手，為了給操作者在操作過程中能有負(fù)載變化的感覺，設(shè)置了將機(jī)械手傳輸在末端工具上的力或負(fù)載成比例地傳到操作者手中的裝置。它使操作者必須使用兩公斤的力才能將工具額定的負(fù)載舉起，可以讓操作者有機(jī)會感覺在方位、肩部和肘部的軸的負(fù)載改變的不同情況（慣性和加速度），通過操作力的改變，操作者可以正確的確定使用的力和搬運的路徑，目的是為了獲得一個快速和最佳的工作周期。

（6）總的操作方法

該機(jī)械手采用液壓變量伺服系統(tǒng)和液壓傳動系統(tǒng)進(jìn)行操控。

高壓油由一臺恒壓軸向柱塞泵輸出，該泵通過一個過濾精度為25μm(微米)的吸濾器從油箱中吸油，通過一個過濾精度為3~5μm的高壓油濾將高壓油輸送到系統(tǒng)中，額定工作壓力為130bar，油壓的額定值由泵的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)保證，故不會超過。

在高壓輸出管路上并聯(lián)，裝有一臺20L的蓄能器，它可以消除系統(tǒng)的壓力波動，在需要大流量時它可以輸出部分流量，當(dāng)系統(tǒng)需要較小時，它可以吸收部分多余的流量，故而可以起到穩(wěn)定系統(tǒng)壓力的作用。在蓄能器與泵之間裝有單向閥以阻止油泵停止工作時高壓油回流到油泵，同時裝有壓力表，可以指示系統(tǒng)壓力值。

如果系統(tǒng)壓力超過80bar時，壓力開關(guān)（開關(guān)2）將控制僅允許動力臂移動，當(dāng)油泵停止工作時，將打開一臺電磁換向閥，將蓄能器的存油放回到油箱。

需要補(bǔ)充說明一點，方位系統(tǒng)中裝有限位開關(guān)SW3和SW4，他們的作用是將方位角的移動控制在300°的范圍內(nèi)。限位開關(guān)裝有機(jī)械手的移動部分，由裝在末端部分置于基座上的凸輪開動它們，第一限位開關(guān)（SW3）將方位運動速度降低，第二限位開關(guān)（SW4）將機(jī)械手的動作停止。當(dāng)靠近末端位置并且兩個限位開關(guān)都開動時速動仍然非常高時，這就要完全切斷電路和油路，讓動力臂停止在瞬間位置上。

要重新開動機(jī)械手時，必須按住位于操作柄上較低位置上的按鈕(7)，它應(yīng)一直被按著，直到動力臂重新達(dá)到工作區(qū)。

機(jī)械手的控制原理 1.機(jī)械手的控制原理

下圖所示為一簡易物品搬運機(jī)械手的動作示意圖，該機(jī)械手是一個水平|垂直位移的機(jī)械設(shè)備，用來將工件由左工作臺搬運到右工作臺，當(dāng)機(jī)械手處于原點時，左限開關(guān)位和上限位開關(guān)被壓合，啟動以后，機(jī)械手沿—Z方向向A點（工步1），夾緊工件然后回到原位（工步2），在沿X方向移向B點，放下工件（工步3），最后回到原位（工步4）完成一次動作循環(huán)，對上述動作過程，若采用常規(guī)的繼電器控制，則很難識別以下兩種情況下所出現(xiàn)的問題：一是機(jī)械手向下移動時，不能識別A點，還是向B點移動；二是在2、3工步，是先回到原點，然后向右，還是直接由A點向右位移到B點。而采用PLC的步進(jìn)功能來實現(xiàn)對這一動作過程進(jìn)行控制，不僅能有效的避免上述動作的二義性，而且是整個控制過程準(zhǔn)確、直觀。

（動作示意圖）

2運動控制方式

其運動控制方式為：(1)由伺服電機(jī)驅(qū)動氣控機(jī)械手(有光電傳感器確定起始0點)；(2)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動絲杠組件使機(jī)械手沿X、Y軸移動(有x、y軸限位開關(guān))；(3)基座主要支撐以上2部分；(4)機(jī)械手的全部動作由氣缸驅(qū)動，而氣缸則有相應(yīng)的電磁閥控制。其中，上升、下降和左移、右移分別由雙線圈而為電磁閥控制，例如當(dāng)下將電磁閥通電時，機(jī)械手下降；當(dāng)下將電磁閥斷電時，機(jī)械手下降停止，只有當(dāng)上升電磁閥通電時，機(jī)械手才上升；當(dāng)上升電磁閥斷電時，機(jī)械手上升停止。同樣，左移、右移分別由左移電磁閥和右移電磁閥控制。機(jī)械手的放松夾緊有一個單線圈二位電磁閥（稱為夾緊電磁閥）控制。當(dāng)該線圈通電時，機(jī)械手夾緊，該線圈斷電時，機(jī)械手放松。當(dāng)機(jī)械手右移到位并準(zhǔn)備下降時，為了確保安全，必須在右工作臺上無工作時才允許機(jī)械手下降也就是說，若上一次搬運到右工作臺上的工件尚未搬運走，機(jī)械手應(yīng)自動停止下降。

其工作過程為：當(dāng)貨物到達(dá)時，機(jī)械手系統(tǒng)開始動作；步進(jìn)電機(jī)控制開始向下運動，同時另一路步進(jìn)電機(jī)控制橫軸開始向前運動；伺服電機(jī)驅(qū)動機(jī)械手旋轉(zhuǎn)到達(dá)正好抓取貨物的方位處，然后充氣，機(jī)械手夾住貨物。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動縱軸上升，另一個步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動橫軸開始向前走；直流電機(jī)轉(zhuǎn)動使機(jī)械手整體運動，轉(zhuǎn)到貨物接收處；步進(jìn)電機(jī)再次驅(qū)動縱軸下降，到達(dá)指定位置后，氣閥放氣，機(jī)械手松開貨物；系統(tǒng)回位準(zhǔn)備下一次動作。

（機(jī)械手動作過程分解圖）

從原點開始，按下啟動按鈕時，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降。下降到底時，碰到下限開關(guān)，下降電磁閥斷電，機(jī)械手下降停止；同時接通夾緊電磁閥，機(jī)械手夾緊。夾緊后上升電磁閥通電，機(jī)械手上升。上升到頂時，碰到上升限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；同時接通右移電磁閥機(jī)械手右移。右移到位時碰到右限位開關(guān)，右移電磁閥斷電，機(jī)械手右移停止。若此時工作臺上無工件則，則光電開關(guān)接通，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降，下降到底時，碰到下限位開關(guān)，下降電磁閥斷電，機(jī)械手下降停止；同時加緊電磁閥斷電；機(jī)械手放松，放松后，上升電磁閥通電，機(jī)械手上升上升到頂時，碰到上限為開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止，同時接通左移電磁閥，機(jī)械手左移，左移到原點時，碰到左限位開關(guān)，左移停止，一次動作結(jié)束。我們還可以根據(jù)動作分解圖和控制將機(jī)械手的操作分為：手動操作、單步操作、單周期操作和連續(xù)操作。手動操作：就是用按鈕操作對機(jī)械手的每一種動作單獨進(jìn)行控制，例如，當(dāng)選擇上下動作時，按下啟動按鈕，機(jī)械手上升：按下停止按鈕，機(jī)械手下降，當(dāng)選擇左右運動時，按下啟動按鈕，機(jī)械手左移；按下停止按鈕時，機(jī)械手右移。當(dāng)選擇加緊放松運動時，按下啟動按鈕，機(jī)械手夾緊：按下機(jī)械手停止按鈕，機(jī)械手放松。

單步操作：每按一次啟動按鈕，機(jī)械手完成一步動作后自動停止。單周期操作：機(jī)械手從原點開始，按一下啟動按鈕，機(jī)械手將自動完成一個周期的動作，然后停止在原起始點位置。

連續(xù)操作：機(jī)械手從原點開始，按一下啟動按鈕，機(jī)械手的動作將自動的、連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。

在工作中若按一下停止按鈕，機(jī)械手動作停止，重新啟動時，需用手動操作方式將機(jī)械手移回原點，然后按一下啟動按鈕，機(jī)械手又重新開始連續(xù)操作。在工作中若按一下復(fù)位按鈕，則機(jī)械手將繼續(xù)完成一個周期的動作后，回到原點，自動停止。

第五篇：機(jī)電一體化

只要你學(xué)會了機(jī)電一體化的所有課程已經(jīng)很不錯了，機(jī)電一體化課程畫法幾何與機(jī)械制圖、工程力學(xué)、電工電子技術(shù)、機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)、液壓傳動、金屬材料與金屬工藝學(xué)、微機(jī)原理與接口技術(shù)、C語言程序設(shè)計、自動控制原理、機(jī)床電氣控制、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計、數(shù)控系統(tǒng)及應(yīng)用、可編程器原理及應(yīng)用、計算機(jī)輔助設(shè)計與制造等，你是學(xué)習(xí)上面這些內(nèi)容嗎？如果是的話，就可以找機(jī)電廠，電廠，電氣控制設(shè)備廠，或普通工廠的機(jī)電維修等工作，在工作中，就學(xué)點電氣自動化的知識，這樣深化你的機(jī)電一體化的知識。只要你認(rèn)真領(lǐng)會了機(jī)電一體化化的實踐知識，去到那里都會很容易找到工作的。因為現(xiàn)在的社會都是機(jī)電自動化的社會了?，F(xiàn)在中型的小工廠都會用得上 機(jī)電一體化，只要有控制機(jī)械的工廠都可以去實踐學(xué)習(xí)。剛開始就是不求工資的高低，只要在實踐中深化自己，有了第一次的就業(yè)經(jīng)驗，第二次就也就會很容易了，因為招聘的人一般都會問你第一次在那里工作。工作的情況，經(jīng)驗的，你就要好好展示你的才華了。

管理員也可以呀，專門搞畫法幾何與機(jī)械制圖、工程力學(xué)，C語言程序設(shè)計等工作，專門專業(yè)是很不錯的，將來社會所有工廠都會陸續(xù)進(jìn)行改造為機(jī)電一體化控制。前景無限呀。

至今機(jī)電一體化發(fā)展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)的不但發(fā)展,還將被賦予新的內(nèi)容。對機(jī)電一體化技術(shù)的基本與成長進(jìn)行了簡要介紹,并闡述了機(jī)電一體化的發(fā)展進(jìn)程及未來的發(fā)展趨勢。機(jī)電一體化是現(xiàn)代技術(shù)的必然結(jié)果,機(jī)電一體化技術(shù)是現(xiàn)代科技發(fā)展的核心技術(shù),機(jī)電一體化專業(yè)人才也是現(xiàn)代社會不可或缺的核心人才?，F(xiàn)從機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展、現(xiàn)狀、前景等方面談機(jī)電一體化技術(shù)以及培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代社會工業(yè)發(fā)展需要機(jī)電一體化專業(yè)高職人才的必要性。機(jī)電一體化是我國制造業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)專業(yè)之一.但我國目前這個專業(yè)高層次人才奇缺,高精尖方向大部分都被國外控制.因此,如果想在這個方面發(fā)展,如果有碩士研究生學(xué)歷,并有實踐經(jīng)驗,甚至是博士研究生,那么前途無量的.機(jī)電一體化的未來發(fā)展趨勢探析

【論文關(guān)鍵詞】：光機(jī)電一體化；技術(shù)特征；發(fā)展

【論文摘要】：介紹了光機(jī)電一體化技術(shù)特征，研究了國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，指出了未來發(fā)展前景和一些重要技術(shù)熱點。

近些年來，光機(jī)電一體化技術(shù)得到迅猛發(fā)展，在民用工業(yè)和軍事領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。因此，光機(jī)電一體化技術(shù)成為當(dāng)今機(jī)械工業(yè)技術(shù)發(fā)展的一個主要趨勢。

1.光機(jī)電一體化技術(shù)特征

光機(jī)電一體化系統(tǒng)主要由動力、機(jī)構(gòu)、執(zhí)行器、計算機(jī)和傳感器五個部分組成，相互構(gòu)成一個功能完善的柔性自動化系統(tǒng)。其中計算機(jī)軟硬件和傳感器是光機(jī)電一體化技術(shù)的重要組成要素。與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品比較，光機(jī)電一體化產(chǎn)品具有以下技術(shù)特征。

1.1 體積小，重量輕，適應(yīng)性強(qiáng)，操作更方便

光機(jī)電一體化技術(shù)使得操作人員擺脫了以往必須按規(guī)定操作程序或節(jié)后頻繁緊張地進(jìn)行單調(diào)重復(fù)操作的工作方式，可以靈活方便地按需控制和改變生產(chǎn)操作程序，任何一臺光機(jī)電一體化裝置的動作，可由預(yù)設(shè)的程序一步一步控制實現(xiàn)，甚至實現(xiàn)操作全自動化和智能化。

1.2 功能增加，精度大幅提高

光機(jī)電一體化系統(tǒng)包括以激光、電腦等現(xiàn)代技術(shù)集成開發(fā)的自動化、智能化機(jī)構(gòu)設(shè)備、儀器儀表和元器件。電子技術(shù)的采用使得包饋控制 水平提高，運算速度加快，通過電子自動控制系統(tǒng)可精確按預(yù)設(shè)動作，其自行診斷、校正、補(bǔ)償功能可減少誤差，達(dá)到靠單純機(jī)械方式所不能實現(xiàn)的工作精度。同時，由于機(jī)械傳動部件減少，機(jī)械磨損及配合間隙等引起的誤差也大大減小。

1.3 部分硬件實現(xiàn)軟件化，智能化程度提高

傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備一般不具有自維修或自診斷功能。光機(jī)電一體化技術(shù)使得電子裝置能按照人的意圖進(jìn)行自動控制、自動檢測、信息采集及處理、調(diào)節(jié)、修正、補(bǔ)償、自診斷、自動保護(hù)直至自動記錄、顯示、打印工作結(jié)果。通過改變程序，指令等軟件內(nèi)容而無需改動硬件部分就可變換產(chǎn)品的功能，使機(jī)械控制功能內(nèi)容的確定和變化趨勢向“軟件化”和“智能化”。

1.4 產(chǎn)品可靠性得到提高，使用壽命增長

傳統(tǒng)的機(jī)械裝置的運動部分，一般都伴隨著磨損及運動部件配合間隙所引起的動作誤差，導(dǎo)致可動摩擦、撞擊、振動等加重，嚴(yán)格影響裝置壽命、穩(wěn)定性和可靠性。而光機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用，使裝置的可動部件減少，磨損也大為減少，像集成化接近開關(guān)甚至無可動部件、無機(jī)械磨損。因此，裝置的壽命提高，故障率降低，從而提高了產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。

1.5 融合了多種學(xué)科新技術(shù)，衍生出許多功能更強(qiáng)、性能更好的新產(chǎn)品

光機(jī)電一體化產(chǎn)品的研究開發(fā)涉及到許多學(xué)科和專業(yè)知識，包括數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、聲學(xué)、機(jī)械工程學(xué)、電力電子學(xué)、電工學(xué)、系統(tǒng)工程學(xué)、光學(xué)、控制論、信息論和計算機(jī)科學(xué)等。例如人們很熟悉的靜電復(fù)印機(jī)、彩色印像機(jī)等，就是一種由機(jī)、電、光、磁、化學(xué)等多種學(xué)科和技術(shù)復(fù)合創(chuàng)新的新型產(chǎn)品。光機(jī)電一體化技術(shù)將光電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制技術(shù)與機(jī)械技術(shù)各自的優(yōu)勢結(jié)合起來，衍生出許多功能更強(qiáng)、性能更好的新一代技術(shù)裝備。

1.6 產(chǎn)品系統(tǒng)性增強(qiáng)，各部分系統(tǒng)間協(xié)調(diào)性要求提高

光機(jī)電一體化是一門學(xué)科的邊緣科學(xué)技術(shù)，多種技術(shù)的綜合及多個部分的組合，使得光機(jī)電一體化技術(shù)及產(chǎn)品更具有系統(tǒng)性、完整性和科學(xué)性。其各個組成部分在綜合成一個完整的系統(tǒng)中相互配合有嚴(yán)格的要求，這就要求各種技術(shù)揚長避短，提高系統(tǒng)協(xié)調(diào)性。

2.研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

2.1研究現(xiàn)狀

自從我國實行改革開放以來，科技領(lǐng)域急起直追，我國的光機(jī)電一體化技術(shù)已取得明顯的成效，數(shù)控產(chǎn)品有了很大的提高，尤其是經(jīng)濟(jì)型靈敏數(shù)控裝置發(fā)展很快，是我國特有的經(jīng)濟(jì)實用產(chǎn)品，不但適用國內(nèi)市場的需要，部分產(chǎn)品還隨主機(jī)配套出口。國內(nèi)的機(jī)械產(chǎn)品采用可編程控制器（PC）和微電子技術(shù)控制設(shè)備也越來越多，覆蓋面也日益擴(kuò)大，從紡織機(jī)械、軸承加工設(shè)備、機(jī)床、注塑機(jī)到橡膠輪胎成型機(jī)、重型機(jī)械、輕工業(yè)機(jī)械都是如此，我國自行研制和生產(chǎn)的光機(jī)電設(shè)備，在質(zhì)量上也有重大突破，為今后的推廣應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。

2.2 發(fā)展趨勢

光機(jī)電一體化技術(shù)已經(jīng)滲透到各個學(xué)科、領(lǐng)域，成為一種新興的學(xué)科，并逐漸成為一種產(chǎn)業(yè)，而這些產(chǎn)業(yè)作為新的經(jīng)濟(jì)增長點越來越受到高度重視。

從世界科學(xué)技術(shù)的發(fā)展情況來看，光機(jī)電一體化技術(shù)的未來技術(shù)熱點主要包括：

（1）激光技術(shù)

1）高單色性，利用激光高單色性作精密測量時，可極大地提高測量精度和量程。

2）高方向性，因具有很遠(yuǎn)距離傳輸光能和傳輸控制指令的能力，從而可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離激光通信、激光測距、激光雷達(dá)、激光導(dǎo)航以及遙控。

3）高亮度性，利用激光的高亮度特性，中等亮度激光束在焦點附近可產(chǎn)生幾千到幾萬度的高溫，可使照射點物體熔化或汽化，對各種各樣材料和產(chǎn)品進(jìn)行特種加工。

4）相干性，由于激光速頻率單

一、相位方向相同。適用于激光通信、全息照相、激光印刷以及光學(xué)計算機(jī)的研制，而在實際運用中也會通過一些激光技術(shù)改變激光輻射的特性，應(yīng)用范圍更廣。

（2）傳感檢測技術(shù)

1）激光準(zhǔn)直，能夠測量平直度、平面度、平行度、垂直度，也可以做三維空間的基準(zhǔn)測量。

2）激光測距，其探測距離遠(yuǎn)，測距精度高，抗干擾性強(qiáng)，體積小，重量輕，但受天然影響大。

3）光纖探測器，在目標(biāo)很小，間隔受限或危險的環(huán)境中，最常選用的是光纖探測器。

其他還有激光打孔、刻槽=標(biāo)記、光化學(xué)沉積等加工技術(shù)。

（3）激光快速成型技術(shù)

激光快速成型是利用計算機(jī)將復(fù)雜的三維物體轉(zhuǎn)化為二維層，將熱塑性塑料粉末或膠粘襯底片材紙張燒結(jié)，由點、線構(gòu)造零件的面（層），然后逐層成型。激光快速成型技術(shù)可使新產(chǎn)品及早投放市場，極大地提高了汽車生產(chǎn)企業(yè)對市場的適應(yīng)能力和產(chǎn)品的競爭能力。

（4）光能驅(qū)動技術(shù)

利用光致變形材料可制作光致動器和光機(jī)器人?，F(xiàn)已研制成功一種光致動器，其工作原理是將光照在形狀記憶合金上，反復(fù)地通、斷使材料伸縮，再利用感溫磁性體的溫度特性，將材料末端吸附在襯底上。利用材料本身的伸縮和端部的吸附特性，加上光的通斷便能實現(xiàn)所要求的動作。實驗驗證，該致動器能可在頂面步行。這種狀態(tài)目標(biāo)處于初級階段，如果能發(fā)現(xiàn)具有優(yōu)異光作用特性的動態(tài)物質(zhì)，則可使光能驅(qū)動技術(shù)廣泛應(yīng)用。

3.結(jié)語

技術(shù)上的改革和與之相配套的技術(shù)支持是創(chuàng)新技術(shù)的基礎(chǔ)。開發(fā)光機(jī)電一體化產(chǎn)品有不同的層次和靈活的自由度。在機(jī)械技術(shù)中恰當(dāng)?shù)匾腚娮蛹夹g(shù)，產(chǎn)品的面貌和行業(yè)的面貌就可以迅速發(fā)生巨大變化。產(chǎn)品一旦實現(xiàn)光機(jī)電一體化，便具有很高的功能水平和附加價值，將給開發(fā)生產(chǎn)者和用戶帶來巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益。

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