典型的机电一体化系统

以六足爬虫机器人的设计

来介绍典型的机电一体化系统

姓名：朱尧

班级：给排委培13-1

学号：1323810122

机电一体化系统的简介

一、机电一体化的概念和内涵

“机电一体化”是新生事物,由日本造英语Mechatronics (Mechanics和Electronics)翻译而来，关于它的确切含义，各国专家、学者的论点也各不相同，迄今国际上尚无统一标准。较为人们接受的是由日本机械振兴协会经济研究所1981年提出的解释：

1.机电一体化的概念

机电一体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。（如机床电器化不能称为机电一体化）

2.机电一体化的内涵

机电一体化的内涵包括产品和技术。

典型机电一体化产品：BKX-I并联机床

二、机电一体化产品的分类

1.生产用：数控机床、机器人、FMC、FMS、CIMS

2.运输包装用：电梯、数控包装机械、数控运输机械

3.销售及银行用：自动称量机、自动售货机、自动取款机

4.家庭用：录音机、CD/VCD/DVD、全自动洗衣机、微波炉、儿童玩具

5.办公用：打印机、复印机、传真机、磁盘驱动器

6.医疗用：X-射线机

此外，还有航空、航天、国防、天文等及其他民用机电一体化产品，如雷达跟踪系统、射电望远镜.

机电一体化产品的分类并没有统一的标准，一件产品是否属于机电一体化产品应根据前述机电一体化定义来判断。

尽管机电一体化产品（系统）中引入了微电子（计算机）技术，但其中的机械本体仍然是主体，产品（系统）的主要功能必须由机械来完成，否则就不能称其为机电一体化产品。如电子计算器，非指针式电子表等，其主要功能是由电子器件和电路等完成，机械退居次要地位，这类产品应归属于电子产品，而不是机电一体化产品。

三、机电一体化相关技术

1.基础技术：

机械技术（包括机械学、机械加工技术和精密机械技术）

电工电子技术：逻辑代数技术、计算机技术（软/硬件，操作系统）、电路原理、电子技术。

2.机电结合共性技术：系统技术、控制技术（电液气伺服技术）、计算机控制技术、顺序控制技术、接口技术和传感器技术

四、机电一体化系统的功能构成及组成要素

1.机电一体化系统的功能构成

（1）主功能：对输入的物质、能量和信息进行预定的变换(含加工、处理)、传递(含移动、输送)和保存(含保持、存储、记录)），这些变换及其组合就构成了系统的主功能，它表明了系统的主要特征。

（2）动力功能：为系统的正常运行提供能量。

（3）计测功能：采集系统内部和外部信息。

（4）控制功能：将来自传感器的检测信息和外部输入命令进行处理并发出指令控制整个系统有目的运行。

（5）构造功能：将系统各要素进行空间配置，形成统一整体。

从系统的输入／输出来看，除有主功能的输入／输出之外，还需要有动力输入和控制信息的输入／输出。此外，还有因外部环境引起的干扰输入以及非目的性输出(如废弃物等)。例如汽车的废气和噪音对外部环境影响，这在系统设计中需要特别注意。

2.机电一体化系统的组成要素

机电一体化系统本身都是一个完整的系统，通常有以下五大要素组成：

（1）机械系统（机构）即机械结构部分，如数控车床的机械系统包括——床身、主轴箱、尾架以及连接等。机电一体化系统对其基本要求是轻、薄、短、小、可靠等。

（2）电子信息处理系统（计算机）一般由计算机、可编程序控制器（PLC）、数控装置及计算机外围设备组成，如数控车床中的CPU板、CRT显示器、键盘等。机电一体化系统对其基本要求是：高速、可靠、智能、标准化、抗干扰能力强、自诊断功能丰富等。

（3）动力系统（动力源）

通常有电力、液压和气压三种动力源，如数控车床用的是电能。机电一体化系统对该部分的要求是：效率高、响应快，同时要求对水、油、温度、尘埃等外部环境有较强的适应性和可靠性。

（4）传感检测系统（传感器）

主要由传感器和仪器仪表构成，用于检测系统内、外部的参数及状态，以进行显示或位置反馈。如数控车床用直线感应同步器检测刀具的位置状态。机电一体化系统对其要求是能快速、精确地获取信息，并能经受各种严酷环境的考验。

（5）执行元件系统（电动机等）

工作方式有电动机、液压缸/马达、气压缸/马达三种。如数控车床刀具走刀运动就是利用步进电机驱动滚珠丝杠完成。机电一体化系统对其要求是：刚性高，重量轻，实现组件化，标准化和系列化，提高系统整体可靠性等。

机电一体化系统的这五大要素是与其五大功能相对应的。从仿生学的角度来看，类似于人的构造和功能，但不一定是拟人形，如工业机器人和数控机械。从人的五大要素来说，内脏是吸收营养以维持人的生命和活动（动力），五官接受外界的信息（传感器），手脚与口作用于外界（执行器），头脑集中处理和协调全部信息，并对其他要素和它们之间的连接进行有机的统一控制（计算机），骨骼用来把人体连成一体，并规定其运动（机构）。

四、机电一体化系统构成要素的相互联接

机电一体化系统是由许多要素或子系统构成，各要素或子系统之间必须能顺利进行物质、能量和信息的传递与交换，因此，在相互联接要素的交界面上必须具备一定的联系条件，这些联系条件就称为“接口”。在仅有机械或电子的系统中，接口概念并不突出，但机电一体化系统中既有机械，又有电子，由不同技术复合形成的接口通常被称为“广义接口”，并在机电一体化技术中占有极其重要的地位，接口性能的好坏直接影响系统性能的好坏。

广义的接口功能有两种，一种是输入/输出功能，另一种是变换调整功能。

1.按接口的输入/输出功能分

（1）机械接口：对机械的输入/输出部分进行几何上（形状、尺寸、配合、精度等）的匹配，如管接头，法兰盘，联轴节，减速器

（2）电气接口（物理接口）：对电气物理参数（电压，电流，阻抗等）进行匹配，如变压器

（3）信息接口（软件接口）：对软件的I/O进行语言、格式、标准、符号等的规定。如GB，ISO，ASCII，TCP/IP，各种程序语言等

（4）环境接口：对周围的环境条件（温度，湿度，电磁场，振动，水份，粉尘等）的保护作用和隔绝作用，如防尘过滤器，防水连接器，防爆开关等

2.按输入/输出的变换与调整功能分

（1）零接口：不进行任何参数变换和调整，输出即输入的接口。如机械接口中的管接头，法兰盘，联轴节等，但减速器不属于此类

（2）无源接口：仅对无源要素的参数进行变换和调整，一般不改变参数的性质，如齿轮减速器，变压器，可变电阻器以及光学透镜等