机电一体化技术及其应用 孙洪伟

机电一体化技术及其应用孙洪伟

摘要：机电一体化已经成为一门专业的学科，随着应用范围越来越广泛，与其

他学科相互交叉，知识体系变得越来越复杂。目前机电一体化已经融入到我们日

常工作与生活当中，并产生了重要影响，因此对机电一体化及其应用进行研究具

有非常重要的意义。

关键词：机电一体化；技术；工程机械；应用

1机电一体化及其发展

1.1机电一体化概述

机电一体化是研究将电子器件的信息处理和控制功能附加或融合在机械装置

中的一种复合化技术。就传统来说，它是机械制造和电子技术的功能集成，就现

代化来说，它是人工智能的重要手段之一，尤其是其控制和执行机构，因此它将

扮演重要的角色。机电一体化现在的基本思路是智能化地集成各个行业的有效功

能于一体，以满足人工智能日益增长的需求，在实现方式上，现阶段最常用的是

数控机床和工业机器人，他们是衡量一个国家工业实力的标志。现代工业机器人

需要集成感知、控制、操作等诸多方面的技术，需要很高的机电一体化技术支持，尤其对于现代计算机不断信息化的局面，具体实现方式也是不断更新，集成越来

越智能化同时也越复杂化。

1.2机电一体化发展历程

机电一体化于20世纪后期就已经被提出，当时随着电子技术与传统工业关系的不断紧密化，人们开始研究简单的机械电子交叉技术，从而奠定了机电一体化

的基础。后来在日本召开了第一届国际机电一体化学术会议，机电一体化正式走

上舞台，从而正式拉开了其帷幕。临近21世纪，凭借计算机信息化和电子技术

的发展，机电一体化快速成长，发展为集光、电、机、通信等于一体的现代化技术。迅速渗透入机械制造、智能控制等技术领域。而近些年来，人工智能成为时

代科技新宠，机电一体化又迎来新的发展机遇，尤其是以工业机器人为代表的机

电一体化智能产品，还有智能化的机电光结合技术等。它们为机电一体化提出了

新的要求，例如网络化、微型化、模块化等。现如今机电一体化技术已经成为人

工智能得以实现的关键技术之一，它直接决定着人工智能是否具备可操作性，未

来它可能会发挥更为重要的作用。

2机电一体化关键技术

机电一体化技术主要是各个类别技术的集成，重点体现在机械和电子信息的

结合上。关键有传感器技术、电子控制技术，传感器技术是现代机电一体化的基础，其目的是为了捕捉各类信息，例如常见的视觉信息、温度信息等，从而为控

制和操作提供依据。同时它也是机电结合的第一个环节，传感器感知机械等部件

的信息然后传输至控制器，这就实现了机械和电子信息的有效结合。除此之外，

重点技术在于控制，当传感器的信息到达控制端后，电子设备根据信息做出一定

的反应，然后促使执行机构进行具体操作，以实现对机械部件的把控。而较为智

能化的现代机电一体化技术融合了更多专业的技术功能，尤其是光学和计算机技

术的交叉为其带来了新的变革方向，光学将会是新的具有无限可能的发展领域。

此外，以嵌入式处理器为代表的硬件设备也在发生新的变化，其代表是人工智能

芯片。

总体来说，机电一体化的基础是以研究如何集成机械和电子为代表的技术，

而其发展方向则是智能化，其技术特点主要体现在这几个方面：①数字化特点，

机电一体化技术数字化特点较为显著，正是因其具有这一特点，使其产品性能较好，能够提升机械产品的精准度；②安全性，因为机电一体化是建立在电子控制之上的技术，因此易于完成监控、报警、维修等较为危险的工作，这显然会极大

保护工人减少事故；最后即是其使用范围宽广的特点，因为机械和电子基本上是

现代科技的基础，因此各行各业都不可避免地接触到机电一体化技术，它的可适

应性强，可扩展性好，前景非常光明。

3机电一体化应用介绍

作为现代学科交叉最普遍的技术之一，机电一体化无论是在基础工业领域还

是在新型信息领域都扮演重要角色，其基本的应用特点是普遍化和智能化，主要

是现代计算机对整个过程进行控制从而实现相关目的，现简单介绍两个领域内的

应用。

3.1工程机械行业

机电一体化技术本来就起源于工程机械行业，最初人们发现可以借助电子器

件来代替人控制机械。随着计算机的信息化，现代工程机械中，机电一体化产品

集成了感知、控制、机加等功能，可以满足机械加工过程的各项需求。传统的机

械加工过程基本是人来操纵机器完成的，例如手动的机床等，后出现了机电一体

化的数控机床，它已经可以借助电子控制实现部分操作的自动化，而且可以通过

程序实现自动加工过程。这一机电一体化的典型应用极大改变了现代机械加工方式。后来出现了更为灵活的工业机器人，最初它被用于进行一些简单的操作，例

如搬运，后来随着自动化程度和精度的提高，它开始被用于具体的制造（如机加、焊接等）以及大部分装配之中，直接促进了现代人工智能技术的发展。它可以通

过感知层模仿人类的视觉等感官功能，然后将信息传输至控制层，经过内部处理

器的分析判断做出决策，进而促使执行机构做出相关反应，以实现加工过程。在

此过程中，它极大解放了人力，并且增加了安全性。另一方面机电一体化于工程

机械中还有一个重要作用，即监控。工程机械监控一般分为机械自我监控以及被

动监控，主要有两个目的，一是防止机械加工过程出现失误，其次是防止施工过

程出现人员伤亡。传统监控是人力借助一定的设备进行检测，这种方法效率低下

而且浪费时间，而机电一体化产品借助其信息化手段可以实现有效的自我监控，

而且能够自己做出相应的防患措施。这既保证了机械加工产品的可靠性，同时又

保护了工人的人身安全。

3.2汽车领域应用

机电一体化技术在汽车相关领域也有广泛应用，例如在雷达测距、防抱死系统、变速器等方面。激光测距系统是现代化汽车的标配之一，它能够为汽车检查

前方的障碍物，从而为汽车提供一个安全的行驶环境。当汽车前方出现障碍物时，机电一体化的激光测距雷达就会分析前方物体的形状、位置、姿态等信息，并且

动态跟踪其位置，从而为汽车提供行驶判断依据。倘若司机的操作得当，则雷达

就会自动更新障碍物的实时情况，倘若司机做出了不当反应，则尽管相关处理器

判断，汽车就会启动自动报警系统以提醒司机重新做出反应。这一整套系统可以

有效地提供汽车行驶的安全性。设置于前轮之上的防抱死系统可以配合刹车，限

制后轮滑动，从而提高降低驾驶危险性。具体实现是传感器先探测相关信息，然

后传输至控制端，控制器计算分析并做出反应，从而有效调节动力结构，避免抱死。显然这一技术可以提高汽车行驶的稳定性和安全性。此外，汽车的自动变速

器也是机电一体化的产品之一。它主要的功用是提高动力的传递效率，降低过程

中的能量损耗。而且可以同时提高其稳定性和舒适度，这对于现代化汽车发展有