機電一體化基礎(chǔ)課件第1章

1、機電一體化技術(shù)基礎(chǔ) 講課 60學(xué)時，實驗6學(xué)時共計66學(xué)時 主講：肖繼學(xué)Email: xjxg_163_ 1緒論 1.1機電一體化概念機電一體化概念 1.2機電一體化的共性關(guān)鍵技術(shù)機電一體化的共性關(guān)鍵技術(shù) 1.3機電一體化的功能構(gòu)成原理及其組成要素機電一體化的功能構(gòu)成原理及其組成要素 1.4機電一體化系統(tǒng)設(shè)計、廣義接口和控制軟件的作用機電一體化系統(tǒng)設(shè)計、廣義接口和控制軟件的作用 1.5機電一體化產(chǎn)品的分類機電一體化產(chǎn)品的分類 1.6機電一體化的特點及發(fā)展趨勢機電一體化的特點及發(fā)展趨勢 1.7本課程的目的和要求本課程的目的和要求1.1機電一體化概念機電一體化概念 20世紀(jì)70年代以來，以大規(guī)模集

2、成電路和微型電子計算機為代表的微電子技術(shù)迅速地應(yīng)用于機械工業(yè)中，出現(xiàn)了種類繁多的計算機控制的機械和儀器。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機床發(fā)展到加工中心，繼而出現(xiàn)了具有柔性功能的自動化生產(chǎn)線、車間、工廠，為先進(jìn)制造技術(shù)(Advanced Manufacturing Technology AMT)的建立和發(fā)展提供了硬件基礎(chǔ)，大幅度地提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率，適應(yīng)了市場對產(chǎn)品多樣化的要求，使傳統(tǒng)機械工業(yè)的面貌煥然一新，機電一體化(Mechatronics System)的出現(xiàn)，推動了機械工業(yè)和電子工業(yè)及信息技術(shù)（Information Technology, IT）的緊密結(jié)合，并發(fā)展為綜合性的熱門學(xué)科。

3、 1.1.1機電一體化的基本含義機電一體化的基本含義 日本從1971年開始，就敏感地提出“Mechatronics”這個英語合成的名詞。其中，詞首Mecha表示Mechanics（機械學(xué)）；詞尾tronics表示Electronics（電子學(xué)） 。 日本機械振興協(xié)會經(jīng)濟研究所于1981年提出具有通用性定義: 即“機電一體化是在機械主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱”. 它體現(xiàn)了機電一體化產(chǎn)品及其技術(shù)的基本內(nèi)容和特征，所以具有指導(dǎo)性的定義。美國是機電一體化產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用得最早的國家。如世界上第一臺數(shù)控機床（1952年）、

4、工業(yè)機器人（1962年）都是美國研制成功的。 數(shù)控機床數(shù)控機床 焊接機器人焊接機器人 我國一般認(rèn)為機電一體化是機電一體化技術(shù)及其產(chǎn)品的統(tǒng)稱，還將柔性制造系統(tǒng)（FMS）和現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)（CIMS）等自動化生產(chǎn)線和自動化制造工程包含在內(nèi)，這是對機電一體化的準(zhǔn)確定義。 有人認(rèn)為機電一體化產(chǎn)品是“在機械產(chǎn)品的基礎(chǔ)上應(yīng)用微電子技術(shù)和計算機技術(shù)產(chǎn)生出來的新一代的機電產(chǎn)品”，這是機械電子化的概念。區(qū)分機電一體化或非機電一體化的產(chǎn)品，其核心是計算機控制的伺服系統(tǒng)，其它都是與此匹配的部分。蒸汽機和電動機的出現(xiàn)為機械產(chǎn)品提供了動力，而機電一體化技術(shù)為機械產(chǎn)品提供了智力。實踐證明，現(xiàn)有機械產(chǎn)品的電子化，需要系統(tǒng)科

5、學(xué)的觀點和綜合集成的技巧，使機械裝置、電子技術(shù)和軟件工程之間相互適應(yīng)和匹配，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，使系統(tǒng)盡可能地達(dá)到最優(yōu)。這是我們應(yīng)該研究的課題。 1.1.2機電一體化技術(shù)的主要特征機電一體化技術(shù)的主要特征 機電一體化技術(shù)的主要特征表現(xiàn)在以下幾個方面： 1整體結(jié)構(gòu)最優(yōu)化整體結(jié)構(gòu)最優(yōu)化 在傳統(tǒng)機械產(chǎn)品中，為了增加一種功能，或?qū)崿F(xiàn)某一種控制規(guī)律，往往靠增加機械結(jié)構(gòu)的辦法來實現(xiàn)。例如，為了達(dá)到變速的目的，采取一系列齒輪組成的變速箱；為了控制機床的走刀軌跡而出現(xiàn)了各種形狀的靠模；為了控制柴油發(fā)動機的噴油規(guī)律，出現(xiàn)了凸輪機構(gòu)等等。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)，過去笨重的齒輪變速箱可以用輕便的電子調(diào)速裝置來

6、部分替代；精確的運動規(guī)律可以通過計算機的軟件來調(diào)節(jié)。由此看來，在設(shè)計機電一體化系統(tǒng)時，可以從機械、電子、硬件、軟件四個方面去實現(xiàn)同一種功能。一個優(yōu)秀的設(shè)計師，可以在這個更加廣闊的空間里充分發(fā)揮自己的聰明才智，設(shè)計出整體結(jié)構(gòu)最優(yōu)的系統(tǒng)。這里所說的“最優(yōu)”不一定是什么尖端技術(shù)，而是指滿足用戶的要求的最優(yōu)組合。它可以是以高效、節(jié)能、安全、可靠、精確、靈活、價廉等等許多指標(biāo)中用戶最關(guān)心的一個或幾個指標(biāo)為主進(jìn)行綜合衡量的結(jié)果。 機電一體化技術(shù)的實質(zhì)是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，應(yīng)用機械技術(shù)和電子技術(shù)進(jìn)行有機的組合、滲透和綜合，以實現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)化。 2系統(tǒng)控制智能化系統(tǒng)控制智能化 這是機電一體化技術(shù)與傳統(tǒng)的工業(yè)的自動

7、化最主要的區(qū)別之一。電子技術(shù)的引入，顯著地改變傳統(tǒng)機械那種單純靠操作人員，按照規(guī)定的工藝順序或節(jié)拍，頻繁、緊張、單調(diào)、重復(fù)的工作狀況。可以依靠電子控制系統(tǒng)，按照一定的程序一步一步地協(xié)調(diào)各相關(guān)的動作及功能關(guān)系。有些高級的機電一體化系統(tǒng)，還可以通過被控制對象的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)任何時刻外界各種參數(shù)的變化情況，隨機自尋最佳工作程序，以實現(xiàn)最優(yōu)化工作和最佳操作（即:專家系統(tǒng)Expert System ES）。大多數(shù)機電一體化系統(tǒng)都具有自動控制、自動檢測、自動信息處理、自動修正、自動診斷、自動記錄、自動顯示等功能。在正常情況下，整個系統(tǒng)按照人的意圖（通過給定指令）進(jìn)行自動控制，一旦出現(xiàn)故障就自動采取應(yīng)急措施

8、，實現(xiàn)自動保護(hù)等功能。在某些情 況下單靠人的操縱是難以完成的，例如危險、有害、高速的工作條件，或有高精度要求時，應(yīng)用機電一體化技術(shù)不但是有利的，而且是必要的。 3操作性能柔性化操作性能柔性化 計算機軟件技術(shù)的引入，能使機電一體化系統(tǒng)的各個傳動機構(gòu)的動作通過預(yù)先給定的程序，一步一步地由電子系統(tǒng)來協(xié)調(diào)。在生產(chǎn)對象更改只需改變傳動機構(gòu)的動作規(guī)律而無須改變其硬件機構(gòu)，只要調(diào)整一系列指令組成的軟件，就可以達(dá)到預(yù)期的目的。這種軟件可以由軟件工程人員根據(jù)要求動作的規(guī)律及操作事先編好，使用磁盤或數(shù)據(jù)通信方式，裝入機電一體化系統(tǒng)里的存儲器中，進(jìn)而對系統(tǒng)的機構(gòu)動作實施控制和協(xié)調(diào)。 隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在在操作系統(tǒng)設(shè)

9、計上大多采用操作冗余設(shè)計，正常工作時由計算機控制，在計算機出現(xiàn)故障時，由操作人員通過控制面板的控制按鈕進(jìn)行操作以完成該次工作，避免因計算機故障而報廢被加工工件的情況出現(xiàn)，可以保護(hù)重要的加工零件。 目前遠(yuǎn)程操作也是研究的熱點，具體技術(shù)包括無線傳感；數(shù)據(jù)融合，遠(yuǎn)程控制等新技術(shù)，有學(xué)者認(rèn)為是本世紀(jì)前半葉，機械學(xué)科的前沿領(lǐng)域。 1.1.3機電一體化技術(shù)與其它技術(shù)的區(qū)機電一體化技術(shù)與其它技術(shù)的區(qū)別別機電一體化一詞經(jīng)常被人誤解或與其他技術(shù)混淆，為了正確理解和恰當(dāng)運用機電一體化技術(shù)，這里作簡單說明。 1 1機電一體化技術(shù)與傳統(tǒng)機電技術(shù)的區(qū)別機電一體化技術(shù)與傳統(tǒng)機電技術(shù)的區(qū)別 傳統(tǒng)機電技術(shù)的操作控制大都以基于

10、電磁學(xué)原理的各種電器（如繼電器、接觸器等）來實現(xiàn)，在設(shè)計過程中不考慮或很少考慮彼此之間的內(nèi)在聯(lián)系。機械本體和電氣驅(qū)動界限分明，整個裝置是剛性的，不涉及軟件。機電一體化技術(shù)以計算機為控制中心，在設(shè)計過程中強調(diào)機械部件和電子器件的相互作用和影響，整個裝置包括軟件在內(nèi)，具有很好的靈活性。 2 2機電一體化技術(shù)與并行工程的區(qū)別機電一體化技術(shù)與并行工程的區(qū)別 機電一體化技術(shù)將機械、微電子、計算機、控制和電子技術(shù)在設(shè)計、制造、使用等各階段有機結(jié)合在一起，十分注意機械和其他部件之間的相互作用。而并行工程是將上述各種技術(shù)盡量在各自范圍內(nèi)齊頭并進(jìn)，在不同技術(shù)的內(nèi)部進(jìn)行設(shè)計制造，最后完成整體裝置。 3機電一體化技

11、術(shù)與自動控制技術(shù)的區(qū)別機電一體化技術(shù)與自動控制技術(shù)的區(qū)別 自動控制技術(shù)的側(cè)重點是討論控制原理、控制規(guī)律、分析方法和自動控制系統(tǒng)的構(gòu)造等。機電一體化技術(shù)是將自動控制原理及方法作為重要支撐技術(shù)，將自動控制部件作為重要控制部件。它應(yīng)用自動控制原理和方法，對機電一體化裝置進(jìn)行系統(tǒng)分析和性能估測，但機電一體化技術(shù)往往強調(diào)的是機電一體化系統(tǒng)本身。 4 4機電一體化技術(shù)與計算機應(yīng)用技術(shù)的區(qū)別機電一體化技術(shù)與計算機應(yīng)用技術(shù)的區(qū)別 機電一體化技術(shù)只是將計算機作為核心部件應(yīng)用，目的在于提高和改善系統(tǒng)性能。機電一體化技術(shù)研究的是機電一體化系統(tǒng)，而不是計算機應(yīng)用本身。計算機應(yīng)用技術(shù)只是機電一體化技術(shù)的重要支撐技術(shù)。1

12、.2機電一體化的共性關(guān)鍵技術(shù)機電一體化的共性關(guān)鍵技術(shù) 機電一體化系統(tǒng)（或產(chǎn)品）和人體相似。人體通過感官得到的各種信息，通過神經(jīng)傳送給大腦，經(jīng)大腦思維處理，調(diào)節(jié)并指揮各部分動作。機電一體化系統(tǒng)則由各種檢測傳感元件或檢測子系統(tǒng)，收集各種信息（如位置、速度、加速度、溫度、力、力矩、環(huán)境等），然后傳給信息處理中心（如CPU），經(jīng)過處理和調(diào)整，由自動控制系統(tǒng)控制傳動系統(tǒng)進(jìn)行工作，各個小系統(tǒng)通過接口聯(lián)結(jié)，形成完整的系統(tǒng)。整個系統(tǒng)按軟件給定的范圍進(jìn)行調(diào)整，使各子系統(tǒng)協(xié)調(diào)動作，完成系統(tǒng)的工作。因此機電一體化系統(tǒng)所面臨的共性關(guān)鍵技術(shù)是： 1檢測傳感技術(shù)檢測傳感技術(shù) 傳感與檢測裝置是系統(tǒng)的感受元件，它與信息系統(tǒng)的

13、輸入端相聯(lián)，并將檢測到的信號輸送到信息處理中心。傳感與檢測是實現(xiàn)自動控制、主動調(diào)節(jié)的環(huán)節(jié)，它的功能越強，系統(tǒng)的自動化程度就越高。傳感與檢測的關(guān)鍵元件是傳感器。傳感器是將被測量（包括各種物理量、化學(xué)量和生物量等）變化成系統(tǒng)可以識別的，與被測量有確定對應(yīng)關(guān)系的有用電信號的一種裝置。機電一體化技術(shù)要求傳感器能快速、精確地獲得信息，并能應(yīng)用于相應(yīng)的應(yīng)用環(huán)境中，且具有高的可靠性。 2信息處理技術(shù)信息處理技術(shù) 信息處理技術(shù)包括信息的輸入、變換、換算、存貯和輸出技術(shù)。信息處理的硬件主要由計算機硬件、可編程序控制器和數(shù)控裝置等構(gòu)成硬件支撐平臺。軟件技術(shù)實現(xiàn)信息的數(shù)字處理。因此計算機技術(shù)與信息處理技術(shù)是密切相關(guān)

14、的。在機電一體化系統(tǒng)中，計算機與信息處理中心實時控制整個系統(tǒng)工作的質(zhì)量和效率，因此計算機應(yīng)用及信息處理技術(shù)已成為促進(jìn)機電一體化技術(shù)發(fā)展和變革的最活躍的因素。 3自動控制技術(shù)自動控制技術(shù) 自動控制技術(shù)范圍很廣，主要包括：經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論。在此兩類理論指導(dǎo)下對具體控制裝置或控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計、設(shè)計后對系統(tǒng)進(jìn)行仿真、現(xiàn)場調(diào)試、使系統(tǒng)可靠地投入運行等。由于控制對象種類繁多，所以控制技術(shù)的內(nèi)容極其豐富，例如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷、校正、補償、再現(xiàn)、檢索等。由于計算機的廣泛應(yīng)用，自動控制技術(shù)越來越多的與計算機控制技術(shù)聯(lián)系在一起，成為機電一體化中十分重要的關(guān)鍵技術(shù)。 4伺服驅(qū)動

15、技術(shù)伺服驅(qū)動技術(shù) 伺服驅(qū)動技術(shù)主要是執(zhí)行系統(tǒng)和機構(gòu)中的一些技術(shù)問題。伺服驅(qū)動的動力類型包括電動、氣動、液動。由微型計算機通過接口輸出信息至伺服驅(qū)動系統(tǒng)，再由伺服驅(qū)動器控制它們的運動、帶動工作機械作回轉(zhuǎn)、直線以及其它各種復(fù)雜的運動。伺服驅(qū)動技術(shù)是直接執(zhí)行操作的技術(shù)，伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)電信號到機械動作的轉(zhuǎn)換裝置與部件。它對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能具有決定性的影響。常見 的伺服驅(qū)動裝置有電液馬達(dá)、脈沖液壓缸、步進(jìn)電動機、直流伺服電動機和交流伺服電動機。近年來由于變頻技術(shù)的進(jìn)步，交流伺服驅(qū)動技術(shù)取得突破性進(jìn)展，為機電一體化系統(tǒng)提供高質(zhì)量的伺服驅(qū)動單元，促進(jìn)了機電一體化的發(fā)展。 5精密機械技術(shù)精密機械

16、技術(shù) 機電一體化技術(shù)要求精密機械減輕重量、減少體積、減小變形（特別是熱變形）、提高精度、提高剛度、改善動態(tài)性能，而且還應(yīng)延長機械部分的使用壽命，提高關(guān)鍵零部件的精度和剛度。采用新材料、新工藝和新結(jié)構(gòu)，使零部件模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化，從而提高維修效率，減少停工時間。 6系統(tǒng)總體技術(shù)系統(tǒng)總體技術(shù) 系統(tǒng)總體技術(shù)是一種從整體目標(biāo)出發(fā)，用系統(tǒng)論的觀點和方法，將總體分解成若干功能單元，找出能完成各個功能的技術(shù)方案組，再把功能與技術(shù)方案組進(jìn)行分析、評價和優(yōu)選的綜合應(yīng)用技術(shù)。系統(tǒng)總體技術(shù)包括的內(nèi)容很多，例如接口轉(zhuǎn)換、軟件開發(fā)、微機應(yīng)用技術(shù)、控制系統(tǒng)的成套性和成套設(shè)備自動化技術(shù)等。即使各個部分的性能、可靠性都很

17、好，如果整個系統(tǒng)不能很好協(xié)調(diào)，系統(tǒng)也很難保證正常運行。 接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中的一個重要方面，它是實現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機連接的保證。接口包括電氣接口、機械接口、人機接口、軟件接口。電氣接口實現(xiàn)系統(tǒng)間信號連接，機械接口則完成機械與機械部分、機械與電氣裝置部分的連接，人機接口提供了人與系統(tǒng)間的交互界面，軟件接口提供軟件代碼共享與復(fù)用。1.3機電一體化的功能構(gòu)成原理機電一體化的功能構(gòu)成原理及其組成要素及其組成要素 機電一體化系統(tǒng)是一種比較復(fù)雜的工程系統(tǒng)，它是由相互關(guān)聯(lián)的若干種類(如機械、流體、電磁、光、熱、聲等)元素組成的、具有特定目標(biāo)的有機整體，并具有整體性(集合性)、關(guān)聯(lián)性、目的性和相對性等四個基本屬

18、性，缺一就不可能構(gòu)成一個有目標(biāo)的工程系統(tǒng)。 1.3.1機電一體化的功能構(gòu)成原理機電一體化的功能構(gòu)成原理 從現(xiàn)代設(shè)計方法學(xué)的觀點來看，世界是由物質(zhì)、能量和信息三大要素組成的。因此，機電一體化系統(tǒng)的目的，是對輸入的物質(zhì)、能量和信息(單獨的或組合的)進(jìn)行預(yù)定的變換(含加工、處理)、傳遞(含移動、輸送)和保存(含保持，存儲，記錄)。所以，系統(tǒng)的目的均可用這三種主功能及其復(fù)合來表示。因此，機電一體化系統(tǒng)要實現(xiàn)其目的，必須具備如圖1.1所示的四種內(nèi)部功能。其中主功能是實現(xiàn)系統(tǒng)目的所必需的，它表明了該系統(tǒng)的主圖圖1.1 機電一體化的功能構(gòu)成機電一體化的功能構(gòu)成 要特征和功能；任何系統(tǒng)無論多少都需要能量(動力

19、功能)；為使系統(tǒng)正常的動作，信息處理和控制(信息與控制功能)是必不可少的；最后，還要將系統(tǒng)各要素組合起來，進(jìn)行空間配置，形成一個統(tǒng)一的整體(結(jié)構(gòu)功能或支撐功能)。 關(guān)于系統(tǒng)的輸入和輸出，除了主功能的輸入與輸出之外，還要有能量輸入和控制信息輸入，如果有人或其他系統(tǒng)的外部控制輸入，則必須有從外面了解控制狀態(tài)的控制輸出。同樣，也需要了解能量輸入狀態(tài)的監(jiān)視系統(tǒng)。 此外，任何系統(tǒng)都會遭到外部環(huán)境的干擾(外擾)，這種外擾通常是有害的。整個系統(tǒng)除了有目的地輸出(有用輸出)之外，還會有無用的輸出(既廢棄輸出)，廢棄輸出有時對環(huán)境影響很大，這在系統(tǒng)設(shè)計中需要特別注意。 對于結(jié)構(gòu)功能，除了面向主功能的輸入和輸出之

20、外，還要承擔(dān)外擾，廢棄輸出，能量和控制輸入/輸出的連接任務(wù)。 上述四種內(nèi)部功能，既可有與其相應(yīng)的各自獨立子系統(tǒng)，也可有一個子系統(tǒng)來承擔(dān)多種功能的情況，以便使整個系統(tǒng)更為緊湊。 上述這種抽象的功能構(gòu)成原理圖，既有利于設(shè)計或分析各種機電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品，又有利于開拓思路，便于創(chuàng)造發(fā)明。例如，根據(jù)三種不同的主功能及其不同的輸入，組合起來可形成9大類型的系統(tǒng)或產(chǎn)品，但不一定都是機電一體化的產(chǎn)品，見表1-1主功能輸入-輸出組合實例1變 換物 質(zhì)材料加工或處理機2傳 遞物 質(zhì)交通運輸機3保 存物 質(zhì)自動化倉庫、包裝機4變 換能 量動力機械5傳 遞能 量機械或流體傳動6保 存能 量機械或流體蓄能器7變 換信

21、 息電子計算機、儀器8傳 遞信 息通信系統(tǒng)、傳真機9保 存信 息存儲器、錄像機表1-1 不同主功能及輸入輸出的組合 此外，對于主功能的加工機構(gòu)，其運動方式不同，也可構(gòu)成不同用途的機械，例如，金屬切削機床是根據(jù)工件與刀具相對運動產(chǎn)生切削所用的原理來進(jìn)行加工的，但工件與刀具的運動方式不同，就有不同用途的機床，見表1-2。工件運動刀具運動切削加工機床實例1旋 轉(zhuǎn)旋 轉(zhuǎn)內(nèi)、外圓磨床，滾齒機2旋 轉(zhuǎn)直 線車床3直 線旋 轉(zhuǎn)銑床、鏜床、平磨4直 線直 線刨床5不 動旋轉(zhuǎn)及直線鉆床、鉸孔、功絲6不 動直 線拉床、插床表1-2 不同相對運動加工的金屬切削機床 對于現(xiàn)有的機電一體化系統(tǒng)，我們可以利用功能原理圖來

22、進(jìn)行研究分析。圖1.2是數(shù)字控制(Number Control NC)機床的功能原理構(gòu)成的實例。由于未指明主功能的加工機構(gòu)，它代表的具有相同主功能及控制功能的一大類型的機電一體化系統(tǒng)，如金屬切削數(shù)控機床，電加工數(shù)控機床，激光加工數(shù)控機床以及沖壓加工數(shù)控機床等。顯然，由于主功能的具體加工機構(gòu)不同，其它功能的具體裝置也會有差別，但其本質(zhì)是數(shù)控加工機床。 圖1.2 數(shù)控機床的功能構(gòu)成 1.3.2機電一體化的功能構(gòu)成要素機電一體化的功能構(gòu)成要素 機電一體化系統(tǒng)的五大組成要素 對于一般的機器，是由本質(zhì)上不同的部分發(fā)動機、傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)構(gòu)成。但是，現(xiàn)代的機器是機電一體化的計算機控制的自動化機器，它們除

23、了上述三個構(gòu)成要素之外，還需要有計算機和傳感器，從而組成一個功能完善的柔性自動化的機電一體化系統(tǒng)、即有五個本質(zhì)上不同的基本要素:動力、機構(gòu)、執(zhí)行器、計算機和傳感器。如圖1-3所示，從仿生學(xué)觀點來看，類似人的構(gòu)造和功能，但不一定是擬人形，如工業(yè)機器人和數(shù)控機械。 從人的五大要素來說，內(nèi)臟建立了用能量來維持人的生命和活動條件(動力)；五官接受外界的信息(傳感器)；手、腳作用于外界(執(zhí)行器)；頭腦集中處理和協(xié)調(diào)全部信息，并對其它要素和它們之間的連接進(jìn)行有機的統(tǒng)一控制(計算機)；骨骼和肌肉用來把人體連成一體，并規(guī)定其運動(機構(gòu))。 顯然，無論是人還是機電一體化系統(tǒng)，其五大要素本身的性能及其融合、協(xié)調(diào)得

24、越好，則整個系統(tǒng)最優(yōu)，其最終目標(biāo)是具有人工智能的靈巧機器。 內(nèi)臟五官頭腦骨骼手腳動力傳感器計算機機構(gòu)執(zhí)行器 A B圖1.3 人和機電一體化系統(tǒng)的五大要素1.4機電一體化系統(tǒng)設(shè)計、廣義機電一體化系統(tǒng)設(shè)計、廣義接口和控制軟件的作用接口和控制軟件的作用 1.4.1機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 1機電一體化系統(tǒng)工程機電一體化系統(tǒng)工程 機電一體化技術(shù)是多學(xué)科復(fù)合交叉型綜合技術(shù)。機電一體化生產(chǎn)是含有能量流、信息流等多參量、多輸入/輸出的復(fù)雜系統(tǒng)，構(gòu)成系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)是系統(tǒng)論、控制論和信息論。 系統(tǒng)論是運用完整性、集中化、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、終極性、邏輯同構(gòu)等概念，探求適用于一切系統(tǒng)的模式、原則與規(guī)律的理論與方法。它把整體性原則

25、作為系統(tǒng)方法的基本出發(fā)點，是從系統(tǒng)觀發(fā)展而成的一門科學(xué)。一般系統(tǒng)應(yīng)該包括三個方面： 1）適用于一切（或一定的）種類的系統(tǒng)理論和數(shù)學(xué)系統(tǒng)理論。 2）系統(tǒng)技術(shù)，或稱系統(tǒng)工程。 3）系統(tǒng)哲學(xué)。 自覺地運用系統(tǒng)工程的觀念和方法，把握好系統(tǒng)的組成和作用規(guī)律，對機電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計的成敗有關(guān)鍵意義。廣義地說，系統(tǒng)工程包括對系統(tǒng)的構(gòu)成要素、組織結(jié)構(gòu)、信息交換、自動控制和最優(yōu)管理的目標(biāo)所采用的各種組織管理技術(shù)。狹義地說，系統(tǒng)工程包括對系統(tǒng)的分析、綜合、模擬、最優(yōu)化等技術(shù)。系統(tǒng)工程是一門工程學(xué)方法論。常用方法和步驟為： 1）建立模型（描述系統(tǒng)每部分及其性能的只測定準(zhǔn)則和決定系統(tǒng)重要特征的數(shù)量關(guān)系）。 2）最優(yōu)

26、化（把系統(tǒng)可調(diào)部分調(diào)到最佳性能）。 3）系統(tǒng)評價（對系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行鑒定）。 控制論是研究生物（包括人類）和機器中的控制和通信的普遍原則和規(guī)律的學(xué)科，有工程控制論、生物控制論和經(jīng)濟控制論等不少分支。主要研究上述過程的數(shù)學(xué)關(guān)系，而不涉及過程內(nèi)的物理、化學(xué)、生物、經(jīng)濟或其他方面的現(xiàn)象?？刂普撋婕靶畔⒄?、電子計算機理論、自動控制理論、現(xiàn)代數(shù)學(xué)理論各門學(xué)科。通過控制論的研究，使生產(chǎn)自動化、國防科學(xué)、經(jīng)濟管理、仿生學(xué)進(jìn)入到一個新的階段。 信息論是研究信息及其傳輸?shù)囊话阋?guī)律的科學(xué)。狹義指通信系統(tǒng)中存在的信息傳遞和處理的共同規(guī)律的科學(xué)。廣義指應(yīng)用數(shù)學(xué)融合其他有關(guān)科學(xué)的方法，研究一切現(xiàn)實系統(tǒng)中存在的信息傳遞和處理

27、以及信息識別和利用的共同規(guī)律的科學(xué)。信息學(xué)描述的規(guī)律具有高度的普遍性、被迅速應(yīng)用于不同領(lǐng)域生產(chǎn)并形成信息科學(xué)。信息科學(xué)是研究生物、人類和計算機信息的生產(chǎn)、獲取、傳輸、存儲、顯示、識別、傳遞、控制和利用的理論，是設(shè)計、制造各種智能信息處理機器和設(shè)備，并實現(xiàn)操作自動化的基礎(chǔ)理論。 機電一體化系統(tǒng)工程是運用機電一體化技術(shù)，把各種機電一體化設(shè)備按目標(biāo)產(chǎn)品的要求組成的一個高生產(chǎn)率、高柔性、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的系統(tǒng)工程。機電一體化系統(tǒng)工程以機為主，機、電、光、氣、液相互結(jié)合。它不僅包括機電工程產(chǎn)業(yè)中的各種系統(tǒng)工程，而且包括非機電工程產(chǎn)業(yè)的各種系統(tǒng)工程，覆蓋面更廣；生產(chǎn)對象以固體物料為主，兼顧液體、氣

28、體等其他物料。 機電一體化系統(tǒng)工程的設(shè)計以系統(tǒng)中的物質(zhì)流、能量流、信息流描述為基本線索展開，進(jìn)行系統(tǒng)分析和功能設(shè)計。 功能原理設(shè)計的宗旨是根據(jù)系統(tǒng)的目的和要求，尋求各種（現(xiàn)有的或新的）物理原理來實現(xiàn)主功能或其他功能的最佳技術(shù)方案或技術(shù)路線，而不是具體的設(shè)計，因而更具有靈活性和創(chuàng)造性。 2機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟 圖1.4所示為系統(tǒng)功能原理設(shè)計的基本步驟。各步驟及其注意之點簡述如下：開 始1 明確系統(tǒng)的目的2 決定系統(tǒng)的規(guī)范3 決定系統(tǒng)的四大功能及其規(guī)范4 用功能子系統(tǒng)或功能要素構(gòu)成各個功能5 用實際系統(tǒng)或要素替換各功能6 整體系統(tǒng)的評價7 轉(zhuǎn)下一個循環(huán)圖1.4

29、系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟 （1）按圖中第1、2步是在系統(tǒng)設(shè)計中作出重大決策的階段，不能只用技術(shù)觀點看問題，還要考慮到企業(yè)的經(jīng)營戰(zhàn)略、市場動向和社會利益等所引起的重大作用。近來，由于技術(shù)變革使人眼花繚亂，產(chǎn)品的商業(yè)壽命在縮短，新產(chǎn)品開發(fā)有流于表面的危險，值得設(shè)計者警惕。如果無論什么情況都要使用微型計算機，并標(biāo)榜是機電一體產(chǎn)品，這是不正確的。開 始1 明確系統(tǒng)的目的2 決定系統(tǒng)的規(guī)范3 決定系統(tǒng)的四大功能及其規(guī)范4 用功能子系統(tǒng)或功能要素構(gòu)成各個功能5 用實際系統(tǒng)或要素替換各功能6 整體系統(tǒng)的評價7 轉(zhuǎn)下一個循環(huán)圖1.4 系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟 （2）3、4步是順次進(jìn)行系統(tǒng)的功能設(shè)計。首先要構(gòu)成如圖1.2所

30、示的四大功能，然后由若干功能子系統(tǒng)組成各種功能，反復(fù)進(jìn)行這兩步以便淘汰功能較差的方案。其中要記述各功能的必要性能，暫不考慮具體的硬件，以便近可能多地試作各種功能組合方案而不作可能或不可能、優(yōu)劣的評價。 （3）第5步是把在第4步所得功能子系統(tǒng)或功能要素分類、多次探索所要完成各個功能的硬件和軟件，從中選定最優(yōu)方案。此時，要將現(xiàn)有要素或系統(tǒng)中能滿足條件的、與需要新開發(fā)的部分區(qū)分開來，然后使后者近可能地減少，并返回第4步。顯然，要盡量采用現(xiàn)有的較好的子系統(tǒng)，并注意構(gòu)成功能模塊。 （5）第6步是對整個系統(tǒng)進(jìn)行評價，找出需要改善的地方，重點進(jìn)行研究。必要時，重復(fù)進(jìn)行上述步驟，核查審定。 3建立四大功能技術(shù)

31、矩陣、尋求可能的技術(shù)方案建立四大功能技術(shù)矩陣、尋求可能的技術(shù)方案 建立功能技術(shù)矩陣是提供可行技術(shù)方案的一種方法，現(xiàn)以數(shù)控銑床為例說明四大功能技術(shù)矩陣的構(gòu)造和具體內(nèi)容，其目的是說明從抽象的功能原理設(shè)計怎樣逐步走向具體化。 由表1-3可知，通過組合在理論上有486個可行的技術(shù)方案。根據(jù)系統(tǒng)的目的和要求，通過分析比較可舍去大部分的方案，如不采用直接驅(qū)動、齒輪齒條、氣動馬達(dá)等等。如果我們選擇A1+B2+C1+D2+E1+F1方案，進(jìn)行詳細(xì)的分析研究，然后進(jìn)行調(diào)整、取舍就可決定哪種方案較好。 技術(shù)途徑四大功能 123A 主功能 刀具旋轉(zhuǎn)皮帶齒輪傳動齒輪傳動直接驅(qū)動B （加工機構(gòu)）工件平動梯形絲桿螺母滾珠

32、絲桿螺母齒輪齒條C 動力功能伺服電機液壓馬達(dá)氣動馬達(dá)D 信息處理有檢測傳感器無檢測傳感器E 控制功能單片機NC裝置微機NC裝置多微機NC裝置F 結(jié)構(gòu)功能（床身）鑄造結(jié)構(gòu)焊接結(jié)構(gòu)人造花崗巖結(jié)構(gòu)表1-3 數(shù)控銑床功能原理設(shè)計的技術(shù)矩陣 采用功能原理設(shè)計尋求技術(shù)方案時，不但是上述的現(xiàn)有的技術(shù)的綜合集成，而且是一個創(chuàng)新的過程，一般具有以下的特征： 1)采用新的物理原理，使主功能發(fā)生根本性的變化，開發(fā)新產(chǎn)品。例如：激光加工機床、微波爐和石英電子鐘表都是典型的例子。 2)采用創(chuàng)新思維和新技術(shù)成果。新思路、新構(gòu)思通常與新技術(shù)、新能源、新材料、新工藝等有密切的聯(lián)系。例如：激光加工是利用產(chǎn)生激光束的特殊材料；微

33、波爐是用磁控管產(chǎn)生微波來烹飪食物；石英電子鐘表是用石英晶體震蕩器控制的電磁擺來代替機械游絲擺制成的；采用碳纖維增強的復(fù)合材料可以做成自行車的車架或工業(yè)機器人的手臂等。 3)機電一體化產(chǎn)品的一個主要特征是采用微電子裝置來取代機械控制裝置及其原來執(zhí)行信息處理的機構(gòu)，這種微電子裝置不但具有自動地進(jìn)行信息處理、調(diào)節(jié)和控制功能，還有自動檢測、顯示、記錄或打印，以及自動診斷和保護(hù)等各種功能，而且，具有速度快、可靠性和精度高等一系列特點。另 一個特征是微電子控制裝置通常是在軟件的支持下工作的，從而具有柔性自動化功能。因此，在設(shè)計中應(yīng)充分考慮到這種微電子硬件和軟件結(jié)合裝置的優(yōu)越功能，構(gòu)成一個完善的真正的機電一

34、體化系統(tǒng) 綜上所述，機電一體化系統(tǒng)的功能原理設(shè)計，不僅是現(xiàn)有技術(shù)的綜合集成過程，也是一個創(chuàng)新構(gòu)思的過程，這取決于設(shè)計者的知識、經(jīng)驗、才能、靈感以及堅定的創(chuàng)新開拓精神，并通過實際工作的磨練才能成功。 1.4.2廣義接口和控制軟件的作用廣義接口和控制軟件的作用 1.廣義接口廣義接口 機電一體化系統(tǒng)中，最重要的是系統(tǒng)和各要素之間的“廣義接口”這個基本概念。僅有機械或者電子的系統(tǒng)，接口概念并不太突出，但在不同技術(shù)的復(fù)合過程中，接口技術(shù)是重點。 在系統(tǒng)各要素或子系統(tǒng)之間，必須平穩(wěn)地進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的一些輸入輸出。因此，在相互連接要素的交界面上必須具備相應(yīng)的某些條件，才能連接，該交界面就稱為接口。接口

35、可分為直接接口和接口系統(tǒng)兩種基本形式，如圖1.5所示，直接接口就是利用子系統(tǒng)或要素本身具有接口性能的那一部分進(jìn)行連接；接口系統(tǒng)是借助中間系統(tǒng)的接口部分與相應(yīng)子系統(tǒng)進(jìn)行連接。復(fù)雜系統(tǒng)中采用接口系統(tǒng)的可能性居多。與系統(tǒng)一樣，接口是由物質(zhì)、能量和信息的輸入輸出功能和參數(shù)變換與調(diào)整功能兩部分功能組成的。 系 接統(tǒng) 口A A接 系 口 統(tǒng) B B.系 接統(tǒng) 口A A接 系 口 統(tǒng) B B. 接接 口 接口 系 口 統(tǒng)A）直接接口 B）接口系統(tǒng)中介 圖1.5 接口型式 （1）接口按其變換與調(diào)整功能的特征分類 1) 零接口：不進(jìn)行參數(shù)的變換和調(diào)整，即輸入輸出的直接接口。如聯(lián)軸器、輸送管、插頭、插座、導(dǎo)線、電

36、纜等。 2) 被動接口：僅對被動要素的參數(shù)進(jìn)行變換或調(diào)整。如齒輪減速器、進(jìn)給絲桿、變壓器、可變電阻及光學(xué)透鏡等。 3) 主動接口：含有主動要素、并能與被動要素進(jìn)行匹配的接口。如電磁離合器、放大器、光電偶合器、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器等。軟件（程序系統(tǒng)）軟件接口計算機智能接口控制電機機械接口機械系統(tǒng)電氣接口電氣接口位置傳感器轉(zhuǎn)速傳感器機械接口機械接口圖1-6 機電一體化系統(tǒng)原理 Fig.1-6 Theory of Mechatronics System 4) 智能接口：含有微處理器，可進(jìn)行程序編制或適應(yīng)條件而變化的接口。如自動調(diào)速裝置、通用輸出輸入芯片（如8255芯片）、RS232串行接口、UBS串

37、行接口、STD總線、通用接口總線（GPIB）等。 （2）根據(jù)接口輸入輸出的性質(zhì)分類 1) 信息接口（軟件接口）：邏輯上要滿足軟件的約束條件，如程序設(shè)計的語言、格式、標(biāo)準(zhǔn)、符號等各項規(guī)定。如GB、ISO標(biāo)準(zhǔn)，ASC碼，IGES、STEP等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IP/TIC等。 2) 機械接口：機械的輸入、輸出部分在幾何上、位置上（形狀、尺寸、配合、精度等）要相互匹配。 3) 電氣接口：電氣的物理參數(shù)要相互匹配，如頻率、電壓、電流、阻抗等。 4) 環(huán)境接口：對周圍的環(huán)境條件（溫度、濕度、電磁場、放射能、振動、水分、粉塵等）要有具體的要求，如屏蔽、減振、隔熱、防爆、防潮、防射線等各種防護(hù)措施。 在機

38、電一體化系統(tǒng)中，認(rèn)真處理接口設(shè)計是很重要的，它是保證產(chǎn)品具有高性能、高質(zhì)量的必要條件。這是由于機電一體化系統(tǒng)的復(fù)雜性決定的，在如圖1-6所示的機電一體化系統(tǒng)的原理圖中就采用了大量不同性質(zhì)的接口，正確選擇接口形式，就成為決定系統(tǒng)綜合性能的關(guān)鍵因素。 軟件（程序系統(tǒng)）軟件接口計算機智能接口控制電機機械接口機械系統(tǒng)電氣接口電氣接口位置傳感器轉(zhuǎn)速傳感器機械接口機械接口圖1-6 機電一體化系統(tǒng)原理Fig.1-6 Theory of Mechatronics System 2控制軟件在系統(tǒng)中的作用控制軟件在系統(tǒng)中的作用 在機電一體化系統(tǒng)中，除了機械裝置、電子設(shè)備（計算機及接口電路等）和軟件（計算機程序）以

39、外，通常還有一個輔助裝置，即操縱器，它是由操作類型元件（如按鈕開關(guān)、功率計和話筒）和指示器（如指示燈、顯示器、警鈴、語音提示或報警器）等組成的，具有操縱啟、停和監(jiān)視系統(tǒng)程序運行的功能。 控制軟件在系統(tǒng)中的作用，可用圖1.7來解釋，以了解軟件與其它部分之間的關(guān)系。機械程序電子圖 1-7控制軟件在系統(tǒng)中的作用操縱器控制功能所必需的軟件解決一個問題所必需的總功能A B C 對于產(chǎn)品所需功能的均衡，可通過移動邊界A來改變，特殊情況也可通過機械電子系統(tǒng)與操縱器協(xié)調(diào)解決。 系統(tǒng)內(nèi)部功能由機械、電子和程序之間的分支來實現(xiàn)。接口邊界B、C和計算機程序必須在電子硬件環(huán)境中運行，如微處理器。但程序與機械之間不存在

40、直接接口。電子電路要通過執(zhí)行機構(gòu)（如伺服電動機）、傳感器和機械接口才能起作用。電子電路也可與操縱器有相應(yīng)的接口，操縱器則根據(jù)需要可與系統(tǒng)本身進(jìn)行協(xié)調(diào)與配合。 在上述結(jié)構(gòu)條件下，系統(tǒng)的控制功能就可由操縱器、機械、電子邏輯電路和程序來共同承擔(dān)，但要考慮所需控制軟件的總量，然后在分配給上述四個部分。顯然，操縱器、機械、電子邏輯電路所能完成的控制功能，一般是固定不變的，即所謂的“剛性自動化”。這種方法可以簡化計算機程序，所以剛、柔結(jié)合的控制功能也是常見的。 此外，在計算機程序中，有兩類信息：功能控制程序（如伺服電動機的控制規(guī)律）和處理程序（如圖像處理系統(tǒng)）。任何一個程序?qū)哟紊系奶幚硇畔⒑涂刂菩畔⒕晒?/p>

41、下一個層次使用，并可相互交換。如由一個圖像傳感器傳出來的信息，在用來控制下一層程序之前，需要進(jìn)行處理，由此可以推斷在如圖1.8所示的模型程序中，應(yīng)該含有一個“快動系統(tǒng)”來處理這類事情，以代替上述抽象的特殊層次。 總之，在機電一體化的系統(tǒng)設(shè)計中，要巧妙地運用綜合集成技巧。即盡可能的采用現(xiàn)有專業(yè)化生產(chǎn)的機電元部件、子系統(tǒng)和接口，然后，根據(jù)系統(tǒng)組成原理，構(gòu)成以功能模塊（功能子模塊）為單位的系統(tǒng)；實在沒有的或需要改進(jìn)的，再自行開發(fā)和研制。同時，要采用“軟、硬件結(jié)合”的技巧來處理具有控制作用的信息，以利于簡化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和程序。由于機電一體化系統(tǒng)涉及到多學(xué)科的融合，各子系統(tǒng)的功能原理、技術(shù)方案和具體的結(jié)構(gòu)

42、是非常豐富和復(fù)雜的，需要進(jìn)行創(chuàng)造性的工作。 1.4.3 機電一體化系統(tǒng)的技術(shù)評價機電一體化系統(tǒng)的技術(shù)評價 機電一體化系統(tǒng)的價值，通常是根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部功能的有關(guān)參數(shù)來進(jìn)行評價的。內(nèi)部功能主要參數(shù)系統(tǒng)價值主功能系統(tǒng)誤差抗外擾能力廢棄輸出變換效率小大強弱少多高低動力功能輸入動力動力源小大內(nèi)部外部信息與控制功能控制輸入輸出數(shù)手動操作多少少多結(jié)構(gòu)功能尺寸、重量強度剛度、抗振性小大高低表1-4系統(tǒng)內(nèi)部功能和系統(tǒng)的價值 表1-4表示系統(tǒng)內(nèi)部功能的主要參數(shù)與系統(tǒng)整體評價之間的關(guān)系。 此外，機電一體化系統(tǒng)是一種多功能、高性能、高效率、節(jié)能、節(jié)材的高附加值的產(chǎn)品。顯然，這種高質(zhì)量、高技術(shù)的最終目標(biāo)是智能機械或具有人

43、工智能的機電一體化系統(tǒng)。1.5機電一體化產(chǎn)品的分類機電一體化產(chǎn)品的分類 到目前為止，機電一體化產(chǎn)品還在不斷地發(fā)展，很難進(jìn)行正確地分類。下面按其用途和功能兩個方面進(jìn)行粗略地分類，就可看到機電一體化產(chǎn)品的概貌。 1按機電一體化產(chǎn)品的用途分類按機電一體化產(chǎn)品的用途分類 （1）產(chǎn)業(yè)機械：指用于生產(chǎn)過程的電子控制機械。如數(shù)控機床、數(shù)控鍛壓設(shè)備、微機控制的焊接設(shè)備、工業(yè)機器人、電子控制的食品包裝機械、塑料成型機械、皮革機械、紡織機械以及自動導(dǎo)引車系統(tǒng)(Automatic Guide Vehicle System AGVS)等。 （2）信息機械：用于信息處理、存儲等的電子機械產(chǎn)品。如電報傳真機、電子打字機、

44、自動繪圖機、磁盤存儲器、辦公室自動化設(shè)備等。 （3）民生機械：用于人民生活領(lǐng)域的電子機械產(chǎn)品或機械電子產(chǎn)品。如收錄機、電冰箱、錄像機、影碟機、全自動洗衣機、電子照相機、數(shù)碼照相機、手機、汽車電子化產(chǎn)品和醫(yī)療器械等。 2機電一體化產(chǎn)品的功能分類機電一體化產(chǎn)品的功能分類 （1）在原有機械本體上采用微電子控制裝置：這樣就可實現(xiàn)高性能和多功能。如產(chǎn)業(yè)機械的電子化產(chǎn)品、工業(yè)機器人、發(fā)動機控制系統(tǒng)、裝有微處理器的洗滌機等。 （2）用電子裝置局部取代機械控制裝置：如電子縫紉機、自動售貨機、無刷電動機、電子控制的針織機和汽車電子化等。 （3）用電子裝置取代原來執(zhí)行信息處理功能的機構(gòu)：如石英電子鐘表、電子計算器

45、、電子計費器、電子秤、字符處理機、電子交換機和按鈕式電話等。 （4）用電子裝置取代機械的主功能：如電加工機床、激光加工機和超聲波縫紉機等。 （5）信息設(shè)備和電子裝置有機結(jié)合的信息電子機械設(shè)備：如電報傳真機、復(fù)印機、錄像機、錄音機、和辦公室自動化設(shè)備等。 （6）檢測裝置、電子裝置和機構(gòu)有機結(jié)合的檢測用電子機械設(shè)備：如自動探傷機、形狀識別裝置、CT掃描診斷儀以及生化自動分析儀等。 在以上各種產(chǎn)品中，應(yīng)根據(jù)前述機電一體化定義來判斷是否是機電一體化產(chǎn)品。否則，可稱為以機械裝置為主體的機械電子產(chǎn)品或以電子裝置為主體的電子機械產(chǎn)品。這樣一來，機電一體化的產(chǎn)品的含義就進(jìn)一步延拓，其產(chǎn)品就會包羅萬象了。1.6

46、機電一體化的特點及發(fā)展趨勢 （1）簡化機械機構(gòu)，提高精度 在機電一體化產(chǎn)品中，通常采用調(diào)速電機來驅(qū)動機械系統(tǒng)，從而縮短甚至取消了機械傳動鏈，這不但簡化了機械結(jié)構(gòu)，而且減少了由于摩擦、磨損、間隙等引起的傳動誤差。并且，可以用閉環(huán)控制來補償機械系統(tǒng)的誤差，從而提高了系統(tǒng)精度。 （2）易于實現(xiàn)多功能和柔性自動化 在機電一體化產(chǎn)品中，計算機控制系統(tǒng)，不但取代其他的信息和控制裝置，且易于實現(xiàn)自動檢測、數(shù)據(jù)處理、自動調(diào)節(jié)和控制、自動診斷和保護(hù)，還可自動顯示、記錄和打印等。此外，計算機硬件和軟件結(jié)合就能實現(xiàn)柔性自動化，并具有很大的靈活性。 （3）產(chǎn)品開發(fā)周期短、競爭能力強 機電一體化產(chǎn)品可以采用專業(yè)化生產(chǎn)的

47、、高質(zhì)量的機電部件，通過綜合集成技巧來實現(xiàn)設(shè)計和制造，因而不但產(chǎn)品的 可靠性高，甚至在使用期限內(nèi)無需維修，從而縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，增強了產(chǎn)品在市場上的競爭能力。 （4）生產(chǎn)方式向高柔性、綜合自動化發(fā)展 各種機電一體化設(shè)備構(gòu)成的FMS和CIMS，使加工、檢測、物流和信息流過程融為一體，就可形成人少或無人化生產(chǎn)線、車間和工廠。近10年來，美國有些大公司已采用所謂“靈活的生產(chǎn)體系”，即根據(jù)市場需要，在同一生產(chǎn)線上可分時生產(chǎn)批量小、型號或品種多的“系列產(chǎn)品家族”，如計算機、汽車、摩托車、肥皂和化妝品的系列產(chǎn)品。 （5）促進(jìn)經(jīng)營管理體制發(fā)生根本變化 由于市場的導(dǎo)向作用，產(chǎn)品的商業(yè)壽命日益縮短。為了占領(lǐng)國內(nèi)、外市場和增強競爭能力，企業(yè)必須重視用戶信息的收集和分析，迅速做出決策，迫使企業(yè)從傳統(tǒng)的生產(chǎn)型向以經(jīng)營為中心的決策管理體制轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)營和管理體系的全面計算機化。 2機電一體化的發(fā)展趨勢機電一體化的發(fā)展趨勢 機電一體化的應(yīng)用范圍廣、覆蓋面寬。主要應(yīng)用領(lǐng)域有：工廠自動化（FA）其中典型的研究課題為計算機集成系統(tǒng)（CIS）