一、“ 機電一體化”的來源
“機電一體化”在國外被稱為Mechatronics是日本人在20世紀70年代初提出來的,它是用英文Mechanics的前半部分和Electron-ics的后半部分結(jié)合在一起構(gòu)成的一個新詞,意思是機械技術(shù)和電子技術(shù)的有機結(jié)合。
這一名稱已得到包括我國在內(nèi)的世界各國的承認,我國的工程技術(shù)人員習慣上把它譯為機電一體化技術(shù)。機電一體化技術(shù)又稱為機械電子技術(shù),是機械技術(shù)、電子技術(shù)和信息技術(shù)有機結(jié)合的產(chǎn)物。
二、機電一體化技術(shù)基本概念
機電一體化技術(shù)是在微型計算機為代表的微電子技術(shù)、信息技術(shù)迅速發(fā)展,向機械工業(yè)領(lǐng)域迅猛滲透,機械電子技術(shù)深度結(jié)合的現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)上,綜合應用機械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感測試技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù),從系統(tǒng)理論出發(fā),根據(jù)系統(tǒng)功能目標和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標,以智力、動力、結(jié)構(gòu)、運動和感知組成要素為基礎(chǔ),對各組成要素及其間的信息處理,接口耦合,運動傳遞,物質(zhì)運動,能量變換進行研究,使得整個系統(tǒng)有機結(jié)合與綜合集成,并在系統(tǒng)程序和微電子電路的有序信息流控制下,形成物質(zhì)的和能量的有規(guī)則運動,在高功能、高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗等諸方面實現(xiàn)多種技術(shù)功能復合的*功能價值系統(tǒng)工程技術(shù)。
三、機電一體化技術(shù)五大組成要素與四大原則:
1、五大組成要素:
一個機電一體化系統(tǒng)中一般由結(jié)構(gòu)組成要素、動力組成要素、運動組成要素、感知組成要素、智能組成要素五大組成要素有機結(jié)合而成。(請參考機電之家機電一體化頻道)
機械本體(結(jié)構(gòu)組成要素)
是系統(tǒng)的所有功能要素的機械支持結(jié)構(gòu),一般包括有機身、框架、支撐、聯(lián)接等。
動力驅(qū)動部分(動力組成要素)
依據(jù)系統(tǒng)控制要求,為系統(tǒng)提供能量和動力以使系統(tǒng)正常運行。
測試傳感部分(感知組成要素)
對系統(tǒng)的運行所需要的本身和外部環(huán)境的各種參數(shù)和狀態(tài)進行檢測,并變成可識別的信號,傳輸給信息處理單元,經(jīng)過分析、處理后產(chǎn)生相應的控制信息。
控制及信息處理部分(職能組成要素)
將來之測試傳感部分的信息及外部直接輸入的指令進行集中、存儲、分析、加工處理后,按照信息處理結(jié)果和規(guī)定的程序與節(jié)奏發(fā)出相應的指令,控制整個系統(tǒng)有目的的運行。
執(zhí)行機構(gòu)(運動組成要素)
根據(jù)控制及信息處理部分發(fā)出的指令,完成規(guī)定的動作和功能。
2、機電一體化四大原則:
構(gòu)成機電一體化系統(tǒng)的五大組成要素其內(nèi)部及相互之間都必須遵循結(jié)構(gòu)耦合、運動傳遞、信息控制與能量轉(zhuǎn)換四大原則。
接口耦合:
兩個需要進行信息交換和傳遞的環(huán)節(jié)之間,由于信息模式不同(數(shù)字量與模擬量,串行碼與并行碼,連續(xù)脈沖與序列脈沖等)無法直接傳遞和交換,必須通過接口耦合來實現(xiàn)。而兩個信號強弱相差懸殊的環(huán)節(jié)之間,也必須通過接口耦合后,才能匹配。變換放大后的信號要在兩個環(huán)節(jié)之間可靠、快速、準確的交換、傳遞,必須遵循一致的時序、信號格式和邏輯規(guī)范才行,因此接口耦合時就必須具有保證信息的邏輯控制功能,使信息按規(guī)定的模式進行交換與傳遞。
能量轉(zhuǎn)換:
兩個需要進行傳輸和交換的環(huán)節(jié)之間,由于模式不同而無法直接進行能量的轉(zhuǎn)換和交流,必須進行能量的轉(zhuǎn)換,能量的轉(zhuǎn)換包括執(zhí)行器,驅(qū)動器和他們的不同類型能量的*轉(zhuǎn)換方法及原理。
信息控制:
在系統(tǒng)中,所謂智能組成要素的系統(tǒng)控制單元,在軟、硬件的保證下,完成信息的采集、傳輸、儲存、分析、運算、判斷、決策,以達到信息控制的目的。對于智能化程度高的信息控制系統(tǒng)還包含了知識獲得、推理機制以及自學習功能等知識驅(qū)動功能。
運動傳遞:
運動傳遞使構(gòu)成機電一體化系統(tǒng)各組成要素之間,不同類型運動的變換與傳輸以及以運動控制為目的的優(yōu)化。
3、自動化技術(shù):
所謂自動化技術(shù),是指人類利用各種技術(shù)手段和方法來代替人去完成各種測試、分析、判斷和控制工作,以現(xiàn)實預期的目標、功能。一個自動化系統(tǒng)通常由多個環(huán)節(jié)要素組成,以完成信息的獲取、信息的傳遞、信息的轉(zhuǎn)換、信息的處理及信息的執(zhí)行等功能,zui后實現(xiàn)自動運行目標。