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机电一体化技术应用现状及改进对策
发布时间:2018-09-28 点击: 发布:中国论文期刊网
1  机电一体化技术的概念
 
 
    机电一体化又被称作机械电子学,英文名称为Mechatronics,它是指将机构的主功能以及其它动力功能、信息处理功能和控制功能通过将电子技术引用进来,将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。机电一体化系统从根本上来说是一个机械系统,它充分运用电子计算机的信息处理和控制功能、可控驱动元件特性的现代化机械系统,来实现机械系统的智能化、自动化。
机电一体化技术是对机械电子运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等综合技术,根据需要达到的特定要求,搭配各个系统功能单元,在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能,并使整个系统最优化的系统工程技术。通过以上各种技术在机械电子上的运用以及功能单元的合理搭配,从而形成一个机电一体化系统或机电一体化产品。
因此,机电一体化涵盖技术和产品两个方面,它将机械电子与各类技术有机的结合了起来,是区别于机械电气化等传统混合技术的一种综合技术。
2  机电一体化技术的组成
 
 
    由于机电一体化技术是一种综合技术,为了达到特定要求,机电一体化系统或机电一体化产品需要运用各种技术来达到机械系统的智能化、自动化,其组成分为多种,包括:机械技术、传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术、接口技术和驱动技术等。
2.1  机械技术
    现代机械类产品是以钢铁为主要材料制造出来的,因此会有质量大,性能低,精度低的特点,而通过改进产品结构例如可以利用非金属复合材料来降低质量来实现驱动系统的小型化,以便于在控制时能够快速响应,降低能量损耗,达到提高运作效率的目的。而机电一体化技术的核心基础就是机械技术,如何与机电一体化技术相适应是机械技术的着重点,通过利用其它高、新技术来更新概念,实现结构上、材料上、性能上的变更,满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。在机电一体化系统制造过程中,通过将机械技术理论与工艺和计算机辅助技术结合,并与此同时采用人工智能与专家系统等,形成新一代的机械制造技术。
2.2  传感检测技术
    机电一体化技术离不开传感检测,并且传感检测的灵敏度和精度等属性要素的高低决定了自动控制、调节系统的运作效率,即系统的自动化程度。传感检测技术通过感知系统信息,来达到自动控制、调节系统的目的。现代机电一体化技术在不同领域中的运用性能与传感检测技术有着极大的关联,更灵敏、精度更高的传感器使机电一体化系统更有效率的运作。
2.3  信息处理技术
    在机电一体化系统运作过程中,和工作过程中各种参数和状态以及自动控制有关的信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。信息处理技术的对象主要是计算机,特别是单片机技术,它包括了硬件和软件技术、网络与通信技术、数据处理技术和数据库技术等。计算机应用及其信息处理技术包括目前深入研究并实际应用的人工智能技术、专家系统技术以及神经网络技术等,在整个机电一体化系统中,计算机信息处理装置是产品的核心,因为它控制和调节整个机电一体化产品的运行。
2.4  自动控制技术
    随着近年来人工智能控制技术取得了很大的进步,自动控制技术成为了最为活跃的技术领域。它是在控制理论指导下,对系统进行设计,并仿真设计后的系统,以及现场调试,控制技术包括高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。
2.5  接口技术
    机电一体化系统离不开与计算机的连接,为了使机械电子与计算机进行通信,就要制定统一标准的数据传递方式,即低成本、高速串行的接口,使系统更加效率的工作,这样不仅在设计上可以得到简化,还能使后续修理更方便快捷。
2.6  驱动技术
    电机作为驱动机构已被广泛采用,但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前,正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件 - 传感器 -电机三位一体的伺服驱动单元。
3  机电一体化技术各领域的应用现状
 
 
    为了提高机电产品的性能品质,发展高新技术,现在有许多零件要求制造精度越来越高,形状也越来越复杂,为了提高零件的效率,减少阻力和降低噪声,往往被设计成复杂的空间曲面,如螺杆压缩机包络成型螺旋曲面,膨胀机的叶轮叶片,飞机螺旋桨、潜水艇的推进器等都具有极其复杂的空间曲面;现代汽车发动机的活塞也不是圆柱形,而是要求具有椭圆鼓形;为提高强度和使用寿命,机械轴也不再是圆柱形,而是由几段圆弧组成的复合圆柱体;卫星天线中馈源要求有方与圆光滑过渡实体;而各类特殊刀具与模具,其型面也极其复杂,所有这些,都要求新一代机电一体化技术、产品及系统朝着高性能、智能化、系统化以及轻量化、微型化方向发展。下面是机电一体化技术的主要应用领域。
3.1  数控机床
    数控机床及相应的数控技术经过40年的发展,在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高,具体表现在:
(1)总线式、模块化、紧凑型的结构,即采用多CPU,多主总线的体系结构。
(2)开放性设计,即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准,能最大限度地提高用户的使用效益。
(3)WOP技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真,并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。
(4)大容量存储器的应用和软件的模块化设计,不仅丰富了数控功能,同时也加强了CNC系统的控制功能。
(5)能实现多过程、多通道控制,即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力,并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。
(6)系统的多级网络功能,加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力。
(7)以单板、单片机作为控制机,加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。
3.2  工业机器人
    第1代机器人亦称示教再现机器人,它们只能根据示教进行重复运动,对工作环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活性;第2代机器人带有各种先进的传感元件,能获取作业环境和操作对象的简单信息,通过计算机处理、分析,做出一定的判断,对动作进行反馈控制,表现出低级硕士论文代写

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