机电一体化的设计精选(十四篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的14篇机电一体化的设计，期待它们能激发您的灵感。

篇1

（1）提高机电一体化设备的可靠性。机电一体化设备是保障工业企业生产运行的重要物质基础。目前，随着机电一体化技术研究的不断深入，各类智能化、模块化、现代化的机电设备不断的更新换代，但是作为企业采购设备的管理人员不能够一味的追求机电一体化设备的现代化程度，重要的是应该明确机械设备的使用环境，依据相关的选型设计数据选择合适的机电设备，进而提高企业的生产运行稳定性。由于机电一体化设备的工作环境以及操作者的操作熟练度等原因，同样会导致机电一体化设备的损坏，因此提升操作者技术素质以及责任意识应该作为机电设备维护工作中的重点。（2）实现机电一体化设备的精细化管理。目前，机电一体化设备的现代化程度不断提升，作为设备的管理者只有不断更新管理理念，制定出现代化的管理措施，才能够让机电一体化设备维护工作发挥出实效。机电一体化设备的精细化管理就是要在机械设备管理制度中明确规定出机电一体化设备的维护时间以及维护方法，并需要对维护人员进行设定，同时设定相应的设备维护检查监督部门，确保机电一体化设备能够得以稳定运行。此外，精细化管理体系的建立要以企业全体员工作为载体，即需要全员参与，最终确保机电设备能够得到高效的管理及维护。（3）设备维修日志的制定。为了能够对机电设备维护进行跟踪式管理，设备应用企业应该为每一个正常运行的设备监理管理维修日志。工作人员对机电设备进行定期检查维修后，应认真记录每次检查的结果和保养维修的详细步骤，并将档案输入总数据库。这样不仅可以为以后的管理和维修带来方便，还能针对每台设备的损坏程度制定出相应的运行、保养和维修方案，从而达到延长设备使用寿命、降低维修成本、提高生产效率的目的。

（1）不断总结更新机电设备管理维修中的技术。随着机电一体化设备制造技术的不断更新，其内部结构以及功能也必将趋于完善，设备的管理维修技术也应该发生相应的变化。因此，新时代背景下，企业应该不断对设备管理和维修技术进行总结更新，以满足自身发展所需。企业可定期组织负责机电设备管理与维修的人员进行总结学习，使其相互探讨研究，以更好地解决工作中出现的难题，从而达到提高企业生产效益的目的。（2）实现机电设备管理与维修的绿色化。如今，机电设备的发展已经走上了绿色化的道路。因此，不管是为了适应机电设备发展所需，还是为了满足可持续发展战略所需，企业都应努力实现机电设备管理与维修的绿色化。设备维修的绿色化是指尽最大可能地合理利用资源，在实现企业生产效益最大化的同时，不会对周围环境产生过大不良影响，其具体措施有尽可能地将报废设备的可用零件进行循环利用、将维修废弃物的排放量降至最低等。（3）充分利用现代技术分析法———计算机辅助诊断。计算机辅助诊断是一项现代高科技的技术分析法，它比其他技术分析法具有更多优势。但这同时也是一项技术含量较高的新型分析法，因而掌握起来有一定难度，所以企业应该加强工作人员对该分析法的学习和培训。

对于机电一体化设备的选型设计，是设备选用、改造以及更新的重要环节。对于机电一体化设备的选用，应该明确设备的工作环境以及生产需求，还应该考虑到相关企业的经济条件以及实际情况，进而依据选型的基本理论选定出最适合的机电一体化设备保证所选设备达到最优化和最合理配置。此外，为了更好地发挥机电设备的功用，企业必须加强对机电设备管理与维修的策略选择和技术探讨，以此来保证机电设备的完好率，降低事故的发生率，提高企业的生产效率，最终实现企业经济效益最大化的目标。

本文作者：赵永德工作单位：辽源职业技术学院

篇2

关键词：机电一体化、控制系统、设计

中图分类号：U415.521

1. 压路机机电一体化设计的国内外概述

1.1国外压路机机电一体化技术的发展

国外很多公司的自动压实控制系统的新型智能可变振幅的Variomatic振动压路机是用两个相对旋转的偏心轴来振动压实轮，双轴布置使轮子振动力的大小和方向随着被压物料上振动加速度的变化而相应的变化，用液压系统来调整两轴之间的角度，通过电子控制的方式自动地完成从垂直到水平方向的无级变化，用装在轮上的加速度表来不间断的显示物料硬度随压实进程的变化。把通过加速度表获得的数据输送到压路机上的计算机里，并保存到软、硬盘中，计算机把这些数据与预先设置在计算机内的参数进行比较。当反馈达到预定值时计算机发出指令，通过调整两根轴的相对角度来调整振动方向和有效振幅，这样可以对压实力进行优化，既减轻司机操作的工作量又改善压实均匀度。

1.2国内压路机机电一体化技术的发展现状

国内压路机厂家在机电自动调整方面取得了一定的成绩，如湖南江麓机械厂研制的W1102DZ振动压路机配备自动驾驶作业系统，很多压路机也配置了声光报警系统。虽然对关键参数实施了时时监控，并且控制方式独特、自成体系，安装与维护简单直观，抗外界干扰能力强，但由于线束复杂，各功能单元之间的父子控制难以实现，传感器资源利用率不高。

2.智能压路机发动机及其工作原理

电子智能（ EDI） 发动机主要以尖端的电子技术为特征， 其卓越机械特性表现在燃油输送特性、发动机管理功能和诊断等方面。作为高度集成化的系统与其它系统（ 如变速箱和冷却系统） 相互作用， 先进的电子系统提供了不受发动机转速影响的更大的燃油喷射率、燃油正时控制和更高的喷射压力， 同时还提高产品的性价比和环保性。电子智能发动机的核心单元是一个装在发动机上的ECM， 这个是基于微处理器为的控制系统， 它的作用是利用自能发动机上的传感器控制发动机的运行状态及监控发动机主要输入输出参数： 还用智能发动机转速、凸轮轴位置、吸管压力、油温、油压、致冷剂温度等参数。因此， 智能控制系统监控着发动机的主要工作特性并存储了相关信息， 检修时，通过一台工业标准诊断仪，工作人员就可以查看发动机的历史工作性能的， 进而对机器实施故障分析， 实现快速低成本的维修。根据ECM 电子控制模板就可以准确计算燃油喷射压力、喷射速度和喷射时间， 然后通过液压控制的电子系统控制喷射系统HEUI 进行动作。

3.液压控制系统的设计

该液压控制系统是由变量泵、安全阀、压差传感器及其电器控制部分组成。用压差传感器来检测负载压力， 用泵、阀控制器发出控制指令， 按照负载的大小调节液压泵的排量， 使泵输出压力比工作负载压力高出一不大的恒定值， 这样是保证液压泵输出功率与负载相适应， 提高效率。

2. 1 振动系统的双频双幅调节

液压控制系统的振动泵是由两个电磁阀控制的， 其中，每个电磁阀对应控制一个高压油流方向， 这两个电阀循环交替通电、断电， 就能可改变高压油流的方向。通过控制定量马达的正反转使振动轴上大小偏心块相分别实现叠加和叠减， 叠加时泵的液压油的排量小， 即出现高幅低频； 叠减时泵的液压油排量大， 即出现低幅高频。

2. 2 对协调行走马达进行功率分配。

该压路机的行走系统由一个行走泵、三个行走马达组成， 通过负荷传感系统和速度传感器完成对行走马达的功率分配。为了摆脱前轮打滑的现象， 就在前轮设置一个小排量马达，这样， 马达的扭矩只能发挥最大排量时的一半； 后轮两马达设置大排量， 其要发挥最大排量输出扭矩驱动压路机。同理，为了摆脱后轮打滑的状况，后轮马达设置小排量， 前轮马达设置为大排量。利用电子控制程序的柔性结合电液伺服技术，最终实现液压泵效率的合理分配。

2. 3 液压控制系统中位软启动功能

该压路机具有一套光电信号传感模块， 发动的机启动是靠行走手柄放在中位来实现的，。这套保护装置是防止压路机带载启动造成对电机的冲击。

2. 4 压路机的自动滑转控制系统

为满足大型工程施工的实际需求（ 要求爬坡能力超过50%） ， 压路机的自动滑转控制系统在无滑转轴和刹车闸的作用下避免单轮快速滑转， 并通过传感器检测振动轮和橡胶驱动轮之间的滑转， 通过调整液压驱动系统液压流量使牵引性能达到最佳状态， 防止振动滚轮和橡胶驱动滚轮同时滑转， 避免机器停顿或下陷。

2. 5 液压控制系统污染检测和主动维护功能

利用液压系统对传感器测出的各种信号进行处理， 用成熟的模糊逻辑原理进行合理的推理与分析，在有多个因素导致故障的情况下， 采用思维模拟技术， 确定故障诱发的因素。因为故障的复杂多样性， 利用BP 神经网络处理诊断信号。 为了设计和谐的人机对话界面， 在设计时采用大量图像分析、液晶显示识别系统来辅助。、

4.目前最迫切的工作

推广与应用机电一体化技术首先改变传统的设计观念，一味的强调低成本竞争会把企业带人死胡同。当然机械产品元件越少其可靠性会越高，但是这种可以牺牲产品多功能换来产品靠性丧失的开发不值得借鉴。国外公司正是看到了故障的存在性，才借助机电液一体化技术来减少故障、迅速发现并解决故障，也正是因为电子元件质优价廉，才使这项技术的广泛应用得到延伸与发展。

再者，要合理利用该技术则离不开同行的之间的合作、引进、吸收和开发。例如英格索兰、卡特彼勒两家公司合作，选用瑞土专业电子仪器公司开发的计算机软件和控制系统，作为连续压实控制的压实数据系统（CDS）以及处理CCC的PC软件程序。把这些压路机制造公司没有能力开发的技术要用有限的资金去引进，在学习、消化和吸收之与国内其它公司联合进行技术开发，利益共享。

小结

在科技高速发展和用户需求日趋主题化、个性化和多样化的时代背景下，产品技术含量的高低和功能的多样性与企业的利润和生存的联系越来越密切。跨国公司为了适应市场降低成本，实施制造本地化及采购全球化战略，促使制造业竞争越来越激烈。本文正是通过对压路机机电一体化设计的研究，来找到提高机械产品的智能化水平，占领市场，让用户满意的有效途径。

参考文献

[1] 刘建强. 土的冲击压实原理及其在高级公路路基压实度控制中的应用效果[J]. 常州工学院学报，2007，20（2）：62-65

[2] 巨永锋. 振动压路机压实智能控制与故障智能诊断的研究[D]. 西安：长安大学，2006

[3] 王霁霞. 压实机械的发展与应用[J]. 科技资讯，2006（1）190-191

[4] 杨璐，冯占强. 智能压实技术发展概况[J]. 工程机械文摘，2011（1）：50-53

[5] 苏丽丹. 智能控制技术在工程机械上的应用[J]. 黑龙江交通科技，2009（3）：115

篇3

关键词: 机电一体化;设计方法;步骤

机电一体化系统设计是多个学科的交叉和综合,涉及的学科和技术非常广泛,其技术发展迅速,水平越来越高。由于机电一体化产品覆盖面很广,在系统的构成上,有着不同的层次,但在系统设计方面有着相同的规律。机电一体化系统设计是根据系统论的观点,运用现代设计的方法构造产品结构、赋予产品性能并进行产品设计的过程。

整个开发设计过程按步骤可划分为四个阶段:

1 设计筹划阶段

1)在筹划阶段中要对设计目标进行机理分析,对客户的要求进行理论性抽象,以确定产品的性能、规格、参数。在这个阶段,因为用户需求往往是面向产品的使用目的,并不全是设计的技术参数,所以需要对用户的需求进行抽象,要在分析对象工作原理的基础上,澄清用户需求的目地、原因和具体内容,经过理论分析和逻辑推理,提炼出问题的本质和解决问题的途径,并用工程语言描述设计要求,最终形成产品的规格和参数。对于加工机械而言,它包括如下几个方面:

① 运动参数:表征机器工作部件的运动轨迹和行程、速度和加速度。

② 动力参数:表征机器为完成加工动作应输出的力(或力矩)和功率。

③ 品质参数:表征机器工作的运动精度、动力精度、稳定性、灵敏度和可靠性。

④ 环境参数:表征机器工作的环境,如温度、湿度、输入电源。

⑤ 结构参数:表征机器空间几何尺寸、结构、外观造型。

⑥ 界面参数:表征机器的人机对话方式和功能。

2)在这个阶段中要根据设计参数的需求,开展技术性分析,制定系统整体设计方案,划分出构成系统的各功能要素和功能模块,然后对各类方案进行可行性研究对比,核定最佳总体设计方案、各个模块设计的目标与相关人员的配备。系统设计方案文件的内容包括:

① 系统的主要功能、技术指标、原理图及文字说明。

② 控制策略及方案。

③ 各功能模块的性能要求,模块实现的初步方案及输出输入逻辑关系的参数指标。

④ 方案比较和选择的初步确定。

⑤ 为保证系统性能指标所采取的技术措施。

⑥ 抗干扰及可靠性设计策略。

⑦ 外观造型方案及机械主体方案。

⑧ 经费和进度计划的安排。

2 理论设计阶段

首先,根据系统的主功能要求和构成系统的功能要素进行系统要素进行主功能分解,划分出功能模块,画出机器工作时序图和机器传动原理简图;对于有过程控制要求的系统应建立各要素的数学模型,确定控制算法;计算出各功能模块之间接口的输入、输出参数,确定接口设计的任务分配。应当说明的是,系统设计过程中的接口设计是对接口输入输出参数或机械结构参数的设计,而功能模块设计中的接口设计则是遵照系统设计制定的接口参数进行细部设计,实现接口的技术物理效应,两者在设计内容和设计分工上是不同的。不同类型的接口,其设计要求有所不同。传感器是机电一体化系统的感觉器官,它从待测对象那里获得反映待测对象特征与状态的信息,监视监测整个设备的工作过程,传感器接口要求传感器与被测对象机械量信号源应有直接关系,保证标度转换及数学建模快速、准确、可靠,传感器与机械本体之间联接简洁、牢固,灵敏度高、动态性能好,抗机械谐波干扰性强,正确反映待测对象的被测参数。变送接口要满足传感器模块的输出信号与微机前向通道电气参数的匹配及远距离信号传输的要求,接口信号的传输要精确,可靠性强,抗干扰能力强,噪音容限较低;传感器的输出阻抗要与接口的输入阻抗相配合;接口输出的电平要与微机的电平一致;为方便微机进行信号处理,接口输入信号和输出信号之间的关系须是线性关系。驱动接口要能满足接口的输入端与微机系统的后向通道在电平上保持一致,接口的输出端与功率驱动模块的输入端之间电平匹配的同时,阻抗也要匹配。其次,为防止功率设备的强电回路反窜入微机系统,接口必须采取有效的抵抗干扰措施。传动接口是一个机械接口,要求它的联接结构紧凑、轻巧,具有较高的传动精度和定位精度,安装、维修、调整简单方便,传动效率高,刚度好,相应快。

其次,以功能模块为单元,依据以上接口设计参数的要求对信号检测与转换、机械传动与工作机构、控制微机、功率驱动及执行元件等进行各个功能模块的选型、组配、设计。在此阶段的设计工作量较大,既包括机械、电气、电子、控制与计算机软件等系统的设计,又包括总装图、零件图的具体模块选型、组配。一方面不仅要求在机械系统设计时选择的机械系统参数要与控制系统的电气参数相匹配,同时也要求在进行控制系统设计时,要根据机械系统的固有结构参数来选择及确定相关电气参数,综合应用微电子技术与机械技术,让两项技术互相结合、互相协调、互相补充,把机电一体化的优越性充分体现出来。为提高工效,应该尽量应用各种cad、PRO/E等辅助工具;整个设计应尽量采用通用的模块和接口,以利于整体匹配,利于后期进行产品的更新换代。

最后,以技术文件的方式对完整的系统设计采取整体技术经济指标分析,设计目标考核与系统优化,择优选择出综合性能指标最优的方案。

其中,系统功能分解应综合运用机械技术和电子技术各自的优势,努力使系统构成简单化、模块化。经常用到的设计策略有如下几种:

① 用电子装置替代机械传动,缩减机械传动装置,简化机械结构,减小尺寸,减轻重量,增强系统运动精度和控制灵活性。

② 在选择功能模块时要选用标准模块,通用模块,防止重复设计低水平的功能模块,采用可靠的高水平模块,以利于减少设计与开发的周期。

篇4

关键词:汽车;检测设备;机电一体化;设计

汽车检测通常是对车辆的动力性、经济性以及安全性等各个方面进行检测，通过对这些方面的检测，确定汽车现象的技术状况以及工作能力等。传统结构设计的汽车检测设备已经不能够满足汽车在正常行驶状态下的检测要求，随着现代科学技术的发展，出现了新型的技术，实现了检测设备的机电一体化，对于汽车故障诊断和车辆检测中具有非常重要的作用。

一、汽车检测设备

机电一体化设计的必要性分析汽车行驶中常用的检测设备主要应用于发动机性能检测、故障诊断、整车检测以及电气试验等方面，在传统结构的汽车检测设备中，通常应用的检测设备只能够检测汽车的低速行驶状态下的相关参数，例如，常见的机械式侧滑试验台以及指针式侧滑试验台，应用这两种设备对汽车的性能进行检测时，必须要求汽车的行驶速度保持在4千米/小时，要求车速缓慢通过检测平台才能够顺利的完成检测。侧滑量的检测结果往往是由机械转动的指针他通过摆动的方式来显示的。还有一种检测设备是汽车制动试验台，采用这种设备对汽车的车轮动力进行检测时，由于受到测力弹簧的限制，要求受检汽车的车速控制在0．15千米/小时，甚至还低于0．15千米/小时，车辆制动的检测结果由指针摆动显示出来，车辆自身没有制动功能。汽车在正常行驶条件下，速度保持在30—80千米/小时的范围，甚至还会出现比上限高的数据，为了检测汽车正常行驶状态下的某些性能，传统的汽车检测设备是不能够满足要求的。

二、汽车检测设备机电一体化设计及相关问题分析

(一)汽车检测设备机电一体化的相关设计

在汽车检测设备机电一体化设计中，为了减少机械传动环节，应该在传统检测设备的基础上强化设计方法，传感器的选择最好是反应速度较快并且高精度的传感器，设计方法采用电子计算机和机械装置结合的方法，通过这种形式设计的汽车检测设备，才能够确保汽车高速行驶的安全性，同时还能为工况形式的真实性提供可能。

1、计算机控制下的汽车制动检测仪设计制动装置是汽车运行过程中经常使用的装置，汽车不同车轮制动力的变化往往是在较短的时间内完成的。所以，在汽车制动检测仪设计过程中，取消了传统结构中的测力弹簧、传力杠杆等，然后采用电子计算机来处理检测传感器的信号。

2、计算机控制下的汽车侧滑检测仪设计在汽车行驶过程中，汽车转向系统作为组成汽车整体的一个重要系统，具有极为重要的作用。高速行驶中的汽车车轮会发生较大的变化，同低速行驶中的汽车比较，高速行驶汽车的车轮侧滑量以及车轴侧滑量较大。对于高速行驶汽车的侧滑仪进行设计时，可以取消传统结构中的齿轮齿条传动，同时取消连杆传动，进而增强仪器的检测速度。此外，传统结构当中的自整角发动电机无法满足现代汽车行驶中发动电机运行要求，可以选择反应速度较快的高精度位移传感器取代传统的发动电机，为了保证传感器的信号稳定性，采用电子计算机来处理检测传感器的信号。

(二)汽车检测设备机电一体化设计中需要注意的细节

1、检测信号的截取问题在汽车侧滑检测仪和汽车制动检测仪设计中，可以在检测设备中直接截取侧滑检测板以及平台机架之间的位移信号，也可以截取汽车制动反转矩的力信号，以此降低检测误差。在设置传感器安装位置时，需要充分考虑到检测误差问题。在设置侧滑检测仪时，为了减小传动误差，避免通过齿轮制动的方式将侧滑检测板和平台机架的位移量输入普通传感器中，可以选择高精度的传感器输入。

2、零点示值的误差问题分析在汽车检测设备当中输入检测信号，检测信号就会受到多种因素的影响，导致检测设备标定时的零点示值出现误差。主要的影响因素有机械装置的制造公差、装配精度误差、传感器输出信号的波动允差等。对于这种误差问题，需要从计算机设计和机械装置两个方面尽可能的去克服。一些设备生产厂家为了解决这一问题，往往会在检测设备上设置标定按键，这种设置方法显然是不合理的。标定时的工作状态应该同工作时的状态保持一致，而不是在计算机处理程序上进行区别。

结束语:

篇5

关键词:机电一体化 系统 目标 实现

中图分类号:TH-39 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(b)-0106-01

机电一体化起源于上世纪八十年代的日本,它融合了机械、自动控制、伺服传动、电子、信息处理、传感检测、系统总体等多种技术,并综合应用到实际中去的综合技术。它不是上述技术的简单叠加,而是在从系统理论出发根据系统功能目标和优化组织结构目标,对各组成部分及其间的信息处理,接口耦合,运动传递,物质运动,能量变换进行研究,组成有机的系统,集成各种技术,并在系统软件程序和微电子的有序控制信号的作用下,使物质和能量形成有规律运动的轨迹,在多功能性、高精度、高安全性、高可靠性、低能耗等诸多方面实现多种技术功能融合成最优效果的系统工程技术。

1 机电一体化系统设计的目标

机电一体化系统的总体目标就是中和利用机械、电子、信息、控制等各种相关技术的优势,使系统的效果最优化,从而产生良好的经济和社会效益。具体可以分为以下几条。

1.1 提高系统的精度

机电一体化系统采用了大量的电子装置来代替传统的机械传动装置,消除了原来的机械损耗、弹性形变所引起的误差,简化了系统的结构,采用电子装置实现自动检测和控制,从而缩小了动态误差,使工作精度得到大幅度的提升。

1.2 增强系统的功能

由于采用了多种新型的技术,从而使传统的机械装置拥有了电气产品的功能,比如系统向智能化方向发展,在自动控制理论的基础上,吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学和动力学等新思想、新方法,模拟人类的功能,使它具有自动判断、逻辑推理、自主决策等能力,以求获得更高的控制性能。使原来的机械装置,拥有了人工智能的功能。

1.3 提高系统的安全行和可靠性

机电一体化系统由于采用了多种新型的技术,从而使系统具有自动检测的功能,当运行的设备中出现潜藏的故障时,系统可以实时进行在线检测和修复,从而提高了系统的安全性和可靠性。

1.4 降低能耗、节约能源

机电一体化系统采用了一些低能耗的电子装置,有些装置的材料是可以重复利用的,这些绿色材料在使用时不污染生态环境,报废后还能回收利用。这些低能耗的装置在使用的过程中节约了能源,符合现在建设资源节约型社会的要求。

1.5 提高效率、降低成本

由于使用了机电一体化系统,在产品的研发过程中,缩短了准备时间,减少了产品的开发时间,使不合格产品的数量大大减少,提高了生产效率,降低了成本。在产品的生产过程中,机电一体化系统可以使用计算机、数控机床等辅助设备,把人们从一些复杂、危险的劳动环境中解放出来,同时生产过程又可以实现过程控制,提高了生产效率。

1.6 简化系统的结构

传统的产品大都采用笨重的电气结构和机械变速装置,这不但阻碍了生产的效率,而且也增加了系统的体积和重量,在使用和维护的过程中带来了诸多的不便。现在采用微电子和集成电路构成的系统,不但大幅提高了生产的效率,还减小了系统的体积,简化了结构,减轻了重量。

1.7 降低了产品的价格

随着现代电力电子技术的发展,新型的电力电子器件层出不穷,新的生产工艺不断出现,而且电子器件的价格也在不断地下降,电子器件日益平民化,极大地扩展了使用的范围。而且功能越来越完善,维护越来越方便,使用寿命在不断地延长。所有这些因素相加导致产品的价格在不断地下降,从而反过来扩大其应用范围。

1.8 增加特殊的应用功能

随着用户对产品要求的多样性,系统可以通过软件编程或者是数控加工中心等来实现客户的产品的特殊要求,生产出个性化的产品,使其满足用户的要求及不同现场的需求。系统对这些功能的实现,形成了控制系统的智能化的发展趋势。

2 机电一体化系统设计的实现方法

2.1 机电互补法

机电互补法也就是我们常说的取代法,这种方法的特点是:为了逆补传统机械装置或者子系统的不足,而采用新型的电子元件来代替机械装置。该方法就是改造旧产品、开发新产品或对原系统进行技术改造常用的方法,也是改造传统机械产品的常用方法。比如用电气调速系统取代机械式变速结构等。

2.2 融合法

融合法就是将具有一定功能的部件或者子系统按照他们的功能有机的融合在一起,构成一些具有更高性能的系统。比如激光打印机的激光扫描镜,它就是电机的转子轴,这是执行元件和执行机构融合的一个具体实例。机电一体化系统强调技术的融合和学科的交叉作用,各单元相互辅助、相互促进、相互提高,使整体的功能远大于各单元的简单相加。

2.3 组合法

组合法就是将融合法所形成的标准功能部件或者子系统,按照功能分类,采用搭积木的方式组合成各种机电一体化系统。机电一体化产品的种类繁多,生产厂家众多,他们的产品也就五花八门,导致使用时不能通用,无形中浪费了大量的资源,因此,研制和开发具有标准机械接口、电气接口、通信接口、控制接口的机电一体化系统单元子系统就显得尤为重要。比如研制集减速、智能调速、电机控制于一身的动力单元模块,具有遥感、图像处理、路径识别等功能的控制单元,以及各种能完成典型操作的机械装置。利用这些标准单元模块就可以迅速开发出新的产品,同时也可以扩大生产规模。这样可以节约生产的成本,也便于后期的维修和护理。

3 结语

综上所述,机电一体化系统设计是一项非常复杂的工程,不是单一部门能够独自完成的,它需要众多行业合作才能实现。在设计系统时,应根据机械系统的结构特点来确定电气参数,综合运用多学科知识,充分体现机电一体化的优越性。

参考文献

[1] 武藤一夫.机电一体化[M].北京:科学出版社,2007.

篇6

关键词：机电一体化系统设计；教学方法；创新能力

中图分类号：TH-39 文献标识码： A

0前言

就目前而言，独立学院的的培养目标大都定位于应用型本科人才的培养，人才的培养模式必须与人才培养的目标相适应。机械和电子制造业快速发展，生产领域的科技含量日益增大，使得企业需要大量既懂机械又懂电子的机电一体化复合型人才。因此，依据应用型本科教育的培养目标和机电一体化系统设计课程自身的特点，现从课程的教学内容与方法、实践环节及考核方式等方面对课程教学做一些探讨，并在实际课程教学过程中进行尝试，以期能逐步完善本课程的教学系统。

1教学内容的改革

目前，《机电一体化系统设计》的教材数十种之多，在对教材的选择上应把握以下几点：（1）实用性，教材避免纸上谈兵，避免冗长的理论推理、介绍，要突出实用性，更多介绍实际设计。（2）系统性，教材针对机电一体化系统的设计展开，因此，对于每一环节都要强调在整个系统中的作用及其与系统其他要素的关联性。（3）先进性，介绍最新技术前沿，让学生了解最新发展状况，激发学生学习兴趣，把握学习方向。

在此基础上，选择张健民编写的《机电一体化系统设计》为教材。在选择教材的基础上，对于教学内容也应作出相应的选择与调整。《机电一体化系统设计》课程涵盖知识面宽，包括机电一体化相关概念、机械机构、执行元件、微机控制系统、检测传感装置、可靠性设计、安全性设计、典型案例分析等。如果一一介绍，授课学时有限( 48 学时)，势必造成每一知识点都点到为止，学生只能了解皮毛，而无法深入本质。

考虑到我校学生机械方面知识掌握较为良好，而电的相关知识则较为薄弱，因此，独立学院教师在教学过程中可以根据自己院校的特点在内容的选择上，有所侧重。在对教材内容的把握上, 对于机械系统部分知识点到为止，只重点介绍其中典型的、先进的技术的应用。对于与电结合的部分知识，则重点介绍。

2教学方法的改革

2.1教学手段的灵活化

《机电一体化系统设计》课程具有内容丰富、信息含量大、抽象等特点，内容比较枯燥。可采用形式多样的教学方法，例如多媒体教学法、启发式教学法等，来激发学生的学习兴趣。重点讲授知识的精华、知识的内在联系。以实例为引线， 从系统观点出发，增加课堂讨论环节，通过提问、讨论的形式引导学生考虑并发现系统设计时应注意的问题，总结系统的应用场合、控制方法等问题，使学生进一步理解与掌握所学知识，增强学生的实际应用能力。

2.2实践教学环节的加强

实践环节包括实验、课程设计等。针对《机电一体化系统设计》课程综合性强的特点，增加综合性、创新性实验。

课程设计可利用实验室的模块化生产加工系统( MPS) 教学设备，该系统囊括了机电一体化专业学习中所涉及的诸如电机驱动、气动、PLC( 可编程控制器) 、传感器等多种技术，给学生提供了一个典型的综合科技环境。通过完成系统故障检测试验、站点间联网程序控制实验等，使学生曾学过的诸多单科专业知识在这里得到全面认识、综合训练和相互提升。

创新实验，可利用慧鱼模块，任意搭建各种机械模块，如起重机、挖土机等， 在构建机械模块之余，完成电机、传感器的选择、安装，程序的编制等。通过实验环节，使学生能够带着问题来学习和实践，并从中初步掌握科学研究的基本过程和基本方法，培养了学生独立分析、解决问题的能力和创新能力。

此外，鼓励学生参加科研项目，也有利于提高学生的学习兴趣，增强其学习的主动性和目的性。

2.3教学场所的多样化

教学场所作为教学手段应用的环境，不必总是拘泥于教室。实验室和学生生产实习的工厂都是良好的现场教学手段，让学生走出课堂、步入工程现场，让理论联系实际。

3创新能力的培养

创新来自观察，来自实践，可以有计划地设置主体（例如机械创新设计大赛），引导学生课外科技创新活动。目的在于通过这一主体活动，引导更多的学生进行应用型学习。我校新引进了慧鱼的一系列产品，目的在于让学生在拼装各种模型的过程中，不断思索不断创新。

4考核方法的改革

为了更好落实本专业 “一线工程师” 的人才培养目标，提高学生的动手能力势在必行。在考核方式上，根据我校实际情况，在50分的平时成绩中，改变过去以点名和教师对学生的大概印象来评分的模式。即：出勤考核占10分，回答问题和作业占10分，实验占10分，课设占20分。操作增加了学生的动手能力，课设对培养学生主动学习能力、熟悉和深化某一专业知识点大有益处，同时对于专业知识的学习和综合素质的提高作用明显。

5结语

只有将教学内容、教学方法、考核方法等教学改革应用到《机电一体化系统设计》中，才能更好地为教学服务，才能显著提高教学质量。

篇7

关键词：形成性考核；机电一体化；体系；设计

中图分类号：G424；TH39 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2017）01-0243-02

机电一体化专业课程普遍具有实践性强的特点。在现有的机电一体化专业课程教学中，大多采用的是传统的终结性考核方法。然而，传统的终结性考核只是对教学效果的结论性评价，在目前以提高学生的综合素质为目标的情况下，采取单一的终结性评价无益于专业课程教学质量的提高。

本文从机电一体化专业课程教学设计的角度出发，探索形成性考核体系的设计，分析形成性考核体系对促进课程教学的意义，并以机床电气控制课程为例，说明形成性考核体系的具体构建形式。

一、机电一体化专业课程形成性考核体系的设计思路

设计机电一体化专业课程的形成性考核体系，主要目标是有效监控教学过程管理，在提倡学生自主学习的同时有效评价其学习状态和效果，保证教学任务的如期完成，贯彻落实学生全面发展和素质教育的要求。

需要明确的是，形成性考核与终结性考核对于建立完善的学业评价体系而言，缺一不可，二者相辅相成、相得益彰。基于上述考虑，机电一体化专业课程形成性考核体系的设计并非完全排除终结性考核，而是以形成性考核与终结性考核并重作为行动指导原则。

设计机电一体化专业课程的形成性考核体系，重点是要在原有考核体系的基础上，进一步提高形成性考核的比重，丰富形成性考核的内容，创新形成性考核的形式。

二、考核体系的内容和形式

遵循上述设计思路，机电一体化专业课程的形成性考核体系主要包括形成性考核和终结性考核两部分。其中，形成性考核比重从原有的20%-30%提高到40%-50%，相应降低终结性考核的比重。

1.形成性考核的内容和形式。成性考核内容涵盖学生学习过程中知识、素质和技能方面，主要包括学习态度、学习能力和学习效果。其中，学习态度主要指学生课程学习的积极性、主动性和创造性；学习能力主要指学生选择学习资源、学习媒体、学习方式与方法进行课程学习的合理性与有效性水平；学习效果主要指学生独立或分组完成课程学习内容、课程作业、课程实践环节的数量及质量。

形成性考核的形式不仅包括纪律考核、课堂表现考核、作业考核，还包括自主选择学习资源完成指定任务考核、阶段性测验考核、实践环节考核。纪律考核主要考查学生理论课和实践课的出勤情况及是否遵守纪律，特别是实训室的规章制度；课堂表现考核主要考查学生学习态度是否认真、回答问题是否积极、是否能够主动提出问题并与老师沟通；作业考核主要考查学生对所学模块的某一个或几个重要知识点的掌握情况；指定任务考核分小组进行，每组4-5人，综合考查学生的自学能力、交流沟通能力及团队协作能力；阶段性测验考核主要考查学生对某一模块知识的掌握情况；实践环节考核主要考查学生的动手操作能力及运用所学知识解决实际问题的能力。

考核过程中注意考核主体的多元化，特别是在指定任务考核环节，采取教师评价与小组互评、组内成员互评、学生自我评价相结合的方式，加强对学生学习能力及学习过程的评价，提高学生的学生主动性，弥补传统评价体系中以教师评价为主的不足。

2.终结性考核的内容和形式。终结性考核仍采取期末试卷考核的形式，考核内容以学习效果为主，对具体内容进行更为合理的设计。按照最新制定的机电一体化专业课程标准对于知识点的要求，将课程内容划分为了解、理解和掌握三个层次。终结性考核所涵盖内容的80%～90%均为掌握的内容，是指课程的基本知识和基本原理；其余10%～20%为理解的内容，此类考核内容要求学生在理解基本知识和基本原理的基础上举一反三。

机电一体化专业课程的形成性考核体系设计本着全面性和科学性的原则，便于课程形成性考核的实施。体系内容便于量化，并考虑到考核主体的多元化。以机床电气控制课程为例，课程形成性考核体系的设计如表1所示，其中实践环节考核要点及评分标准如表2所示。机电一体化其他专业课程的形成性考核体系设计可参考表1进行。

三、结语

机电一体化专业课程形成性考核体系的设计，旨在增强形成性考核在机电一体化专业课程教学中的可操作性，并总结出一套适用于机电一体化专业课程教学的考核机制，有效解决目前专业课教学中普遍存在的问题，如：学生对课程的学习过程重视不够，出现旷课、不按时交作业等现象；实践环节依赖于小组中的其他同学，自己不亲自动手操作；学期末为了通过终结性考试，出现作弊现象等等。

机电一体化专业课程形成性考核体系的设计，将有助于促进教师的教学和学生对教学标准的理解、认知和掌握；引导教师在形成性考核分析报告的基础上及时把握学生的学习需求、动态，调整教学方案；同时学生可以借助形成性考核工具动态评估学习效果，逐步形成适合自己的学习策略，提高自主学习能力。

值得注意的是，在形成性考核体系中，专业课教师需要作为考核主体全程参与到考核的各个环节当中（如表1所示），这无疑大大增加了教师的工作量。因此，建立相应的考试管理制度是保障形成性考核体系顺利实施并全面推广的关键因素之一。

参考文献：

[1]葛梅.如何建立职业教育课程形成性考核的指标体系[J].教育理论与实践，2004，24（9）：45-47.

[2]曾瑾，李翠英，向征，等.寄生虫学课程形成性考核体系的设计与构建[J].中国病原生物学杂志，2013，8（1）：96.

[3]操君.形成性评价在高校课程教学中的应用[J].安徽农业大学学报（社会科学版），2013，22（5）：117-121.

[4][美]Ellen Osmundson.理解课堂中的形成性评价[J].何珊云，王小平译，全球教育展望，2012，41（4）：3-6.

[5]丁科，罗迎社.在教学中开展形成性考核探索[J].高等建筑教育，2011，20（5）：65-68.

Design of a System for Formative Assessment of Mechatronics Curriculum

SHI Yan，ZHANG Tie-bi，LIU Wei，JIA Xin-li

（Electric Engineering Department of Hebei University of Water Resources and Electric Engineering，Cangzhou，Hebei 061001，China）

篇8

【关键词】空间机械臂；机电一体化关节；设计与控制

前言：随着我国航天事业的发展，在建造空间站、维护设备、进行科学实验等过程中，空间机械臂都发挥出了重要的作用，在维护和组装空间站的工作当中，是一个十分关键的设备。基于太空当中的特殊环境，在机械臂的设计和应用中，机电一体化关节是其最为重要的构成部分，直接影响着空间机械臂的工作精度。

一、机电一体化关节的设计

（一）机械臂的构成

在空间机械臂当中，主要包括在轨控制系统、移动基座系统、末端效应器系统、关节驱动控制系统、结构与机构系统、视觉系统、末端作业工具系统、地面控制台等部分。其中，末端效应器连接臂杆和关节等结构，机械臂的空间运动就能够通过关节的旋转来完成[1]。

（二）机械臂关节的要求

在机械臂关节的实际应用中，需要对完成空间站的维修、建设、维护等工作，从而对空间站的运行状态加以确保。提高航天员的安全性和行动能力，降低航天员的出舱次数。此外，还需要最大限度的将航天员的作业风险降低，同时确保作业环境的安全。在机械臂当中，关节是最为重要的结构，通过力闭环、位置和速度的控制，使机械臂能够实现多自由度的旋转运动。关节需要提供操作驱动和负载能力给机械臂，同时能够紧急制动机械臂，有效限制欲动角度，保护机械臂结构。同时需要提高机械臂控制和测量的精度。通过关节，能够交互中央控制系统和机械臂之间的信息。此外，如果关节发生失效会损坏，应当能够进行方便的在轨拆装。

（三）关节的设计方案

机电一体化关机需要提供传动、驱动、制动、驱动控制、通信、位置速度信号采集、温度信号采集等功能，同时应当严格控制关节的体积和质量。因此，在设计过程中，在确保功能满足要求的基础上，应当尽量进行轻量化、小型化的处理。此外，还应当具备良好的可靠性和环境适应能力。因此，在实际设计过程中，应当结合实际需求，首先确定整体的设计方案，包括冗余设计、中心孔走线、传感器和零部件选型等[2]。结合性能参数和功能要求，对性能指标加以分配，同时对零部件的接口和尺寸进行详细的核对。然后设计关节的电气控制硬件、内部结构，编写相应的控制软件，设定控制算法。在完成关节软硬件和结构的设计之后，还要进行相应的测试检验才能投入使用。

二、机电一体化关节的控制

（一）关节控制模式

在机电一体化关节控制当中，主要包括位置控制、速度控制、力矩控制。在位置控制当中，中央控制器将位置命令发送给关节控制系统，通过位置三闭环结构、电流、速度控制，设置位置控制器、电流和速度，利用传感器获取末端位置、电机等效电流、关节转速等参数，从而对为控制环路提供闭环反馈。在速度控制当中，中央控制器将速度命令发送给关节控制系统，利用双闭环、速度、电流等结构，设置电流和速度控制器[3]。然后利用传感器收集和计算电机等效电流和关节转速，并对控制环路提供闭环反馈。在力矩控制中，中央控制器将力矩命令发送给关节控制系统，利用力矩双闭环和电流结构，来设置电流和力矩控制器。再利用传感器采集和计算电机等效电流和力矩参数，为控制环路提供闭环反馈。

（二）关节控制方法

在机电一体化关节当中，主要包含了谐波减速器、伺服电动机等结构。其中的扭转弹簧具有一定的刚度，它与减速器柔轮之间存在着等效的关系。在系统控制的过程中，外界干扰和摩擦等因素将会对其造成影响。因此，应当针对关节系统，进行力学模型的建立。通过这一模型来计算和设置后续矢量控制等参数。在这一过程中，会涉及到关节输出轴位置、电机轴位置、负载惯量、扭转弹簧刚度系数、减速比、非线性摩擦力矩、电机惯量、电机阻尼系数、驱动力矩等参数。

在关节控制系统中，主要包括位置环、电流环、速度环等部分。因此，在其运动控制的过程中，应当确保其在变负载、不同负载等情况下保持稳定状态。由于关节运动速度较低，位置动态响应能力要求也不高，因此，在控制算法中，应当对关节柔性影响给予更高的重视。这样，就能够抑制控制振动，使振动次数和振幅降低。在抑制柔性关节扭转振动的过程中，与低速非线性摩擦补偿、高精度定位控制设计、级联动力特性等问题密切相关[4]。

在机械臂关节空间转动过程中，时变性惯量的出现，与机械臂的负载变化和位型变化有关。在运动控制算法中，主要涉及到PID控制加柔性补偿、计算力矩前馈、状态空间反馈等问题。在设置参数的过程中，PID技术能够发挥良好的作用，具有较高的灵活性，因而能够产生良好的控制性能。在当前很多相关产品中，都对线性PID增量控制算法进行了应用。如果没有对动态响应提出过高的要求，在控制位置、电流、转速闭环的时候，可以采用PI控制方式，利用动态模型来模拟摩擦模型，并在控制其中进行补偿。另外，由于谐波减速器需要达到一定的刚度，应当进行柔性扭转控制补偿，对变参数PI设计加以应用。如果负载面发生大范围变化，控制系统应当结合实际情况，分别设定多个控制参数，在线进行调整和切换，从而维持机械臂的稳定运行。

结论

在当前的航空领域当中，空间机械臂是一种非常重要的设备，在空间站的各项工作任务中，空间机械臂都发挥着不可替代的巨大作用。在实际应用中，若要实现空间机械臂稳定、高效的运行，就离不开关节的辅助。对于空间机械臂来说，其性能会受到机电一体化关节的直接影响。因此，应当对其进行详细的设计和控制分析，从而使其能够更加良好的发挥作用。

参考文献：

[1]胡素梅. 空间机械臂机电一体化关节的设计与控制[J]. 电子制作，2014，01：54.

[2]罗俊. 浅谈机电一体化关节在空间机械臂中的设计和控制[J]. 山东工业技术，2014，13：156.

篇9

关键词：光机电一体化 PLC设计

一、微生产线的基本结构设计

自动化生产线最初是在机械制造业中实现的，其中最早出现的是机床自动化生产线。随着工业的不断发展和用户的不同需求，微生产线的发展近几年来也崭露头角。它相对于大型的自动化生产线有着诸多的优点，如体积小、成本较低、生产效率高、易操作、易检修、技术定向等等。

笔者以设计一条基于光机电一体化技术的微生产线为主要内容，综合阐述了整个生产线各个独立单元的设计内容和设计方法。这条微生产线系统以工业生产和工程应用为背景，有较高的集成度和开放性，各个单元可拆分独立使用，也可综合整体使用。它可以对工件进行送料检测、加工、搬运、装配及分类存储。系统中应用多种传感器实现对工件材料的检测识别，然后通过模拟打孔装置对工件进行加工，再由搬运单元搬至装配单元，再将装配好的工件搬运至存储单元，最终由机械手对到位的工件完成分类存储。

二、微生产线中基本单元的设计

1.供料单元的设计

它是整个系统的第一个单元，也是整个工作中最基础的模块。供料过程中，供料气缸从料仓中推出工件，推料气缸推出工件。供料单元有三种传感器，可检测区分材质、颜色，供后面单元分类操作。

送料检测单元主要完成对工件的检测任务，它的主要组成及用途如下。

（1）料仓装置：用于存储要加工的工料。

（2）送料气缸：把工料送至颜色检测位置。

（3）推料气缸：把检测完毕的工料送至加工转盘。

（4）电磁阀及气动元件：用于控制气缸伸缩。

（5）光电传感器：用于检测输送台上工件。使用传感器上面的旋钮调节需要的检测距离，检测范围为1～9cm。

（6）光纤传感器：一对对射式光纤传感器为料仓传感器，感应料仓中是否有工件。

（7）电感式传感：用于检测金属，检测的距离一般是有要求的，设计时规定5mm。

2.加工检测单元的设计

首先由传感器来检测待加工工件是否到达旋转圆盘上。若已经到达，那么旋转圆盘则执行接下来的动作，通过90°的旋转把待加工的工件送到工件要进行加工的正确位置上。钻孔装置对工件进行打孔加工，接下来旋转圆盘再旋转90°进行接下来的动作。这一动作的执行是利用气缸来检测已加工工件的深度，如果气缸已经推到底那么就说明加工工件的孔是符合要求的，不然的话不符合要求。

加工检测单元由四工位转盘、模拟钻孔加工装置、深度检测装置、传感器、电磁阀及气动元件、三相380V交流电动机、并励直流电动机、涡轮蜗杆减速机、电磁离合器等组成，主要完成对工件内径的钻孔加工。

3.装配单元的设计

将搬运单元传送来的工件进行装配成形后，搬运到分类存储单元。当放料口有工件，拖料气缸开始执行动作，把钻完孔的工件移动到对应的位置，该位置的顶料气缸就会缩回，这样就实现了装配任务，此时装配完成的工件被拖料气缸推出，已进行下一步的执行动作：搬运单元来搬运。

装配单元主要由配件料筒、装配台、抵料气缸、拖料气缸、光纤传感器、电磁阀及气动元件等组成，主要完成将搬运单元传送来的工件进行装配成形。

4.搬运单元的设计

上一单元的合格工件到位，伸缩气缸、提升气缸、旋转气缸相互配合，测工件到位后，由传送机构传送到位。

5.分类存储单元的设计

把不同的工件经过检测，分类放置，可检测材质颜色等。该单元可以按行进行分类存储，也可以按列进行分类存储，用户可以根据生产需要进行设定；从下到上或者从左至右是工件的入库顺序。

三、微生产线的机械设计

1.气缸的选型

在设计过程中，需要根据不同的工作原理及不同的应用范围来选择合适的气缸。系统中使用气缸的机构及相应的气缸选型如下。

（1）送料检测单元共使用了2个单作用类型的气缸：一个是用于将料仓中的待测工件推至检测位置的圆柱形气缸，另一个是用于将检测完毕的工件从检测位置推至加工转盘的圆柱形气缸。

（2）加工检测单元共使用了3个单作用类型的气缸：一个是用于固定加工转盘上待加工工件的圆柱形气缸，另一个是用于提升钻孔电动机的圆柱形气缸，再一个是用于检测加工工件深度（检测加工元件是否为合格品）的圆柱形气缸。

（3）搬运单元。共使用了三种类型的四个气缸：一是用于机械手升降的单作用圆柱形气缸，一是用于机械手伸缩的单作用圆柱形气缸，一是用于抓夹工件的气手指，一是用于使机械手旋转至抓夹位置的双作用气缸。

（4）装配单元共使用了2个单作用类型的气缸：一个是用于拖动装配台至装配位置的圆柱形气缸，另一个是用于抵住配件料筒中工件的圆柱形气缸。

（5）分类存储单元共使用了2个类型的气缸：一是用于机械手伸缩的单作用圆柱形气缸，另一个是用于抓住工件的气动手指。

2.电磁阀的选型

在微生产线的设计中，气动电磁阀是控制气缸的枢纽部件，在进行气动电磁阀的选型时，需要根据选用的气缸的种类进行电磁阀的选择。

系统中大部分选用了的单作用气缸（机械臂也为单作用气缸），统一采用型号为4V110-06-DC24-2.5W的气动电磁阀。它是一个二位五通单电控电磁阀，可以良好的配合该系统使用的气缸的工作。此外，在搬运单元中，用于控制机械手旋转的双作用摆缸，采用型号为4V120-06-DC24-2.5W的气动电磁阀。

3.机械传动的设计

由于每一种机械传送方式都有各自的特点，需要根据不同的要求选择不同的机械传动方式，在加工转盘的旋转过程中，使用了涡轮蜗杆对旋转位置进行精确定位，在分类存储单元机械手的伸缩、提升使用了滚珠丝杠进行平稳放置工件，搬运单元使用了带传送进行工件的水平传送。

四、PLC控制系统的设计

在微生产线系统中，根据系统中多单元协同工作，要求PLC之间实现网络通讯，多传感器、气动元件动作，要求具有数字量、模拟量扩展功能；能够控制步进、变频、伺服电动机的工作，要求PLC具有较强的运动控制的功能；根据国内的电压等级为220V/380V，要求电源可以在该范围工作；由于系统需要拆装和移动，要求PLC具有较强的抗震能力。参考市售PLC产品的价格，最终选定西门子公司生产的S7-200系列PLC。

五、人机界面的设计

人机界面又叫HMI，是用户对自动化控制系统的一种检测、控制手段。本条微生产线采用了MT4404T系列的触摸屏，进行系统的操作和基本状态的监控。该触摸屏具有方便的接口、简捷的开发系统、良好的用户体验等特性，适合用户的基本需求。

六、设计方案的预期和不足

篇10

【关键词】电脑鼠；Cortex-M3；电机；红外；陀螺仪；测速；上位机

1.概述

人类在科技的发展史上，一直在尝试着想要创造出一个具有肢体、感官、脑力等综合一体的智能机器人，而电脑鼠就是一个很能够用来诠释肢体、感官及脑力综合工作的基本实例，这也是当初电脑鼠被发明的理由，希望能够借助电脑鼠的创作来进而研究与发明更加复杂的机械。21世纪是一个科技化、智能化的世界，对智能化进行更加深入的研究也是我们自动化专业将来发展的一个方向。

这一年来，通过对电脑鼠的不断改进和研究，我们研发了一款新型的电脑鼠，该电脑鼠以ARM_CortexM3为核心，包括电源模块、伺服电机模块、红外测距模块、陀螺仪模块以及蓝牙通信模块。以下针对研发步骤以及在研发过程中遇到的问题进行一些说明。

2.系统硬件设计

2.1 电源模块

电压模块我们采用了开关稳压电源以及线性稳压电源，在设计电源时，我们把每个模块都分开来处理，开关稳压电源采用TPS5430芯片，主要给红外发射模块供电，线性稳压电源TPS77301以及TPS76033均输出3.3V，分别给单片机、陀螺仪，电机及红外驱动等供电。

开关稳压电源主要是给红外发射管提供足够大的电流，满足其对发射功率的要求。同时，选择了7.4V的可充电锂电池，一方面，体积小、容量较大，另一方面，可以为电机直接提供电源，无需转换。

2.2 伺服直流电机模块

电机是电脑鼠的一个核心部分，以往的电机是采用步进电机，比较好控制，但不能提高速度，本系统选择的电机为FAULHABER1524B-009SR直流伺服电机，该电机自带编码器与减速环，通过两路编码器输出，我们可以很快测出电机的转速以及电机转动的方向。电机驱动芯片我们选取了DRV8833，通过两路PWM控制一个电机以实现正反转。通过测试，电机的转速可从0变化到3000r/min。

通过伺服直流电机的测速以及单片机的PWM控制，我们通过PID对电机的转速实现闭环控制，提高了准确度。

2.3 红外测距模块

红外测距主要使用了四对红外收发管，以实现对前方、左右两侧的墙壁检测，不仅可以判断出是否有墙壁，同时还实现了对墙壁距离的检测，红外不仅仅是实现了从一个开关量到一个模拟数据量的转换。红外发射管选择为普通的红外发射管，红外接收管选择的型号为TSL262R，它将距离转换为电压，通过对电压的测量来得到电脑鼠当前的位置信息。对于红外数据的处理，主要使用了曲线拟合的方式，同时，通过PWM对发射功率进行控制，可以使四个红外基本上一致，得到比较理想的结果。红外发射管需要采用驱动芯片来满足它对发射功率的要求，同时，采用了小电阻对其分压。

2.4 陀螺仪模块

陀螺仪的设计主要是为了让电脑鼠在转弯方面得到优化，实现对角度的闭环控制，减少其在弯道上出错的几率。对陀螺仪主要是进行角加速度到角度的转换，以往的电脑鼠上加上小罗盘来对方向进行控制，而电机中的磁场对罗盘的影响很大，使用陀螺仪很好的解决了这一问题，通过对角加速度进行积分可以转换为角度，实现对速度的闭环控制，同时，电路简单，易于缩小电脑鼠的体积。

2.5 无线通信模块

在本系统中，无线通信模块主要是为了对电脑鼠进行更方便的调试，在电脑鼠行进的过程中，可以将数据发送回电脑通过对数据的处理实现对电脑鼠更加精确的控制，我们采用了编写上位机的形式，将无线模块采回来的位置进行处理，对迷宫的信息实现实时的记录与控制。无线模块使用的是蓝牙BC04转串口模块。

3.系统总体设计

系统的工作原理：通过微处理器的控制，由电机编码器测速来获取电机的当前速度，通过速度闭环即可实现电脑鼠的直线行走，红外测距避免电脑鼠与墙壁发生碰撞，通过判断有无墙壁来控制电脑鼠转弯，陀螺仪辅助电脑鼠直线行走与转弯，确保电脑鼠转到正确的角度，在正确的方向上行驶，无线通信模块主要通过收发数据来实现对电脑鼠的准确控制。

4.特色与创新

本系统相比以前的电脑鼠而言，有很多优化的地方，这也使得这款电脑鼠在性能上更加先进。

首先，伺服直流电机在电脑鼠上面的使用。以往的电脑鼠为了能够实现更好的控制，往往使用步进电机来控制，虽然步进电机在控制上取得了优势，然而速度却提不上来，尤其是在电脑鼠转弯上面，浪费了大量的时间。我们研究的新型电脑鼠以直流电机为基础，大大提高了电脑鼠的速度，同时，也减小了电脑鼠的体积，使其更加灵活。

其次，红外模块在布局上更加优化，使其测试范围更广，抗干扰能力也得到了增强。而且新型的红外接收头可以将接收到的红外光线的强弱转化为电压的大小，从而实现红外测距的功能。

最后，陀螺仪模块也是这款电脑鼠的特色，以往用步进电机控制的电脑鼠在转弯时不能检测转弯角度是否准确，是一种开环控制，出错概率较大。而陀螺仪可以在转弯时校正旋转角度，实现闭环控制，使控制更加精确、转弯速度大幅提升，出错概率大大减小。

5.结语

自从电脑鼠被发明以来，它就受到了人们的青睐，它是使用嵌入式微控制器、传感器和机电运动部件构成的一种智能行走装置，电脑鼠可以在不同“迷宫”中自动记忆和选择路径，采用相应的算法，快速地达到所设定的目的地。现在国际上每年都有电脑鼠走迷宫的专业比赛，现在这项比赛也成为了各高校的热门科技项目，各高校都对新型电脑鼠进行了一定的研究。它对于机器人、智能车的研究也有很大的帮助，随着技术的发展，电脑鼠也将得到长足的发展。

参考文献

篇11

关键词:机电一体化技术;汽车设计;应用

随着我国汽车行业的发展速度不断加快，大大拓展了汽车设计中机电一体化技术的应用范围，同时也大大提高了机电一体化技术的水平。稳定性、经济性和安全性等是机电一体化技术具备的特征，通过对汽车设计中机电一体化的应用进行研究，不但可以将汽车的整体稳定性提升，同时可以为机电一体化技术质量提供保障，从而对我国汽车行业的发展具有重要的推动作用。

1在汽车设计中机电一体化技术存在的问题

1．1陈旧机电一体化技术设备

我国汽车机电一体化设计技术具有较晚的起步时间，这样传统手动汽车控制系统的设计无法使汽车用户的实际需求得以满足［1］。同一汽车厂对不同车型的设计标准和操作流程没有统一的制定，这样无法规范汽车机械零件的设计方法，从而使机电一体化技术出现一些问题，如不够科学和规范以及无法安装等，使人们对现代化汽车设计的基本要求无法满足。这些问题的存在对汽车设计中机电一体化技术的提升和改进产生不利影响。由于汽车设计应用设备的落后性不但对大量的人力、物力和财力造成了浪费，同时使汽车设计中机电一体化技术的成本提升，从而对机电一体化产品的更新和机电一体化设计技术的创新造成阻碍。

1．2汽车设计理念的落后性

由于落后的机电一体化设计理念会大大降低汽车整体运行的性能和工作效率，这对汽车本身的设计方案造成一定的破坏，使汽车发生故障的次数增加，对创新和发展现代化机电一体化汽车设计技术造成影响［2］。另外由于汽车设计理念的落后性，无法有效的推广新型机电一体化技术方法，无法为汽车良好的运转性提供保障。在汽车实际运行中，传统的汽车维修人员对创新汽车设计理念工作并不重视，这样无法进一步推广和使用机电一体化技术，对创新汽车设计方法和提升汽车运行的整体安全性造成影响。

1．3汽车机电一体化技术人员较低的综合素质

由于不断增加汽车需求量，使汽车行业缺乏相应的汽车实际人才，这样在汽车行业中会使用一些非专科毕业的工作人员，从而对机电一体化技术的使用范围无法提供保障。另外汽车设计具有复杂的程序和较高的技术含量，如果汽车汽车人员的专业技术不丰富，会在安全过程中忽视一些小的零部件，这对汽车运行中的稳定性无法保障。而且由于汽车机电一体化技术人员具有较低的综合素质和专业素质，对安装检查汽车机电一体化技术设备造成影响。

2在汽车设计中完善机电一体化技术的措施

2．1将现代化机电一体化技术设备不断更新

在设计汽车过程中，机电一体化技术人员应该对计算机应用软件正确的使用，这样可以对汽车工程领域中机械技术的改善具有重要的作用［3］。技术人员要对机电一体化技术设备不断的改善，从而可以将汽车设计中处理信息的技术提升，而且要将汽车驱动技术和计算机集成技术等合理的应用到汽车的设计系统中。汽车设计中各个方案的执行是通过不断创新机电一体化设计技术设备来完成的，这样可以将汽车运行的整体功能性大大提升，使汽车电子系统与机电运行系统充分融合的目的得以实现。

2．2对传统的汽车设计理论进行创新

在设计汽车过程中关键的技术主要是机电一体化技术，所以在完善汽车性能的过程中机电一体化技术的创新设计的作用是不可代替的，同时创新汽车设计程序和理念可以将汽车的整体性能大大提升。但是在这个过程中要对各个因素阻碍进行克服，造成这种现象的主要原因是人们出行的安全问题，如生命财产安全会受到汽车内部各个零部件运行质量的影响。因此要充分的融合汽车的微电子精算技术和设计机技术，不断提升汽车的整体性能。只有在汽车设计中充分的应用汽车机电一体化技术，才能够将汽车机电一体化的微电子技术水平不断加强，从而可以进一步提升汽车的稳定性和安全性。

2．3将汽车设计人员的综合素质不断提升

智能化和功能化是目前汽车设计中机电一体化技术的主要发展方向，所以引进汽车机电一体化设计的人员不但要掌握较高的专业技术，同时其专业素质要符合要求［4］。同时要对新技术培训和专业考核制度的力度不断加强，这样机电一体化设计人员可以将汽车整体的机构和运行系统的专业规范熟练的掌握，从而可以为汽车的运行质量提供保障。同时汽车设计人员应该将相应的理论和专业技术不断完善，将微电子技术的应用范围不断推广，这样不但可以将技术人员的实践操作能力提升，同时可以将汽车运行的整体水平大大提升。

3结论

由此可见，随着在技术设计中机电一体化技术的应用力度不断加强，消费者逐渐用更高的标准要求汽车的安全性和稳定性等。在汽车设计中应用机电一体化技术，对机械领域各个方面的发展都具有重要的推动作用。但是其也存在一些相应的问题，这需求汽车企业采取针对性的措施，将这些问题合理的解决，从而可以在汽车设计中更好的应用机电一体化技术，进而可以大大提升汽车设计水平。

参考文献:

［1］张旭梅．机电一体化技术在汽车设计中的应用分析［J］．低碳世界，2017，20(02):221-222．

［2］石开华．浅谈机电一体化技术在汽车设计中的应用［J］．科技视界，2016，15(05):128+144．

［3］袁满祥．浅析机电一体化技术在汽车中的应用［J］．科技创新与应用，2016，23(08):106-107．

篇12

关键词：机电一体化 园林 设计

中图分类号：K928文献标识码： A 文章编号：

机电一体化的发展及现状

日本企业界在1970年左右最早提出机电一体化技术的概念，结合应用机械技术和电子技术于一体。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术获得前所未有的发展，总体分解成相互关联的若干成为一门综合计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术和机械技术等交叉的系统技术，目前正向光机电一体化技术方向发展，应用范围愈来愈广。

机电一体化技术具体包括以下内容，首先是机械技术，机械技术是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，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。综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技术等群体技术，从系统理论出发根据系统功能目标和优化组织结构目标，在机电一体化系统制造过程中，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，同时 其中信息交换、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。其次是系统技术，系统技术即以整体的概念组织应用各种相关技术，从 出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，它是实现系统各部分有机连接的保证。

第三是动控制技术，由于其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。第四是传感检测技术，传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下，形成物质的和能量的有规则运动，在高功能、高质量、高精度、高可靠性、低能耗等诸方面实现多种技术功能复合的最佳功能价值系统工程技术，它是机电一体化系统达到高水平的保证。最后是伺服传动技术，包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。

机电一体化设计在园林学中的发展

机电一体化工程以增加生产、提高劳动生产率、提高生产的经济性为目标来研制和发展新的机械产品。在未来的园林设计的时代，新产品的研制将以降低资源消耗，发展洁净的再生能源，治理、减轻以至消除环境污染作为超经济的目标任务。机械可以完成人用双手和双目，以及双足、双耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好。现代机电一体化工程创造出越来越精巧和越来越复杂的机械和机械装置，使过去的许多幻想成为现实。

人类现在已能上游天空和宇宙，下潜大洋深层，远窥百亿光年，近察细胞和分子。新兴的电子计算机硬、软件科学使人类开始有了加强，并部分代替人脑的科技手段，这就是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的影响，而在未来年代它还将不断地创造出人们无法想象的奇迹。人类智慧的增长并不减少双手的作用，相反地却要求手作更多、更精巧、更复杂的工作，从而更促进手的功能。手的实践反过来又促进人脑的智慧。在人类的整个进化过程中，以及在每个人的成长过程中，脑与手是互相促进和平行进化的。

人工智能与机电一体化之间的关系近似于脑与手之间的关系，其区别仅在于人工智能的硬件还需要利用机械制造出来。过去，各种机械离不开人的操作和控制，其反应速度和操作精度受到进化很慢的人脑和神经系统的限制，人工智能将会消除了这个限制。计算机科学与机械工程之间的互相促进，平行前进，将使机电一体化工程在更高的层次上开始新的一轮大发展。

机电一体化的知识总量还很有限，在欧洲的大学院校中它一般还与土木工程综合为一个学科，被称为民用工程，19世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。随着机电一体化技术的发展和知识总量的增长，机电一体化开始分解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在20世纪中期，即在第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。

由于机电一体化的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握，一定的专业化是必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统观和统筹稍大规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新技术的出现和技术整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专业的专家们掌握的知识过狭，考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难，也不利于继续自学提高。

机电一体化在园林设计中的应用

中国园林历史悠久，是我国古代建筑艺术的珍宝，造园艺术更是源远流长，早在周武王时期就有建宫苑的活动，她的形成主要受统治阶级的思想及佛道、绘画、诗词的艺术影响，如在魏、晋、南北朝时期，统治阶级争夺激烈，国家呈分裂状态，加之道、佛盛行的影响，产生了玄学，这时的士大夫，或人欲享乐，或洁身自好，或遨游山水，导致了自然审美观的形成，治园特点也多为自然情趣的田园山水。中国古典园林的构造，主要是在自然山水基础上，铺以人工的宫，廊、楼、阁等建筑，以人工手段效仿自然，其中透视着不同历史时期的人文思想，特别是诗、词、绘画的思想境界。

机电一体化是许多科学技术发展的结晶, 是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。现代化技术的广泛应用下园林设计也离不开机电一体化的技术的渗透。中国古典传统园林所讲求的意境经过2000多年的历史发展，已经到了登峰造极的地步，以后可能会有更好的作品出现，但从大趋势来看，机电化以及成了一个明确的发展趋势。更多的光影照明等元素会融入到园林设计中。按照这个思路，造就一流园林的必要条件，应该是创造园林的传统意境和科技文明对园林现代化的普遍需求相结合。我们目前对园林现代化的普遍需求还正在建立之中，但还处在较浅的层次和较简单的基础上。在这样的情况下，我们要想有所长进、有所作为，就必须认真学习和研究古今中外一切有益的经验，提高创造园林机电一体化的能力，以适应社会对园林文化日益普遍、日益深刻的需求。

参考文献：

[1] 翟涛.浅谈机电一体化技术的现状与发展趋势[J]. 科技信息. 2012(26)

[2] 黄恩勇.浅谈机电一体化技术的应用与发展趋势[J]. 科技与企业. 2012(04)

篇13

关键词：机电一体化；工程机械；智能；环保

中图分类号：F407文献标识码： A

前言：伴随科学技术的飞速发展，带动了不同学科间的相互渗透及共同发展，自从机械一体化技术出现以来，其已经有了长足的发展，并对传统的机械领域产生了翻天覆地的变化，使机械工程步入了“机电一体化”时代。机电一体化不是单纯将机械技术与计算机技术简单相加，机电一体化区别于机械电气化，有本质上的差异，机械电气化只是将电气的观念引入了机械领域，并没有给传统的机械领域带来根本性的改变，而机电一体化在将计算机技术引入机械领域之为传统机械赋予了许多新的功能，给传统机械创造创更广阔的发展空间。

一、机电一体化技术在工程机械中发挥的作用

（一）监控中的运用

工程机械中的电子监控可以对工程机械的发电机、传动系统、工作装置等的运行状态进行全面的监控，自动发现问题，给维修人员提供一定的信息，说明维修人员和机械使用员及时的发现问题和故障，并对设备进行检查和维修，保证机械的正常运行，极大地提高了工作效率，降低了维修费用，减少不必要的损失，也可以避免重大故障的发生。

（二）节能功能

在传统的工程机械使用中能量的利用率比较低，比如说液压挖掘机的能量利用率仅仅只有30%左右，工程机械中电子节能控制器的运用，大幅度提高挖掘机等大型工程机械设备的能量利用率，一定程度上发挥到了节能的作用。电子节能控制器操作比较简单，对机械的磨损也相对减少，从而提高了工作的效率。

（三）使得称量变得更加的精确

在工程机械设备中使用电子控制系统可以将称量的过程自动化，对称量系统实现微机控制，使得称量更加精确，减少了误差，提高了工作效率，同时采用自动化称量系统还节约了人力，降低了施工人员的工作强度，高效、快捷，符合现代工程施工的要求。

（四）机械操作的自动化能够降低劳动强度

在工程机械施工操作中引入机电一体化实现操作的自动化或者半自动化，这样大大降低了劳动强度，提高了工作效率，并且大大减少了因为操作者工作经验不足而造成的作业精度的影响。

二、机电一体化在现代机械制造业中的应用

（一）机电一体化技术应用于机床的创新

在机电一体化应用中，Z80-CPU各种应用软件较多，在我国机床数控方面应用比较普遍，因为它的系统开发较容易。我国的数控机床一般均采用经济型的光电隔离电路及Z80-CPU微机、微机I/O接口电路以及功率放大电路等。而且这类Z80-CPU及其配套的芯片普遍、廉价并且相对于其他的技术来说相对可靠、维修方便、通用性强。Z80系列有独特的I/O指令，而且I/O接口译码硬件也较简单，其微机运行时间也较短、重要的是其指令格式也相对较短，这样非常有利于缩短扫描现场机床工作状况的周期。

由于大部分的数控机床要求工作刀具或工作台必须精确按照沿坐标轴的运动，因此在这类机电一体化应用中，就必须要考虑采用具有插补功能的连续控制方式。滚珠丝杠摩擦损失小，副传动效率高，在整个操作中无爬行现象，运动平稳，给予适当预紧，采用氟塑贴面导轨，它具有耐磨性好，摩擦系数小，可消除低速运动的爬行现象，同时它的抗撕伤能力强、以及成本低等优点。反向时可以定位精度高、消除空间死区以及刚度好。可消除螺母和丝杠的螺纹间隙，因此一般数控机床的执行机构传动方式采用滚珠丝杠副传动。

（二）电子监控、故障自诊以及自动报警

电子监控、故障自诊以及自动报警，也就是说对于工程机械的工作装置，传动系统、发动机、液压系统以及制动系统进行全面的监控，一旦在运行的过程中发生异常情况，就会自动地找出故障的位置并自动进行报警提示。机电一体化的发展和应用，大大地改善了操作人员的现实工作条件，全面提高了机械设备的工作效率。与此同时，简化了机械设备检查和维护的工作，相应地减少了维修费用，大大降低了维修停机的时间，对于提高机械设备的使用寿命有很大的作用和意义。

（三）降低功耗，提高生产率

一般的工程机械使用时功耗较高，但是生产效率确较低，例如传统的液压挖掘机不仅功耗较高，能量利用率不到30%，而且生产率较低。但是应用了机电一体化技术的工程机械利用先进的电子控制系统使机械的功耗大大降低，生产率明显提高，例如采用了卡特电子系统的液压挖掘机，功率利用率明显提高，从而使机器的生产率大大增加。又如将机电一体化技术应用于柴油发动机，由于电子调速器等的应用，使柴油发动机可以根据不同的工况选择不同的工作模式，降低了柴油发动机的功耗，增加了柴油发动机的工作效率。

（四）提高精度，增加良品率

机电一体化技术在工程机械中的应用，通过精密的电子控制系统，大大增加了工程机械作业的精度，使得整个生产过程的良品率大大提高。传统的机床加工的产品的精度很多时候是依靠操作人员的经验和操作的熟练程度，产品的良品较低。而应用的机电一体化技术的数控加工机床或者加工中心的加工精度显著提高，其可以根据控制系统的命令自动进行作业，并根据回馈系统的信号及时调整作业，产品良品率大大提高。比如最先进的数控金切机床的加工精度已经可以达到0.001mm左右，超精密数控机床的微细切削和磨削加工精度可达到0.05μm左右。

三、机电一体化发展趋势

（一）智能化

智慧化是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化的研究中日益得到重视,机器人与数控机床的智慧化就是重要应用之一。这里所说的智慧化是对机器行为的描述,是在控制理论的基础上,吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学等新思想、新方法,使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力,以求得到更高的控制目标。诚然,使机电一体化产品具有与人完全相同的智慧是不可能的,也是不必要的。但是,高性能、高速的微处理使机电一体化产品赋有低级智能或者人的部分智慧,则是完全可能而且必要的。

（二）模块化

模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口和环境接口等的机电一体化产品单元,是一项十分复杂但又非常重要的事情。如研制集减速、智慧调速、电机于一体的动力单元,具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元,以及各种能完成操作的机械装置等。有了这些标准单元就可迅速开发新产品,同时也可以扩大生产规模。为了达到以上目的,还需要制定各项标准,以便于各部件、单元的匹配。由于利益冲突,近期很难制定出国际或国内这方面的标准,但可以通过组建一些大企业逐渐形成。

（三）环保化

工业的发达给人们生活带来巨大变化。一方面,物质丰富,生活舒适;另一方面,资源减少,生态环境受到严重污染。于是,人们呼吁保护环境资源,回归自然,绿色产品概念在这种呼声下应运而生,绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的过程中,符合特定的环境保护和人类健康的要求,对生态环境无害或危害极少,资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品,具有远大的发展前景。机电一体化产品的绿色化主要是使用时不污染生态环境,报废后能回收利用。

（四）系统化

系统化的主要表现特征就是系统体系结构进一步采用开放式与模式化的总体结构。系统能够灵活组态,并进行任意剪裁与组合,同时寻求实现多子系统协调控制及综合管理，特征之二是可以使通信功能极大增强。

参考文献

[1]岳鸣飞，马福喜.机电一体化在工程机械上的应用与发展[J].内蒙古煤炭经济，2013，（9）.

篇14

关键词：机电一体化 故障 特点 对策

1 机电一体化的概述

机电一体化技术是机械技术与电子技术结合的产物，机电一体化包括：计算机技术、信息技术、微电子技术以及光学技术、液压技术等多学科技术，通过多技术的综合运用能够实现对多功能系统进行合理布局与配置，实现了生产的低能耗、多功能、高质量的要求，促进了生产系统的最优化发展。当然机电一体化技术并不是所有技术的重合叠加，而是对所有技术系统化运用，实现各个技术的综合整合，机电一体化设备主要包括：执行部分、动力控制以及机械本身三个部分，而机电一体化系统则主要包括：磁、光、气、液、电、机等。概括来讲：机电一体化技术就是在对计算机信息处理、控制以及可驱动原件特性等技术进行充分应用的一门现代化的高科技技术。

2 机电一体化设备故障特点分析

机电一体化设备关系到企业正常的生产，因此一旦企业的机电一体化设备发生故障，就会影响到企业的生产，给企业的经济带来一定的损失，因此做好机电一体化设备的故障维修工作是实现企业安全生产的必要手段。机电一体化设备包含的零部件非常的多，而且这些零部件具有很高的科技含量，其大部分与电子技术相关，因此相对于机械设备相比，机电一体化设备出现故障的概率要大，而且导致机电一体化设备出现故障的因素也比较多，可能是因为机械设备的原因，也可能是因为电子技术的因素，所以机电一体化设备在故障维修时的难度很大，具体而言，机电一体化设备故障的特点主要集中在以下几个方面：①机电一体化设备发生零件磨损的概率比较大，机电一体化设备包含大量的零部件，这些零部件在使用过程中会经常发生严重的磨损，而一旦零部件出现磨损就会导致机电一体化设备发生故障。②机电一体化设备故障发生具有突发性与隐蔽性。机电一体化设备含有大量的电子产品，这些电子产品出现故障前夕是没有任何征兆的，不同于机械产品可以通过系统的观察预测到故障的发生，因此一旦电子产品出现细微的故障，机电一体化设备就会瞬间停止工作。③机电一体化设备的报警系统不完善，在机电一体化设备发生故障后，报警显示系统不能全面反映故障发生的部位以及原因，导致在维修的时候很难确定具体的故障原因。④多故障同时发生。机电一体化设备故障的发生多是伴随着多种故障的同时发生，而且这些故障并不是简单的重复相加，而是相互影响。比如机电一体化设备在不运转时，人们可能会判断是机械设备出现了故障，其实除了机械设备出现了故障之外，电子技术也出现了故障，因为它们是相互影响的，一旦设备出现故障就会导致电子产品出现故障。

3 机电一体化设备故障的诊断方法

由于机电一体化设备故障的独特性，使得依靠传统的故障诊断方法已经不能适应机电一体化设备的发展要求，因此在机电一体化设备故障诊断时需要诊断人员了解机电一体化设备的运行情况及特点，掌握机电一体化设备各个功能的运行以及各个功能部位发生故障可能会造成的影响。总之对于机电一体化设备故障诊断的方法包括很多种：故障树分析法、自诊断法、环境因素检测诊断法。具体到实践中机电一体化设备诊断的原则应该遵循以下三点：一是先机后电法，也就是先检测机械设备故障，通过直观感受机械设备所存在的明显故障，比如机械设备的碰撞、打滑等都是可以直接观察到的，机械设备零部件出现的磨损等故障也是可以直接检测出来的，机械设备故障相比电子设备故障的诊断要容易得多，因此在机电一体化设备发生故障后，要第一时间观察机械设备是否出现故障，如果机械设备没有故障，再检测电子设备。二是先主后次。先就设备的主要部位进行检测与分析，在确保机电一体化设备的主要部位没有故障后，再分析次要部位的故障，因为主要部位产生故障后产生的后果影响是巨大的，也是比较难以维修的。三是先外后内。按照执行部件――控制部件――驱动部件的顺序进行逐一检查，以找到引发故障的源头之所在。

4 提高机电一体化设备可靠性的对策分析

机电一体化设备正在朝着智能化、自动化方向发展，因此提高机电一体化设备的可靠性也要积极借助计算监控操作系统实施，具体的提高机电一体化设备的可靠性方法：一种是采用可靠性高的元器件进行设计，当系统出现故障时用诊断的方法定位故障所在并迅速排除。这时，一般要中断系统的正常工作；另一种是采用容错技术，必要时对重要部位可以采用亢余设计组成一个可靠性较高的系统。

当然机电一体化设备的可靠性还可以用提高机械工作精度（如运行精度、加工精度、控制精度等）来获得，可采用精密机械改造传统机械，电路控制用微机和PLC控制，用先进数控装置控制。

总之随着机电一体化设备在企业生产中的应用，提高机电一体化设备的可靠性，加强机电一体化设备的故障诊断与维修已经成为企业生产工作的重要组成部分，因此我们在日常生产中要密切关注机电一体化设备的故障发生与诊断，进而降低企业的经济损失，实现企业的可持续发展。

参考文献：

[1]武福龙.机电一体化设备的故障诊断技术研究[J].中国高新技术企业，2014（12）.