《机电一体化控制技术与系统》课件第1章.ppt

1、第1章机电一体化概论 第1章机电一体化概论 1.1 机电一体化的概念机电一体化的概念 1.2 机电一体化的技术基础机电一体化的技术基础 1.3 机电一体化的发展及应用概况机电一体化的发展及应用概况第1章机电一体化概论 1.1机电一体化的概念机电一体化的概念1.1.1机电一体化的发展历史机电一体化的发展历史机械技术是人类所掌握的最古老的技术之一，人类从开始制造工具起就与机械技术结下了不解之缘。机械技术的发展贯穿了人类的进步过程。远在中国的西周时期，就有了指南车和能自动歌舞的自动人的记载。在近代，自动化机器一直吸引着人们在机械技术上不断发展，出现了能自动绘画、写字、弹琴的机械人。早期的纯机械式的控

2、制技术，主要是基于凸轮原理实现自动控制。值得一提的是，纺织机械中的自动提花机基于凸轮原理实现机械设备的控制，从而在纺织品上织出不同的花纹。第1章机电一体化概论 19世纪，电的发现为机械技术的发展提供了巨大的推动力，主要表现是，在机械的驱动上开始采用电动机，在控制上开始采用继电器，机械开始与电气相结合。进入20世纪，控制理论的发展又为机械系统的进一步发展提供了坚实的理论基础。人们对机械技术不断探索的另一个缘由是对信息处理自动化的迫切需求。为此，英国人巴比奇发明了机械式的计算机、卡片机、密码机等。在巴比奇的机械式计算机中，以穿孔卡片作为程序和数据的输入，实现了以穿孔卡片的形式进行信息记录。密码机作

3、为一种机械加密装置，其内部由复杂的齿轮系统、继电器系统和电路系统组成，对这种加密系统的解密研究直接导致了现代计算机的诞生。这种解密计算机也是机械与电气系统的结合体，其发明者是波兰数学家雷臼斯基和英国数学家图灵。第1章机电一体化概论 在20世纪40年代，计算机的出现为机械系统的复杂控制提供了更坚实的基础。随着微电子技术的发展，电子控制技术与机械技术日益紧密地结合在一起，由此诞生了数控机床、自动化生产线等现代机械系统。进入20世纪70年代，机械技术与电子技术的结合已经成为一种非常普遍的做法，相继在工业机器人、各种生产设备和汽车、飞机等领域得到了广泛应用。这一时期，日本工程界专门提出了“机械电子学”

4、这一概念，并创造了一个新的英文单词“Mechatronics”，该词的前半部分取自“Mechanics”的词头，表示机械学；后半部分取自“Electronics”的词尾，表示电子学或电子装置。我国则习惯将“Mechatronics”一词翻译为机电一体化。第1章机电一体化概论 从机械系统的发展过程看，其控制手段经历了从凸轮控制到穿孔卡片控制，又从穿孔卡片控制到继电器控制，再从继电器控制到计算机控制，最后由计算机控制过渡到微电子程序控制，控制功能经历了从简单到复杂（从简单的凸轮控制过渡到复杂的程序控制），功能改变则经历了从复杂到简单的过程（从更换凸轮过渡到更换程序），机械系统始终伴随着控制功能的发

5、展而发展。机电一体化虽然在机械系统的控制上大量采用了现代信息技术的发展成果，但始终没有脱离机械系统的范畴。可以说，机电一体化是机械系统发展的必然趋势，是机械系统的发展和进化。第1章机电一体化概论 目前，机电一体化已逐步发展成为融机械技术、微电子技术、信息技术等多种技术为一体的新兴交叉学科，机电一体化实际上涵盖“技术”和“产品”两个方面。从技术角度来看，机电一体化是指按系统工程观点，将机械、电子、信息等有关技术进行有机地组织与综合，以实现机电系统整体最佳化的技术方法。所谓的“有机地组织与综合”，表明机电一体化代表了多学科先进技术相互交叉、渗透复合的技术思想。“整体最佳化”则阐明了实现机电一体化的

6、基本目的，机电一体化系统应从整体上，包括功能、效率、能耗、精度、可靠性、适应性等多方面形成综合最优化。第1章机电一体化概论 机电一体化产品（或系统）是指机械系统和微电子系统有机结合，从而产生新功能和新性能的新产品。此类产品与传统的机电系统相比，其主要特点是实现了机电系统在微电子技术基础上的信息驱动，在工作过程中可以对本身和外界环境的各种信息进行采集、处理和分析，系统的行为则完全取决于在信息分析基础上所做出的控制决策。微电子技术的应用是实现信息采集、处理、分析和智能化控制决策的根本保证。随着机电一体化技术的发展和完善，机电一体化产品的概念已不再局限于某一具体产品的范围，而是逐步扩大到控制系统和被

7、控制系统相结合的产品制造和过程控制的大系统，例如柔性制造系统（FMS）、计算机辅助设计/制造系统（CAD/CAM）、计算机辅助工艺规划系统（CAPP）、计算机集成制造系统（CIMS）以及各种工业过程控制系统。第1章机电一体化概论 1.1.2机电一体化系统的特征机电一体化系统的特征 1.机电一体化系统的基本组成机电一体化系统的基本组成在机电一体化系统中，存在着能量流、物料流、信息流三种动态因素，机械系统的结构、组成都是围绕着这三个方面实现的。其中，物料流是机械系统需要处理的对象，能量流是处理物料过程中所需要的动力，而信息流则用来控制机械系统如何利用能量对物料进行处理。作为机械系统范畴的机电一体化

8、系统，其结构和工作运行过程同样也是围绕着能量、物料和信息三个方面进行的，其中信息的处理过程尤其复杂，具有强大的功能，可使整个系统具有更好的柔性，这是机电一体化系统区别于普通机械系统最显著的地方。第1章机电一体化概论 机电一体化系统的基本结构要素由机械本体（机构）、动力（动力源）、检测传感（传感器）、信息处理（计算机）、执行与驱动（如各类电机）等五大部分组成，如图11所示。第1章机电一体化概论 图11机电一体化系统的基本结构要素 第1章机电一体化概论 图11中虚线箭头表示物料流，粗线箭头表示系统中能量的流向，细线箭头表示系统中信息的流向。能量通过执行与驱动部分作用于机械本体，实现对物料流的处理作

9、用，而这一作用是在信息处理部分的控制下实现的。图11所示系统包括以下五部分：(1)机械本体:包括机身、框架、运动机构和机械连接等，是系统所有功能元素的机械支承结构。第1章机电一体化概论（2）动力部分：包括电源、气源、液源等，它可以按照系统控制的要求为系统提供所需的能量和动力，保证系统的正常运行。（3）检测传感部分：包括各类传感器和变送器等，用于检测系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数和状态，并将它们转换为信息处理部分可以接收的电信号。第1章机电一体化概论（4）信息处理部分：包括各类微型计算机、PLC、数控装置等，是机电一体化系统的核心，主要负责对来自检测传感部分的电信号和外部输入命令进行

10、处理、分析、存储，并做出控制决策，指挥系统运行以实现相应的控制目标。（5）执行与驱动部分：执行机构包括机械、电磁、电液等执行元件，如电磁离合器、电机、液压缸等，由于执行机构的动作需要较大的驱动功率，而信息处理部分输出的控制信号又不能直接驱动执行机构的动作，因此在执行机构与信息处理部分之间需要相应的驱动电路。目前，驱动电路一般借助电力电子技术加以实现。执行与驱动部分起能量放大作用，可将系统的控制决策转化为系统具体的机械行为。第1章机电一体化概论 2.机电一体化系统的信息特征机电一体化系统的信息特征信息技术在复杂机械系统中一直处于核心地位，如精密的钟表、各种机械式天文仪器、纺织机械、卷烟机和灯泡机

11、等轻工机械、农业中的联合收割机、打字机、机关枪等。在这些机械系统中，其信息处理能力是依靠凸轮、连杆、齿轮等机械机构来完成的，这些机构不但承担了将动力分配到各终端执行机构的工作，同时也实现了各终端执行机构的特定动作。在机电一体化时代，机械系统内的信息化特征更加明显，信息处理能力也更加强大。在这种系统中，信息系统通常由用于信息处理的计算机系统、用于信息获取的传感器系统和实现信息传递的通信系统组成。随着微电子技术的发展，信息系统在机电一体化系统中还呈现出微型化、嵌入式、实时性、分布化的特点。第1章机电一体化概论 随着微电子技术的发展，芯片功能在变得更加强大的同时，其体积也变得越来越小，这就为把控制系

12、统嵌入到机械结构中提供了方便，使机电一体化产品变得更加紧凑，容易实现短、小、轻、薄的目标，例如数码照相机、微硬盘等。由于容易实现信息系统在结构上的嵌入式设计，因此有可能使机电一体化系统的模块化程度提高，并使得每个模块都具有一定的信息处理能力。模块化程度的提高非常有利于设备的维护，同时可以降低制造成本。第1章机电一体化概论 由于信息处理功能分布在不同的模块上，因此整个机电一体化系统的信息处理结构呈现出分布化的特点。这种特点的出现，需要利用通信系统完成不同模块之间的信息传递，以协调各模块之间的工作。目前，机电一体化系统中的通信越来越多地采用现场总线技术，这种技术采用串行总线将不同模块上的信息处理单

13、元连接起来，实现多点之间的高速串行通信，同时提高了系统的可靠性，简化了模块之间的通信连接，还有利于各模块控制单元以及通信线路的故障诊断。此外，无线传感器网络技术也是实现信息处理分布化的重要技术手段，在机电一体化系统中正逐步得到推广和应用。第1章机电一体化概论 3.机电一体化系统的动力特征机电一体化系统的动力特征与传统的机械系统相比，机电一体化系统中的动力系统正逐步呈现出分散化、智能化的特征，主要表现为执行部件的位置、速度、加速度等参数可以直接通过现代伺服驱动技术进行控制，省去了传统的变速机构和凸轮机构等机械传动链，使动力系统更加紧凑、独立。目前的趋势是动力系统以模块的形式供货，上面集成有功率驱

14、动和电子控制单元，具有编程接口和通信接口，能完成主控计算机传来的各种位置和速度指令，同时具有自诊断功能和自我保护功能，便于维护和提高可靠性。正确认识机电一体化系统中动力系统结构分散化、功能智能化的发展趋势，对系统功能的理解和设计有很大的帮助。第1章机电一体化概论 4.机电一体化系统的结构特征机电一体化系统的结构特征由于采用了动力分散的结构以及微电子控制技术，省去了大量传统机械结构中用于处理信息和动力传递的传动链结构，因而，系统的模块化程度得到了很大的提高，集中体现在结构、动力和信息处理三个方面。结构的模块化使机电一体化系统的整机结构趋于简单，结构刚度大为加强，不但提高了整机的几何精度，而且在工

15、作过程中与纯机械系统相比，在相同的负载下具有更小的变形。动力系统的模块化使传动结构大为简化，不同的动力驱动之间的协调关系不再由传动链完成，而是通过电子控制完成，实现了由物理联系到逻辑联系的转变。同时对于单个驱动而言，位置、速度以及加速度的控制可以直接通过电子控制完成，省去了很大一部分变速机构和凸轮机构。例如，在现代数控机床设计中，由于不必考虑复杂的传动链布置，整个设备结构简单，比传统机床具有更高的结构刚度和传动精度，因此具有很高的工作性能。第1章机电一体化概论 1.1.3机电一体化的意义机电一体化的意义1.对机械系统功能的影响对机械系统功能的影响微电子技术和信息处理技术的应用，赋予传统机械产品

16、许多新的功能，同时创造出许多现代机电新产品，这些产品所具备的多种复合功能已成为一个显著的技术特征。在机电一体化系统中，不同的动力驱动部件之间可以不再有物理上的联系，而是演变为逻辑上的联系，且每一个驱动部件都可以具有一定的智能化，能直接控制位置和速度。逻辑联系的可编程性以及单个驱动部件的智能化，是机电一体化系统的功能得到丰富和提高的主要原因，通过软件设计，机电一体化系统可以完成极其复杂的任务。第1章机电一体化概论 2.对机械系统性能的影响对机械系统性能的影响机电一体化系统的动力智能化、分散化，不但使传动链缩短，提高了传动精度，而且使整个机电一体化系统的机械结构更为简单，机械部件数量减少，使系统的

17、刚度更好。由于这些因素，使得机电一体化系统的运动特性和动力特性都得到很大的提高，同时也使由机械磨损、配合间隙和受力变形等机械因素引起的误差得到有效的控制，直接表现为系统的运动精度提高和响应速度加快。第1章机电一体化概论 机电一体化系统在工作精度上远高于纯机械系统，主要得益于以下几点：第一，机械结构的简化使结构刚度大幅度提高；第二，传动链的缩短使传动刚度大幅度提高；第三，嵌入式的信息处理系统和各种传感器的大量采用，使系统的运行处在闭环控制中，可以通过控制算法对工作过程加以控制以补偿各种干扰引起的工作误差，并提高响应速度和工作效率。第1章机电一体化概论 3.对机械系统操纵性的影响对机械系统操纵性的

18、影响随着人机交互技术的发展，机电一体化系统可选用各种输入/输出设备，设备的操纵、工作状态的显示都非常简便明了；电子技术的发展使得操纵系统不再受机械结构的限制，可以将操纵设备和显示设备安装在任何方便操作的地方，并可以通过互联网或无线网络完成远程操作。在设备操纵方面的这种进步更加符合人机工程，进一步降低了操作人员的工作强度，提高了工作效率，还大幅度提高了危险环境下操纵的安全性。第1章机电一体化概论 机电一体化系统通过建立良好的人机界面，可以对操作参量加以监视，因而可以通过简便的操作得到复杂的功能控制和使用效果。在工作过程中，可以通过被控对象的数学模型和目标函数，以及各种运行参数的变化情况，随机自寻

19、最佳工作过程，协调对内、对外关系，以实现自动最优控制。在机电一体化系统中，人的智力活动和资料数据记忆查找工作改由计算机来完成，通过程序控制，代替了人类高度紧张和单调重复的操作。机电一体化系统的先进性是和技术密集性与操作使用的简易性和方便性联系在一起的。第1章机电一体化概论 4.对机械系统可靠性的影响对机械系统可靠性的影响机械装置的运动部分一般都伴随着磨损及运动部件配合间隙所引起的动作误差，这将导致可动摩擦、撞击、振动等问题的发生，影响装置的寿命、稳定性和可靠性。在机电一体化系统中由于大量采用了高可靠性的电子元件来代替纯机械式的控制结构，因此使得系统的可动部件减少，磨损也大为减少，在控制上的可靠

20、性也得到大幅度提高。第1章机电一体化概论 由于动力系统分散化以及伺服驱动技术的应用，从而缩短了机械传动链，提高了传动系统的可靠性。传动链的缩短和嵌入式电子控制系统的应用，使系统结构大幅度简化，进一步提高了机械系统的强度、刚度和过载能力，从而提高了可靠性。传感器的大量应用则有助于对系统内部的工作状态进行监测，可及时发现系统的工作隐患，对各种故障和危险情况自动采取保护措施，及时修正运行参数，提高系统的安全性和可靠性。第1章机电一体化概论 1.2机电一体化的技术基础机电一体化的技术基础1.2.1机械设计和制造技术机械设计和制造技术机械技术是机电一体化的基础。随着高新技术被引入机械行业，机械技术面临着

21、挑战和变革。在机电一体化产品中，机械部分既是系统控制的对象，也是实现系统行为的执行装置，因此，机械设计与制造技术对于机电一体化系统的结构、重量、体积、动态性能、耐用性等诸方面均有重要影响。机械技术的着眼点在于如何与机电一体化的技术发展相适应，综合利用其它高新技术实现机械结构、材料、性能上的变革，满足减少重量、缩小体积、提高精度、提高刚度、改善性能的要求。机电一体化系统的发展，使得整个系统结构呈现出宏观简单、微观复杂、精度要求提高的特点。第1章机电一体化概论 1.2.2微电子技术微电子技术微电子技术是信息技术的基础，机电一体化系统与纯机械系统差别最大的地方在于信息处理能力。在机电一体化系统中利用

22、微处理器处理信息，可以方便高效地实现信息的交换、存取、运算、判断和决策等，而这在传统的机械结构中是很难实现的。微处理器除了具有强大的信息处理能力外，还具有体积小、重量轻、可靠性高的特点，这为控制系统的嵌入式设计提供了方便，使整个机电一体化系统更加紧凑。第1章机电一体化概论 1.2.3传感器技术传感器技术传感器在机电一体化系统中占有非常重要的地位，甚至发展成为一个独立的学科。在机电一体化系统中，为了能够可靠实现系统功能，通常要用到较多的传感器来检测自身的工作状况和外部的工作环境，如位移、速度、压力、流量、方位等。目前，传感器正向着微型化、集成化、智能化方向发展，能更好地与机械结构、动力结构集成在

23、一起，为机电一体化系统的发展提供了有利的条件。第1章机电一体化概论 微型化使传感器的体积变得越来越小，很容易与机械结构和动力系统集成在一起，形成嵌入式设计结构，从而减小整个系统的体积。集成化使传感器与信号处理电路集成于一体，从而提高信号处理性能，降低成本。智能化传感器具有对自身工况进行诊断的功能和自动识别信号量程的功能，保证了传感器工作更可靠，检测结果更准确。根据传感器在机电一体化系统中的作用，可以分为内部传感器和外部传感器。内部传感器负责系统内部参数的检测，如伺服模块本身的速度、位置信号等；外部传感器负责检测外部环境参数或所要处理的工件、物品的参数，如物体的位置、重量，环境温度、自身坐标等。

24、通过人机界面将系统参数设置好之后，整个机电一体化系统将会自动运行，这种自动运行可以看做是传感器驱动的过程。第1章机电一体化概论 1.2.4软件技术软件技术机电一体化系统的功能主要在软件的控制下实现。因此从某种程度上讲，机电一体化系统的设计已经变成软件功能设计为主，机械设计为辅的一种过程，是典型的软件密集型产品。系统中的人机界面、动力模块的伺服控制、动力模块间的协调控制、系统功能的决策控制等，都需要用微控制器中的软件来实现，甚至某些硬件模块也需要用硬件描述语言等软件工具来设计实现。机电一体化系统要求其软件具有响应速度快，实时性好，可靠性高，占用资源少，同时要求开发简便，可维护性好。鉴于这种要求，

25、在机电一体化系统软件开发中普遍采用实时操作系统，将系统的各种功能分解为不同的任务，在操作系统的控制下以很高的实时性运行。第1章机电一体化概论 1.2.5通信技术通信技术由于在功能复杂的机电一体化系统中，不但有着多个动力驱动单元，而且还有着众多的传感器，因而信息处理系统需要同时与众多的传感器和驱动器通信，以保证系统的正常运行。这就需要在信息处理系统、动力驱动系统和传感器系统三者之间建立起一种有效的通信机制。现场总线技术就是为适应这一需求而诞生的。现场总线从本质上讲是一种串行总线，它可以将所有的信息部件用一条总线串联起来，利用高速串行通信实现对系统的实时监测和控制。除了用于控制的现场总线外，无线通

26、信技术、互联网通信技术，甚至最普通的RS232通信，都在机电一体化系统中发挥着重要的作用。第1章机电一体化概论 1.2.6驱动技术驱动技术在机电一体化系统中，电力驱动占有很重要的地位，其中不仅包括电机拖动，还包括电磁铁驱动、压电晶体驱动等。由于这些驱动需要消耗较大功率，因此在电子技术中专门发展出了用于功率驱动的电子技术电力电子技术。相应的，用于功率驱动的电子元件被称为电力电子元件，其特征是可以通过较大的电流，能承受较高的电压，可以直接用于电机和功率电磁铁的控制。由于这种功率器件以大电流、高电压为特征，因此微电子信号一般不能直接对这种元件进行控制，需要对信号进行变换和放大。另外，这种功率元件通常

27、比较昂贵，有效地保护其在工作过程中不受损害十分重要，这进一步催生了功率元件的驱动和保护技术。第1章机电一体化概论 1.2.7自动控制技术自动控制技术机电一体化系统具有信息采集与信息处理的功能，如何利用系统所获得的信息实现系统的工作目标，需要借助自动控制技术。一般而言，被控制对象的固有特性与主观上要求达到的控制目标是有矛盾的，自动控制理论为如何解决此类矛盾提供了理论上的指导。自动控制理论注重系统动态性能的研究与优化，在此理论指导下，机电一体化系统的设计将更多地涉及动态因素，因而机电一体化系统在动态性能上将有更出色的表现。由于控制对象种类繁多，因此控制技术的内容极其丰富，例如定值控制、随动控制、自

28、适应控制、预测控制、模糊控制、学习控制等。第1章机电一体化概论 1.2.8系统技术系统技术系统技术就是以整体的概念组织应用多种相关技术，从全局角度和系统目标出发,将总体分解成相互有机联系的若干概念单元，以功能单元为子系统进行二次分解，生成功能更为单一和具体的子功能与单元。这些子功能和单元同样可以继续逐层分解，直到能够找出一个可实现的技术方案。系统论中一个核心思想是整体大于部分之和，因此，优化机电一体化系统内部结构组成和相互衔接关系，合理把握系统内部各单元之间的有机联系，使之形成整体优势，往往可以使用相对廉价的部件组成高性能的系统，机电一体化系统正是得益于机电融合的优势，才取得今日的成功。第1章

29、机电一体化概论“综合就是创造”是系统论中另一重要的学术思想，机电一体化系统往往需要通过多种先进技术的综合，来实现传统机电系统无法实现的目标，激光打印机、静电复印机、数字照相机等典型机电一体化产品无一不是多学科技术综合而创造出的新产品。系统技术中，接口技术是一个重要方面，它是实现系统各个部分有机连接的保证。接口包括电气接口、机械接口、人机接口等。电气接口实现系统间电信号的连接；机械接口则完成机械与机械部分、机械与电气装置部分的连接；人机接口提供了人与系统间的交互界面。第1章机电一体化概论 1.3机电一体化的发展及应用概况机电一体化的发展及应用概况高新技术向传统产业渗透，必将引起传统产业的深刻变革

30、。机电一体化技术革命借助现代微电子技术和微计算机技术实现了信息和智能装置与动力设备的有机结合，使得作为传统产业之一的机械工业，无论产品结构还是生产系统结构均发生了质的跃变，机电产品的性能和竞争力得到显著提高，生产效率和企业竞争能力也得到飞速发展。第1章机电一体化概论 汽车作为机械工业的传统产品，于20世纪60年代逐步引入电子技术，到70年代初，实现了充电机电压调整器和点火装置的电子化，以后又发展了电子控制的燃料喷射装置。70年代后期，由于采用了微型计算机，才使汽车产品的机电一体化进入了实用阶段。机电一体化的发动机控制系统由汽车发动机运行状态监测传感器、电子点火器和微处理器等部分组成，根据曲轴位

31、置、气缸负压、冷却水温度、发动机转速、吸入空气量、排气中的氧气浓度等信息计算最佳点火时间，控制执行器点火动作，大大提高了汽车性能。第1章机电一体化概论 进入20世纪80年代以来，为进一步解决节能、排气防污、提高功能以及安全和维修等问题，在汽车工业领域，相继开发了电子控制化油器、发动机IC调节器、发动机旋转检测装置、电子控制自动变速器、电子刹车控制装置、防滑装置、自动稳速控制装置、电子仪表、电子自动刮水器、排气污染的电子控制器、集中报警系统、发动机诊断系统等一系列先进的机电一体化系统。电子导航、电子避撞、太阳能动力、电子自动悬架、电子离合器控制、电子故障诊断显示、电子多路传输等新的汽车电子化技术

32、和产品将在汽车系统中广泛应用，电子产品占汽车成本的比重将达30以上。汽车电子化程度成为汽车产品市场竞争性的重要因素，汽车电子也由此逐渐发展成为一个新兴产业。第1章机电一体化概论 机床是机械工业的基础制造装备和工作母机，是决定机械工业生产能力和水平的关键，以机电一体化技术为核心的数控机床的发展，使加工机床的技术水平得到了显著提高。数控机床技术经济效益显著，应用数控机床可以缩短新产品的试制和生产周期，节约大量工装，生产效率高，辅助生产时间减少，减少了人为误差，加工精度稳定性好，能加工普通机床无法加工的复杂零件。目前，数控机床一方面向高、精、尖的方向发展，例如超精密加工机床、加工中心逐步得到大量应用

33、，另一方面简易数控装置也得到了大力发展和普及。第1章机电一体化概论 机电一体化技术的发展还促进了柔性制造系统的发展。一般说来，小批量生产自动化可由加工中心解决，大批量生产则用自动线解决，但实际上，界于两者之间的中等批量生产自动化问题占机械制造品种的70，柔性制造系统（FMS）是解决这一问题的最佳方案。FMS由计算机系统控制、协调多台数控机床、辅机和物料储运装置，系统可按优化的程序自动连续高效地运行，设备利用率高，对作业对象及生产批量有良好的适应能力。机器人是典型的机电一体化产品。目前，全世界有数百家机器人生产厂家，生产的机器人品种规格近千余种，发达国家的机器人产值平均每年以20%40%的增长率

34、发展。第1章机电一体化概论 98%的工业机器人用于制造业，主要用途是：材料加工、机床上下料、点焊与弧焊、喷漆与抛光、冲压、装配、浇铸和锻造等。机器人的应用领域正逐步扩展到水下、空间、核工业、农业、救灾、医疗及服务行业等非机械制造领域。1985年9月，美、法两国海洋科学家经过多年努力，使用了潜水深度达到两万英尺的高级水下机器人，在北大西洋海底找到了1912年沉没的“泰坦尼克”号巨轮残骸；美国的“挑战者”号航天飞机残骸也是由水下机器人打捞的。机器人技术还受到了军事部门的重视，自20世纪70年代起，许多国家就开始研究开发各种军事用途的机器人。1990年夏，美国国防部宣布“机器人军队”即将组建，由美国

35、国家实验室指导发展的军事机器人样机已交付试用。第1章机电一体化概论 农业机器人可用于蔬菜、花卉和苗木株苗的移栽。机器人利用信息传感功能和智能化分析程序，可准确辨别好苗和坏苗，指挥机械手把好苗准确地移栽到预定的位置上，而抛去坏苗。农业机器人还可被应用于灌溉、施肥和喷洒农药，机器人根据光反射和折射的原理，通过准确测定温室内植物的需水量，进行精确定点的灌溉控制；通过检测土壤状况控制施肥的准确数量；机器人喷洒农药最大的优点是避免了人体接触农药，有利于工作人员的健康，同时，由于喷洒农药的准确性提高，因而减少了农药用量和降低了污染。第1章机电一体化概论 采用机械挤奶是奶牛饲养业的一大进步，但是挤奶工作仍要

36、花费奶牛饲养者很多的精力。全自动挤奶机器人将使挤奶自动化程度得到更进一步的提高，机器人可以最大限度地减少对奶牛的人为干扰，奶牛可以自己选择挤奶时间并进入挤奶箱，机器人能使奶杯正确上到奶牛的乳房，并使用机械臂来调整奶杯的位置。办公自动化和家用电器产品是机电一体化技术得到大量应用的两个重要领域。传真机、复印机、激光打印机、彩色喷墨打印机和扫描仪等已逐步得到普及应用，这些产品无一不是机械技术与电子技术有机结合的产物。空调、电冰箱、洗衣机、DVD、数码照相机等机电一体化的家用电器，正向智能化、微型化的方向发展，并逐步成为我们生活中的必需品。第1章机电一体化概论 在生物医学、仪表、轻工、电力、通信、纺织、化工、冶金、交通等领域，在国民经济的各行各业中，机电一体化技术正在发挥着举足轻重的作用，大力推广机电一体化技术对于国民经济发展具有重要意义。