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毕业设计

设计题目： 对机电一体化的思考

年 级：10级

专 业：机电一体化 学生姓名： 指导教师： 日 期：

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姓名： 年级： 专业： 日期：

毕业设计（论文）任务书：

1、明确研究方向，选定论文题目。论文题目一经审定，不得随意变更。

2、调查研究，搜集并整理资料。根据自己的选题，有目的地收集资料，采集数据，力求翔实并将收集的资料随时记录，注明出处。

3、撰写论文写作提纲。论文提纲是整个论文的主体框架，要层次分明，结构紧凑，提纲不宜过于简单，一般应列至二级标题，并写明各部分的基本要点和欲采用的资料内容及出处。

4、撰写论文初稿。论文提纲经指导教师审定后及开始撰写论文初稿，如需修改和增补，应及时与指导教师联系，取得一致意见。

5、反复修改初稿，完成毕业论文。结合我国当前市场经济实际，运用所学专业知识，从理论上、实践上进行探索、研究。

6、论文观点正确，重点突出，数据真实。论点和论据有说服力，并能提出有价值的见解，结构严谨、条理清楚、文字通顺简练，篇幅不少于8000字。

7、经指导教师同意，论文定稿后，用统一规格的稿纸写清楚。款式规范、字体端正、工整，加上统一的封面，装订成册。按时限要求递交论文。

指导老师：

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中文摘要

机电一体化技术对现代工业乃至整个社会的发展都是至关重要的。机电一体化是现代科学技术的发展和进步的必然结果。本文对机电一体化技术的基本情况和发展背景，综合国内外机电一体化的核心技术，分析机电一体化发展进程，提出机电一体化想只能埋进的趋势。

关键词：机电一体化

技术 前景发展

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目录

任务书···················································2 中文摘要················································3 前言·····················································5 正文·····················································6 一、机电一体化的概括·····································6

（一）、机电一体化的概述··································6 （二）、机电一体化科技涵义································6 （三）、机电一体化的核心技术······························7 二、机电一体化发展的阶段································9 （一）、初级阶段··········································9 （二）、第二阶段··········································9 （三）、后期阶段··········································9 三、机电一体化技术的主要应用领························11 （一）、数控机床·········································11 （二）、计算机集成制造系统·······························11 （三）、柔性制造系统·····································11 （四）、工业机器人·······································11 四、机电一体化的发展趋势·······························12 （一）、智能化···········································12 （二）、模块化···········································12 （三）、网络化···········································12 （四）、微型化···········································13 （五）、环保化···········································13 （六）、系统化···········································13 结束语·················································15 参考文献···············································16 致谢词·················································17

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前言

随着现代科学技术的不断发展和进步，极大的推进了不同学科的交叉与渗透，机电工程领域的技术改造与革新也在不断的更新还代。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅猛发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，是机械工业的技术机构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，是工业生产由“机械电气化”迈入“机电一体化”为特征的发展阶段，是接卸、微电子、信息和控制技术等有机融合、相互渗透的结果。现今的机电一体化技术发展迅速，机电一体化产品更日新月异。

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一、机电一体化概括

机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进电子技术，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。

（一）、机电一体化概念

机电一体化发展至今已经成为一门有着自身体系的新学科，随着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容。当其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术级电力电子技术，跟据系统功能目标要求，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为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”两方面。

机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术及其他技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术由纯技术发展到机械电气化，仍属于传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体系。但是，发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外,还被赋予许多新的功能,如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制、自动诊断与保护等。也就是说,机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸,还是人的感官与头脑的延伸,智能化特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。

（二）、机电一体化技术涵义

1、机电一体化技术定义：机电一体化又称机械电子学，英语称为Mechatronics,它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics的后半部分组成，机电一体化是现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备，机电一体化最早出现在1947年日本杂志《机械设计》副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用，随着计算机的迅速发展和广泛应用，机电一体化技术获得前所未有的发展。现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，它的发展是冷冰冰的机器有了人性化、智能化。

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2、组成要素：一个机电一体化系统中一般由结构做成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、职能组成要素五大组成要素有机结合而成。机械本体（结构组成要素）是系统的所有功能要素的机械支持结构，一般包括有机身、框架、支撑、连接等。动力驱动部分（动力组成要素）依据系统控制要求，为系统提供能量和动力以使系统正常运行。测试传感部分（感知组成要素）对系统的运行所需要的本身和外部环境的各种参数和状态进行检测，并变成可识别的信号，传输给信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。控制及信息处理部分（职能组成要素）将来之测试传感部分的信息及外部直接输入的指令进行集中、储存、分析、加工处理后，按照信息处理结果和规定的程序与节奏发出相应的信号指令，控制整个系统有目的的运行。执行机构（运动组成要素）根据控制及信息处理部分发出的

指令，完成规定的动作和功能。

3、四大原则：1 接口耦合两个需要进行信息交换和传递的环节之间，由于信息模式不同（数字量与模拟量，串行码与并行码，连续脉冲与序列脉冲等）无法直接传递和交换，必须通过接口耦合来实现。而两个信号强弱相差悬殊的环节之间，也必须通过接口耦合后，才能匹配。变换放大后的信号要在两个环节之间可靠、快速、准确的交换、传递，必须遵循一致的时序、信号格式和逻辑规范才行，因此接口耦合时就必须具有保证信息的逻辑控制功能，使信息按规定的模式进行交换与传递。

2 运动传递使构成机电一体化系统各组成要素之间，不同类型运动的变换与传输以及以运动控制为目的的优化。

3 能量转换两个需要进行传输和交换的环节之间，由于模式不同而无法直接进行能量的转换和交流，必须进行能量的转换，能量的转换包括执行器，驱动器和他们的不同类型能量的最优转换方法及原理。

4 信息控制在系统中，所谓智能组成要素的系统控制单元，在软、硬件的保证下，完成信息的采集、传输、储存、分析、运算、判断、决策，以达到信息控制的目的。对于智能化程度高的信息控制系统还包含了知识获得、推理机制以及自学习功能等知识驱动功能。

（三）、机电一体化的核心技术

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1.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,利用其高、新技术来更新概念,实现结构上、材料上、性能上变更,满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能要求。

2.计算机与信息技术: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。

3.系统技术:即以整体概念组织应用各种相关技术,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,是实现系统各部分有机连接的保证。

4.自动控制技术: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。

5.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。

6.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。

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二、机电一体化发展的阶段

我国是从20世纪80年代初才开始进行这方面的研究和应用。成立了机电一体化领导小组，并将该技术列入“863计划”中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作,取得了一定成果。但与日本等先进国家相比,仍有相当差距。

（一）、初级阶段

20世纪60年代以前为第一阶段,这一阶段称为初级阶段。在这一时期,人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间,战争刺激了机械产品与电子技术的结合,这些机电结合的军用技术,战后转为民用,对战后经济的恢复起到了积极的作用。那时,研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平,机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展,已经开发的产品也无法大量推广。

（二）、第二阶段

20世纪70—80年代为第二阶段,可称为蓬勃发展阶段。这一时期,计算机技术、控制技术、通信技术的发展,为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现,为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是:mechatronics一词首先在日本被普遍接受,大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认;机电一体化技术和产品得到了极大发展;各国均开始对机电一体化技术和产品给予很大的关注和支持。

（三）、后期阶段

20世纪90年代后期,开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段,机电一体化进入深入发展时期。一方面,光学、通信技术等进入机电一体化,微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚,出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支;另一方面,对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法,机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时,人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步,为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究,使机电一体化进一步建

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立了坚实的基础,并且逐渐形成完整的学科体系。

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三、机电一体化技术的主要应用领域

（一）、数控机床：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、智能化设计。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、能实现多过程、多通道控制，即具有一台机床同时完成多个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。5、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。

（二）、计算机集成制造系统：计算机集成制造系统打破原有部门之间的

界线，以制造为基干来控制“物流”和“信息流”，实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。

（三）柔性制造系统：柔性制造系统是计算机化的制造系统，主要由计算

机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。

（四）工业机器人：目前，被广泛应用的为第3代机器人即智能机器人，具

有多种感知功能，可进行复杂的逻辑思维、判断和决策，在作业环境中行动，与第5代计算机关系密切。

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四、 机电一体化的发展趋势

机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合,它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面:

（一）、智能化：

智能化是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能化就是重要应用之一。这里所说的“智能化”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、生理学和混沌动力学等新思想、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能,是不可能的,也是不必要的。但是,高性能、高速度的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或者人的部分智能,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、智能调速、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,以及各种能完成典型操作的机械装置等。有了这些标准单元就可迅速开发出新产品,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。显然,从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定,无论是对生产标准机电一体化单元的企业,还是对生产机电一体化产品的企业,模块化将给机电一体化企业带来美好的前程。

（三）、网路化

20世纪90年代,计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育等日常生活都带来了巨大的变革。各

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种网络将全球经济、生产连成一片,企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来,只要其功能独到、质量可靠,很快就会畅销全球。由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术的应用使家用电器网络化已成大势,利用家庭网络(home net)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统(computer integrated appliance system,CIAS),能使人们呆在家里就可分享各种高技术带来的便利与快乐。因此,机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。

（四）、微型化

微型化兴起于20世纪80年代末,指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统(MEMS),泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品,并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小,耗能少,运动灵活,在生物医疗、军事、信息等方面具有无可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术。微机电一体化产品的加工采用精细加工技术,即超精密技术,它包括光刻技术和蚀刻技术两类。

（五）、绿色化

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、使用和销毁的生命过程中,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指,使用时不污染生态环境,报废后能回收利用。

（六）、系统化

系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态,进行任意剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协制和综合管理。表现之二是通信功能的大大加强。一般除RS232外,还有RS485等智能化通信接口。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系,机电一体化的人格化有两层含义:一层是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性等等,显得越来越重要,特别

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是对家用机器人,其高层境界就是人机一体化;另一层是模仿生物机理,研制出各种机电一体化产品。事实上,许多机电一体化产品都是受动物的启发而研制出来的。

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结束语

综上所述，机电一体化的出现不是孤立的，他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和产物。当然与机电一体化相关的技术还有很多，并伴随着科学的技术的发展，各种技术相互融合的趋势讲越来越明显，机电一体化技术的发展与应用也将更加广阔、前景也将越来越明显。

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参考文献

1、李建勇.电器一体化技术【M】.北京：科学出版社，2004 2、李运华.机电控制【M】.北京航空航天大学出版社，2003 3、芮延年.机电一体化系统设计【M】.北京机械工业出版社，2004 4、王忠杰.与章雄.柴天佑.智能控制综述【J】.基础自动化，2006 5、王静.浅析机电一体化技术的现状和发展趋势【J】.同煤科技，2006 6、梁俊彥.李玉翔.机电一体化技术的发展及应用【J】.科技咨询，2007 7、章浩.张西良.周士冲.机电一体化技术的发展与应用【J】.农业化研究，2006

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致谢词

篇论文划上句号的时候，我首先要感谢悉心辅导我的指导老师。从紧

张面对论文到可以自如的书写，这华丽的转变离不开老师耐心、仔细的教导。

其次，我要感谢与我朝夕相处的同学。回忆我们共同为梦想奋斗的点点滴滴，这一切，我都将深深印在脑海中。

还有，我要感谢三年来所有教过我的任课老师。谢谢您把知识无私的奉献给我，让我这三年的求学路变得不仅脚踏实地，而且多姿多彩。

最后，谢谢我的父母，谢谢你们支持我让我选择我喜爱的专业。我一定不会辜负你们的殷切希望的！

古人说“活到老，学到老，学无止境”所以我相信，这只是我朝下一个学习目标奔跑的起点。今后还会有更多、更有趣、更深奥的知识等待着我。

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