项目一 机电一体化技术概述

第一篇：项目一 机电一体化技术概述

项目一 机电一体化概述

项目导入

通过多媒体课件，展示机器人、自动化生产线的工作过程，引入任务：这些产品设备是机械和电子的完美结合，属于机电一体化产品，是机电一体化技术的具体应用，什么是机电一体化技术？机电一体化技术的基本组成是什么？其关键技术是什么？以及机电一体化技术的发展现状和发展前景如何？

项目要求

通过观看机器人工作过程以及自动化生产线的生产流程，了解机电一体化产品的主要组成及特点；通过小组讨论，分析机电一体化产品的功能组成及关键技术，在分析机电一体化系统关键技术时，引导学生分析工作过程中的物质形态的变化、能量的输入输出以及控制信号的产生、存储、传递，引入物质流、能量流和信息流的概念；通过对几代机器人的发展历程展望机器人的未来，最后以四自由度机器人作为实训项目，加深学生对机电一体化技术的认识。

能力目标

1.能够协作分析、讨论机电一体化设备的特点、组成及关键技术； 2.能够机电一体化的发展历程展望其发展趋势。

知识目标

1.掌握机电一体化定义； 2.掌机电一体化系统的基本组成； 3.理解机电一体化系统的关键技术 4.了解机电一体化技术的现状和发展前景。

素质目标

1.具有团队协作分析、解决问题的能力； 2.动手能力、讨论合作能力。

1.1机电一体化技术的基本概念

现代科学技术的发展，极大地推动了不同学科的相互交叉和渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域。由于微电子技术和计算机技术的飞速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、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，使工业生产由“机械电气化”迈入了以“机电一体化”为特征的发展阶段。“机电一体化”成为机械技术与其他领域的先进技术特别是微电子技术有机结合的新领域。

1.1.1 机电一体化的定义

伴随生产活动和科学技术的快速发展，机电一体化技术的具体内容不断发展与更新，人们观察问题的角度不同，对“机电一体化”的理解也就有所差异。迄今为止，机电一体化尚没有明确的统一定义。

关于“机电一体化”概念的提法，1981年日本机械振兴协会对此做出解释：“机电一体化是在机械主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。”

随着科学技术的发展，“机电一体化”不断被赋予新的内涵，但日前一般可认为“机电一体化”是微电子技术向机械工业渗透过程中逐步形成的一个新概念，是从系统的观点出发，将机械技术、微电子技术、信息技术等多门技术学科在系统工程的基础上相互渗透、有机结合而形成和发展起来的一门新的边缘技术学科。

1.1.2 机电一体化的产生

科技进步和社会需求是任何事物产生和发展的前提，机电一体化这一新事物的产生和发展也不例外。机械技术、计算机技术、微电子技术等的发展为机电一体化的产生奠定了良好的基础，而人类社会对生产和生活产品在质量和品种上的要求不断提高是机电一体化蓬勃发展的动力。

机电一体化经历了长期的产生和发展过程。早在机电一体化这一概念形成之自前，世界各地的科技人员已为机械与电子技术的有机结合做了大量工作，研究和开发了很多机电一体化产品，例如电子工业领域内的雷达伺服系统，机械工业领域内的数控机床、工业机器人等，这一切都为机电一体化这一概念的形成奠定了基础。

1971年，日本《机械设计》杂志副刊正式提出了“Mechatronics”这一名词，它是取Mechanics（机械学）的前半部分和Electronics（电子学）的后半部分组合而成，即机械电子学或机电一体化。在日本提出这一术语后，日、美、英等国先后有一些专著问世。国际自动控制联合会(IFAC)、美国电气和电子工程师协会(IFFF)先后创办了名为Mechanics的期刊，近

年来，国内也有不少教科书和期刊出版。

机电一体化作为一门新兴的边缘学科，始于二十世纪八十年代，日前它已经逐渐成为机械工程的重要研究领域，代表着机械工业技术革命的前沿方向。

1.1.3 机电一体化的内容

机电一体化包含了技术和产品两方面的内容，首先是指机电一体化技术，其次是指机电一体化产品。机电一体化技术是指包括技术基础、技术原理在内的使机电一体化产品得以实现、使用和发展的技术。机电一体化产品是指随着机械系统和微电子系统的有机结合，被赋予新功能和新性能的产品。

机电一体化技术在制造业的应用从一般的数控机床、加工中心、机械手发展到智能机器人、柔性制造系统(FMS)、无人生产车间和将设计、制造、销售、管理集为一体的计算机集成制造系统(CIMS)，并扩展到目前的汽车、电站、仪表、化工、通信、冶金等行业。此外，对传统机电设备的改造也属于机电一体化的范畴。机电一体化产品涉及工业生产、科学研究、人民生活、医疗卫生等各个领域，如：集成电路自动生产线、激光切割设备、印刷设备、家用电器、汽车电子化、微型机械、飞机、雷达、医学仪器、环境监测等。

1.1.4 机电一体化的特点

我们可以从汽车工业的发展过程为例来观察机电一体化产品的特点。在很长一段时间内，汽车是作为一项机械方面的奇迹，它只有少量的电子附件。最初是启动电机，后来是发电机，每种附件都使原先产品的性能比过去提高一点。随着半导体和微电子学的出现，今天的汽车由微处理器控制，机器人制造，并可通过计算机进行故障分析，从而使机械奇迹变成了机械电子奇迹。

随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化产品有逐步取代传统机电产品的趋势。与传统的机电产品相比，机电一体化产品具有高的功能水平和附加值及明显的技术、经济、社会效益，这完全是由机电一体化技术的特点决定的。机电一体化通过综合利用现代高新技术的优势，在提高产品精度、增强功能、改善操作性和使用性、提高生产率、降低成本、节约能源、降低消耗、减轻劳动强度、改善劳动条件、提高安全性和可靠性、简化结构、减轻质量、增强柔性和智能化程度、降低价格等诸多方面都取得了显著成效。机电一体化产品的显著特点是多功能、高效率、高智能、高可靠性，同时又具有轻、薄、细、小、巧的优点，其目的是不断满足人们生产生活的多样性和省时、省力、方便的需求。

综上所述可以看出，机电一体化的本质是机械与电子技术的规划应用和有效结合，以构成一个最优的产品或系统。机电一体化课程的特点首先是涉及的知识面广，且大多为正在发展的新知识；其次，机电结合，综合应用；第三，部分内容与其他课程有交叉。

1.2 机电一体化系统的基本组成

1.2.1 机电一体化系统的功能组成

传统的机械产品主要是解决物质流和能量流的问题，而机电一体化产品除了解决物质流和能量流以外，还要解决信息流的问题。机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质、能量与信息（即所谓工业三大要素）按照要求进行处理，输出具有所需特性的物质、能量与信息。

任何一个产品都是为满足人们的某种需求而开发和生产的，因而都具有相应的目的功能。机电一体化系统的主功能包括变换（加工、处理）、传递（移动、输送）、储存（保持、积蓄、记录）三个目的功能。主功能也称为执行功能，是系统的主要特征部分，完成对物质、能量、信息的交换、传递和储存。机电一体化系统除了具备主功能外，还应具备动力功能、检测功能、控制功能、构造功能等其他功能。

加工机是以物料搬运、加工为主，输入物质（原料、毛坯等）、能量（电能、液能、气能等）和信息（操作及控制指令等），经过加工处理，主要输出改变了位置和形态的物质的系统（或产品）。如各种机床、交通运输机械、食品加工机械、起重机械、纺织机械、印刷机械、轻工机械等。

动力机，其中输出机械能的为原动机，是以能量转换为主，输入能量（或物质）和信息，输出不同能量（或物质）的系统（或产品）。如电动机、水轮机、内燃机等。

信息机是以信息处理为主，输入信息和能量，主要输出某种信息（如数据、图像、文字、声音等）的系统（或产品）。如各种仪器、仪表、计算机、传真机以及各种办公机械等。

图1-1以典型机电一体化产品数控机床(CNC)为例，说明其内部功能构成。其中切削加工是CNC机床的主功能，是实现其目的所必需的功能。电源通过电动机驱动机床，向机床提供动力，实现动力功能。位置检测装置和CNC装置分别实现计测功能和控制功能，其作用是实时检测机床内部和外部信息，据此对机床实施相应控制。机械结构所实现的是构造功

图1-1CNC机床内部功能构成

能，使机床各功能部件保持规定的相互位置关系，构成一台完整的CNC机床。

1.2.2 机电一体化系统的构成要素

机电一体化系统一般由机械本体、传感检测、执行机构、控制及信息处理、动力系统等五部分组成，各部分之间通过接口相联系。从机电一体化系统的功能看，人体是机电一体化系统理想的参照物。构成人体的五大要素分别是头脑、感官、四肢、内脏及躯干。内脏提供人体所需的能量（动力），维持人体活动；头脑处理各种信息并对其他要素实施控制；感官获取外界信息；四肢执行动作；躯干的功能是把人体各要素有机地联系为一体。可以看到，机电一体化系统内部的五大功能与人体的上述功能几乎是一样的。机电一体化系统的构成要素及实现功能如图1-2所示。机电一体化系统基本组成可用图1-3所示的实例进行描述。

图1.2 机电一体化系统的构成要素及实现功能

Figure 1图1-3 机电一体化系统五大要素实例

1.机械本体

机械本体包括机械结构装置和机械传动装置。机械结构是机电一体化系统的机体，用于支撑和连接其他要素，并把这些要素合理地结合起来，形成有机的整体。机电一体他系统的

机械结构包括：机身、框架、连接等。机电一体化系统中的机械传动装置不再仅仅是转矩和转速的变换器，而已成为伺服系统的组成部分，必需根据伺服控制的要求进行选择和设计。由于机电一体化产品技术性能、水平和功能的提高，因而机械本体要在机械结构、材料、加工工艺性以及几何尺寸等方面适应产品高效率、多功能、高可靠性和节能、小型、轻量、美观等要求。

2．动力部分

动力部分是按照系统控制要求，为系统提供能量和动力，去驱动执行机构工作以完成预定的主功能。动力系统包括电、液、气等多种动力源。用尽可能小的动力输入获得尽可能大的功能输出，是机电一体化产品的显著特征之一。

3．传感检测部分

传感检测部分是对系统运行中所需要的自身和外界环境的各种参数及状态进行检测，然后变成可识别信号，传输到信息处理单元，并且经过分析、处理后产生相应的控制信息。其功能一般由专门的传感器及转换电路完成，对其要求是体积小、便于安装与连接、检测精度高、抗干扰等。

4．执行机构

执行机构是运动部件在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。执行机构将输入的各种形式的能量转换为机械能。执行机构主要由电、液、气等执行元件和机械传动装置等组成。执行机构按运动方式的不同可分为旋转运动元件和直线运动元件，各种电动机及液（气）压电机等是旋转运动执行元件，而丝杠和电磁铁、压电驱动器、液（气）压缸等是直线运动执行元件。执行机构因机电一体化产品的种类和作业对象不同而有较大的差异。执行机构是实现产品目的功能的直接执行者，其性能好坏决定着整个产品的性能，因而是机电一体化产品中重要的组成部分。根据机电一体化系统的匹配性要求，需要考虑改善系统的动、静态性能，如提高刚性、减小质量和适当的阻尼，应尽量考虑组件化、标准化和系列化，提高系统整体可靠性等。

5．控制及信息单元

控制及信息单元将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行处理、运算和决策，根据信息处理结果，按照一定的程序和节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的地运行。信息处理及控制系统主要是由计算机的软件和硬件以及相应的接口组成。硬件一般由计算机、可编程控制器(PLC)、数控装置以及逻辑电路、A/D与D/A转换、I/O（输入输出）接口和计算机外部设备等组成。机电一体化系统对控制和信息处理单元的基本要求是：提高信息处理

速度，提高可靠性，增强抗干扰能力以及完善系统自诊断功能，实现信息处理智能化。

以上这五部分我们通常称为机电一体化的五大构成要素，而在实际中有时机电一体化系统的某些构成要素是复合在一起的。机电一体化产品的五大部分在工作时相互协调，共同完成所规定的目的功能。在结构上，各组成部分通过各种接口及其相应的软件有机地结合在一起，构成一个内部匹配合理、外部效能最佳的完整产品。

1.2.3 机电一体化系统接口概述

机电一体化系统由许多要素或子系统构成，各要素或子系统之间必须能顺利地进行物质、能量和信息的传递与交换。因此，各要素或各子系统相接处必须具备一定的联系条件，这些联系条件称为接口。一方面，机电一体化系统通过输入／输出接口将其与人、自然及其他系统相连；另一方面，机电一体化系统通过许多接口将系统构成要素联系为一体。因此，系统的性能在很大程度上取决于接口的性能。

接口设计的总任务是解决功能模块间的信号匹配问题，根据划分出的功能模块，在分析研究各功能模块输入／输出关系的基础上，计算制定出各功能模块相互连接时所必须共同遵守的电气和机械的规范和参数约定，使其在具体实现时能够“直接”相连。因此，把机电一体化产品可看成是由许多接口将组成产品各要素的输入／输出联系为一体的系统。

1．接口的分类

机电一体化系统中各要素和子系统之间，接口使得物质、能量、信息在连接要素的交界面上平稳地输入／输出，它是保证产品具有高性能、高质量的必要条件，有时会成为决定系统综合性能好坏的关键因素，这是机电一体化系统的复杂性决定的。接口的功能是由参数变换与调整和物质、能量、信息的输入／输出两部分组成。

（1）根据接口的变换和调整功能特征分类。

①零接口：不进行参数的变换与调整，即输入／输出的直接接口，如联轴器、输送管、捅头、插座、导线、电缆等。

②被动接口：仅对被动要素的参数进行变换与调整，如齿轮减速器、进给丝杠、变压器、可变电阻以及光学透镜等。

③主动接口：含有主动因素、并能与被动要素进行匹配的接口，如电磁离合器、放大器、光电耦合器、A/D.D/A转换器等。

④智能接口：含有微处理器、可进行程序编制或适应条件变化的接口，如自动调速装置、通用输入／输出芯片（如8255芯片）、RS232串行接口、通用接口总线等。

(2)根据接口的输入／输出功能的性质分类。

①信息接口（软件接口）：受规格、标准、法律、语言、符号等逻辑、软件的约束，如GB、ISO标准、RS232C、ASCII码、C语言等。

②机械接口：根据输入／输出部位的形状、尺寸、精度等进行机械联结，如联轴器、管接头、法兰盘等。

③物理接口：受通过接口部位的物质、能量与信息的具体形态和物理条件约束，如受电压、频率、电流、阻抗、传递扭矩的大小、气（液）体成分（压力或流量）约束的接口。

④环境接口：对周围的环境条件有具体保护作用和隔绝作用，如防尘过滤器、防水联结器、防爆开关等。

(3)按照所联系的子系统不同分类。以控制微机（微电子系统）为出发点，将接口分为人机接口和机电接口两大类。机械系统与微电子系统之间的联系必须通过机电接口进行调整、匹配、缓冲，同时微电子系统的应用使机械系统具有“智能”，达到了较高的自动化程度，但该系统仍然离不开人的干预，必须在人的监控下进行，因此人机接口也是必不可少的。人机接口和机电接口将在项目5中重点训练。

2．接口设计的要求

不同类型的接口，设计要求有所不同。在这里仅从系统设计的角度讨论微机接口和机械接口设计的各自要求。

（1）微机接口。微机接口通常由接口电路和与之配套的驱动程序组成。能够使被传动的数据实现在电气上、时间上相互匹配的电路称为接口电路，它是接口的骨架；能够完成这种功能的程序称为接口程序，它是完成接口预设值任务的中枢神经，主要完成数据的输入／输出、传送以及可编程接口器件的方式设定，中断方式设定的初始化工作；两者融为一体构成了微机接口。由于微机接口负担着微机和设备之间传输信息的任务，因此，系统要求具有两大特点：一方面能够可靠地传送相应的控制信息，并能够输入相关的状态信息，另一方面能够进行相应的信息转换，以满足系统的输入输出要求。信息转换主要包括以下方面：数字量／模拟量的转换(D/A)；模拟量／数字量转换(A/D)；从数字量转换成脉冲量；电平转换；电量到非电量的转换；弱电到强电的转换以及功率匹配等。具体要求如下：

传感器接口要求传感器与被测机械量信号源具有直接关系，要使标度转换及数学建模精确、可行，传感器与机械本体的连接简单稳固，能克服机械谐波干扰，正确反映对象的被测参数。

变送接口应满足传感器模块的输入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，接口的信号传输要准确、可靠、抗干扰能力强，具有较低的噪声容限；接口的输入阻抗应与传感器的输出阻抗相匹配；接口的输出电平应与微机的电平相一致；接口的输入信号与输出信号的关系应是线性关系，以便于微机进行信号处理。

驱动接口应满足传感器模块的输入信号与微机系统的后向通道在电平上一致，接口的输出端与功率驱动模块的输入端之间不仅电平要匹配还要在阻抗上匹配。另外接口必须采用有效的抗干扰措施，防止功率驱动设备的强电信号窜入微机系统。

（2）机械传动接口。机械传动接口，如减速器、丝杠螺母等，要求它的连接机构紧凑、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，刚度好，响应快。

1.3 机电一体化技术的理论基础与关键技术

系统论、信息论、控制论的建立，微电子技术，尤其是计算机技术的迅猛发展引起了科学技术的又一次革命，导致了机械工程的机电一体化。如果说系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础，那么微电子技术、精密机械技术等就是它的技术基础。微电子技术，尤其是微型计算机技术的迅猛发展，为机电一体化技术的进步与发展提供了前提条件。

1.3.1 理论基础

系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础，也是机电一体化技术的方法论。开展机电一体化技术研究时，无论在工程的构思、规划、设计方面，还是在它的实施或实现方面，都不能只着眼于机械或电子，不能只看到传感器或计算机，而是要用系统的观点，合理解决信息流与控制机制问题，有效地综合各有关技术，才能形成所需要的系统或产品。

给定机电一体化系统目的与规格后，机电一体化技术人员利用机电一体化技术进行设计、制造的整个过程称为机电一体化工程。实施机电一体化工程的结果，是新型的机电一体化产品。图1-4给出了机电一体化工程的构成因素。

图1-4 机电一体化工程构成因素

系统工程是系统科学的一个工作领域，而系统科学本身是一门关于“针对目的要求而进行合理的方法学处理”的边缘学科。系统工程的概念不仅包括“系统”，即具有特定功能的、相互之间具有有机联系的众多要素所构成的一个整体，也包括“工程”，即产生一定效能的方法。机电一体化技术是系统工程科学在机械电子工程中的具体应用。具体地讲，就是以机

械电子系统或产品为对象，以数学方法和计算机等为工具，对系统的构成要素、组织结构、信息交换和反馈控制等功能进行分析、设计、制造和服务，从而达到最优设计、最优控制和最优管理的目标，以便充分发挥人力、物力和财力，通过各种组织管理技术，使局部与整体之间协调配合，实现系统的综合最优化。

机电一体化系统是一个包括物质流、能量流和信息流的系统，而有效地利用各种信号所携带的丰富信息资源，则有赖于信号处理和信号识别技术。考察所有机电一体化产品，就会看到准确的信息获取、处理、利用在系统中所起的实质性作用。

将工程控制论应用于机械工程技术而派生的机械控制工程，为机械技术引入了崭新的理论、思想和语言，把机械设计技术由原来静态的、孤立的传统设计思想引向动态的、系统的设计环境，使科学的辩证法在机械技术中得以体现，为机械设计技术提供了丰富的现代设计方法。

1.3.2 关键技术

发展机电一体化技术所面临的共性关键技术包括精密机械技术、传感检测技术、伺服驱动技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、接口技术和系统总体技术等。现代的机电一体化产品甚至还包含了光、声、化学、生物等技术的应用。

1．机械技术

机械技术是机电一体化的基础。随着高新技术引入机械行业，机械技术面临着挑战和变革。在机电一体化产品中，它不再是单一地完成系统间的连接，而是要优化设计系统结构、质量、体积、刚性和寿命等参数对机电一体化系统的综合影响。机械技术的着眼点在于如何与机电一体化的技术相适应，利用其他高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上以及功能上的变更，满足减少质量、缩小体积、提高精度、提高刚度、改善性能和增加功能的要求。尤其那些关键零部件，如导轨、滚珠丝杠、轴承、传动部件等的材料、精度对机电一体化产品的性能、控制精度影响很大。

在制造过程的机电一体化系统，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，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。这里原有的机械技术以知识和技能的形式存在。如计算机辅助工艺规程编制(CAPP)是目前CAD/CAM系统研究的瓶颈，其关键问题在于如何将各行业、企业、技术人员中的标准、习惯和经验进行表达和陈述，从而实现计算机的自动工艺设计与管理。

2．传感与检测技术

传感与检测装置是系统的感受器官，它与信息系统的输入端相连并将检测到的信息输送到信息处理部分。传感与检测是实现自动控制、自动调节的关键环节，它的功能越强，系统 的自动化程度就越高。传感与检测的关键元件是传感器。

机电一体化系统或产品的柔性化、功能化和智能化都与传感器的品种多少、性能好坏密切相关。传感器的发展正进入集成化、智能化阶段。传感器技术本身是一门多学科、知识密集的应用技术。传感原理、传感材料及加工制造装配技术是传感器开发的三个重要方面。

传感器是将被测量（包括各种物理量、化学量和生物量等）变换成系统可识别的、与被测量有确定对应关系的有用电信号的一种装置。现代工程技术要求传感器能快速、精确地获取信息，并能经受各种严酷环境的考验。与计算机技术相比，传感器的发展显得缓慢，难以满足技术发展的要求。不少机电一体化装置不能达到满意的效果或无法实现设计的关键原因在于没有合适的传感器。因此大力开展传感器的研究，对于机电一体化技术的发展具有十分重要的意义。

3．伺服驱动技术

伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置或部件，对系统的动态性能、控制质量和功能具有决定性的影响。伺服驱动技术主要是指机电一体化产品中的执行元件和驱动装置设计中的技术问题，它涉及设备执行操作的技术，对所加工产品的质量具有直接的影响。机电一体化产品中的伺服驱动执行元件包括电动、气动、液压等各种类型，其中电动式执行元件居多。驱动装置主要是各种电动机的驱动电源电路，目前多由电力电子器件及集成化的功能电路构成。在机电一体化系统中，通常微型计算机通过接口电路与驱动装置相连接，控制执行元件的运动，执行元件通过机械接口与机械传动和执行机构相连，带动工作机械作回转、直线以及其他各种复杂的运动。常见的伺服驱动有电液马达、脉冲油缸、步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机等。由于变频技术的发展，交流伺服驱动技术取得突破性进展，为机电一体化系统提供了高质量的伺服驱动单元，极大地促进了机电一体化技术的发展。

4.信息处理技术

信息处理技术包括信息的交换、存取、运算、判断和决策，实现信息处理的工具大都采用计算机，因此计算机技术与信息处理技术是密切相关的。计算机技术包括计算机的软件技术和硬件技术、网络与通信技术、数据技术等。机电一体化系统中主要采用工业控制计算机（包括单片机、可编程序控制器等）进行信息处理。人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术等都属于计算机信息处理技术。

在机电一体化系统中，计算机信息处理部分指挥整个系统的运行。信息处理是否正确、及时，直接影响到系统工作的质量和效率。因此，计算机应用及信息处理技术已成为促进机电一体化技术发展和变革的最活跃的因素。

5.自动控制技术

自动控制技术范围很广，机电一体化的系统设计是在基本控制理论指导下，对具体控制装置或控制系统进行设计；对设计后的系统进行仿真，现场调试；最后使研制的系统可靠地投入运行。由于控制对象种类繁多，所以控制技术的内容极其丰富，例如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断、校正、补偿、再现、检索等。

随着微型机的广泛应用，自动控制技术越来越多地与计算机控制技术联系在一起，成为机电一体化中十分重要的关键技术。

6.接口技术

机电一体化系统是机械、电子、信息等性能各异的技术融为一体的综合系统，其构成要素和子系统之间的接口极其重要，主要有电气接口、机械接口、人机接口等。电气接口实现系统间信号联系；机械接口则完成机械与机械部件、机械与电气装置的连接；人机接口提供人与系统间的交互界面。接口技术是机电一体化系统设计的关键环节。

7．系统总体技术

系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统的观点和全局角度，将总体分解成相互有机联系的若干单元，找出能完成各个功能的技术方案，再把功能和技术方案组成方案组进行分析、评价和优选的综合应用技术。系统总体技术解决的是系统的性能优化问题和组成要素之间的有机联系问题，即使各个组成要素的性能和可靠性很好，如果整个系统不能很好协调，系统也很难保证正常运行。

在机电一体化产品中，机械、电气和电子是性能、规律截然不同的物理模型，因而存在匹配上的困难；电气、电子又有强电与弱电及模拟与数字之分，必然遇到相互干扰和耦合的问题；系统的复杂性带来的可靠性问题；产品的小型化增加的状态监测与维修困难；多功能化造成诊断技术的多样性等。因此就要考虑产品整个寿命周期的总体综合技术。

为了开发出具有较强竞争力的机电一体化产品，系统总体设计。除考虑优化设计外，还包括可靠性设计、标准化设计、系列化设计以及造型设计等。

机电一体化技术有着自身的显著特点和技术范畴，为了正确理解和恰当运用机电一体化技术，还必须认识机电一体化技术与其他技术之问的区别。

（1）机电一体化技术与传统机电技术的区别。传统机电技术的操作控制主要以电磁学原理为基础的各种电器来实现，如继电器、接触器等，在没计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系。机械本体和电气驱动界限分明，整个装置是刚性的，不涉及软件和计算机控制。机电一体化技术以计算机为控制中心，在设汁过程中强调机械部件和电器部件间的相互作用和影响，整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。

（2）机电一体化技术与并行技术的区别。机电一体化技术将机械技术、微电子技术、计算机技术、控制技术和检测技术在设计和制造阶段就有机结合在一起，十分注意机械和其

他部件之间的相互作用。并行技术是将上述各种技术尽量在各自范围内齐头并进，只在不同技术内部进行设计制造，最后通过简单叠加完成整体装置。

（3）机电一体化技术与自动控制技术的区别。自动控制技术的侧重点是讨论控制原理、控制规律、分析方法和自动系统的构造等。机电一体化技术是将自动控制原理及方法作为重要支撑技术，将自控部件作为重要控制部件。它应用自控原理和方法，对机电一体化装置进行系统分析和性能测算。

（4）机电一体化技术与计算机应用技术的区别。机电一体化技术只是将计算机作为核心部件应用，目的是提高和改善系统性能。计算机在机电一体化系统中的应用仅仅是计算机应用技术中一部分，它还可以作为办公、管理及图像处理等广泛应用。机电一体化技术研究的是机电一体化系统，而不是计算机应用本身。

1.4 机电一体化产品

机电一体化技术和产品（系统）的应用范围非常广泛，几乎涉及人们生产生活的所有领域。机电一体化产品种类繁多，且仍在不断发展，分类标准也就各异，目前大致可有以下几种分类方法。

1.4.1 按产品功能分类

机电一体化产品按功能可分为以下几类。1．数控机械类

数控机械类产品的特点是执行机构为机械装置，主要有数控机床、工业机器人、发动机控制系统及自动洗衣机等产品。

2．电子设备类

电子设备类产品的特点是执行机构为电子装置，主要有电火花加工机床、线切割加工机床、超声波缝纫机及激光测量仪等产品。

3．机电结合类

机电结合类产品的特点是执行机构为机械和电子装置的有机结合，主要有CT扫描仪、自动售货机、自动探伤机等产品。

4．电液伺服类

电液伺服类产品的特点是执行机构为液压驱动的机械装置，控制机构为接收电信号的液压伺服阀。主要产品是机电一体化的伺服装置。

5．信息控制类

信息控制类产品的特点是执行机构的动作完全由所接收的信息控制，主要有磁盘存储器、复印机、传真机及录音机等产品。

1.4.2 按机电结合程度和形式分类

机电一体化产品还可根据机电技术的结合程度分为功能附加型、功能替代型和机电融合型三类。

1．功能附加型

在原有机械产品的基础上，采用微电子技术，使产品功能增加和增强，性能得到适当的提高。如经济型数控机床、数显量具、全自动洗衣机等。

2．功能替代型

采用微电子技术及装置取代原产品中的机械控制功能、信息处理功能或主功能，使产品结构简化，性能提高，柔性增加。如自动照相机、电子石英表、线切割加工机床等。

3．机电融合型

根据产品的功能和性能要求及技术规范，采用专门设计的或具有特定用途的集成电路来实现产品中的控制和信息处理等功能，因而使产品结构更加紧凑，设计更加灵活，成本进一步降低。复印机、摄像机、CNC数控机床等都是这一类机电一体化产品。

1.4.3 按产品用途分类

当然，如果按用途分类，机电一体化产品又可分为机械制造业机电一体化设备、电子器件及产品生产用自动化设备、军事武器及航空航天设备、家庭智能机电一体化产品、医学诊断及治疗机电一体化产品，以及环境、考古、探险、玩具等领域的机电一体化产品等。

1.5 机电一体化的现状与发展前景

机电一体化技术是其他高新技术发展的基础，机电一体化的发展依赖于其他相关技术的发展，可以预料，随着信息技术、材料技术、生物技术等新兴学科的高速发展，在数控机床、机器人、微型机械、家用智能设备、医疗设备、现代制造系统等产品及领域，机电一体化技术将得到更加蓬勃的发展。

1.5.1 机电一体化的发展现状

机电一体化技术的发展大体上可以分为3个阶段。

1．初级阶段

二十世纪六十年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉或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。第二次世界大战直接刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军工技术，战后转为民用，对经济的恢复起了积极的作用。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。

2．蓬勃发展阶段

二十世纪七八十年代为第二阶段，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迅速发展，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是机电一体化概念逐步形成并得到比较广泛的承认，机电一体化技术和产品得到极大发展，世界各国开始对机电一体化和产品给予很大的关注和支持。

3．初步智能化阶段

二十世纪九十年代后期，机电一体化技术开始了向智能化方向迈进的新阶段。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，精细加工技术也在机电一体化中崭露头角，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着深入研究。在工业发达国家，人们已经认识到，先进机电系统的设计、制造和运行，将属于那些懂得怎样去优化机械和电子系统之间联系的人。在这些系统中，信息将起到至关重要的作用；人工智能、专家系统、智能机器人将构成未来机电一体化系统的驱动、监测、控制和诊断的主导技术。随着人工智能、神经网络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广阔的发展天地。这些研究将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。

由于机电一体化技术对现代工业和技术发展具有巨大的推动力，因此世界各国均将其作为工业技术发展的重要战略之一。二十世纪八十年代初，我国成立了机电一体化领导小组并将机电一体化技术列入《高技术研究发展计划纲要》即“八六三”计划中。二十世纪九十年代，我国把机电一体化技术列为重点发展的十大高新技术产业之一。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时，充分考虑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，在利用机电一体化技术开发新产品和改造传统产业结构及装备方面都有明显进展，取得了一定的成果，但与日、美、德等先进国家相比仍有较大差距。

任何一门科学都是由基础理论技术和工程系统组成的完整体系。机电—体化在技术和工程系统方面已有很大发展，但在基础理论方面尚在发展之中，还很不完备。

1.5.2 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、计算杌、信息等多学科的交叉融合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。因此，机电一体化的主要发展方向如下。

1．智能化

智能化是机电一体化技术的一个重要发展方向。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、生理学和混合动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推测、逻辑思维、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类完全相同的智能是不可能的，但高性能、高速度微处理器可以使机电一体化产品被赋予低级智能或人的部分智能。

2．模块化

机电一体化产品的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、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂而又是非常重要的事。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标准单元能够迅速开发出新的产品，同时也可以扩大生产规模。标准的制定对于各种部件、单元的匹配和接口是非常重要和关键的，这项工作由于牵扯面广，目前还有待进一步协调。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，模块化都将对其带来好处。

3．网络化

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、教育以及人们日常生活都带来了巨大变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也日益全球化。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就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为大势所趋，这使得人们在家里能充分享受各种高技术带来的便利和快乐。机电一体化产品无疑正朝着网络化方向发展。

4．微型化

微型化指的是机电一体化向微型化和微观领域发展的趋势。国外将其称为微电子机械系统(MEMS)或微机电一体化系统，泛指几何尺寸不超过1立方厘米的机电一体化产品，并向微米至纳米级发展。微机电一体化产品具有轻、薄、小、巧的特点，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。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，包括光刻技术和蚀刻技术。

5．绿色环保化

机电一体化产品的绿色环保化主要是指使用时不污染生态环境，可回收利用，无公害。工业的发达给人们带来了巨大的变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面资源减少，生态遭受到严重的污染。于是，人们呼吁保护环境资源，绿色产品应运而生，绿色化成为时代趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命周期中，符合特定的环境保护和人类的健康要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率最高。

6．人性化

未来的机电一体化更加注重产品与人类的关系，机电一体化产品的最终使用对象是人，如何赋予机电一体化产品人的智能、感情、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化。另外，模仿生物生理，研制各种机电一体化产品也是机电一体化产品人性化的体现之一。

7．集成化

集成化既包括各种分技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包括在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。

小结

1．机电一体化是在机械主功能、动力功能之信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。

2．机电一体化系统一般由机械本体、传感检测、执行机构、控制及信息处理、动力系统等五部分组成。

3．接口的分类

（1）根据接口的变换和调整功能特征分为：零接口、被动接口、主动接口、智能接口。（2）根据接口的输入／输出功能的性质分为：信息接口、机械接口、物理接口、环境接口。

4．机电一体化技术关键技术包括精密机械技术、传感检测技术、伺服驱动技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、接口技术和系统总体技术等。

5．机电一体化的发展趋势：智能化、模块化、网络化、微型化、绿色环保化、人性化、集成化。

思考与练习1 1-1 机电一体化系统的基本功能要素有哪些？功能各是什么？ 1-2 试述机电一体化产品接口的分类方法。

1-3 列举各行业机电一体化产品的应用实例，并分析各产品中相关技术应用情况。1-4 为什么说机电一体化技术是其他技术发展的基础？举例说明。

项目工程1：典型机电一体化系统——四自由度机器人认识

一、工业机器人概况

工业机器人作为最典型的机电一体化产品，几乎具有机电一体化系统的所有特点，它是一种可编程的智能型自动化设备，是应用计算机进行控制的替代人进行工作的高度自动化系统。最近，联合国标准化组织采用的机器人的定义是：“一种可以反复编程的多功能的、用来搬运材料、零件、工具的操作机”。在无人参与的情况下，工业机器人可以自动按不同轨迹、不同运动方式完成规定动作和各种任务。机器人和机械手的主要区别是：机械手是没有自主能力，不可重复编程，只能完成定位点不变的简单的重复动作；机器人是由计算机控制的，可重复编程，能完成任意定位的复杂运动。

机器人是从初级到高级逐步完善起来的，它的发展过程可以分为三代：

第一代机器人是目前工业中大量使用的示教再现型机器人，它主要由夹持器、手臂、驱动器和控制器组成。它的控制方式比较简单，应用在线编程，即通过示教存储信息，工作时读出这些信息，向执行机构发出指令，执行机构按指令再现示教的操作。

第二代机器人是带感觉的机器人，它具有一些对外部信息进行反馈的台旨力，诸如力觉、触觉、视觉等。其控制方式较第一代机器人要复杂得多，这种机器人从1980年以来进入实用阶段。

第三代机器人是智能机器人，目前还没有一个统一和完善的智能机器人定义。国外文献中对它的解释是“可动自治装置，能理解指示命令，感知环境，识别对象，计划其操作程序以完成任务”。这个解释基本上反映了现代智能机器人的特点。近年来，智能机器人发展非常迅速，如机器人竞技、机器人探险等。

二、工业机器人的结构

工业机器人一般由主构架（手臂）、手腕、驱动系统、测量系统、控制器及传感器等组成。图1-5是工业机器人的典型结构。机器人手臂具有3个自由度（运动坐标轴），机器人作业空间由手臂运动范围决定。手腕是机器人工具（如焊枪、喷嘴、机加工刀具、夹爪）与

主构架的连接机构，它具有3个自由度。驱动系统为机器人各运动部件提供力、力矩、速度、加速度。测量系统用于机器人运动部件的位移、速度和加速度的测量。控制器(RC)用于控制机器人各运动部件的位置、速度和加速度，使机器人手爪或机器人工具的中心点以给定的速度沿着给定轨迹到达目标点。通过传感器获得搬运对象和机器人本身的状态信息，如工件及其位置的识别，障碍物的识别，抓举工件的质量是否过载等。

图1-5 工业机器人的典型结构

工业机器人运动由主构架和手腕完成，主构架具有3个自由度，其运动由两种基本运动组成，即沿着坐标轴的直线移动和绕坐标轴的回转运动。不同运动的组合，形成各种类型的机器人（如图1-6所示）：①直角坐标型(如图1-6(a)是三个直线坐标轴）；②圆柱坐标型(如

图1-6 工业机器人的基本结构形式

图1-6(b)是两个直线坐标轴和一个回转轴）；③球坐标型(如图1-6(C)是一个直线坐标轴和两个回转轴）；④关节型(如图1-6(d)是三个回转轴关节和1-6(e)是三个平面运动关节）。

三、工业机器人的应用

目前，工业机器人主要应用在汽车制造、机械制造、电子器件、集成电路、塑料加工等较大规模生产企业。下面介绍几种机器人的典型应用。

1.汽车制造领域

汽车制造生产线中的点焊和喷漆工作量极大，且要求有较高的精度和质量，由于采用传送带流水作业，速度快，上下工序要求严格，所以采用焊接机器人和喷漆机器人作业可保证质量和提高效率。图1-7是一个喷漆机器人系统示意图。喷漆机器人的运动是采用空间轨迹运动控制方式。图1-8是一个焊接机器人系统的示意图。焊接机器人还分成采用点位控制的点焊机器人和轨迹控制的焊接机器人两种。

图1-7 喷漆工业机器人系统示意图

1-操作机；2-识别装置；3-外启动；4-喷漆工件；5-示教手把；6-喷枪；7-漆罐；8-外同步控制；9-生产线停线控制；10-控制系统；11-遥控急停开关；12-油源

图1-8 焊接工业机器人系统示意图

2．机械制造领域

机械制造企业的柔性制造系统采用搬运机器人搬运物料、工件和工具，装配机器人完成设备的零件装配，测量机器人进行在线或离线测量。

图1-9 机器人用于零件装配

如图1-9所示是两台机器人用于自动装配的情况，主机器人是一台具有3个自由度，且带有触觉传感器的直角坐标机器人，它抓取第1号零件，辅助机器人抓取第2号零件，1号和2号零件抓取定位完成后，由主机械手完成装配工作。

图1-10 教学FMS 如图1-10所示是一教学型FMS，由一台CNC车床，一台CNC铣床，工件传送带，料仓，两台关节型机器人和控制计算机组成。两台机器人在FMS中服务，一台机器人服务于加工设备和传送带之间，为车床和铣床装卸工件；另一台位于传送带和料仓之间，负责上下料。

在电路板生产流水线一般使用插装机器人完成器件的查找、搬运和装配，如图1-6(e)就是插装机器人的典型结构，它主要有搬运器件的手臂的摆动和抓取插装过程的上下运动两个动作。

3．其他领域

机器人在其他领域应用也非常广泛，如，工业机器人可以取代人去处理一些如放射线、火灾、海洋、宇宙等环境的危险作业，如2004年1月4日美国“勇气”号火星探测机器人实现了人类登陆火星的梦想。2013年12月2日在西昌卫星发射的嫦娥三号月球探测器，实现了我国人民的飞天梦。

图1-11 “勇气”号火星探测机器人

图1-12 嫦娥三号月球探测器

第二篇：机电一体化技术

机电工程（http://）机电一体化技术

（1）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。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，同时采用人工智能与专家系统等，形成新一代的机械制造技术。http://

（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）系统技术系统技术即以整体的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，它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，系统的自动化程度就越高。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，它是机电一体化系统达到高水平的保证。

（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。

第三篇：机电一体化技术

机电一体化技术

制造业的‘发动机’，培养高技能综合应用型人才的摇篮，就业领域最受欢迎的专业

学习形式：

机电一体化技术专业学生入校前一年，在大专理科基础学院进行通识教育课程及专业基础课的学习。之后进入专业学院学习专业核心课程。学习期间实行学分学绩制管理，学生可根据本专业指导性培养方案，结合自己的兴趣、爱好、特长，自由选择课程、教师、授课时间、学习年限，提前修满学分和学绩者可以提前毕业。学分学绩制充分调动了老师教学积极性和学生学习的积极性，充分体现了“以人为本”的理念，让学生掌握了学习的主动权。学生经过在文理基础学院的学习，深入了解专业情况后，可于第一学期末、第二学期末根据专业学习情况调整专业。

考核方式：

在每门课程学习结束后，均需进行两次考核，分为卷一和卷二。卷一由学校教务处统一根据题库组织命题工作，命题突出该课程的基本知识和基本技能，学生通过卷一考试即可取得该课程规定的相应学分；卷二由任课教师自主命题，主要考察学生对知识的灵活运用能力，题目注重实践性、应用性，有利于培养学生对知识的实际应用。此外，卷二成绩还包括学生日常表现、平时成绩、单元测验成绩、期中考试成绩、实践课程成绩等组成，卷二成绩决定学生的学绩分数。这种考核方式改革有利于调动学生积极性，在优势课程上取得较高学绩，来补充劣势课程的不足，实现优劣势互补，突出个性化培养。

培养目标：

本专业培养拥护党的基本路线，德智体美全面发展，掌握机电一体化专业基本理论、基础知识，能在工业生产第一线从事机电设备的安装、调试、操作、维护和技术管理等工作，具有创新精神和较强实践能力的应用型高级技术人才。

在每门课程学习结束后，均需进行两次考核，分为卷一和卷二。卷一由学校教务处统一根据题库组织命题工作，命题突出该课程的基本知识和基本技能，学生通过卷一考试即可取得该课程规定的相应学分；卷二由任课教师自主命题，主要考察学生对知识的灵活运用能力，题目注重实践性、应用性，有利于培养学生对知识的实际应用。此外，卷二成绩还包括学生日常表现、平时成绩、单元测验成绩、期中考试成绩、实践课程成绩等组成，卷二成绩决定学生的学绩分数。这种考核方式改革有利于调动学生积极性，在优势课程上取得较高学绩，来补充劣势课程的不足，实现优劣势互补，突出个性化培养。

培养要求：

1、具有本专业必备的基础理论知识；

2、具有机械学、电子学等领域的专门知识和一定计算机应用能力；

3、常用机电设备的安装、调试、维护维修的基本实践能力以及解决与本专业有关的机电技术方面实际问题的能力；

4、具有一定的自动控制方面的基础知识和应用能力；

5、具有基本的数控编程与操作的能力；

6、具有一定的技术管理能力和生产协作能力。

主干课程：

高等数学、大学英语、工程力学、电工与电子、机械制图、机械设计基础、机械制造基础*、电机与电气控制*、液压传动与控制技术*、可编程控制器及应用*、特种加工技术、公差配合与技术测量、机械制造工艺与夹具、数控加工工艺、AUTOCAD、CAD/CAM技术、制图员培训、典型数控系统与应用、数控加工英语、金属工艺学、冲压与塑压成形设备、冲压工艺与模具设计。专业特色：

机电一体化专业是一个宽口径专业，适应范围很广，学生在校期间除学习各种机械、电工电子、计算机技术、控制技术、检测传感等理论知识外，还将参加各种技能培训和国家职业资格证书考试，充分体现重视技能培养的特点。

由于微电子高新技术的迅速发展，使工业自动化的程度大幅度提高。新的机电设备和产品将机械、电子、计算机和自动控制技术有机地结合在一起，形成了所谓的机电一体化技术，大幅度地提高产品的性能、质量和可靠性；提高制造技术水平，实现生产方式向柔性方向发展；增强企业的应变能力；节约能源和材料消耗，降低成本，提高劳动生产率。机电一体化已是当今世界及未来机械工业技术和产品发展的主要趋向，也是我国机械工业发展的必由之路。然而，我国现有的机械专业人员的知识结构与当今机械工业的发展极不相称。由于近二十年科学技术的迅猛发展，多数机械专业人员知识老化，对新知识、新技术了解甚少，难以从事机电一体化产品的设计与开发。尤其是在青岛地区，外资企业的进入及内地大型企业的发展，使得这一行业急需大量的机电一体化人才，因此，机电一体化技术专业具有广阔的发展前景。

就业去向：

在机械设计、制造与装备行业、模具制造业，轻工、家用电器、电子制造业从事设计、制造、技术改造、产品营销、设备管理与维护等工作，也可以进行专升本、考研深造、自主创业等。

教师风采：

翟建，教授，机械制图课程组负责人，研究方向工程机械现代设计与制造。毕业于广东工业大学工程图学专业，6年企业工作经历，先后任高级讲师、总工程师、副总经理等职，发表学术论文数十篇，获得部级教改成果奖1项，曾获厅级优秀教师。主持企业改造项目两项。现为青岛滨海学院机电工程学院教师。主讲课程有“CAD/CAM技术”、“机械制图”、“公差与技术测量”、“金属工艺学“、”机械制造工艺学”、“机械设计基础”等。

李国伟，教授，清华大学工程硕士，中共党员，教授、ISO9000质量管理体系国家注册审核员、开发区数控专家、数控加工中心技师、机械类工程师；1999年7月大学毕业后到河南安彩集团模具厂参加工作，从事玻壳模具数控加工工作； 2007年10月起在高校任教，现任数控专业骨干教师。成果与荣誉：山东省职业院校技能大赛优秀指导教师、省级精品课《特种加工技术》课程负责人、安阳市技术能手。

韩先征，教授。1991年3月毕业于吉林工业大学机械工程系，研究生学历，获工学硕士学位。1999年10月取得高级工程师资格。2007年获数控铣加工技师资格。2007年赴德国参加中德高职师资培训项目。2009年作为交流教师赴韩国永进专门大学从事Pro/ENGINEER、AUTOCAD的教学工作。成果与荣誉：主持承担了 “圆柱分度凸轮的加工”科研题目。2005年至2011年6次指导学生参加山东省机电产品创新设计竞赛，取得优异成绩，2005年获得“优秀指导教师”称号。2011年指导学生参加全国职业院校技能大赛“零部件设计与加工”项目的比赛，获得“三等奖”。

杨欣，教授/高工，毕业于华北水利水电学院，所学专业为工程机械、法律，曾在企业工作18年，从事家电产品开发、售后服务及生产管理工作；2000年起从事家电专业教学工作，将企业工作经验与专业教学有机结合，以培养满足企业需求的技高品端学生为己任，较有成效。成果与荣誉：先后5次获青岛市人事局嘉奖、2006年被评为“最受毕业生欢迎的教师”、2008年被评为 “最受学生欢迎的教师”、2008年被评为首届“训教名师”、获发明专利两项、实用新型专利四项、发表省级以上教学及科研论文20余篇、获省级成果三项；院级成果二等奖两项、三等奖一项。

刘哲，教授，毕业于佳木斯工学院，所学专业机械制造工艺与设备，主要研究专业领域为机械CAD技术及机械产品检测与控制技术。在国家级刊物上发表教学与科研论文十余篇；主编教材八本，其中两本为“十一五”国家级规划教材。作为主要完成人的教学成果获国家级教学成果奖二等奖，省优秀高等教育研究成果1项；省级精品课程负责人、省级特色专业负责人、省级教学团队带头人。主要兼任社会职务：中国图学学会理事，全国机械职业教育教学指导委员会机电设备技术类专委会委员，山东省工程图学学会职业教育专业委员会副主任，哈尔滨第一工具制造有限公司副总工程师，《青岛职业技术学院学报》编委。

刘克旺，教授，硕士。现为数控技术专业带头人、山东省特色专业负责人、院级优秀教学团队负责人，院级训教名师。主要研究专业领域为数控技术。主编《电路基础》、《工程力学》、《机械零件数控加工》等教材；发表教研和科研论文20余篇；主持完成的《汽轮机调速系统多媒体培训软件开发》科研项目被评为齐鲁石油化工公司二等奖；完成的《红外线遥控电冰箱故障实验台的设计》项目获得中国机械工业教育协会实践性教学成果二等奖；参与完成的教学成果获得国家级教学成果二等奖、山东省教学成果一等奖；在全国职业院校技能大赛中获 “教学方案设计与教学资源制作”优秀奖。

谷晓妹，硕士，讲师。主要讲授《材料力学》、《理论力学》、《液压传动》、《工程力学》、《机械设计基础》等主修课程。在滨海学院期间担任班主任工作，所带班级07机械本科1班于2009年获省级优秀班集体。教学成果显著，获得滨海学院第三届青年教师讲课大赛一等奖。

吕晓杰，硕士，讲师，主要承担机电方向的学科基础课讲授工作，期间参与液压实验室和金工实习车间的组建工作及机电一体化特色专业建设工作，主持教改项目一项，题为《液压传动与控制的教学改革研究》，并在《机电产品开发与创新》期刊上发表论文《液压传动与控制教学改革的尝试》。

付珍，工学硕士，讲师，毕业于山东科技大学，研究方向先进制造、工艺装备及其自动化，参与项目“可控液粘行星减速器的研发与设计”，发表论文“Magnetic Bearing and Its New applications”、“Technology of Magnetic Flywheel Energy Storage”、《矿井深度指示器应用及发展现状》，荣获“科研活动奖”称号。主要讲授《机械制图》、《AutoCAD》、《工程力学》、等主修课程。

张新颖，硕士，讲师，毕业于河北工业大学。研究方向：基于ProE产品拆卸序列规划的关键技术研究。现任机电工程学院教师，主讲课程有《机械设计基础》、《工业工程专业英语》等。在研究生期间协助导师完成STEP研究项目的相关任务，业余时间完成车辆方向英文资料翻译10万字左右。

周凤敏，女，讲师，工学硕士，毕业于山东理工大学。研究方向机械电子工程。现任机电工程学院教师，近几年发表了多篇学术论文。《如何完善我国汽车产品召回制度》、《瞬态激励下保守耦合系统的统计能量分析》、《基于超声波测距门机象鼻梁防撞系统设计》等多篇论文。被评为专升本优秀班主任。校级科研立项《门座式起重机象鼻梁防撞系统设计》项目负责人，主讲《机械制图》、《AutoCAD》、《CAD/CAM技术》、《公差与配合》等课程。

教学设施：

金相实验室:拥有金相显微镜、金相显微摄影仪、XJP-6A金相显微镜（电脑型）、Q-2金相试样切割机、M-2金相试样预磨机、P-2型金相试样抛光机、XQ-2B型金相试样镶样机等较为先进的设备，其他低值耐用小型仪器设备有电吹风、试样、侵蚀剂、砂纸、箱式电炉等。金相实验室是为了在校本专科机电专业开设的《金属学及热处理》课程安排的各种金属材料的显微组织形态观察、分析而建的，是冶金技术专业重要的基础实验室，旨在培养学生观察、分析金属组织的能力，深入了解金属组织的形态、特性和综合力学性能，从而加深金属学知识的理解。该室具有试样制备、显微组织观察分析等能力。可开出教学大纲中所有必开和选开的实验，包括： 金相显微镜的原理、结构和使用、金相试样的制备、工业纯铁、纯铅、纯锌的组织观察、二元合金显微组织观察、铸铁金相组织观察、常见合金钢的组织观察等实验项目，为教师在材料研究方面提供最基本的实验手段。本实验室的建立为学生提供了一个良好的实验环境，使学生在动手能力，应用知识能力很好地得到锻炼的同时，能有机会了解材料领域中较为先进的研究方法。

液压与气动实验室配有TC-GY01型液压传动教学综合实验设备和供学生拆装的液压动力元件（如齿轮泵和叶片泵）和控制元件（如溢流阀、减压阀、顺序阀和节流阀）。TC-GY01型液压传动教学综合实验设备是根据现代实验教学特点，吸收国内外先进的液压实验教学特点，精心设计而成。它采用先进的液压元件技术和新颖的模块设计，构成了插接方便的系统组合。它满足在校本专科学生对进行液压传动课程的实验教学要求。可以培养和提高学生的设计能力、动手能力和综合运用能力，起到了加强设计性实验及其综合运用的实践环节的作用。此外，该实验室也可进行可编程控制器PLC实验，内容有：

1、PLC的指令编程，梯形图编程的学习；

2、PLC编程软件的学习和使用；

3、PLC与计算机的通讯，在线调试、监控；

4、PLC对液压传动的优化控制。

材料力学实验室具有较为先进的微机控制电子万能试验机、微机控制扭转试验机、电子式拉力试验机和电动抗折试验机。力学实验室作为基础实验室，主要承担机械专业的《材料力学》和《工程力学》等课程的实验教学任务。主要开设的实验项目有拉伸、压缩、弯曲、剪切实验，扭转实验，冲击实验，梁的弯曲正应力实验等。通过以上实验可使学生掌握：第一，材料的力学性能测定方法。比如：材料的各项强度指标，如屈服极限、强度极限、冲击韧性、以及材料的弹性性能等。第二，验证已建立的理论。

机械设计基础实验室实验仪器设备：拆装用分流式双级圆柱减速器，拆装用同轴式双级圆柱齿轮减速器，拆装用单级圆柱齿轮减速器，拆装用新型结构单级圆柱齿轮减速器，拆装用展开式双级圆柱减速器，机械设计（零件）陈列柜。主要实验项目：1.带传动实验；2.齿轮传动效率实验；3.减速器拆装；4.轴系结构实验；5.机构创新设计及实验；6.机械系统综合设计及实验。该模拟实验室可辅助《机械设计基础》的课程教学，对理论内容进行形象直观的演示，教学效果良好。

机械原理实验室是机械类专业的基础实验室，拥有机械原理综合示教柜、范成法齿轮加工仪、动平衡机、渐开线齿轮及相关测量工具等设备。承担机械专业“机械原理“课程实验、课程设计、科技创新等教学任务。主要实验项目：1.示教柜演示；2.机构运动简图绘制与分析；3.渐开线齿轮范成实验；4.渐开线齿轮参数测定。

PLC技术实训室是针对电气类和机电类专业的相关可编程控制器课程而建立的一个集可编程控制器实验和可编程控制器课程设计为一体的实训室，通过实际设备加深学生对可编程控制器组成及应用的理解。实验室配备有电梯模型、机械手、自动化分检装置、立体仓库。可进行的实验项目有：行程开关工作原理研究实验、光电开关工作原理研究实验、执行元件原理研究实验、PLC控制实验、四层楼电梯的PLC控制实验、机械手的PLC控制实验。通过实验能够使学生掌握PLC在工程中的具体应用以及总体的设计方法和设计步骤。

电工电子实验室采用通用型电工电子实验台。按照实验教学大纲的要求，它可满足电工学、电路分析、模拟电子学、数字电路等课程的实验教学需要。该实验室可完成强电类及弱电类近80余项实验内容，如：二极管及整流电路、晶体管、直流放大与运算电路、振荡电路、直流电路、三相交流电路、电机拖动实验等多项内容，亦可根据课堂教学情况自行编制一些配套实验，并可给学生的毕业设计和课程设计提供硬件支持。

绘图室配有多功能绘图桌、绘图板、丁字尺、绘图三角板、绘图仪器、擦图片、比例尺等全套绘图用具；配有布质挂图、木制教具和塑料教具；配有胶片投影仪、投影屏幕。学生可在绘图室中进行传统手工绘图训练，完成机械制图》课程教学的课堂任务以及课程设计，同时还可为机电类专业的毕业设计提供良好的硬件条件。

精雕机实验室配有睿雕280精雕机、罗兰三维实体扫描仪。该实验室设备技术先进，设备精良可以实现对三维实体的扫描，并进行精密模具、浮雕、艺术字的加工。主要用于数控设备应用与维护专业、机电一体化专业和模具设计与应用专业的专业实习，也可支持工业设计专业的教学需要，也可对外承接加工任务。

自动控制实验室有欧姆龙（OMRON）CPM2A可编程控制器、欧姆龙（OMRON）CPM1A可编程控制器。主要用于学习欧姆 龙可编程控制器的程序设计及应用，可直观地进行可编程控制器的基本指令练习，承担《可编程控制器原理及应用》、《电气控制与PLC》等课程的实验和实训及毕业设计、课程设计的教学任务。为电气自动化技术、楼宇智能化工程技术、应用电子技术、机电一体化和数控设备应用与维护等专业的教学提供服务。

机械加工实训基地的设备有车、铣、刨、磨、特种加工等普通、数控机床。普通机床有普通车床、铣床、钻床、磨床、锯床、砂轮机、台式虎钳等；数控机床有数控车床、数控铣床、加工中心、电火花线切割机、电火花成形机、数控折弯机、数控冲床等，配有刀具、量具等。该实训基地配置了较为全面的机械基础相关实验仪器设备，可同时容纳200人进行机械加工实习和机械基础实习。承担机电专业的课程设计、毕业设计等教学任务，同时结合地方经济发展的需要，进行外协加工、技术服务、科研产品试制等。研制和生产CF-8型铸造流水线、V法铸造砂处理系统、大型连栋温室及环境控制系统、各类农业机械等产品，为有关专业特色方向的形成准备了基础和条件。主要实习项目：1.铸造、锻压、焊接、热处理，车削加工，铣削加工，刨削加工，磨削加工，数控加工，焊工等十一个工种的实习。2.机制工艺课程设计。3.学生科技创新。4.毕业设计。利用实训基地可以培养学生对各种机床的操作能力，完成生产实习教学任务，同时为将来就业打下良好的基础。

CAD/CAM实训室的软件有：Master CAM、Pro/E、CAXA制造工程师、CAXA实体造型软件、CAXA数控车、AUTOCAD2004、数控模拟仿真软件。可利用常用CAD/CAM软件进行三维造型和自动编程。

热处理实验室是机械类专业的基础实验室，拥有真空烧结炉，洛氏硬度计，数显显微硬度计(维氏硬度计），布氏硬度计，可控硅温度控制器，箱式电阻炉，节能箱式电阻炉等设备。该实验室可以进行热处理的各种常规实验及理论教学；还可以进各种热处理常规工艺的操作如：退火，正火，淬火，回火，调质等；还可以进行洛氏、布氏硬度检测。利用箱式电炉通过观察不同的加热温度对碳钢的组织与性能影响，进一步了解碳钢热处理温度的选定原则，并加深对铁碳平衡图的认识和理解、通过对碳钢的试样的热处理，了解冷却速度及含碳量对其组织的性能的影响，加深对等温转变曲线和淬火临界冷却速度等概念的理解、通过观察组织和机械性能的测定，了解不同回火温度对淬火碳钢组织和性能的影响，并了解碳钢在回火过程中组织转变和性能变化的规律、熟悉淬火与回火操作，学会正确使用硬度计。加强学生的动手实践能力，启迪创新思维。本实验室现有专门从事实验室管理和教学的实验指导教师，具有较强的理论和实践指导能力。热处理实验室主要承担《机械制造基础》这门课程的实验教学任务。该实验室的建立为学生提供了一个良好的试验环境，使学生在动手能力，应用知识能力很好地得到锻炼的同时，能有机会了解材料领域中较为先进的研究方法。也可以进行各种与金属材料和热处理相关的职业工种，岗位的技术培训及课题实验研究。

第四篇：机电一体化技术

四川农业大学继续教育学院 网络教育学院●毕业论文

机电一体化专业 毕业实习报告参考题目

一、论文参考题目

1、油菜收割机割台的改进与试验

2、设计所在工厂开发的一个新产品进行厂房、动力、设备、人员等进行规划设计

3、拖拉机的前景和发展研究

4、汽车拖拉机的制动系的故障分析

5、力（位）调节的特点及适应性研究

6、汽车拖拉机在农业生产中的应用研究

7、汽车电器设备的维修与维护技术的改进

8、汽车新技术在生产上的应用

9、汽车拖拉机运用技术的推广

10、农机化的现状及其发展研究

11、农业机械化与农业现代化的关系研究

12、农业机械化与“三农”问题的关系研究

13、某典型零件加工工艺设计与分析

14、机电一体化技术的应用与设计

15、Master CAM 程序的应用

16、数控加工及其在生产中的应用

17、现代CAD/CAM软件在生产中的应用

18、某地区农业机械化现状与发展的研究

19、对某地区农业机械适用性的研究 20、丘陵地区农业机械化模式的研究

21、某机械或机构的设计与计算、或试验与研究、或仿真与分析

22、机电技术在现代农业中的应用研究

23、设计一个1.5顿重轿车用千斤顶，要求小巧，简单，汽车后备箱备胎放置处能够存放

24、减速器及零部件的设计与计算、或者减速器及零部件的优化设计等

四川农业大学继续教育学院 网络教育学院●毕业论文

25、典型零件的加工工艺设计

26、基于Mastercam的典型零件的数控程序设计

27、某机械或装置的故障检测与维修

28、某种农具的设计、实验与维修

29、某种农产品的力学特性的研究 30、某液压系统的设计、故障检测与分析

第五篇：《机电一体化技术》（精选）

《机电一体化技术》

考试大纲

一、考试内容

1.机电一体化基本概念：机电一体化产品的构成、分类、关键技术。

2.精密机械技术：传动机构，导向机构，执行机构。

3.接口技术：人机接口，A/D转换接口，D/A转换接口，功率转换接口。

4.检测技术：模拟式传感器信号检测，数字式传感器信号检测，检测信号的采集和预处理。

5.伺服系统技术：伺服系统基本概念、结构形式、基本类型，执行元件，步进电机的控制与驱动，直流电机的控制与驱动，开环伺服系统，闭环伺服系统。

6.控制技术：控制系统基本构成、分类，被控对象的数学模型，微型机控制技术基础，数字控制器，微型机控制系统设计，微机系统干扰源及干扰拟制技术。

7.总体设计：总体设计的内容，性能指标分析，功能及性能指标分配，机电一体化产品的可靠性设计。

二、参考书目

1．郑堤、唐可洪，《机电一体化设计基础》，机械工业出版社，2001。

2．刘杰、赵春雨、宋伟刚，《机电一体化技术基础与产品设计》，冶金工业出版社，2003。

3．胡泓、姚伯威，《机电一体化原理及应用》，国防工业出版社，1999。