机电一体化毕业论文 机电一体化技术在家用电器应用及发展趋势.pdf

1、1江 西 工 业 工 程 职 业 技 术 学 院毕 业 论 文题 目 : 机 电 一 体 化 技 术 在 家 用 电 器 应 用 及 发 展 趋 势姓 名 ：指 导 老 师 ：专 业 ： 机 电 一 体 化班 级 ： 机 电 09x学 号 ：江 西 工 业 工 程 职 业 技 术 学 院2摘 要现 代 科 学 技 术 的 发 展 极 大 地 推 动 了 不 同 科 学 的 交 叉 与 渗 透 ， 引 起 了 工 程 领 域 的 技 术 改 造 与 革 命 。在 机 械 工 程 领 域 ， 由 于 微 电 子 技 术 和 计 算 机 技 术 的 迅 速 发 展 及 其 向 机 械 工 业 的 渗

2、 透 所 形 成 的 机 电 一体 化 ， 使 机 械 工 业 的 技 术 机 构 、 产 品 机 构 、 功 能 与 构 成 、 生 产 方 式 及 管 理 体 系 发 生 了 巨 大 变 化 ， 同时 机 电 一 体 化 技 术 在 家 用 电 器 中 也 广 泛 渗 透 ， 使 机 电 一 体 化 技 术 与 我 们 的 生 活 息 息 相 关 ， 密 不 可 分 。关 键 词 : 机 电 一 体 化 应 用 发 展3目 录一 、 机 电 一 体 化 技 术 在 家 用 电 器 中 发 展 历 程 .41.1、 光 机 电 一 体 化 .41.2、 自 律 分 配 系 统 化 .51.3

3、全 息 系 统 化 智 能 化 51.4、 生 物 软 件 化 仿 生 物 系 统 化 .51.5、 微 型 机 电 化 微 型 化 .5二 、 机 电 一 体 化 的 主 要 在 家 电 领 域 的 应 用 .52.1 组 成 要 素 与 四 大 原 则 .62.2家 电 在 机 电 一 体 化 上 的 应 用 72.3柔 性 制 造 系 统 (FMS)82.4 工 业 机 器 人 在 家 电 领 域 应 用 的 设 想 .83.1智 能 化 .113.2模 块 化 123.3网 络 化 123.4微 型 化 123.5 绿 色 化 。 .123.6 系 统 化 .13四 、 我 国 “ 机

4、 电 一 体 化 ” 面 临 的 形 势 及 任 务 与 其 相 应 的 对 策 .134.1形 势 .134.2任 务 .134.3对 策 .144.3.1加 强 统 筹 安 排 ， 协 调 发 展 计 划 144.3.2强 化 行 业 管 理 ， 发 挥 “ 协 会 ” 作 用 144.3.3优 化 发 展 环 境 、 增 大 支 持 力 度 144.3.4突 出 发 展 重 点 ， 兼 顾 “ 两 个 层 次 ” 14结 束 语 15参 考 文 献 164一 、 机 电 一 体 化 技 术 在 家 用 电 器 中 发 展 历 程1.1、 光 机 电 一 体 化光 机 电 一 体 化 技

5、术 是 微 电 子 技 术 、 计 算 机 技 术 、 控 制 技 术 、 光 学 技 术 与 机 械 技 术 的 相 互 交 叉 与融 合 ， 是 诸 多 高 新 技 术 产 业 和 高 新 技 术 装 备 的 基 础 。 它 包 括 产 品 和 技 术 两 方 面 ： 光 机 电 一 体 化 产 品是 集 光 学 、 机 械 、 微 电 子 、 自 动 控 制 和 通 信 技 术 于 一 体 的 高 科 技 产 品 ， 具 有 很 高 功 能 和 附 加 值 ； 光机 电 一 体 化 技 术 是 指 其 技 术 原 理 和 使 光 机 电 一 体 化 产 品 得 以 实 现 ， 使 用 和

6、 发 展 的 技 术 。光 机 电 一 体 化 技 术 是 由 光 学 ， 光 电 子 学 ， 电 子 信 息 和 机 械 制 造 及 其 他 相 关 技 术 交 叉 与 融合 构 成 的 综 合 性 高 新 技 术 是 诸 多 高 新 技 术 产 业 和 高 新 技 术 装 备 的 基 础 。 它 丰 富 和 拓 宽 了 光 机电 一 体 化 技 术 的 内 涵 和 外 延 。一 般 的 机 电 一 体 化 系 统 是 由 传 感 系 统 、 能 源 系 统 、 信 息 管 理 系 统 、 机 械 结 构 等 部 件 组 成的 。 因 此 ， 引 进 光 学 技 术 ， 实 现 光 学 技

7、术 的 先 天 优 点 是 能 有 效 地 改 进 机 电 一 体 化 系 统 的 传 感系 统 、 能 源 （ 动 力 ） 系 统 和 信 息 处 理 系 统 。 光 机 电 一 体 化 是 机 电 产 品 发 展 的 重 要 趋 势 。 同 时5由 于 光 机 电 一 体 化 技 术 在 机 械 领 域 的 广 泛 应 用 ， 使 得 一 些 家 用 电 器 在 人 们 生 活 中 友 了 更 好 的发 展 前 景 ， ， 并 且 更 好 的 改 进 了 人 们 的 生 活 ， 如 传 感 器 、 红 外 线 等 的 使 用 使 得 家 电 领 域 更 加的 扩 大 化 更 加 广 泛 的

8、 丰 富 了 人 们 的 生 活 环 境 和 生 活 质 量 。1.2、 自 律 分 配 系 统 化自 律 分 配 系 统 化 柔 性 化 。 未 来 的 机 电 一 体 化 产 品 ， 控 制 和 执 行 系 统 有 足 够 的 冗 余 度 ， 有 较 强的 柔 性 ， 能 更 好 的 地 应 付 突 发 事 件 ， 被 设 计 成 自 律 分 配 系 统 。 在 自 律 分 配 系 统 中 ， 各 个 子 系 统 是 相互 独 立 工 作 的 ， 子 系 统 为 总 系 统 服 务 ， 同 时 具 有 本 身 的 自 律 性 ， 可 根 据 不 同 的 环 境 条 件 作 出 不 同 的反

9、 应 。 其 特 点 是 子 系 统 可 产 生 本 身 的 信 息 并 附 加 所 给 的 信 息 ， 在 总 的 前 提 下 ， 具 体 行 动 是 可 以 改 变的 。 这 样 ， 既 明 显 地 增 加 了 系 统 的 适 应 能 力 （ 柔 性 ） ， 又 不 因 某 一 子 系 统 的 故 障 而 影 响 整 个 系 统 。1.3 全 息 系 统 化 智 能 化今 后 的 机 电 一 体 化 产 品 全 息 特 征 越 来 越 明 显 ， 智 能 化 水 平 越 来 越 高 。 这 主 要 收 于 模 糊 技 术 、 信息 技 术 （ 尤 其 是 软 件 及 芯 片 技 术 ） 的

10、 发 展 。 除 此 之 外 ， 其 系 统 的 层 次 结 构 ， 也 变 简 单 的 从 上 到 下 的形 势 而 为 复 杂 、 有 较 多 的 冗 余 度 双 向 联 系 。1.4、 生 物 软 件 化 仿 生 物 系 统 化今 后 的 机 电 一 体 化 装 置 对 信 息 的 依 赖 性 很 大 ， 并 且 往 往 在 结 构 上 是 处 于 静 态 时 的 不 稳 定 ， 但 在动 态 （ 工 作 ） 时 却 使 稳 定 的 。 这 有 点 类 似 于 活 的 生 物 。 当 控 制 系 统 （ 大 脑 ） 停 止 工 作 时 ， 生 物 便 死亡 而 当 控 制 系 统 （ 大

11、 脑 ） 工 作 时 ， 生 物 就 很 有 活 力 。 仿 生 学 研 究 领 域 中 已 发 现 的 一 些 生 物 体 优 良 的机 构 可 为 机 电 一 体 化 产 品 提 供 新 型 机 体 ， 但 如 何 使 用 这 些 新 型 机 体 具 有 活 的 生 命 还 有 待 遇 深 入 研 究 。这 一 研 究 领 域 称 为 生 物 或 生 物 系 统 ， 而 生 物 的 特 点 是 硬 件 （ 肌 体 ） 软 件 （ 大 脑 ） 一 体 ， 不可 分 割 。 看 来 ， 机 电 一 体 化 产 品 虽 然 有 向 生 物 系 统 化 发 展 趋 势 ， 但 还 是 有 一 段

12、漫 长 的 路 要 走 。1.5、 微 型 机 电 化 微 型 化目 前 ， 利 用 半 导 体 器 件 制 造 过 程 中 的 蚀 刻 技 术 ， 在 实 验 室 中 已 制 造 出 亚 微 米 级 的 机 械 元 件 。 当将 这 一 成 果 用 于 实 际 产 品 时 ， 就 没 有 必 要 区 分 机 械 部 分 和 控 制 器 了 。 届 时 机 械 和 电 子 完 全 可 以 融 合 ，机 体 、 执 行 机 构 、 传 感 器 、 cpu 等 可 集 成 在 一 起 ， 体 积 很 小 ， 并 组 成 一 种 自 律 元 件 。 这 种 微 型 机 械学 是 机 电 一 体 化

13、的 重 要 发 展 方 向 。二 、 机 电 一 体 化 的 主 要 在 家 电 领 域 的 应 用62.1 组 成 要 素 与 四 大 原 则1.五 大 组 成 要 素一 个 机 电 一 体 化 系 统 中 一 般 由 结 构 组 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 、 联 接 等 。 动

14、 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 机电 一 体 化所 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

15、 部分 的 信 息 及 外 部 直 接 输 入 的 指 令 进 行 集 中 、 存 储 、 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 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 。 机 电 一 体 化 系 统 一 般 由 机 械 本 体 、 检测 传 感 部 分 、 电 子 控 制 单 元 、 执 行 器 和 动 力 源 5 个 组 成 部 分

16、 构 成 。2.四 大 原 则构 成 机 电 一 体 化 系 统 的 五 大 组 成 要 素 其 内 部 及 相 互 之 间 都 必 须 遵 循 结 构 耦 合 、 运 动 传 递 、 信 息控 制 与 能 量 转 换 四 大 原 则 。 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

17、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 。 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

18、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 。 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 机 电 一 体 化的 信 息 控 制 系 统 还 包 含 了

19、知 识 获 得 、 推 理 机 制 以 及 自 学 习 功 能 等 知 识 驱 动 功 能 。 运 动 传 递 ：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 。 三 、 自 动 化 技 术 ： 所 谓 自 动 化 技 术 ， 是 指 人 类 利 用 各 种 技 术 手 段 和 方 法 来代 替 人 去 完 成 各 种 测 试 、 分 析 、 判 断 和 控 制 工 作 ， 以 现 实 预 期 的 目 标 、 功 能 。 一 个 自 动 化 系 统 通 常

20、由 多 个 环 节 要 素 组 成 ， 以 完 成 信 息 的 获 取 、 信 息 的 传 递 、 信 息 的 转 换 、 信 息 的 处 理 及 信 息 的 执 行 等7功 能 ， 最 后 实 现 自 动 运 行 目 标 。2.2 家 电 在 机 电 一 体 化 上 的 应 用机 电 一 体 化 技 术 在 家 电 中 的 应 用 有 很 多 实 例 ， 全 自 动 洗 衣 机 ， DVD机 ， 数 字 化 的 空 调 ， 电 冰 箱 ，电 脑 ， 电 视 机 等 等 ,几 乎 所 有 数 字 化 家 电 都 涉 及 到 机 电 一 体 化 技 术 。就 用 机 电 一 体 化 技 术 在

21、全 自 动 洗 衣 机 上 的 应 用 做 例 子 来 说 ,其 原 理 是 机 械 产 生 的 排 渗 、 冲 刷 等 机械 作 用 和 洗 涤 剂 的 润 湿 、 分 散 作 用 下 ， 将 污 垢 拉 入 水 中 来 实 现 洗 净 的 目 的 。 首 先 充 满 于 波 轮 叶 片 间的 洗 涤 液 ， 在 离 心 力 的 作 用 下 被 高 速 甩 向 桶 壁 ， 并 沿 桶 壁 上 升 。 在 波 轮 中 心 处 ， 因 甩 出 液 体 而 形 成低 压 区 ， 又 使 得 洗 涤 液 流 回 波 轮 附 近 。 这 样 ， 在 波 轮 附 近 形 成 了 以 波 轮 轴 线 为

22、中 心 的 涡 流 。 衣 物 在涡 流 的 作 用 下 ， 作 螺 旋 式 回 转 ， 吸 入 中 心 后 又 被 甩 向 桶 壁 ， 与 桶 壁 发 生 摩 擦 。 又 由 于 波 轮 中 心 是 低压 区 ， 衣 物 易 被 吸 在 波 轮 附 近 ， 不 断 地 与 波 轮 发 生 摩 擦 ， 如 同 人 工 揉 搓 衣 物 ， 污 垢 被 迫 脱 离 衣 物 。其 次 ， 当 衣 物 被 放 进 洗 涤 液 之 后 ， 由 于 惯 性 作 用 运 动 缓 慢 ， 在 水 流 与 衣 物 之 间 存 在 着 速 度 差 ， 使 得两 者 发 生 相 对 运 动 ， 水 流 与 衣 物

23、便 发 生 相 对 摩 擦 ， 这 种 水 流 冲 刷 力 同 样 有 助 于 污 垢 离 开 衣 物 。 再 次由 于 洗 衣 涌 形 状 的 不 规 则 ， 当 旋 转 着 的 水 流 碰 到 桶 壁 后 ， 其 速 度 和 方 向 都 发 生 了 改 变 ， 形 成 湍 流 。在 湍 流 的 作 用 下 ， 衣 物 做 无 规 则 地 运 动 并 翻 滚 ， 其 纤 维不 断 被 弯 曲 、 绞 纽 扣 拉 长 ， 衣 物 相 互 相 摩 擦 ， 增 大 了 洗涤 的 有 效 面 积 ， 提 高 衣 物 的 洗 净 的 均 匀 性 。 全 自 动洗 衣 机 是 通 过 水 位 开 关 与

24、 电 磁 进 水 阀配 合 来 控 制 进 水 、 排 水 以 及 电 机 的 通 断 ： 从 而 实 现自 动 控 制 的 。 电 磁 进 水 阀 起 着 通 、 断 水 源 的 作 用 。 当 电磁 线 圈 断 电 时 ， 移 动 铁 芯 在 重 力 和 弹 簧 力 的 作 用 下 ， 紧紧 顶 在 橡 胶 膜 片 上 ， 并 将 膜 片 的 中 心 小 孔 堵 塞 ， 这 样 阀门 关 闭 ， 水 流 不 通 。 当 电 磁 线 圈 通 电 后 ， 移 动 铁 芯 在 磁力 作 用 下 上 移 ， 离 开 膜 片 ， 并 使 膜 片 的 中 心 小 孔 打 开 ， 于 是 膜 片 上 方

25、 的 水 通 过 中 心 小 孔 流 入 洗 衣 桶内 。 由 于 中 心 小 孔 的 流 通 能 力 大 于 膜 片 两 侧 小 孔 的 流 通 能 力 ， 膜 片 上 方 压 强 迅 速 减 小 ， 膜 片 将 在 压力 差 的 作 用 下 上 移 ， 闭 门 开 启 ， 水 流 导 通 。 水 位 开 关 实 际 上 是 一 个 压 力 开 关 。 气 室 的 入 口 与 洗衣 桶 中 的 贮 气 室 相 联 接 。 当 水 注 入 洗 衣 桶 后 ， 贮 气 室 口 很 快 被 封 闭 ， 随 水 位 上 升 ， 贮 气 室 的 水 位 也上 升 ， 被 封 闭 的 空 气 压 强 亦

26、 增 大 ， 水 位 开 关 中 的 波 纹 膜 片 2、 受 压 而 胀 起 ， 推 动 顶 杆 3、 运 动 而 使 触点 4、 改 变 ， 从 而 实 现 自 动 通 断 。 智 能 型 模 糊 控 制 的 全 自 动 洗 衣 机 还 可 以 自 动 判 断 水 温 、 水 位 、衣 质 衣 量 、 衣 物 的 脏 污 情 况 ， 决 定 投 放 适 量 的 洗 涤 剂 和 最 佳 的 洗 涤 程 序 。 当 洗 衣 桶 内 衣 物 的 多 少 和质 地 不 同 ， 而 注 入 水 使 其 达 到 相 同 的 水 位 时 ， 其 总 重 量 是 不 同 的 。 利 用 这 一 点 ， 通

27、 过 对 洗 衣 电 动 机低 速 转 动 后 的 惯 性 测 量 ， 可 以 判 断 衣 质 和 衣 量 。 方 法 是 ： 在 洗 衣 桶 内 注 入 一 定 量 水 后 使 电 机 低 速 运转 ， 平 稳 后 快 速 断 电 ， 洗 衣 桶 在 惯 性 作 用 下 带 动 电 机 继 续 转 动 。 此 时 ， 电 机 绕 组 产 生 反 电 动 势 ， 对其 半 波 整 流 并 放 大 整 形 后 获 得 一 矩 形 脉 冲 系 列 。 通 过 分 析 脉 冲 个 数 和 脉 冲 宽 度 。 就 能 得 到 衣 质 衣 量情 况 。 衣 物 的 脏 污 程 度 是 通 过 水 的 透

28、 明 度 来 判 断 的 。 在 洗 衣 桶 的 排 水 口 处 加 一 红 外 光 电 传 感 器 ，使 红 外 光 通 过 水 而 进 入 另 一 侧 的 接 收 管 。 若 水 的 透 明 度 低 ， 接 收 管 获 得 的 光 能 小 ， 说 明 衣 物 较 脏 。脱 水 时 采 用 压 电 传 感 器 。 当 脱 水 桶 高 度 旋 转 时 ， 从 脱 水 桶 喷 射 出 来 的 水 作 用 于 压 电 传 感 器 上 ， 根 据8这 个 压 力 变 化 ， 自 动 停 止 脱 水 运 转 。这 两 只 双 向 晶 闸 管 永 远 只 能 够 有 一 只 处 于 导 通 状 态 ，

29、假 如 该 关 断 的 没 有 可 靠 关 断 ， 两 只 同 时 处 于 导通 状 态 ， 电 动 机 无 法 运 转 ， 而 能 够 听 到 电 动 机 发 出 “ 嗡 嗡 ” 的 声 响 ， 时 间 长 了 还 有 可 能 烧 毁 电 动 机的 绕 组 线 圈由 以 上 可 以 看 出 来 机 电 一 体 化 在 家 用 电 器 中 的 应 用 是 非 常 的 广 泛 的 ， 并 且 机 电 一 体 化 同 时 在 各种 机 械 以 及 电 子 等 的 领 域 都 有 广 泛 的 渗 透 。2.3 柔 性 制 造 系 统 (FMS)柔 性 制 造 系 统 是 由 统 一 的 信 息 控

30、制 系 统 、 物 料 储 运 系 统 和 一 组 数 字 控 制 加 工 设 备 组 成 ， 能 适 应 加工 对 象 变 换 的 自 动 化 机 械 制 造 系 统 (Flexible Manufacturing System)， 英 文 缩 写 为 FMS。 在 成 组 技术 的 基 础 上 ， 以 多 台 (种 )数 控 机 床 或 数 组 柔 性 制 造 单 元 为 核 心 ， 通 过 自 动 化 物 流 系 统 将 其 联 接 ， 统一 由 主 控 计 算 机 和 相 关 软 件 进 行 控 制 和 管 理 ， 组 成 多品 种 变 批 量 和 混 流 方 式 生 产 的 自 动

31、化 制 造 系 统 。 柔 性制 造 系 统 的 发 展 方 向 将 是 ：（ 一 ） 加 快 发 展 各 种 工 艺 内 容 的 柔 性 制 造 单 元 和小 型 FMS。因 为 FMC 的 投 资 比 FMS 少 得 多 而 效 果 相 仿 ， 更 适合 于 财 力 有 限 的 中 小 型 企 业 。 多 品 种 、 大 批 量 生 产 中应 用 FML 的 发 展 趋 势 是 用 价 格 低 廉 的 专 用 数 控 机 床 代替 通 用 的 加 工 中 心 。（ 二 ） 完 善 FMS 的 自 动 化 功 能 。 FMS 完 成 的 作 业 内 容 扩 大 ， 由 早 期 单 纯 的 机

32、 械 加 工 型 向 焊 接 、 装配 、 检 验 及 钣 材 加 工 乃 至 铸 锻 等 综 合 性 领 域 发 展 ， 另 外 ， FMS 还 要 与 计 算 机 辅 助 设 计 和 辅 助 制 造 技术 (CAD/CAM)相 结 合 ， 向 全 盘 自 动 化 工 厂 方 向 发 展 。而 且 柔 性 系 统 在 家 电 方 面 如 全 制 动 洗 衣 机 、 空 调 、 冰 箱 等 等 好 多 家 用 产 品 都 加 入 了 柔 性 系 统 ， 其中 变 频 空 调 在 柔 性 系 统 中 应 用 更 加 广 泛 ， 同 时 如 ： 海 尔 、 长 虹 、 TLC 等 一 批 优 秀

33、的 民 族 企 业 大 量 的在 电 器 制 造 行 业 中 应 用 柔 性 制 造 系 统 ， 使 得 其 在 家 用 电 器 行 业 有 了 突 出 的 发 展 并 一 跃 成 为 中 国 具 有代 表 性 的 民 营 企 业 。 因 此 柔 性 制 造 在 家 用 电 器 有 更 广 阔 的 发 展 空 间 。2.4 工 业 机 器 人 在 家 电 领 域 应 用 的 设 想目 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

34、 人 的 典 型 应 用 。91、 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 2是 一个 焊 接 机 器 人 系 统 的 示

35、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 。1 操 作 机 2 识 别 装 置 3 外 起 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 喷 漆 工 业 机 器 人 系 统 示 意 图1 总 机 座 2、 6 轴 旋 转 换 位 器 3、 4 控 制 装 置 5 工 件 夹 具 6 工 件 7 焊 接 电 源10图 2 弧 焊 工 业 机 器 人 系

36、 统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 3 机 器 人 用 于 零 件 装 配如 图 3 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 ， 并 完 成 装 配 动 作 ， 辅 助

37、机 器 人 仅 有 一 个 回 转 自 由 度 ， 它抓 取 第 2 号 零 件 ， 1号 和 2 号 零 件 装 配 完 成 后 ， 再 由 主 机 械 手 完 成 与 3号 零 件 的 装 配 工 作 。1 CNC铣 床 2 传 送 带 3 机 器 人4 CNC车 床 5 料 仓 6 中 央 处 理 器图 4 机 器 人 上 下 料11如 图 4 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 ，

38、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 8-17e 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 。因 此 我 们 可 以 大 胆 的 去 猜 想 ， 如 果 把 机 器 人 带 到

39、与 我 们 息 息 相 关 的 家 用 电 器 中 会 有 什 么 样 的 变化 ， 我 想 那 样 我 们 的 生 活 会 更 加 的 丰 富 多 彩 ， 同 时 ， 机 器 人 可 以 帮 我 们 做 很 多 我 们 做 不 到 而 又 想 做的 是 使 我 们 所 想 和 所 作 都 有 了 更 好 的 发 展 空 间 ， 就 比 如 现 在 的 微 波 炉 、 电 饭 煲 等 一 些 家 用 电 器 方 便了 我 们 的 生 活 一 样 机 器 人 同 样 可 以 带 给 我 们 更 大 的 方 便 与 想 象 空 间 ， 那 样 人 类 的 社 会 将 会 步 入 一 个更 加 广

40、阔 的 机 械 文 明 社 会 。三 、 机 电 一 体 化 技 术 在 家 电 领 域 的 发 展 前 景机 电 一 体 化 向 智 能 化 方 向 迈 进 .20 世 纪 90 年 代 后 期 ， 各 主 要 发 达 国 家 开 始 了 机 电 一 体 化 技 术 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 ， 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

41、 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 ， 由 于人 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 ， 而 你 且 在 家 用 电 器 领 域 也 有 了 很大 的 进 步 ， 为 机 电 一 体 化 技 术 开 辟 了 发 展 的 广 阔 天 地 ， 也 为 产 业 化 发 展 提 供 了 坚 实 的 基 础 。 关注 六 个 发 展 方 向 ： 机 电 一 体 化 是 集 机 械 、 电 子 、 光

42、 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 和 进 步 。 未 来 机 电 一 体 化 的 主 要 发 展 方 向 有 ：3.1 智 能 化智 能 化 是 21 世 纪 机 电 一 体 化 技 术 发 展 的 一 个 重 要 发 展 方 向 。 同 时 也 是 家 用 电 器 领 域 一 个 重 要 的发 展 目 标 ， 人 工 智 能 在 机 电 一 体 化 建 设 者 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

43、 用 。 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 ， 模 拟 人 类 智 能 ，使 它 具 有 判 断 推 理 、 逻 辑 思 维 、 自 主 决 策 等 能 力 ， 以 求 得 到 更 高 的 控 制 目 标 。 这 样 不 仅 可 以 为 我 们服 务 而 且 还 可 以 代 替 我 们 做 许 多 我 们 想 做 而 又 不 敢 做 的

44、事 情 。 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 的 微 处 理 器 使 机 电 一 体 化 产 品 赋有 低 级 智 能 或 人 的 部 分 智 能 ， 则 是 完 全 可 能 而 必 要 的 。123.2 模 块 化模 块 化 是 一 项 重 要 而 艰 巨 的 工 程 。 目 前 在 机 械 行 业 都 有 了 很 大 的 涉 及 而 在 与 我 们 息 息 相 关 的 家电 领 域 也 有 了 比 较 理 想 的 渗 透 和 创 作 理 念 ， 由

45、 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 、 环 境 接 口 的 机 电 一 体 化 产 品 单 元 是 一 项 十 分 复 杂 但 又 是非 常 重 要 的 事 。 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 。 这 些 都 为 我 们 在 家 用 电 器 行 业 的

46、发展 提 供 了 很 好 的 参 考 。 这 样 ， 可 使 我 们 家 用 电 器 制 造 业 的 发 展 更 加 标 准 化 ， 系 列 化 。 显 然 ， 从 电 器产 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 产家 用 电 器 产 品 中 机 电 一 体 化 技 术 的 企 业 ， 规 模 化 将 给 机 电 一 体 化 企 业 带 来 美 好 的 前 程 。3.3 网 络 化20 世 纪 90 年 代 ， 计 算 机 技 术 等 的 突 出 成 就 是 网 络 技

47、 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 及 人 们 的 日 常 生 活 都 带 来 了 巨 大 的 变 革 。 各 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

48、 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 是 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 (computerintegrated appliance system， CIAS)， 使 人 们 在 家 里 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 。3.4 微 型 化微 型

49、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 1 立 方 厘 米 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 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 ， 它 包 括 光 刻 技 术 和 蚀 刻 技 术 两 类 。 如 果 微 型 化 在 家 用 电 器 中 友 很 大 的 推 广 这将 是 人 类 历 史 上 具 有 划 时 代 意 义 的 一 次 创 举 。3.5 绿 色 化 。工 业 的 发 达 给 人 们 生 活 带 来 了 巨 大 变 化 。 一 方 面 ， 物 质 丰 富 ， 生 活 舒 适 ； 另 一 方 面 ， 资