机电一体化在智能机器人中的应用

机电一体化在智能机

器人中的应用

院系：实验学院 班号：0736151 姓名：XXX 学号：6070810 授课教师：XXX教授

摘要：机电一体化技术是微电子技术向传统机械工程渗透而形成的融合机械工

程、电气工程、计算机技术、信息技术等为一体的新兴综合技术。它是企业信息化的重要支撑技术，是智能机器人的基础。随着智能机器人不断向深部水平发展，对控制水平和规模的要求越来越高，从而加速了机电一体化技术的发展和进步。进入21世纪，机电一体化技术的研究和应用均有重大突破，采用机电一体化的智能机器人应用越来越广泛。本文主要论述了机电一体化在智能机器人中的应用现有的国产大流量电动执行机构存在着控制手段落后、机械传动机构多、结构复杂、定位精度低、可靠性差等问题。而且执行机构的全程运行速度取决于其电机的输出轴转速和其内部减速齿轮的减速比，一旦出厂，这一速度固定不可调整，其通用性较弱。整个机构缺乏完善的保护和故障诊断措施以及必要的通信手段，系统的安全性较差，不便与计算机联网。鉴于以上原因，采用传统的大流量电动执行机构的控制系统，可靠性和稳定性较差。笔者设计的大流量电动执行机构，采用机电一体化技术，将阀门、伺服电机、控制器合为一体，利用异步电动机直接驱动阀门的开与关。通过内置变频器，采用模糊神经网络，实现阀门的动作速度、精确定位、柔性开关以及电机转矩等控制。该电动执行机构省去了用于控制电机正、反转的接触器和可控硅换向开关模件、机械传动装置和复杂、昂贵的控制柜和配电柜，具有动作快、保护较完善、便于和计算机联网等优点。实际运行表明，该执行机构工作稳定，性能可靠。

关键词：机电一体化 智能机器人 应用 发展 1. 机电一体化技术及发展简介

1.1机电一体化技术

机电一体化技术是微电子技术向传统机械工程渗透而形成的融合机械工程、电气工程、计算机技术、信息技术等为一体的新兴综合技术。是集机械、微电子、光学、自动控制技术、接口技术、软件编程技术等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进了相关技术的发展和进步。我国在20世纪8O年代成立机电一体化领导小组，并将该技术列为“863”计划。机电一体化正朝着智能化、网络化、微型化、柔软性化、系统化发展，它的发展对煤炭系统产生了很大的冲击，采用机电一体化产品将大大改善煤矿生产的劳动强度、工作环境及安全系数，同时在降低能耗、保证安全生产方面也实现了特定的价值。它可不必更换设备，而对产品结构和生产过程进行必要的调整、改革，对传统的机械工业注入新鲜的血液，实现文明生产。

1.2 机电一体化的发展状况

机电一体化的发展大体可以分为三个阶段：①20世纪6O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。②20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。③20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。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。国务院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。

2.智能机器人的发展现状

系统组成现阶段，情感语音识别的方法主要有基于概率统计的隐马尔可夫模型

(HMM)识别法、基于动态时轴归整(DTW)技术的模板匹配法和基于人工神经网络(ANN)的最优搜索法。但是由于HMM 识别法虽能有效的识别出语音所包含的情感，但却不能有效的反映情感细节，从而对情感进行精确区分[1]。因此，本文利用HMM 的特点与ANN 的信息综合能力，提出一种用于构造情感语音识别系统的方法。这不仅克服了HMM本身难以解决的问题，而且弥补了ANN在获取时序信息方面的不足。本情感语音识别系统由语音信息处理和情感识别两大模块组成。语音信息处理模块通过对输入到计算机的语音信号进行采样，提取语音情感特征，从而建立起情感语音模板库。

3.机电一体化在机器人中的应用

即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，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（Opto-mechatronics）（Opto-mechatronics）（Opto-mechatronics）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： （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。 （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，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。

4.结论

高压变频经过十多年的发展，技术已经成熟，尤其是单元串联多电平方式的高压变频装置，具备冗余功能，单元模块化设计，单元内变频技术和功率元件成熟， 输出谐波小等优点，在国内迅速发展，有些供应商甚至可以供应具备单元在线更换功能的。

虽然我国近几年在机电一体化技术的研究和应用道路上取得了巨大的成绩，但在面对未来社会的众多挑战面前，我国机电一体化技术的发展需要从以下几个方面努力：

l、高新技术对机电一体化进行提升。机电一体化是一门涉及多种领域的综合性、交叉性学科。要想赶超世界发达国家机电一体化水平，我国未来应该在机电一体化产品的自主开发与技术创新上多下功夫，充分利用高新技术的优势，使产品设计向更加智能、自动的方向努力，

2、开发新一代的机电一体化系统，设计研发各种性能优良、稳定高效的机器人和机电一体化设备，达到工业生产和各种作业柔性化、自动化的理想效果。

5.参考文献

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