1.机电一体化概述

1.1机电一体化概念

机电一体化是一门典型的现代化交叉学科，它涉及到机械、电气等诸多技术。它是研究将电子器件的信息处理和控制功能附加或融合在机械装置中的一种复合化技术。就传统来说，它是机械制造和电子技术的功能集成，就现代化来说，它是人工智能的重要手段之一，尤其是其控制和执行机构，因此它将扮演重要的角色。机电一体化现在的基本思路是智能化地集成各个行业的有效功能于一体，以满足人工智能日益增长的需求，在实现方式上，现阶段最常用的是数控机床和工业机器人，他们是衡量一个国家工业实力的标志。现代工业机器人需要集成感知、控制、操作等诸多方面的技术，需要很高的机电一体化技术支持，尤其对于现代计算机不断信息化的局面，具体实现方式也是不断更新，集成越来越智能化同时也越复杂化。

1.2机电一体化发展历程

机电一体化于20世纪后期就已经被提出，当时随着电子技术与传统工业关系的不断紧密化，人们开始研究简单的机械电子交叉技术，从而奠定了机电一体化的基础。后来在日本召开了及时届国际机电一体化学术会议，机电一体化正式走上舞台，从而正式拉开了其帷幕。临近21世纪，凭借计算机信息化和电子技术的发展，机电一体化快速成长，发展为集光、电、机、通信等于一体的现代化技术。迅速渗透入机械制造、智能控制等技术领域。而近些年来，人工智能成为时代科技新宠，机电一体化又迎来新的发展机遇，尤其是以工业机器人为代表的机电一体化智能产品，还有智能化的机电光结合技术等。它们为机电一体化提出了新的要求，例如网络化、微型化、模块化等。现如今机电一体化技术已经成为人工智能得以实现的关键技术之一，它直接决定着人工智能是否具备可操作性，未来它可能会发挥更为重要的作用。

2.机电一体化关键技术

机电一体化技术主要是各个类别技术的集成，重点体现在机械和电子信息的结合上。关键有传感器技术、电子控制技术，传感器技术是现代机电一体化的基础，其目的是为了捕捉各类信息，例如常见的视觉信息、温度信息等，从而为控制和操作提供依据。同时它也是机电结合的及时个环节，传感器感知机械等部件的信息然后传输至控制器，这就实现了机械和电子信息的有效结合。除此之外，重点技术在于控制，当传感器的信息到达控制端后，电子设备根据信息做出一定的反应，然后促使执行机构进行具体操作，以实现对机械部件的把控。而较为智能化的现代机电一体化技术融合了更多专业的技术功能，尤其是光学和计算机技术的交叉为其带来了新的变革方向，光学将会是新的具有无限可能的发展领域。此外，以嵌入式处理器为代表的硬件设备也在发生新的变化，其代表是人工智能芯片。人们已经开始在相关硬件中添加具备一定智能的部件以提高整个产品的性能，比如近几年出现的手机AI芯片即是如此。总体来说，机电一体化的基础是以研究如何集成机械和电子为代表的技术，而其发展方向则是智能化，其技术特点主要体现在这几个方面：①数字化特点，机电一体化技术数字化特点较为显著，正是因其具有这一特点，使其产品性能较好，能够提升机械产品的精准度；②安全性，因为机电一体化是建立在电子控制之上的技术，因此易于完成监控、报警、维修等较为危险的工作，这显然会极大保护工人减少事故；即是其使用范围宽广的特点，因为机械和电子基本上是现代科技的基础，因此各行各业都不可避免地接触到机电一体化技术，它的可适应性强，可扩展性好，前景非常光明。

3.机电一体化应用介绍

机电一体化技术现如今已经广泛应用在各个领域，从传统的机械工业到现代化的人工智能，都依赖于机电一体化设备，例如常见的机器人、手机等电子设备等。作为现代学科交叉最普遍的技术之一，机电一体化无论是在基础工业领域还是在新型信息领域都扮演重要角色，其基本的应用特点是普遍化和智能化，主要是现代计算机对整个过程进行控制从而实现相关目的，现简单介绍两个领域内的应用。

3.1工程机械行业

机电一体化技术本来就起源于工程机械行业，最初人们发现可以借助电子器件来代替人控制机械。随着计算机的信息化，现代工程机械中，机电一体化产品集成了感知、控制、机加等功能，可以满足机械加工过程的各项需求。传统的机械加工过程基本是人来操纵机器完成的，例如手动的机床等，后出现了机电一体化的数控机床，它已经可以借助电子控制实现部分操作的自动化，而且可以通过程序实现自动加工过程。这一机电一体化的典型应用极大改变了现代机械加工方式。后来出现了更为灵活的工业机器人，最初它被用于进行一些简单的操作，例如搬运，后来随着自动化程度和精度的提高，它开始被用于具体的制造（如机加、焊接等）以及大部分装配之中，直接促进了现代人工智能技术的发展。它可以通过感知层模仿人类的视觉等感官功能，然后将信息传输至控制层，经过内部处理器的分析判断做出决策，进而促使执行机构做出相关反应，以实现加工过程。在此过程中，它极大解放了人力，并且增加了安全性。另一方面机电一体化于工程机械中还有一个重要作用，即监控。工程机械监控一般分为机械自我监控以及被动监控，主要有两个目的，一是防止机械加工过程出现失误，其次是防止施工过程出现人员伤亡。传统监控是人力借助一定的设备进行检测，这种方法效率低下而且浪费时间，而机电一体化产品借助其信息化手段可以实现有效的自我监控，而且能够自己做出相应的防患措施。这既保障了机械加工产品的性，同时又保护了工人的人身安全。

3.2汽车领域应用

机电一体化技术在汽车相关领域也有广泛应用，例如在雷达测距、防抱死系统、变速器等方面。激光测距系统是现代化汽车的标配之一，它能够为汽车检查前方的障碍物，从而为汽车提供一个安全的行驶环境。当汽车前方出现障碍物时，机电一体化的激光测距雷达就会分析前方物体的形状、位置、姿态等信息，并且动态跟踪其位置，从而为汽车提供行驶判断依据。倘若司机的操作得当，则雷达就会自动更新障碍物的实时情况，倘若司机做出了不当反应，则尽管相关处理器判断，汽车就会启动自动报警系统以提醒司机重新做出反应。这一整套系统可以有效地提供汽车行驶的安全性。设置于前轮之上的防抱死系统可以配合刹车，限制后轮滑动，从而提高降低驾驶危险性。具体实现是传感器先探测相关信息，然后传输至控制端，控制器计算分析并做出反应，从而有效调节动力结构，避免抱死。显然这一技术可以提高汽车行驶的稳定性和安全性。此外，汽车的自动变速器也是机电一体化的产品之一。它主要的功用是提高动力的传递效率，降低过程中的能量损耗。而且可以同时提高其稳定性和舒适度，这对于现代化汽车发展有重要意义。具体工作过程如下，首先传感器感知汽车的整体行驶情况，然后相关的电子设备将信息传输至处理器端，进而控制执行机构利用液压装置进行换挡等操作。随着现代无人驾驶技术的发展，更为智能化的自动变速器技术也在被研制，它将会是更为智能化的机电一体化产品，为汽车发展提供支持。

4.机电一体化技术的发展趋势

总体来说，机电一体化主要向着智能化、模块化、微型化发展。首先从其功能上来说，现代信息化技术要求机电光结合起来，有效地辅助以人工智能完成各种复杂活动，这要求机电一体化本身不断地智能化，具体即是在模拟人的智能中发挥作用，例如在信息感知、信号处理和分析判断等领域不断实现自动化，现代科学越来越模糊各个专业的狭隘作用，而追求不断的集成和综合，这也是其智能化的体现。另外模块化也是当前的一个主要发展趋势，就目前而言，机电一体化产品的人机交互还比较落后，各部分内容混杂在一起，难以实现有效的管理和运营，这就要求机电一体化不断综合集成其功能模块，实现较为自然的人机交互方式。微型化是现代智能化发展的一个普遍趋势，除去部分重工业要求相应的规模，当今大多数科学技术要求实现其体积的微型化，它不仅可以反向促进功能，而且在使用体验上也更胜一筹。总之机电一体化将会向着智能化和自然化发展。