智能机械的现状,不足与发展

智

能

机

械

及

微

机

械

的

发

展

状

况

学院：机械与动力工程

班级:机制11-02

姓名:龙飞企

学号：311104001014

智能机械及微机械的发展状况

智能机械是机械发展的前沿领域，它的出现是机械发展历史的一座里程碑。智能机械与传统机械的区别非常显著，有许多传统机械不具有的特性。机械结构的振动、噪声、疲劳、损伤、断裂、破坏以及环境的自适应性，都影响机械及运载器的安全、可靠、舒适、节能及省料，这是机械设计的主要问题。自有机械以来，机械都是按照力学原理设计的，没有生命、没有智能，因此环境变化与人为因素会使机械的运行难以预测，可能导致机械损坏，使人民生命财产受到严重威胁。为了尽可能保证机械的运行安全，设计者往往采用保守设计，比如增大尺寸与重量，从而增加了能耗，减小了机械的有效载荷因此，为了减少上述不利影响，即减小尺寸与重量来降低能耗，增加机械的有效载荷，必须对机械的构造做出重大改进，或者是附加一些设备（可以不是机械或机构）。由此智能机械应运而生。

智能机械是相对于传统机械定义的，目前还没有智能机械的严格统一的定义，但各类说法大体相同。下面列出三种对智能机械所具有的基本结构的解读：

１）智能结构，就是在基体中嵌人或粘贴传感器和致动器，并具有对致动器有控制作用的控制装置，从而能感知外界环境的变化及自身的实际状态，并能通过自身的感知，做出判断，发出指令，执行和完成动作，实现动态或在线状态下的自检测、自诊断、自监控、自修复及自适应等多种功能。

２）智能机械和结构主要由驱动元件、传感元件、信息处理方法和控

制系统等组成，系统等组成，目前的应用主要是在智能控制、智能诊断和智能修复等方面，尤其是在减振降噪，智能机械结构，智能表层结构特性控制，智能自适应机械等方面的研究很活跃。

３）传感器、致动器和控制器是智能机械结构重要的三个组成部分。传感器要求具有高度感受结构力学状态的能力，能够将应变或位移直接转换成电信号输出，它担负着感知外界环境变化，收集外界信息的任务。用作传感器有光纤传感器、电阻应变片传感器、压电材料传感器等。致动器的功能是执行信息处理单元发出的控制指令，并按照规定的方式对外界或内部状态与特性变化做出合理的反应，能直接将控制器输出的电信号转变为结构的应变或位移，具有改变智能结构形状、刚度、位置、固有频率、阻尼及其它机械特性的能力。致动器有压电材料致动器、电致伸缩材料致动器、磁致伸缩材料致动器、形状记忆合金致动器、电流变体致动器等。控制器是智能结构的神经中枢，智能结构的控制器集成于结构之中，其控制对象是结构本身。控制器应具有很强的鲁棒性、实时性和在线性。

可以看出，智能机械与传统机械的区别非常显著，有许多传统机械不具有的某些特性。而恰恰是这些特性使智能机械在高科技领域中占有一席之地，成为众人瞩目的焦点。智能机械是机械发展的前沿领域，可以说它的出现使机械发展的历史跨越了一座里程碑。

目前智能机械的例子有智能机械脚；农业机械智能化；计算智能，它包括人工神经网络、模糊系统、进化计算和专家系统等；用于深潜救生艇水下对接的智能机械手等。但是它的发展也面临着瓶颈首先，

成本高昂。其次，较易损坏。再次，维修困难。针对上述不足，应采取有效措施以减小或消除不利的因素，发挥优势因素。智能机械是时代发展的产物，不以个人意志为转移，其强大的生命力决定了它不可能因为一些不足而停止发展，其改进与普及是大势所趋。

随着现代科学技术的发展，20世纪80年代中后期兴起了对微型机械(或称微型机电系统)的研制，以适应生物，环境控制，医学，航空航天，数字通信，传感技术，灵巧武器等领域在微小型化方面提出的日益增长的要求。微型机械不是将传统机械直接微型化，它远远超出了传统机械的概念和范畴，微型机械在尺度，构造，材料，制造方法和工作原理等方面都与传统机械截然不同。微型机械具有体积小，重量轻，能耗低，集成度高和智能化程度高等特点，它与微电子学，现代光学，气动力学，液体力学，热力学，声学，磁学，自动控制，仿生学，材料科学以及表面物理与化学等领域紧密结合。因此，微型机械式设计多学科的综合技术的应用。目前已经研制出210μm×100μm的滑块，直径为60μm的静电电机，供情报收集用的“蚊子机器人”等等。可以相信，微型人造卫星，在人体血管内爬行的微型步行机器人以及进行眼科手术的微型机械手等等一定会在不远的将来研制出来并加以实际运用。

微型机械的出现推动了处于机械原理科学前沿的微型机械结构学分支的产生，开始了对微型机构的尺寸效应，精确度，运动变换和动力传递以及运动过程中动态特性等等的研究。