第一讲认识机电一体化技术与产品_总体认知与机电一体化产品介绍概要
新技术应用园地
?机电一体化系统专题讲座?Mechatronics System -Do I t Y ourself
第一讲认识机电一体化技术与产品
———总体认知与机电一体化产品介绍
Le sson ⅠUnderstanding the Mechatronics Technology and System
任偲
(北京元茂兴控制设备技术有限责任公司
随着机电一体化技术的产生与发展, 在世界范围
内掀起的机电一体化热潮, 使机电一体化越来越显示出强大的威力, 机电一体化已经渗透到国民经济社会生活的各个领域。
本“机电一体化系统DIY ”课程, 将揭开机电一体化技术的神秘面纱, 引导您从简单到复杂、由浅入深地建立机电一体化系统, 同时还带有实际应用案例的具体分析。
3机电一体化产品
由于融合了多种技术, 机电一体化产品就象一个有机的统一体。有一个形象的比喻说机电一体化产品或系统如人体一样, 从各种感觉器官(五官得到, 图1
构成机电一体化系统的要素动作, 如图1。
现实生活中有很多机电一体化的产品。如能保证一年误差小于1s 的电子手表、能实现传统机床无法想象的高精度加工的数控机床、用于计算机的具有高速度、高精度定位功能的磁盘装置和打印机、代替人类进行微妙的手工作业的机器人等。他们的出现, 使我们的生活更加精彩。
1机电一体化
机电一体化(mechatronics 一词(1972年, 2ics ”结合而成的, , 在我国则称
之为机电一体化在国际上广泛使用, 已成为一门蓬勃发展的新兴技术。
机电一体化的意义在于, 将机械技术与电子技术结合在一起, 在功能上并非单纯地实现1+1=2, 而是1+1>2, 使其具有新的意义和新的功能。
4机电一体化系统的构成
典型的机电一体化系统主要有以下几部分构成。
2机电一体化技术
机电一体化技术是多种技术融合的产物。它是在
信息论、控制论和系统论的基础上, 在计算机、传感器和软件技术三者的支撑下发展起来的。实际上, 机电一体化技术已经不仅仅局限于机械与电子技术的有机结合, 而是融合检测传感技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、精密机械技术、计算机技术和系统总体技术等多种技术于一体的交叉学科与综合技
术。其中, 信息处理技术是机电一体化技术中必不可少的部分, 以微电子技术和计算机技术为龙头的信息处理技术是使机电一体化产品具有自动化、数字化和智能化的关键所在。
图2典型的机电一体化系统的构成图
(1 机械本体机电一体化产品中一定有运动机
械, 包括传动机构和运动机械本体, 采用电子技术使运动机械实现柔性化和智能化, 实现在重载条件下的微小运动和复杂运动是机电一体化追求的目标。
(2 驱动部分驱动运动机械动作。有气动、电动和液压等不同驱动方式。
(3 检测部分检测运动机构或其他需要监测的物理量, 并将信息送回信息处理与控制部分, 作为发送
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2002年第7期
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第二讲组合一个机电一体化系统
———组合与联接
Le sson ⅡCompounding A Mechatronics System
任偲
(北京元茂兴控制设备技术有限责任公司
构建一个机电一体化系统是一个系统工程, 我们
将在上一讲的基础上, 组合一个简单的机电一体化系统。
系统要求:制作实现直角坐标系机器人平面运动的机电一体化系统。
我们知道, 直角坐标系机器人的基础是可以实现XY 二维运动的XY 平台。要使XY 平台运动起来, 实现机器人XY 平面内的定位, 必须要有动力源和执行机构, 我们选择最常用的电力驱动电动机运动, 再带动XY 平台运动。这就构成了普通的运动系统(1 机器人XY 品, 需要用计算机 , 控制平台的运动MI NI -控制信息的依据。
(4 信息处理与控制部分进行信息处理与控制的核心, 犹如人的大脑。其中软件和硬件的功能对系统的功能具有重要影响。因为在机电一体化系统中计算机进行信息处理与控制的目标是运动机械, 所以, 国外也称其为运动控制计算机。
(5 能源部分为系统提供能量和动力功能, 如电
执行机构
E M -300E M -350E M -400
2相混合式步进电动
机K H56JM2-802
PMAC 来实现对平台运动的控制。
(2 机器人检测XY 运动的可检测(监测性和可
感知性为实现机器人的智能化, 需要能检测运动的传感器。根据需要监测的运动量的不同选择不同的检测传感器。在本例中, 我们需要XY 运动的位置。有两种方法:一种是直接装在运动平台上的位置传感器, , ; 另一种是通过编码器检测电, 为半闭环, 我们先用后者建立系统, 并逐。
考虑以上因素, 我们利用开放式系统结构的原理将模块化的各个部件组合起来, 就构成了一个简单的机电一体化系统如图1。
源, 气源和液力源等。
另外, 还有实现各部分之间的顺畅连接和通信的接口与连线。
不同的机电一体化产品其组成部分的具体形式不同, 但绝大多数都包括以上几个部分。如我们用于机电一体化实验教学用的EM 系列教学设备, 其各自配置如下。
控制部分
集成开关电源、控制核心是美国DE LT A T AU 公司生产的MINI -PM AC 、驱动部分及转接板面板配有日本UFO 手轮、按钮及指示灯、RS232通信端口
机械本体
X/Y 两轴平台、南京工艺装备厂滚珠丝杠:
EM 系列配置表
反馈元件无
1000线/转增量
UPS200
驱动部分
日本MY COM 公司步进驱动器美国DE LT A T AU 公司4轴PW M 电流环放大器ACC8D -OP4A 日本松下200W 交流伺服驱动器
MS DA023A1A
直流伺服电动机
V506-012E L8200W 交流伺服电动机MS M A022A1G
式码盘
2500线/转增量
FFD/604-3-P4直线导轨:GG B16BA2P2×270-3
式码盘
弹性联轴器
因此, 当我们要动手做一个机电一体化产品时, 要
明确完整的机电一体化产品的功能及其构成, 根据不同的需求, 配置不同的部件并把它们协调地统一起来,
2002年第7期
这就构成了机电一体化产品的骨架。以后的内容, 我们将从这个骨架开始使我们的产品丰满起来, 使之变成一个“有血有肉”的“人”。
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机电一体化作业
机电一体化_在线作业_1 一、单选题 ? A. 响应速度快 B. 质量增加 C. 精度高 D. 机械负载增大 ? C. 导轨运动副间的摩擦力 D. 系统动态误差 ? A. 5～6 B. 1～ 2 C. 2～ 3 D. 3～4 二、多选题 ? C. 液晶显示器 D. 状态指示灯 1. (5分)下列不是混合式步进电动机特点的是（）。 A. 断电后仍有制动力矩 B. 价格低 C. 功耗较小 D. 步距角较小 2. (5分)在传感器的输出信号中，属于开关信号的是（）。 A. 超声波无损探伤 B. 温敏电阻 C.时间继电器 D. 应变片 3. (5分)在不影响机械系统刚度的前提下，传动机构的质量和转动惯量应尽量减小，其中转动惯量大会对系统造成的影响为（）。 4.(5分)振弦式调频传感器中不包含（）器件。 A. 振弦 B. 磁场 C. 膜片 D.压电元件 5. (5分)下列不是产生死区误差的主要原因的是（）。 A. 电气系统和执行元件的启动死区 B. 传动机构中的间隙 6. (5分)滚珠是在淬硬的滚道上作滚动运动，磨损极小，长期使用后仍能保持其精度，因而寿命长，且具有很高的可靠性。其寿命一般比滑动丝杠要高（）倍。 1. (5分)以下是常用的输出设备的是（）。 A. 发光二极管显示器 B. BCD二—十进制码拨盘
? A. 阻尼 B. 增益 C. 刚度 D. 惯性 ? A. 螺距误差 B. 刀具长度的改变 C. 热变形误差 D. 机床溜板的摩擦 三、判断 2. (5分)伺服系统的稳定性是系统本身的一种特性，取决于系统的结构及组成元件的参数如（ ）等。 3. (5分)接口的三个基本功能是（ ）。 A. 传递 B. 处理 C. 放大 D. 变换 4. (5分)对于螺母，应在其两端进行密封，密封防护材料必须具有的性能为（ ）。 A. 防腐蚀 B. 耐油性 C. 抗振动 D. 耐磨性 5. 在机床加工零件的过程中引起加工误差的原因很多，下列不属于常值系统性误差的是（ ）。
机电大作业
新型购物车 姓名：冯静学号：201003508102 专业：机械电子工程 主要有以下功能： 1、可以带着顾客找到索要商品的所在地。 2、速度可以根据个人行走的速度自行调整，也可以由顾客自己提供动力源。 3、自动刷条码并结账，找零钱。 4、结完帐后带顾客出门并到原来位置等待顾客拿出东西。 随着人民生活水平的不断提高，为满足广大消费者购物需求，连锁超市，便利店等购物形式越来越受到广大消费者青睐。但在超市购物中，特别是在规模大、品种多的大型超市中，顾客时常找不到欲购买的商品的位置，了解超市的商品广告及打折信息也很不方便，直接影响到顾客购物情趣和超市营业额。另外，收银台结帐也是一大瓶颈，每逢周六、日，收银台处的长龙也着实让人望而却步。因此研发基于STC89C516单片机的超市智能购物车就是为了改变这一现状，使顾客可自行查询商品信息及位置、并带有一个速度和位置可控的伺服电机，能够自动带着顾客找到顾客需要的商品，进而扫描欲购物品条码，购物车能自动显示所购物品总价，并自动结账和找零，大大节省购物时间和结算时间，真正让消费者体会到超市购物的便利。利用自动确定位置的功能，还可用于超市理货，图书馆理书，以及餐厅能需要传东西的服务场所。 主要分为以下系统模块： 1、液晶显示及按键输入。 2、位置确定及控制电机到相应的位置。 3、扫描记录并显示总价。 4、结账安全系统解除。 在普通购物车上配备一套电子设备，购物车前端有—个微小的电子显示屏，顾客可以在上面查询欲购买的商品，然后根据数据库存储的相关信息指出商品在超市中的位置，从而使顾客快捷地找到商品。找到商品后顾客如果决定购买则可用购物车上配备的条形码识读器对商品进行自行扫描，价格将直接计人总价。在顾客购买完毕之后，可将购物清单无线发送至超市主机以方便超市进行备份、核对。并利用自动售货机支付技术，进行付款和安全解除。本文选择一种选进的技术，即建立基于GSM和RF网络、银行支付的自动售货系统。该系统以客户端手机为平台，实现与自动售货机进行信息的识别和交互，并详述描述系统各部分的实现方法、主要的硬件电路以及RFID驱动的实现，完成了自动售货功能，具有一定的实用价值。主要的硬件的基本框架即实现如下： 1、单片机终端
《机电一体化概论》期末模拟试题
《机电一体化概论》期末模拟试题 一、单项选择题 1.“机电一体化”与英文单词（ C ）一致。 A. Mechanics B. Electronics C. Mechatronics D. Electric-Machine 2.下列哪个不是传感器的动特性（ D ） A.临界速度 B.临界频率 C.稳定时间 D.分辨率 3.感应同步器定尺绕组中感应的总电动势是滑尺上正弦绕组和余弦绕组所产生的感应电动势的( C ) A.代数和 B.代数差 C.矢量和 D.矢量差 4.光栅莫尔条纹宽度的计算公式是（B 表示莫尔条纹的宽度，W 表示栅距，θ表示两光栅线纹夹角） ( A ) A.W B θ = B. cos W B θ = C. sin W B θ= D. tan W B θ = 5.直流测速发电机输出的是与转速( C ) A.成正比的交流电压 B.成反比的交流电压 C.成正比的直流电压 D.成反比的直流电压 6.下列哪项不是齿轮传动的优点（ D ） A.传动效率高 B.传动比准确 C.结构紧凑 D.制造成本低 7.右图称( B ) A.直流伺服电动机调节特性 B.直流伺服电动机机械特性 C.直流伺服电动机动态特性 D.直流伺服电动机调速特性 8. 不变)属于（ C ）调速 A.恒功率 B.变功率 C.恒转矩 D. 变转矩 9.步进电机一般用于（ A ）控制系统中。 A.开环 B.闭环 C.半闭环 D.前馈 10.计算步进电动机步距角的公式为( A ) A. 360KmZ ? B. 180cos sm T Km ? C. 60f KmZ D. 360180Km ? ?- 11.步进电动机三相六拍通电方式为（ B ） A.A-B-C-A B.A-AB-B-BC-C-CA-A C.AB-BC-CA-AB D.AC-CB-BA-AC 12.对于交流感应电动机，其转差率s 的范围为（ B ） A.1 东北农业大学网络教育学院 机电一体化技术作业题 复习题一 一、名词解释：（40分） 1．机械系统 答：机电一体化系统中的机械系统与一般的机械系统相比，除要求具有较高的定位精度外，还应具备体积小、重量轻、刚度大、动态性能好等特点。概括地讲，机电一体化机械系统应包括传动机构、导向机构、执行机构三大部分。 2．检测系统 答：检测系统是机电一体化系统的一个基本要素，其功能是对系统运行中所需的自身和外界环境参数及状态进行检测，将其变换成系统可识别的电信号，传递给信息处理单元。 3．伺服系统 答：伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，又称随动系统或伺服机构。指在控制命令的指挥下，控制执行元件工作，使机械运动部件按照控制命令的要求进行运动，并具有良好的动态性能。 4．接口技术 答：为构成完整的并有一定控制和运算功能的系统而将一个部件与另外的部件连接起来，这种连接就称微处理器系统的接口。 5．控制系统 答：控制系统是机电一体化产品的中枢，用于实现信息处理、控制信号输出、控制和协调机电一体化产品的其他内部功能，通过控制系统的控制，执行机构的驱动，被控对象按照预定的规律或目的运行，运行效果通过传感器反馈回控制系统，连同传感器收集的其他有关信号供控制系统利用并不断修正其控制指令。 6．D/A转换 答：在机电一体化产品中，很多被控对象要求用模拟量做控制信号，而计算机是数字系统，不能输出模拟量，这就要求控制输出接口能完成将数字信号转换成模拟信号，称之为D / A转换。 7．传动机构 答：机电一体化系统中的传动机构主要功能是传递转矩和转速，因此，它实际上是一种转矩、转速变换器。机电一体化系统中所用的传动机构主要有滑动丝杠副、滚珠丝杠副、齿轮传动副、同步带传动副、间歇机构、挠性传动机构等。 8．机电一体化技术 答：机电一体化技术是以电子技术特别是微电子技术为主导的多种新兴技术与机械技术交叉、融合而成的综合性高新技术，是工程领域不同种类技术的综合及集成，是一个技术群的总称，它包括机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术等。 二、简答（60分） 1、机电一体化产品的组成和特点是什么？ 答：机电一体化产品是由机械系统、检测系统、伺服系统、控制系统以及接口装置等几部分组成。机电一体化产品的功能是通过其内部各组成部分功能的协调和综合来共同实现的。从其结构来看，，各组成部分通过辅助部件及相关的软件有机的结合在一起，构成一个内部匹配合理、外部效能最佳的完整产品，品具有自动化、智能化和多功能的特性。 2、机电一体化产品设计与传统机械产品设计的区别是什么？ 答：机电一体化产品的设计与常规机械产品的设计有着本质上的区别。常规机械产品一般是先用单纯机械设计的方法构思和设计，再为这个纯粹的机械设计选配适宜的电气设备。这种方法实际上是面向设计者的传统设计方法。相比之下机电一体化产品的设计是面向产品的设计，它要求设计者具有多种能力、视野开阔，具有综合利用机械设计和电气控制设计方面的知识和能力。 3、机电一体化机械系统由哪几部分组成？ 答：概括地讲，机电一体化机械系统应包括以下三大部分机构。 （1）传动机构。机电一体化系统中的传动机构主要功能是传递转矩和转速，因此，它实际上是一种转矩、转速变换器。 （2）导向机构。其作用是支承和限制运动部件按给定的运动要求和规定的运动方向运动。该机构应能保证安全、准确。 （3）执行机构。用来完成操作任务。执行机构根据操作指令的要求在动力源的带动下，完成预定的操作。 4、常用的传动机构有哪些，各有什么特点？ 答：机电一体化系统中所用的传动机构主要有滑动丝杠副、滚珠丝杠副、齿轮传动副、同步带传动副、间歇机构、挠性传动机构等。 滚珠丝杠副具有如下特点。 IRB1600型机器人的运动学分析及仿真 目录 1.引言................................................................................................................ - 2 - 1.1 ABB公司简介.................................................................................... - 3 - 1.2ABB发展历史 .................................................................................... - 4 - 2. IRB1600 ........................................................................................................ - 5 - 2.1 IRB1600的资料................................................................................. - 6 - 2.2建立基于D-H方法的连杆坐标系 ................................................... - 8 - 2.3建立六自由度点焊机器人的运动学方程....................................... - 10 - 3. 虚拟样机的建立........................................................................................ - 12 - 3.1 导入.................................................................................................. - 12 - 3.2 添加约束副...................................................................................... - 13 - 3.3 基于ADAMS的机器人运动学仿真 ............................................. - 14 - 4. 结语............................................................................................................ - 18 - 5. 参考资料.................................................................................................... - 19 - 一、填空题 1．机电一体化包括六大共性关键技术：精密机械技术、 、 、信息处理技术、自动控制技术和 。 2．机电一体化的产生与迅速发展的根本原因在于社会的发展和科技的进步。系统工程、控制论和信息论是机电一体化的 基础，也是机电一体化技术的 。微电子技术的发展，半导体大规模集成电路制造技术的进步，则为机电一体化技术奠定了 基础。机电一体化技术的发展有一个从 状况向 方向发展的过程。 3．一个较完善的机电一体化系统应包括以下几个基本要素：机械本体、 、 、执行部分、控制及信息处理部分和接口。 4．机电一体化系统对动力部分的要求是用尽可能 的动力输入获得尽可能 的功能输出。 5．根据机电一体化系统匹配性要求，要求执行部分的刚性 、重量 、实现组件化、标准化和系列化，提高系统整体 。 6．机电一体化系统一方面要求驱动的高 和快速 ，同时要求对水、油、温度、尘埃等外部环境的 和 。 7．自动控制技术的目的在于实现机电一体化系统的目标 。 8．伺服传动技术就是在 的指挥下，控制驱动元件，使机械的运动部件按照指令要求运动，并具有良好的 。 9．拟定机电一体化系统设计方案的方法可归结为 、 和 。 10．机电一体化系统对机械传动部件的摩擦特性的要求为：静摩擦力尽可能 ，动摩擦力应尽为可能小的 斜率，若为 斜率则易产生爬行，降低精度，减少寿命。 11．运动中的机械部件易产生振动，其振幅取决于系统的阻尼和固有频率，系统的阻尼越 ，最大振幅越 ，其衰减越快。 机电一体化系统 作 业1 12．在系统设计时考虑阻尼对伺服系统的影响，一般取阻尼比ξ在到之间的欠阻尼系统，这样既能保证振荡在一定的范围内，过渡过程较平稳，过渡时间较短，又具有较高的灵敏度。 13．间隙将使机械传动系统产生，影响伺服系统中位置环的。 14．在伺服系统中，通常采用原则选择总传动比，以提高伺服系统的。二、选择题 1．机电一体化系统的基本功能要素之一：接口的基本功能是（） A．交换B．放大C．传递D．以上三者 2．机电一体化系统的核心是（） A．动力部分B．执行机构C．控制器D．接口 3．机电一体化系统中，根据控制信息和指令完成所要求的动作这一功能的是（）。 A．机械本体B．动力部分 C．控制器D．执行机构 4．在设计齿轮传动装置时，对于转动精度要求高的降速齿轮传动链，可按什么原则进行设计（）。 A．输出轴转角误差最小B．等效转动惯量最小C．质量最小D．质量最大 5．对于要求质量尽可能小的降速传动链，可按什么原则进行设计（） A．输出轴转角误差最小B．等效转动惯量最小 C．重量最轻D．重量最大 三、名词解释 系统总体技术—— 四、简述题 1．简述机电一体化技术方向。 某车床进行数控改造，其小拖板结构简图如图所示，已知进给系统行程为200mm ，快速移动的最大速度为1.2m /min ，最大切削进给速度为0.25m /min ， 溜板和刀架的质量为20kg 。滚珠丝杠的导程0l =6mm ，试回答和计算下列问题： 图 数控车床小托板系统简图 1. 本设计系统中的计算机拟采用PLC ，请简述其特点。（6分） (1)可靠性高。 (2)适应性强，应用灵活。 (3)编程简单、容易掌握。 (4)控制系统设计、安装、调试方便，工作量少 (5)维修方便。 (6)体积小，能耗低 2. 本设计系统中拟选择反应式三相步进电机驱动，请简述其工作原理。（6分） 设步进电机的三项分别是A 、B 、C ，将电脉冲加到A 相 ，A 相产生磁通，并对转子产生磁拉力，l 、3两个齿与定子的A 相磁极对齐。而后再将电脉冲通入B 相励磁绕组，B 相磁极便产生磁通 。使转子2、4两个齿与定子B 相磁极对齐。如果按照A →B →C →A 的顺序通电，转子则沿反时针方向一步步地转动。 3. 本设计系统中的传感器拟采用光栅传感器，请简述该传感器的特点。（6分） ①精度高。 ②可用于大量程测量兼有高分辨力； ③可实现动态测量，易于实现测量及数据处理的自动化； F y F x ④具有较强的抗干扰能力 ⑤高精度光栅制作成本高， 4.对于初步选用的反应式三相步进电机，假设其步距角为0.6o/1.2o，采用三项六拍的通电方式工作，脉冲当量δ为0.005mm ，，请计算传动链中的传动比i 。（8分） 根据题意：2005 .03606 6.036000 =??= =δ αl i 5.设工作时丝杠轴向切削分力为N F y 1304=，垂直切削分力为N F x 3.1779=，传动系统的总效率为85.0=η。 （1） 计算切削负载力等效到电机轴的等效力矩).(m N T F eq 。 （8分） ).(1).(100085 .0214.326 3.177920m N mm N i l F T x F eq ==????=???= ηπ （2） 根据加工需要，选择燕尾形导轨，在良好的润滑情况下，其摩擦系数为0.1，计算切削 运行时摩擦负载力等效到电机轴的等效力矩).(m N T c eq 。 （8分） 摩擦阻力)(1501.0)13048.920()(N F Mg F x c =?+?=+=μ ).(0843.0).(3.8485 .0214.326 15020m N mm N i l F T c c eq ==????=???= ηπ （3） 齿轮21,Z Z 的转动惯量为241106.1Kgm J z -?=，242104.6Kgm J z -?=，丝杠的转动惯量 23102.1Kgm J s -?=。求机械系统等效到电机轴上的等效转动惯量eq J 。（20分） 根据题意：22222 122 121212121Mv J J J J s s s Z m Z m eq +++=ωωωω 又：m m s i ωωω4 1 = = π ωπω820 0l l v m s == 机电一体化介绍 现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，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”迈入以“机电一体化”为特征的发展阶段。 1 机电一体化概述 机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。 机电一体化发展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术及电力电子技术，根据系统功能目标要求，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。因此，“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术由纯技术发展到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体系。但是，发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还被赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制、自动诊断与保护等。也就是说，机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，智能化特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。 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：（1）20世纪60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。（2）20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 第一章作业解答 1、机电一体化系统包括那些关键技术？机电一体化系统发展趋势是什么? 答：机电一体化系统包括的关键技术有：机械技术，检测与传感技术，计算机与信息处理技术，自动控制技术，伺服驱动技术，系统总体技术。 机电一体化系统发展趋势是：1）智能化。模拟人类智慧，具有推理、逻辑思维、自主决策的能力。2）网络化。利用网络将各种独立的机电一体化系统联系起来。3）微型化。4）系统化、复合集成化。 2、试列举10种常见的机电一体化产品，并对其中一种分析其所构成的5大要素。 常见的机电一体化产品有：数控机床，机器人，全自动洗衣机，傻瓜照相机，自动物料搬运机，自动取款机，自动售货机，智能水表，电子调速器，智能冰箱等。（一般的洗衣机、冰箱、电风扇、电子秤、电脑、空调不是机电一体化产品，因为它们不包含机电一体化系统所包括的6项关键技术及5个构成要素。） 第二章作业解答 1、机电一体化系统对机械部分的要什么？ 答：机电一体化机械系统除了应具备普通机械系统的要求外,还有如下要求：1）高精度；2）快速响应性，即，机械系统从接到指令到执行指令任务的时间应短；3）稳定性要好。 2、齿轮传动为何要消除齿侧间隙？ 答：机电一体化系统对机械部分的要必须具备高精度，以满足自动控制的需要。消除齿轮的齿侧间隙就是为了保证双向传动精度。 3、滚珠丝杠副轴向间隙对传动有何影响？采用什么办法消除它？ 答：滚珠丝杠副轴向间隙影响反向传动精度。消除滚珠丝杠副轴向间隙通常采用的方法有：1）采用双螺母结构调整两螺母轴向相对位置实现预紧消除间隙。具体措施有：垫片调隙，螺纹预紧调隙，齿差预紧调隙等方式。2）采用单螺母结构用增大钢球直径的方式实现预紧以消除间隙。 机电一体化就业前景分析 一专业介绍 它是以培养现代机械工程师为目的的专业，也是我国高校开设得最久的专业之一。多年来，它长盛不衰的奥秘就在于：无论一个社会的文明发展到何等程度，都离不开机械制造，它是人们物质生活用品供应的基本保障。 机电一体化专业是国家紧缺人才专业，因为在现代社会高度智能化、生产专业化，要求机械与电子、电气的高度结合，但在这个领域是一个交叉的领域，目前人才缺乏，就其专业来说发展前景不可限量！。机电一体化的就业率非常高，在就业的时候还有许多的选择余地，但可能职位与自己的期望有所不同！ 目前在国内，和机械专业学生就业对口的发展现状和前景都非常好的行业，除了模具行业以外，就数汽车行业了。 在机电一体化产品、设备的设计、制造、维修、管理、技术改造与服务过程中专门从事用电脑绘图设计、信息处理和资料管理的高等技术应用性专门人才. 可在机械设计、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. 二核心课程辅助课程证书 主要开设《电工技术》《电子技术》《机械制图》《工程力学》《工程制图》《电机及其应用》、《计算机技术》、《单片机控制技术应用》、《传感器技术应用》、《电力电子与电机调速技术应用》等核心课程。电工电子技能训练、工厂电气控制实训、PLC应用技能实训、电气设备运行与维护实训等实践环节。 考取<<劳动和社会保障部颁发维修电工职业资格证书>>及<<国家制造业信息化培训中心“AUTO CAD高级绘图师”证书>>。一般中职学校对于此专业所开设的课程有：电工基础，电力拖动控制线路与技能训练，钳工工艺与技能训练，车工工艺与技能训练，数控加工基础，可编程序控制器PLC及其应用，电子装接，公差配合与技术测量，金属材料与热处理，机械基础，机械制图，机械制造工艺基础，电工电子技术基础，机电一体化技术等等本专业有实习的机会期间可考该实习单位证书。 考证要求：1.学生考英语、计算机等级证书。 2.考专业技能证书。中级钳工或电工证 3.可提供选考专业技能证书供学生参考。 三就业发展方向 在工业生产第一线从事机械制造领域内的设计制造、科技开发、应用研究、运行管理和经营销售等方面工作。 1 机械类专业的就业方向，除了教学、营销等等外，常见的有：生产总监（生产主管）、物流管理、设备管理、质量管理、项目管理、机电产品开发、机械产品开发、液压产品开发、仪器仪表开发、武器开发、汽车工业、环保设备开发、矿业设备设计、模具设计制造、机械制造工艺师、CNC工程师等等，可在机械设计及制造企业和研究所，尤其适于重型设备研究所等单位工作。 （1）从事机械设计与制造加工工艺规程的编制与实施工作； （2）从事机械、电气、液压、气压等控制设备的维护维修工作； （3）从事工艺工装的设计、制造工作； （4）从事数控机床、加工中心等高智能设备的编程及操作工作； 6011机电一体化系统设计基础大作业 责任教师高秋红 学校：北京一轻高级技术学校学号：111100140 姓名： 一、基础知识题（每题10分，共40分） 1.机电一体化系统的定义？机电一体化产品的分类？ 答：机电一体化系统是由机械技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。 按发展水平分：功能附加型初级系统，功能代替型中级系统，机电融合型高级系统 按应用分：民用机电一体化产品，办公机电一体化产品和产业机电一体化产品 2. 机电一体化系统的基本组成要素？试分析试说明图中的各个部分分别属于机电一体化系统的哪一基本结构要素。 答：按照机电一体化系统的基本结构要素，图示数控机床的各个部分归类如下：（1）控制及信息处理单元：键盘、计算机、显示 （2）测试传感部分：光电编码器、信号处理 （3）能源：电源 （4）驱动部分：功放、电机 （5）执行机构：联轴器、齿轮减速器、丝杠螺母机构、工作台 3. 为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度？ 机电一体化技术使机械传动部分减少，因而使机械磨损，配合间隙及受力变形等所引起的误差大大减少，同时由于采用电子技术实现自动检测，控制，补偿和校正因各种干扰因素造成的误差，从而提高精度。 4．简述机电一体化产品设计的工程路线（主要步骤） 机电一体化产品设计的工程路线（主要步骤）：拟定产品开发目标和技术规范；收集资料，市场分析，可行性分析和技术经济性分析；总体方案设计；总体方案的评审和评价；详细设计；详细设计方案的评审和评价；试制样机；样机实验，测试；技术评价与审定；小批量生产；试销；正常生产；销售。 二、综合分析设计题（60分） 1．已知电机驱动的三自由度位置控制系统，单个自由度的驱动系统如图所示。要求： （1）说明单自由度驱动系统的两种测量方案；（20分） 要求给出传感器的类型及具体安装位置。 （2）确定整个系统的控制方案、画出控制系统原理图。（40分） 要求写出两种控制方案，方案一使用工业PC机完成系统的控制和方案二使用单片机完成系统的控制。 解：依题意有两种测量方案 1）高速端测量方案： 传感器安装在电机的尾部，通过测量电机的转角实现工作台位移的间接测量。可选用光电编码器式传感器或者磁电式编码器。 单元一机电一体化概述 1. 1. 1机电一体化的定义 “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。”“机电一体化”是将机械技术、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. 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。 1. 1. 4机电一体化的特点 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。 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。 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)。 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)。 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)。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。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。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 第1章绪论 1.1 机电一体化技术的产生与发展 机电一体化技术的产生： 机械化技术的发展：工业革命开始…… 控制技术发展：20世纪30年代，开始快速发展，以军工技术为载体…… 信息处理技术的发展：20世纪60年代，开始快速发展，以大规模集成电路为载体… 机电一体化技术的产生：自从控制技术快速发展，就…… 20世纪70年代，60年代提出，70开始快速发展 机电一体化技术的发展： 自动化技术发展的必然产物：各个学科综合结果，尤其自动化技术+计算机技术。 （日本：机械制造领域：为提高生产效率，自动化生产、生产过程信息化控制； 美国：主动将自动化技术（正像乔布什说的“人们并不清楚自己需要什么，需要你来告诉他们”）、信息化技术推广到工程技术的各个领域； 英国学者：各个领域发展过程中的自然渗透，涉及大量学科。 中国：国家9.5开始大力支持；各个高校对机电一体化的理解） 1.2 机电一体化的相关技术 图1控制系统的基本组成 图2 机电一体化技术体系 传感器技术、自动控制技术、精密机械技术、伺服传动技术、系统总成技术 1.2.1 传感器技 传感器：能检测各种物理量，将测得的各种参量转换为电信号，并输送到信息处理部分的功能器件。 完成对各种信息的检测、收集，这些信息包括： 位移、位置、速度、加速度、力； 压力、流量、温度； 电压、电流 因此传感器首先需要有敏感元件部分。 输出量通常为 模拟电流、电压、数字量，因此传感器通常配有专用的信号处理电路。 1.2.2 信息处理技术 完成对信息的输入、输出、计算、分析、存储。通常为专用控制装置，以及计算机、单片机、A/D、D/A 完成上位机的信息交换功能。 1.2.3 自动控制技术 各种控制单元，以自动化过程为控制目的的各种逻辑控制；以某些参数值为控制目的的各种参数控制；以某些综合指标为控制目标的最优化控制。等等。 高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断、校正、补偿、示教再现、检索等技术。 各种控制理论、特殊控制策略、专用算法 1.2.4 伺服传动技术 电机拖动技术 液压传动及伺服控制技术 气压传动技术 1.2.5 精密机械技术 为更好地与控制技术结合，精密机械技术较一般的同类机械精度要求更高，要有更好的可靠性及维护性，同时要有更新颖的结构。 《机电一体化系统设计基础》作业1、2、3、4参考答案 形成性考核作业1 一、判断题（正确的打√，错误的打×） 1．机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质按照要求进行处理，输出具有所需特性的物质。（×） 2. 系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础，是机电一体化技术的方法论。（√） 3．信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中，与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析等技术。（√）4．自动控制是在人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。（×） 5．产品的组成零部件和装配精度高，系统的精度一定就高。（×） 6．为减少机械传动部件的扭矩反馈对电机动态性能的影响，机械传动系统的基本固有频率应低于电气驱动部件的固有频率的2~3倍，同时，传动系统的固有频率应接近控制系统的工作频率，以免系统产生振荡而失去稳定性。（×） 7．传动机构的转动惯量取决于机构中各部件的质量和转速。（×） 8．在闭环系统中，因齿轮副的啮合间隙而造成的传动死区能使系统以6~10倍的间隙角产生低频振荡，采用消隙装置，以提高传动精度和系统稳定性。（×） 9．进行机械系统结构设计时，由于阻尼对系统的精度和快速响应性均产生不利的影响，因此机械系统的阻尼比ξ取值越小越好。（×） 10．滚珠丝杠垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。（√） 11．采用偏心轴套调整法对齿轮传动的侧隙进行调整，结构简单，且可以自动补偿侧隙。（√）× 12．采用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计测试和评估，延长了产品开发周期，增加了产品开发成本，但是可以改进产品设计质量，提高面向客户与市场需求能力。（√）× 二、单选题 . 8 机电一体化系统典型实例 8.1 机器人 8.1.1 概述 机器人是能够自动识别对象或其动作，根据识别，自动决定应采取动作的自动化装置。 它能模拟人的手、臂的部分动作，实现抓取、搬运工件或操纵工具等。它综合了精密机械技 术、微电子技术、检测传感技术和自动控制技术等领域的最新成果，是具有发展前途的机电 一体化典型产品。机器人技术的应用会越来越广，将对人类的生产和生活产生巨大的影响。 可以说，任何一个国家如不拥有一定数量和质量的机器人，就不具备进行国际竞争所必需的 工业基础。 机器人的发展大致经过了三个阶段。 第一代机器人为示教再现型机器人，为了让机器人 完成某项作业，首先由操作者将完成该作业所需的各种知识（如运动轨迹、作业条件、作业 顺序、作业时间等）通过直接或间接的手段，对机器人进行示教，机器人将这些知识记忆下 来，然后根据再现指令，在一定的精度围，忠实地重复再现各种被示教的动作。第二代机器 人通常是指具有某种智能（如触觉、力觉、视觉等）的机器人，即由传感器得到的触觉、听 觉、视觉等信息经计算机处理后，控制机器人完成相应的操作。第三代机器人通常是指具有 高级智能的机器人，其特点是具有自学习和逻辑判断能力，可以通过各类传感器获取信息， 经过思考做出决策，以完成更复杂的操作。 一般认为机器人具备以下要素：思维系统（相当于脑），工作系统（相当于手），移动系 统（相当于脚），非接触传感器（相当于耳、鼻、目）和接触传感器（相当于皮肤）（图8-1）。 如果对机器人的能力评价标准与对生物能力的评价标准一样，即从智能、机能和物理能三个 方面进行评价，机器人能力与生物能力具有一定的相似性。图8-2是以智能度、机能度和物 理能度三座标表示的“生物空间”，这里，机能度是指变通性或通用性以及空间占有性等；物 理能度包括力、速度、连续运行能力、均一性、可靠性等；智能度则指感觉、知觉、记忆、 运算逻辑、学习、鉴定、综合判断等。把这些概括起来可以说，机器人是具有生物空间三座 标的三元机械。某些工程机械有移动性，占有空间不固定性，因而是二元机械。计算机等信 息处理机，除物理能之外，还有若干智能，因而也属于二元机械。而一般机械都只有物理能， 所以都是一元机械。 8.1.2 机器人的组成及基本机能 信息处理机 图8-2生物空间 图8-1机器人三要素 1 电子科技大学网络教育考卷（A 卷） (20 年至20 学年度第 学期) 考试时间 年 月 日(120分钟) 课程 机电一体化系统设计 教师签名 朱成华 一、名词解释(每题2分，共10分) 1. 传递函数； 答：于线性定常系统,在零初始条件下,系统输出量的拉氏变换与引起该 输出的输入量的拉氏变换之比,称为系统的传递函数 2. 开发性设计； 答：开发性设计是指在没有参照的情况下仅根据抽象的设计原理和要求设计出在质量和性能方面满足目的要求的产品。 3. PLC ； 答：PLC 是指可编程逻辑控制器。 4.SSR ； 答：SSR 是指固态继电器是一种带光电隔离的器的无触点开关。 5. D/A ： 答：D/A 是把数字量变成模拟量的装置。 二、判断正误(每题1分，共10分) 1. 匹配Z 变换法适用于具有因式分解形式的传递函数。( √ ) 2.双线性变换法就是突斯汀法，是控制系统中常用的一种离散化方法。( × ) 3. 步进电机一般采用开环控制系统。（ × ） 4.滚珠丝杆具有自锁能力。( × ) 5. 改变脉冲频率可以改变步进电机的转速。（ √ ） 6.改变直流电机电枢电压可以改变其转速。( √ ) 7. 闭环控制系统是负反馈控制系统。( √ ) 8. 光电隔离电路主要由光电耦合器的光电转换器组成，入端为光敏三极管，出端为发光二极管。( × ) 9. 步进电动机的进给系统采用齿轮传动，不仅是为了求得所需的脉冲当量，还有满足结构要求和增大转矩的作用。（ × ） 10. 大惯量直流电动机的转子惯量大，小惯量直流电动机的转子惯量小。( √ ) 三、填空(每题2分，共10分) 1. 机电一体化对机械系统的基本要求是（ 高精度、低惯性、高稳定性 ）。 2. 传感器一般是由（敏感元件、传感元件和转换电路）三部分组成。 3. I/O 接口的编址方式，通常有两种编址方式，一种是（与存储器统一编址）另一种是（独立编址）。 4. 直流伺服电动机按励磁方式可分为（永磁式）和（电磁式）两种。 5. 直线运动导轨的作用是（支持和导向的作用）。 四、选择题(单选或多选) (每题2分，共30分) 1.（ B ）是机电一体化的基础。 A. 计算机与信息处理技术 B.精密机械技术 C. 检测与传感技术 D. 自动控制技术 2. 机电产品艺术造型的三要素是（ A 、C 、D ）。 A. 功能 B. 色调 C. 艺术内容 D. 物质技术条件 3. 机电一体化对机械系统的基本要求中（ D ）要求是首要的。 A. 可靠性 B. 低惯性 C. 稳定性 D. 高精度 4. 机电一体化产品中的机械系统包括（ D ）三部分。 A. 传动机构、检测机构、导向支承机构 B.检测机构、导向支承机构、执行机构 C. 检测机构、传动机构、执行机构 D. 执行机构、导向支承机构、传动机构 5. 根据滚珠丝杠的用途不同，将滚珠丝杠副分为定位滚珠丝杠副和（ A ）。 A. 传动滚珠丝杠副 B. 单圆弧滚道滚珠丝杠副 C.双圆弧滚道滚珠丝杠副 D.内循环滚珠丝杠副 6. 导轨常用的材料有（ A 、B 、 C 、D ）。 A.铸铁 B.钢 C.有色金属 D. 塑料 7. 直线运动导轨的基本形状有（ A 、B 、 C 、D ）。 A. 三角形 B. 圆形 C.矩形 D. 燕尾形 8. 按控制方式不同，可将伺服系统分为：开环控制系统、闭环控制系统和（ D ）。 A. 电器伺服系统 B. 液压伺服系统 C. 位置控制系统 D. 半闭环控制系统 9. 直流伺服电机按定子磁场产生方式可分为（ A ）。 A. 永磁式和他励式 B. 永磁式和可变磁阻式 C. 他励式和混合式 D. 可变磁阻式和混合式 10.数字滤波方式中（ A ）能有效滤去由于偶然因素引起的波动。 A. 中值滤波 B. 算术平均滤波 C. 滑动平均滤波 D.低通滤波 机器人学的进步与应用是二十世纪自动控制最有说服力的成就，是当代最高意义的自动化，尤其在当今的工业制造中，机器人学已取得了最伟大的成功[1]。进入二十一世纪，人们已经愈来愈亲身地感受到机器人深入生产、生活和社会的坚实步伐。一方面随着各个国家老龄化越来越严重，更多的老人需要照顾，社会保障和服务的需求也更加紧迫，老龄化的家庭结构必然使更多的年青家庭压力增大，而且生活节奏的加快和工作的压力，也使得年轻人没有更多时间陪伴自己的孩子，随之酝酿而生的将是广大的家庭服务机器人市场。另一方面服务机器人将更加广泛地代替人从事各种生产作业, 使人类从繁重的、重复单调的、有害健康和危险的生产作业中解放出来 服务机器人是机器人家族中的一个年轻成员，到目前为止尚没有一个严格的定义，不同国家对服务机器人的认识不同。国际机器人联合会经过几年的搜集整理，给了服务机器人一个初步的定义：服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它能完成有益于人类健康的服务工作[3]，即除了手术机器人、诊断机器人、护理机器人、康复机器人等医用机器人外，也包括各种家用机器人、娱乐机器人、体育机器人、玩具机器人、导游机器人、保安机器人、排险机器人、清洁机器人、秘书机器人、建筑机器人、邮拾和送信机器人以及加油机器人等。随着开发研究的进一步开展和价格的大幅度下降，服务机器人将广泛进入医院、家庭、工地、办公室和体育娱乐场馆，直接与人类共处，为人类排忧解难 中国机器人专家、工程院院士徐扬生教授说：“只要10年时间，机器人将在世界范围内，普及到每个人的日常生活之中。这将是一个巨大的市场，预计将比现在的汽车市场还要大。”②韩国科学家预测：到2015年至2020年，每个韩国家庭将拥有一个机器人。③日本专家估计：到2020年日本将有25%的人口年龄超过65岁，护理型机器人将供不应求。④德国科学家预计：将在未来的几十年间，家庭生活中将出现的最大变化就是机器人的普及，家庭服务机器人将在日常家庭生活中扮演越来越重要的角色，承担越来越多的工作从二十世纪八十年代中期开始，机器人已从工厂的结构化环境进入人的日常生活环境—医院、办公室、家庭和其它杂乱及不可控环境，成为不仅能自主完成工作，而且能与人共同协作完成任务或在人的指导下完成任务的智能服务机器人，特别是最近几年，对会清洁地面、割草或充当导游、保姆和警卫等自主移动机器人技术上的进步，大家都有目共睹日本将机器人作为一个战略产业，给予了大力支持，而且日本根据目前机器人产业面临的问题，提出了加强机器人研究和推动机器人产业化的具体措施，日本机器人工业之所以领先世界，一方面和他们的机器人文化也有关，在日本，有一种“让机器人成为人”的氛围，在日本，由于人口不多，而且老龄化趋势严重，他们需要机器人来承担劳力的工作，因此培养起浓厚的机器人文化；另一方面，日本政府也希望机器人研发成为本国的支柱产业，所以投入大量资金，为了攻克更关键的服务机器人技术，日本在2006 年至2010 年间，每年投入1000 万美元用于研发服务机器人。 韩国将服务机器人技术列为未来国家发展的10大“发动机”产业，他们已经把服务型机器人作为国家的一个新的经济增长点进行着重发展，对机器人技术给予了重点扶持，通过不断地努力，韩国近几年来也逐渐跻身研究机器人的世界潮流。韩国信息通信部官员表示，虽然韩国的机器人技术起步比美国、日本和欧洲的竞争者要晚，但是有望在未来5～10年内迎头赶上 美国是机器人的发源地，尽管美国在机器人发展史上走过一条重视理论研究，忽视应用开发研究的曲折道路，但是美国的机器人技术在国际上仍一直处于领先地位，其技术全面、先进，适应性也很强。例如：专治中风的机器人医生将在密歇根州圣约瑟夫默西奥克兰医院率先上岗，这种机器人头部是一个显示屏，能显示网络另一端医生的形象和声音，显示屏上方安装了一个摄像头，可以把医院现场的图像和声音传回给医生，有了这种机器人，医生在机电一体化技术作业题——答案全解
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