8.机电一体化系统典型实例

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，并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，在一定的精度范围内，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，经过思考作出决策，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”，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

信息处理机

图8-2生物空间

图8-1机器人三要素

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

机器人一般由机械系统、驱动系统、控制系统，检测传感系统和人工智能系统等组成，各系统功能如下所述。

①机械系统。执行系统是完成抓取工件（或工具）实现所需运动的机械部件，包括手部、腕部、臂部、机身以及行走机构。

②驱动系统。驱动系统的作用是向执行机构提供动力。随驱动目标的不同，驱动系统的传动方式有液动、气动、电动和机械式四种。

③控制系统。控制系统是机器人的指挥中心，它控制机器人按规定的程序运动。控制系统可记忆各种指令信息（如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间等），同时按指令信息向各执行元件发出指令。必要时还可对机器人动作进行监视，当动作有误或发生故障时即发出警报信号。

④检测传感系统。它主要检测机器人机械系统的运动位置、状态，并随时将机械系统的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使机械系统以一定的精度达到设定的位置状态。

⑤人工智能系统。该系统主要赋予机器人自动识别、判断和适应性操作。

从机器人的研究发展情况来看，机器人应具有运动机能、思维控制机能和检测机能三大机能，如图8-3所示。

图8-3机器人机能

8.1.3 机器人的主要技术参数

机器人的技术参数是说明机器人规格与性能的具体指标，一般有以下几个方面：

①握取重量（即臂力）。握取重量标明了机器人的负荷能力。这项参数与机器人的运

196

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动速度有关，通常指正常运行速度所能握取的工件重量。当机器人运行速度可调时，低速运行时所能握取工件的最大重量比高速时大。为安全起见，也有将高速时所能握取的工件重量作为评价指标，此时常指明运行速度。

② 运动速度。运动速度是反映机器人工作性能的一项重要技术参数，它与机器人握取重量、定位精度等参数有密切关系，同时也直接影响机器人的运动周期。

③ 自由度。机器人自由度越多，其动作越灵活，适应性越强，但结构也相应越复杂。一般具有4—6个自由度即能满足工作要求。

④ 定位精度。定位精度即重复定位精度，是衡量机器人工作质量的一项重要指标。定位精度的高

低取决于位置控制方式以及运动部件本身的制造精度和刚度，与握取重量、运行速度等也有密切关系。

⑤ 程序编制与存储容量。程序编制和存储容量（包括程序步数和位置信息量）的大小可表明机器

人作业能力的复杂程度及改变程序时的适应能力。

存储容量大，则适应性强、通用性好，从事复杂作业的能力强。

8.1.4 BJDP-1型机器人

噪声，高粉尘等恶环

境的喷砂作业。

（1）机器人的本体。

该机器人的五个自由度，分别是立柱回转（L ）、大臂

回转（D ）小臂回转（X ）、腕部俯仰（W1）和腕部转动

（W2），其机构原理如图8-4所示，机构

的传动关系如图8-5

所示。

（2）控制系统。

如图8-6所示，

控制系统（包括驱动

与检测）主要由微型计算机、接口电路、速度控制单元、位置检测电路、示教盒等组成。

① 计算机。

通过光电编码器进行机器人示教和校验，再现的控制包括示教数据编辑、坐标正逆变R 2

图8-5机器人机构传动关系 谐波减速器R 腕部回转电机小臂

M 2

198

换、直线插补运算以及伺服系统闭环控制。

② 接口电路。

通过光电编码器进

行机器人各关节坐标的模数转换（A/D ），及把计算

机运算结果的数字量转换为模拟量（D/A ）传送给速度控制单元。

③ 速度控制单元。它是驱动机器人

各关节运动的电气

驱动系统。

④ 示教盒。它是人机联系的工具，主要由一些点动按

键和指令组成。通过点动按键可以对机器人关节的运动位

置进行示教，利用指令键完成某一指定的操作，实现示教和再现的各种功能。 微机控制系统的硬件构成如图8-7所示。CPU 为INTER8086，主频5MHz 。RAM16K 主要用于存储示教数据。ROM32K 存储计算机的监控程序和示教再现的全部控制程序。两片8259A 中断控制器相联，共有15级

中断，用于向计算机输入示教、校验和再现的所有控制指令，定时器8253用于产生计算机时钟信号，通过中断实现采样控制。A/D 转换器完成将机器人关节转角转换

成数字量，转换器位数为十六位，主要由光电编码器（包

括方向判别、可逆计数，清零电路及计算机的接口电路）

组成。首先由装在电动机轴上的增量式光电编码器将关节转角转换成数字脉冲，然后经方向判别电路将转换后

的脉冲分成正转脉冲和反转脉冲，用可逆计数器记录这些脉冲数，从而实现由转角向数字量的转换。D/A 转换器位数为9位，由一片集成D/A 转换器DAC0832和一个触发器、反相器、运算放大器组成，基准电源5V ，输出是双极性的，其原理如图8-8所示。计算机输出的数码低八位D 0—D 7由八位DAC0832转换，计算机输出的最高位（符号位）D 15由D 触发器接收，经反相器反相之后，将D 15=1变换成5V ，将D 15=0变换成零伏。运算放大器2对DAC0832和反相器的输出进行综合，实现九位双极性D/A 转换，输出模拟量电压到驱动

0 ……

7

15

图8-8 D/A 转换器结构

图8-7 数控机床的组成

速度控制单元。各关节速度控制单元都是双环速度闭环系统，其框图如图8-9所示。电机为永磁式直流伺服电机（功率400W、最高转速为2000r/min、额定电流12A），功率放大器为三相可控硅全波整流可逆电路，内环为电流反馈环，采用纯比例调节。外环为速度环，由于电机轴上的光电编码器输出的数字脉冲频率与电机转速成正比，因此只要将码盘的脉冲频率转换成与频率成比例的电压就能测出电机的转速，所以速度检测就是进行频率/电压转换（F/V），由F/V的输出作为速度负反馈，速度环的调节器为带有非线性特性的PID调节器。BJDP-1型机器人规格参数如表8-1所示。

图8-9速度控制单元

表8-1 BJDP-1 型机器人规格参数

可搬重量100（N）

重复定位精度±0.5mm

本体重量6000(N)

示教方式间接示教

示教点数>1000个点

驱动方式直流伺服电机SCR驱动

控制方式连续轨迹（直线插补实现）

控制轴数五轴同步控制

存储容量RAM 16K、ROM 32K

外存储器盒式录音机

供电电源三相380V、50Hz、1.5Kw

（3）控制算法简介

①坐标的指定。关节坐标如图8-10所示。图中X、Y、Z为直角坐标系，υ1、υ2、υ3、

199

200

υ4、υ5为指定的关节坐标，分别对应五路A/D 转换器得到的数值，其方向如图中“+”、“-”号所示。其中υ1 ——立柱L 1相对基座L 0的转角； υ2——大臂L 2与铅垂线的夹角；υ3——

小臂L 3与水平面的夹角；υ4——手腕轴L 4与小臂L 3延长线的夹角；υ5 ——差动轮系中的转角；υ4与υ5——手部相对于手腕的转角；A ——姿态参数，A = υ3+ υ4，即手腕轴线与水平面的夹角；Ｂ——姿态参数，B = υ4 －υ5，即喷枪与铅垂面的夹角（喷枪与手腕垂直固定），Ｐ点为加工点，其在直角坐标系中的位置Ｘ、Ｙ、Ｚ。

②关节坐标到直角坐标的正变换。示教点的关节坐标与直角坐标X 、Y 、Z 及姿态参数Ａ、Ｂ的正变换公式为：

x =（－L 5S A C B +L 4C A +L 3C 3+L 2S 2 ）C 1+L 5S 1S B y =（－L 5S A C B +L 4C A +L 3C 3+L 2S 2 ）S 1－L 5S 1S B z = －L 5S A C B －L 4S A －L 3S 3+L 2S 2 A = υ3 + υ4， B = υ4 －υ5

式中:C i =COS υi ，S i =S in υi （i =1，2，3，4，5，A ，B ），L i （i =1，2，3，4，5）为各臂长度。

示教时，计算机读进关节坐标υi ，然后经坐标正变换，转换为工作点Ｐ的位置与姿态参数存入内存作为示教点参数。

③ 直线插补。取机器人的零位（图8-11）为每次工作台的初始位置，工作结束后又返回到这个初始位置。零位坐标为Θ = [υ1 ，υ2 ，υ3 ，υ4 ，υ5]T = [0，0，0，0，0]T ，X 0 = [x ，

y ，z ，A ，B ]T = [x 0 ，0，z 0 ， 0，0]T 。设再现到第i 个示教点，要在第i 点和第i +1点之间进行直线插补，并设工作点Ｐ的位置与姿态坐标（x i ， y i ，z i ，A i ，B i ），取第i +1个示教数据（v i +1，x i +1， y i +1 ，z i +1，A i +1 ，B i +1），则：

图8-10机器人的关节坐标

图8-11机器人的零位

201

?x 9i +15x i +1—x i ； ?y 9i +15y i +1—y i ； ?z 9i +15z i +1—z i ； ?A 9i +15A i +1—A i ； ?B 9i +15B i +1—B i ；

插补步数为 Ｎi +15INT ???

?

?

??+?+?++++11

21212'''i i i i v z y x ，式中v i +1为示教速度，表示一个采样周期内所走的距离。运动增量如下：

?x i +15?x 9i +1/N i +1； ?y i +15?y 9i +1/N i +1； ?z i +15?z 9i +1N i +1； ?A i +15?A 9i +1/N i +1； ?B i +15?B 9i +1/N i +1；

④ 位置与增量的逆变换。由直线插补得到的位置与姿态增量必须经坐标逆变换，转换成关节坐标的增量后才能作为各关节伺服系统的给定值，控制机器人按给定轨迹运动。逆变换的计算式为：

?υ1 = [C 1 ?y —S 1?x + L 5C B ?B ] / [C 1x + S 1y ] ?υ2 = [C 3M —S 3N ] / [ L 2C 2—3] ?υ3 = —[S 2M + C 2N ] / [ L 3C 2—3] ?υ4 = ?A —?υ3 ?υ5 = ?υ4—?B

式中：

M = C 1?x + S 1?y + (C 1y + S 1x ) ?υ1+ (L 4S A + L 5C A C B ) ? A —L 5S A B B ?B N = ?z + (L 4S A — L 5S A C B ) ? A —L 5C A S B ?B ； C i =COS υi ;C 2—3=COS (υ2—υ3) ; S i =S in υ i

8.1.5 视觉传感式变量喷药系统简介

在农业方面，近年来发达国家（如美国、英国）都投入大量资金进行现代农业技术的开发。先后开发出了精确变量播种机、精确变量施肥机以及精确变量喷药机等。它们都是与机器人极为相似的自动化系统，是高新技术在农业中的应用。

视觉传感变量喷药系统，是以较少药剂而有效控制杂草、提高产量、减少成本的一种自动化药物喷撒机械。近年来，随着杂草识别的视觉感知技术与变量喷药控制等技术的成熟，这种视觉传感式变量喷药机械也趋于成熟。下面就以这种系统为例，对它的组成及工作原理作一简要介绍。

图8-12精确变量喷药系统

（1）系统的组成

一般地说，这种机器由图像信息获取系统、图像信息处理系统、决策支持系统、变量喷撒系统等组成（图8-12）。各子系统的主要功能如下所述。

①图像信息获取系统。主要由彩色数码像机（如PULNIX，TMC-7ZX等）和高速图像数据采集卡（如CX100，IMAGENA TION，INC等）组成。采集卡一般置于机载计算机中。

②图像信息处理系统。是一种基于影像信息的提取算法，由计算机高级语言（如C++等）开发出的一种软件系统。它能够快速准确地提取出影像数据中包含的人们所需的信息（如杂草密度，草叶数量，无作物间距区域面积等）。

③决策支持系统。也是由高级语言开发出的一种软件系统。它能够基于信息处理系统，把得到的有用信息与人们的决策要求作综合判断，最后作出所需的决策。

④变量喷撒系统。是基于视觉信息的控制器，由若干可调节喷药流量与雾滴大小的变量喷头组成。

⑤机器行走系统。有发动机、机身、车轮等组成（图中省略）。

（2）工作原理

当机器在田间行走时，置于机器上离地面具有一定高度的彩色数码像机就会扫描一定大小的地面。一般彩色数码像机可覆盖2.44m ? 3.05m范围分辨率可达到0.005m?0.005m。与此同时，高速图像数据采集卡将彩色数码像机获取的信息存入计算机中。然后，由图像信息处理系统快速地将地面杂草的密度、草叶数量、作物密度以及无植被区域面积等信息提取出来，并由决策支持系统调用这些信息，经过数据处理得到所需的行走速度、药液流

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量和雾滴大小等的决策。这些决策被传输给药滴大小控制器以及流量控制器，随之它们就控制管路中的压力和PWM 脉宽调制变量喷头。从而实现了精确变量喷药。这样一方面减少了药量、降低了成本，另一方面保护作物、减少对环境的污染。据报道，与传统的喷撒方法比较，变量喷药系统在杂草高密区可节约药液18 %，在杂草低密区可节约药液17 %。

8.2 数控机床

数控机床是由计算机控制的高效率自动化机床。它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量和新型机械结构等多方面的技术成果，是今后机床控制的发展方向。随着数控技术的迅速发展，数控机床在机械加工中的地位将越来越重要。 8.2.1 数控机床的工作原理和组成

(1) 数控机床的工作原理 数控机床加工零件时，

是将被加工零件的工艺过程、工艺参数等用数控语言编制成加工程序，这些程序是数控机床的工作指令。将

加工程序输入到数控装置，

再由数控装置控制机床主运动的变速、起停，进给运动的方向、速度和位移量，以

及其它辅助装置严格地按照

加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作，从而加工出符合要求的零件。为了提高加工精度，一般还装有位置检测反馈回路，这样就构成了闭环控制系统，其加工过程原理如图8-13所示。

（2）数控机床的组成

从工作原理可以看出，数

控机床主要由控制介质、数控

装置、伺服检测系统和机床本 体等四部分组成，其组成框图

如图8-14所示。

① 控制介质。用于记载

各种加工信息（如零件加工的工艺过程、工艺参数和位移数据等），以控制机床的运动，实现零件的机械加工。常用的控制介质有磁带、磁盘和光盘等。控制介质上记载的加工信息经输入装置输送给数控装置。常用的输入装置有磁盘驱动器和光盘驱动器等，对于用微处理机控制的数控机床，也用操作面板上的按钮和键盘将加工程序直接用键盘输入，并在CRT 显示器显示。

② 数控装置。数控装置是数控机床的核心，它的功能是接受输入装置输送给的加工信息，经过数控装置的系统软件或电路进行译码、运算和逻辑处理后，发出相应的脉冲指令送给伺服系统，通过伺服系统控制机床的各个运动部件按规定要求动作。

图8-13数控机床工作过程原理图

图8-14 数控机床的组成

③伺服系统及位置检测装置。伺服系统由伺服驱动电机和伺服驱动装置组成，它是数控系统的执行部分。由机床的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统，它根据数控装置发来的速度和位移指令控制执行部件的进给速度、方向和位移量。每个进给运动的执行部件都配有一套伺服系统。伺服系统有开环、闭环和半闭环之分，在闭环和半闭环伺服系统中，还需配有位置测量装置，直接或间接测量执行部件的实际位移量，

④机床本体及机械部件。数控机床的本体及机械部件包括：主动运动部件、进给运动执行部件（如工作台、刀架）、传动部件和床身立柱等支承部件，此外还有冷却，润滑、转位和夹紧等辅助装置，对于加工中心类的数控机床，还有存放刀具的刀库，交换刀具的机械手等部件。

8.2.2 数控系统简介

简易数控车床控制系统原理框图如图8-15所示，本系统为开环控制系统。存放在计算机内的控制程序能够根据零件加工参数进行计算，然后产生一系列的脉冲信号，经光电隔离器和驱动器使步进电机转动一定的角度，从而带动丝杠做轴向（纵向）或径向（横向）运动。

图8-15控制系统原理框图

（1）控制系统的硬件设计。

简易数控车床控制系统的硬件设计主要是驱动电路设计。为了提高系统的抗干扰能力，在步进电机驱动电路与I/O接口之间用光电隔离器连接，其硬件接线如图8-16所示。图中，由于x、y轴电机A、B、C三相控制端均接入反向器，所以，当各相控制端输出高电平时，经反向器后变为低电平，此时发光二极管亮，因而使光电隔离器中的光敏三极管导通。

(2) 控制系统的软件设计。

为了使车床自动加工零件，必须先将人的意图用机器所能接受的语言编制成加工程序，程序格式不同，其设计方法也不同。下面以南京微电机厂生产的微机数控装置为例，对控制系统的程序设计做一简要说明。

①加工程序的总格式。该系统在进行某段工序加工时，需将加工量以十进制的mm数送入，然后送入加工速度字，方向字等。因此，在车床进行加工之前，必须根据零件图纸给出每道工序的刀具运动方向和位移长度。根据零件材料和车床性能以及工艺要求，给出车床的切削速度。该加工程序以四个字节至八个字节为一段程序，先以一段为开头，中间为加工程序段，最后为结尾，如图8-17所示。

②主程序。根据上面规定的加工格式，画出控制系统的主程序流程图，如图8-18所示。

204

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图 8-17 加工程序格式

工件号

快速回零时

的方向顺序 26表示先回X 62表示先回Y

开始标记 （BEGIN ）

加工程序

加工数据

程序错误标志

图 8-16简易数控车床控制系统硬件接线图

直线和斜线加工程序的设计比较简单。它只需加工刀具在纵向或横向运动。为了控制方向，利用单板机键盘上的数字键的安装位置。直线加工程序首先根据零件图要求，给出加工量，进给方向和加工速度。根据位移量计算所需脉冲数，然后由方向字确定纵向或横向步进电机动作，并用其速度标记判别在加工即将结束时，是否需进行降速处理。斜线加工指锥面加工，此时x、y方向的步进电机都需动作，斜线加工和直线加工程序一样，其方向也是由单板机上的数字键确定的。斜线加工一般采用插补原理，此外，还有延时程序、手动程序、圆弧程序、圆弧加工程序，以及步进电机控制程序等。

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图8-18控制系统主程序流程图

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8.2.3 计算机集成制造系统

近年来世界各国都在大力开展计算机集成制造系统CIMS（Computer Intergrated Manufacturing System）方面的研究工作。CIMS是计算机技术和机械制造业相结合的产物，是机械制造业的一次技术革命。

(1) CIMS的结构

图8-19 CIMS主要结构框图

随着计算机技术的发展，机械工业自动化已逐步从过去的大批量生产方式向高效率、低成本的多品种、小批量自动化生产方式转变。CIMS就是为了实现机械工厂的全盘自动化和无人化而提出来的。其基本思想就是按系统工程的观点将整个工厂组成一个系统，用计算机对产品的初始构思和设计直至最终的装配和检验的全过程实现管理和控制。对于CIMS，只需输入所需产品的有关市场及设计的信息和原材料，就可以输出经过检验的合格产品。它是一种以计算机为基础，将企业全部生产活动的各个环节与各种自动化系统有机地联系起来，借以获得最佳经济效果的生产经营系统。它利用计算机将独立发展起来的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、柔性制造系统（FMS），管理信息系统（MIS）以及决策支持系统（DSS）综合为一个有机的整体，从而实现产品订货、设计、制造、管理和销售过程的自动化。它是一种把工程设计、生产制造、市场分析以及其它支持功能合理地组织起来的计算机集成系统。CIMS是在柔性制造技术、计算机技术、信息技术和系统科学的基础上，将制造工厂经营活动所需的各种自动化系统有机地集成起来，使其能适应市场变化和多品种、小批量生产要求的高效益、高柔性的智能生产系统。

由此可见，计算机集成制造系统是在新的生产组织原理和概念指导下形成的生产实体，它不仅是现有生产模式的计算机化和自动化，而且是在更高水平上创造的一种新的生产模式。

从机械加工自动化及自动化技术本身的发展看，智能化和综合化是未来的主要特征，也是CIMS最主要的技术特征。智能化体现了自动化深度，即不仅涉及物质流控制的传统体力劳动自动化，还包括了信息流控制的脑力劳动自动化；而综合化反映了自动化的广度，它把系统空间扩展到市场、设计、制造、检验、销售及用户服务等全部过程。

CIMS系统构成的原则，是按照在制造工厂形成最终产品所必需的功能划分系统，如设

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计管理、制造管理等子系统，它们分别处理设计信息与管理信息，各子系统相互协调，并且具有相对的独立性。因此，从大的结构来讲，CIMS系统可看成是由经营决策管理系统、计算机辅助设计与制造系统、柔性制造系统等组成的（图8-19）。经营决策管理系统完成企业经营管理，如市场分析预测、风险决策、长期发展规划、生产计划与调度、企业内部信息流的协调与控制等；计算机辅助设计系统完成产品及零部件的设计、自动编程、机器人程序设计、工程分析、输出图纸和材料清单等；计算机辅助制造系统则完成工艺过程设计、自动编程、机器人程序设计等；柔性制造系统完成物料加工制造的全过程，实现信息流和物料流的统一管理，如将CIMS的系统功能细化，可得到如图8-20所示的框图。

图8-20 CIMS 系统框图

（2）CIMS的关键技术

CIMS是一个复杂的系统，它适用于多品种、中小批量的高效益、高柔性的智能化生产与制造。它是由很多子系统组成的，而这些子系统本身又都是具有相当规模的复杂系统。虽然世界上很多发达国家已投入大量资金和人力研究它，但仍存在不少技术问题有待进一步探索和解决。归纳起来，大致有以下五个方面。

① CIMS系统的结构分析与设计。这是系统集成的理论基础及工具。如系统结构组织学和多级递阶决策理论、离散事件动态系统理论、建模技术与仿真、系统可靠性理论与容错控制以及面向目标的系统设计方法等。

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②支持集成制造系统的分布式数据库技术及系统应用支撑软件。其中包括支持CAD／CAPP/CAM集成的数据库系统，支持分布式多级生产管理调度的数据库系统，分布式数据系统与实时在线递阶控制系统的综合与集成。

③工业局部网络与系统。CIMS系统中各子系统的互连是通过工业局部网络实现的，因此必然要涉及网络结构优化、网络通信的协议、网络的互连与通信、网络的可靠性与安全性等问题的研究，甚至进一步还可能需要对支持数据、语言、图像信息传输的宽带通信网络进行探讨。

④自动化制造技术与设备。这是实现CIMS的物质技术基础，其中包括自动化制造设备FMS、自动化物料输送系统、移动机器人及装配机器人、自动化仓库以及在线检测及质量保障等技术。

⑤软件开发环境。良好的软件开发环境是系统开发和研究的保证。这里涉及面向用户的图形软件系统、适用于CIMS分析设计的仿真软件系统、CAD直接检查软件系统以及面向制造控制与规划开发的专家系统。

综上所述，涉及CIMS的技术关键很多，制定和开发计算机集成制造系统是一项重要而艰巨的任务。而对计算机集成制造系统的投资则更是一项长远的战略决策。一旦取得突破，CIMS技术必将深刻地影响企业的组织结构，使机械制造工业产生一次巨大飞跃。

习题与思考题

1．机器人有哪些组成要素？

2．机器人有哪些主要机能？

3．数控机床的控制原理是什么？

4．CIMS的主要关键技术是哪些？

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