机电接口技术的内涵和发展

核心提示：　　1机电一体化系统模型近几年来，机电一体化系统设计方面的研究进展不大，究其原因是无法将各种各样的机电系统进行总结归纳机电接口技术的提出为机电系统设计提供了一种新的方法和手段通过对每个机电系统中都有的

　　1机电一体化系统模型近几年来，机电一体化系统设计方面的研究进展不大，究其原因是无法将各种各样的机电系统进行总结归纳机电接口技术的提出为机电系统设计提供了一种新的方法和手段通过对每个机电系统中都有的接口进行分析，得出其中的规律，确定其设计方法要了解机电接口技术的内涵，首先要分析机电系统模型对机电系统模型有这样几种看法：德国Drmstadt大学的Rolflsermann提出五块论；丹麦理工大学的JacobBaur等人提出二环论；挪威科技大学的BassamAHussein提出2个系统；上海交通大学的部慧君提出3个子系统。

　　综合分析上述几种不同的组成结构，并从机电系统的整体与部分的关系出发，认为机电一体化技术应该是在组成它的各种技术相互渗透、相互结合的基础上，相互辅助、相互促进和提高，充分利用各个相关技术的优势，扬长避短，使组合后的整体功能大于组成整体的各个部分功能之和。这也符合自然辩证法中关于层次结构的理论，层次结构的基本特点决定了其中必然存在着双向因果链：低层系统作为原因可以在高层系统中引起一定的结果，高层系统作为原因又会在低层系统中引起某些结果。作为低层系统的机械技术只能形成功能有限的纯机械的产品，当它与微电子技术、信息技术相结合后，就形成了具有机电一体化技术的多功能的机电一体化产品。而作为高层系统的机电一体化技术对它的组成部分：机械技术、微电子技术、信息技术等也不是全盘接受，而是对它们有一定的限制和影响，通过限制和影响，只有那些满足要求的才能进人高层系统。机电一体化产品就是在此基础上形成的。综合以上分析可以得出机电系统的模型如所示。图中虚线为机电一体化系统，双点划线是机电一体化系统的层次界线。

　　图丨机电一体化系统模型和关联根据模型的结构，可以认为它具有以下特点：①机电-体化系统由5部分组成，分别是控制系统、动力源、驱动系统、传感器和执行机构。②机电一体化系统的组成部分是分层次的，控制系统是控制层，控制整个系统的运行。动力源、驱动系统和传感器为驱动反馈层。从控制系统获得命令并将其放大，驱动执行机构动作，感测执行机构的状态并将其反馈至控制系统。执行机构为执行层，按照驱动系统的指令执行动作。③机电一体化系统是一个有机的整体，层与层之间、本层内部都有信息和能量的交互，信息和能量的交互和传递是通过相应接口来实现的。④机电一体化系统能够与人进行信息交互，受人的控制。人与机电系统的交互通过人机接u来实现。

　　从这里可以看出，机电系统是一个由多个子系统构成的整体。各子系统之间通过接口进行连接和信息及能量的交互。各种接不仅起连接作用，更重要的是将子系统的特性和优点有机地结合在一起，扬长避短，从而实现各子系统都无法实现的新的功能，达到系统最优化从这一观点出发，系统的性能在很大程度上取决于接口的性能，接口性能就成为综合系统性能好坏的决定因素。机电接口技术的研究对象正是机电系统中的接口，因此，机电接口技术在机电系统设计中占有重要的地位，需要进行深人的研究2机电接口技术机电系统是机械、电子和信息等功能各异的技术融为一体的综合系统，其子系统之间的连接极为重要，在机械、电子、信息等领域专门知识充分发展和成熟的基础上，机电系统设计关键在于接口的设计尽管对机电接口技术的研究尚在探索的过程中，关于机电接口技术的概念正在逐渐成熟2.1机电接口技术的内涵机电接口技术研究机电系统中各组成部分（子系统）和各组成技术之间的连接问题。研究这门技术是为了更有效地解决系统中信息能量的交互和融合，并最终实现机电系统最优化设计。

　　2.2机电一体化系统接口（简称机电接口）的功能机电接口传递和转换信息和能量，并将各组成系统的技术融为一体。机电接口包括硬件和软件，硬件主要是在子系统之间或机电系统与操作者或环境之间建立连接，为信息和能量的输人/输出、传递和转换提供物理通道。软件主要是提供系统信息交互、转换、调整的方法和过程，协调和综合机电一体化组成技术，使各子系统集成并融合为一个整体，实现新的功能。

　　2.3机电接口的分类机电接口分为人-机接口、动力接口、智能接口和机-电接口。①人-机接口。机电系统与操作者之间的接口，通过此接口，操作者可监视系统的运行状态，控制其运行过程，使系统按照人的意志进行工作。人-机接口是双向的，硬件包括输人/输出设备，主要有显示屏、键盘、控制面板等。②动力接口。实现机电系统和动力源的连接，为机电系统的驱动单元提供相应的动力。根据系统所需的动力类型不同如直流电、交流电、气动、液压等，动力接口的形式也有很大的不同。但动力接口有一个共同的特点，能够通过较大的功率。

　　③智能接口。从可看出，智能接口主要存在于3处，控制系统到驱动系统、驱动系统到传感器、传感器到控制系统。智能接口的应用情况相对比较复杂，但可以得出它的一些共性：智能接口传递和转换各种信息，按照不同技术的要求改变信息形式，使不同的子系统、不同的技术能够集成在一起，形成完整的系统。通常，智能接口是软件表现出的功能连接。④机-电接口。实现执行机构与驱动系统和传感器之间的连接。将驱动信号转换成执行机构所需的信号，或将执行机构的机械信号转换成传感器所需的信号。

　　3机电接口技术的发展方向社会需求推动了机电一体化技术的发展。机电一体化技术产生之初，仅是机械技术与电子技术的简单结合，它们结合的方式――接口也比较简单，而随着机电一体化技术的发展，机电一体化产品已经发展成为集多种技术于一体的复杂系统，相应的系统内部的接口也就变得越来越复杂。因此，纵双国内外机电一体化的发展现状和高新技术的发展动向，机电接口技术将朝着如下几个方向发展：智能化随着机电一体化的发展和进步，智能化是机电一体化技术与传统机械自动化技术的主要区别之一，也是机电接口技术发展的主要方向。机电接u完成的不再是简单的信息和能量的传递，而正在向着信息采集、处理、能量控制的智能化方向发展。

　　标准化机电系统越来越多地采用开放式和模块化的结构。系统可以灵活组态，进行任意组合，对机电接口有进一步的要求接口要在保持一致性的情况下还能保证系统信息和能量的传递、技术融合。

　　微型化。微型机电一体化系统是机械技术与电子技术在纳米尺度上相融合的产物，是机电一体化的一个新发展方向。因此要求系统各部分的结合要更加紧密，信息传递和反馈更加迅速准确，所以机电接口也要微型化。

　　人格化。未来的机电一体化将会加强它们与生命机体的相似性，更加注重产品与人的关系（人-机的协调），并与人共生（人-系统一体化）。因此机电接口应更关注人的生理、心理特性和限度，实现人机功能的合理分配，提高可靠性及安全性将人与系统有机地融为一体，形成新一代的机电一体化系统。