什么是机电一体化、机电一体化元件、模块、机器和系统

“机电一体化”这个词是由两个词组成的——“机械学”和“电子学”。这个名词是1969年由安川电机的资深开发人员，日本人森哲郎提出的。 20世纪，安川电机专门从事电力驱动和直流电机的开发和改进，并因此在这方面取得了巨大成功，例如第一台盘式电枢直流电机就是在那里开发出来的。

随后是关于第一个硬件 CNC 系统的开发。并于1972年在这里注册了Mechatronics品牌。该公司很快在电力驱动技术的开发方面取得了长足进步。该公司后来决定放弃“Mechatronics”一词作为商标，因为该词在日本和世界各地都被广泛使用。

无论如何，日本是这种技术发展最活跃的国家，当时有必要结合机械元件、电机、电力电子、微处理器和软件来实现高精度的电力驱动控制。

机电一体化的常见图形符号是 RPI（美国纽约州伦斯勒理工学院）网站上的图表：

机电一体化是世界上最新的工程领域之一，根据联合国教科文组织的说法，它是十大最有前途和最受追捧的领域之一。

一般来说，“机电一体化”一词可以给出以下定义——它是基于精密机械、电气工程、电子、微处理器技术、各种动力源、电气、液压和气动驱动器及其智能控制专注于现代自动化生产系统块的创建和操作。

机电一体化是计算机化的运动控制。

机电一体化的目标是在质量上创造新的运动模块、机电一体化运动模块、智能机电一体化模块，并在此基础上制造移动智能机器和系统。

历史上，机电一体化是从机电学发展而来，并依托其成就，将机电系统与计算机控制装置、嵌入式传感器和接口系统地结合起来。

机电系统示意图

机电系统的广义结构

电子、数字、机械、电气、液压、气动和信息元素 — 可以作为机电一体化系统的一部分，作为最初具有不同物理性质的元素，然而，将它们组合在一起以获得系统的定性新结果，这是无法实现的由每个元素作为一个单独的表演者。

单独的主轴电机无法自行弹出 DVD 播放器托盘，但在带有微控制器软件的电路控制下并正确连接到蜗轮，一切都会轻松进行，看起来就像一个简单的单片系统。然而，尽管外部简单，但根据定义，机电一体化系统包括几个相互连接和相互作用的机电一体化单元和模块，以执行特定的功能动作来解决特定的任务。

机电一体化模块是一种独立的产品（在结构上和功能上），旨在通过相互渗透和同时有目的的硬件和软件集成其组件来执行运动。

典型的机电一体化系统由相互连接的机电和电源组件组成，这些组件又由计算机或微控制器控制。

在设计和构建这样的机电一体化系统时，他们尽量避免不必要的节点和接口，尽量使一切简洁和无缝，不仅是为了提高设备的质量特性，也是为了增加可靠性系统的一般。

有时这对工程师来说并不容易，他们被迫找到非常不寻常的解决方案，正是因为不同的单元处于不同的工作条件下，做着完全不同的事情。例如，在某些地方，传统的轴承将无法工作，它被电磁悬架所取代（尤其是在通过管道泵送气体的涡轮机中，因为传统的轴承会由于气体渗透到管道中而很快失效）它的润滑剂）。

以某种方式，今天机电一体化已经渗透到从家用电器到建筑机器人、武器和航空航天的方方面面。所有 CNC 机器、硬盘驱动器、电锁、汽车中的 ABS 系统等。 — 在任何地方，机电一体化不仅有用，而且必不可少。现在很少有人可以找到手动控制，这一切都归结为这样一个事实，即您无需固定即可按下按钮或简单地触摸传感器——您得到了结果——这可能是当今机电一体化最原始的例子。

机电一体化集成级别的层次图

第一级集成由机电设备及其元件构成。第二级集成由集成机电模块组成。第三级集成是由集成机电一体机形成的。第四级集成是由机电一体化机器的复合体形成的。第五级集成是在机电一体化机器和机器人复合体的单一集成平台上形成的，这意味着可重构柔性生产系统的形成。

如今，机电一体化模块和系统广泛应用于以下领域：

• 机械工程和自动化设备，机械工程的工艺流程；

• 工业和特殊机器人；

• 航空航天技术；

• 军事装备、警察和特殊服务车辆；

• 电子工程和快速成型设备；

• 汽车工业（电机轮驱动模块、防抱死制动器、自动变速器、自动停车系统）；

• 非传统交通工具（电动汽车、电动自行车、轮椅）；

• 办公设备（例如复印机和传真机）；

• 计算机外围设备（例如打印机、绘图仪、CD-ROM 驱动器）；

• 医疗和运动设备（残疾人生物电和外骨骼假肢、健美训练器、控制诊断胶囊、按摩器等）；

• 家用电器（洗衣机、缝纫机、洗碗机、独立吸尘器）；

• 微型机械（用于医学、生物技术、通信和电信）；

• 控制和测量设备和机器；

• 电梯和仓库设备，酒店和机场的自动门；照片和视频设备（视盘播放器、摄像机聚焦设备）；

• 用于培训复杂技术系统操作员和飞行员的模拟器；

• 铁路运输（列车控制和稳定系统）；

• 用于食品、肉类和乳制品行业的智能机器；

• 印刷机；

• 用于演艺、景点的智能设备。

因此，对具有机电一体化技术的人员的需求正在增加。