核心提示：　　1機電一體化系統(tǒng)模型近幾年來，機電一體化系統(tǒng)設計方面的研究進展不大，究其原因是無法將各種各樣的機電系統(tǒng)進行總結(jié)歸納機電接口技術(shù)的提出為機電系統(tǒng)設計提供了一種新的方法和手段通過對每個機電系統(tǒng)中都有的

　　1機電一體化系統(tǒng)模型近幾年來，機電一體化系統(tǒng)設計方面的研究進展不大，究其原因是無法將各種各樣的機電系統(tǒng)進行總結(jié)歸納機電接口技術(shù)的提出為機電系統(tǒng)設計提供了一種新的方法和手段通過對每個機電系統(tǒng)中都有的接口進行分析，得出其中的規(guī)律，確定其設計方法要了解機電接口技術(shù)的內(nèi)涵，首先要分析機電系統(tǒng)模型對機電系統(tǒng)模型有這樣幾種看法：德國Drmstadt大學的Rolflsermann提出五塊論；丹麥理工大學的JacobBaur等人提出二環(huán)論；挪威科技大學的BassamAHussein提出2個系統(tǒng)；上海交通大學的部慧君提出3個子系統(tǒng)。

　　綜合分析上述幾種不同的組成結(jié)構(gòu)，并從機電系統(tǒng)的整體與部分的關(guān)系出發(fā)，認為機電一體化技術(shù)應該是在組成它的各種技術(shù)相互滲透、相互結(jié)合的基礎(chǔ)上，相互輔助、相互促進和提高，充分利用各個相關(guān)技術(shù)的優(yōu)勢，揚長避短，使組合后的整體功能大于組成整體的各個部分功能之和。這也符合自然辯證法中關(guān)于層次結(jié)構(gòu)的理論，層次結(jié)構(gòu)的基本特點決定了其中必然存在著雙向因果鏈：低層系統(tǒng)作為原因可以在高層系統(tǒng)中引起一定的結(jié)果，高層系統(tǒng)作為原因又會在低層系統(tǒng)中引起某些結(jié)果。作為低層系統(tǒng)的機械技術(shù)只能形成功能有限的純機械的產(chǎn)品，當它與微電子技術(shù)、信息技術(shù)相結(jié)合后，就形成了具有機電一體化技術(shù)的多功能的機電一體化產(chǎn)品。而作為高層系統(tǒng)的機電一體化技術(shù)對它的組成部分：機械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)等也不是全盤接受，而是對它們有一定的限制和影響，通過限制和影響，只有那些滿足要求的才能進人高層系統(tǒng)。機電一體化產(chǎn)品就是在此基礎(chǔ)上形成的。綜合以上分析可以得出機電系統(tǒng)的模型如所示。圖中虛線為機電一體化系統(tǒng)，雙點劃線是機電一體化系統(tǒng)的層次界線。

　　圖丨機電一體化系統(tǒng)模型和關(guān)聯(lián)根據(jù)模型的結(jié)構(gòu)，可以認為它具有以下特點：①機電-體化系統(tǒng)由5部分組成，分別是控制系統(tǒng)、動力源、驅(qū)動系統(tǒng)、傳感器和執(zhí)行機構(gòu)。②機電一體化系統(tǒng)的組成部分是分層次的，控制系統(tǒng)是控制層，控制整個系統(tǒng)的運行。動力源、驅(qū)動系統(tǒng)和傳感器為驅(qū)動反饋層。從控制系統(tǒng)獲得命令并將其放大，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)動作，感測執(zhí)行機構(gòu)的狀態(tài)并將其反饋至控制系統(tǒng)。執(zhí)行機構(gòu)為執(zhí)行層，按照驅(qū)動系統(tǒng)的指令執(zhí)行動作。③機電一體化系統(tǒng)是一個有機的整體，層與層之間、本層內(nèi)部都有信息和能量的交互，信息和能量的交互和傳遞是通過相應接口來實現(xiàn)的。④機電一體化系統(tǒng)能夠與人進行信息交互，受人的控制。人與機電系統(tǒng)的交互通過人機接u來實現(xiàn)。

　　從這里可以看出，機電系統(tǒng)是一個由多個子系統(tǒng)構(gòu)成的整體。各子系統(tǒng)之間通過接口進行連接和信息及能量的交互。各種接不僅起連接作用，更重要的是將子系統(tǒng)的特性和優(yōu)點有機地結(jié)合在一起，揚長避短，從而實現(xiàn)各子系統(tǒng)都無法實現(xiàn)的新的功能，達到系統(tǒng)最優(yōu)化從這一觀點出發(fā)，系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于接口的性能，接口性能就成為綜合系統(tǒng)性能好壞的決定因素。機電接口技術(shù)的研究對象正是機電系統(tǒng)中的接口，因此，機電接口技術(shù)在機電系統(tǒng)設計中占有重要的地位，需要進行深人的研究2機電接口技術(shù)機電系統(tǒng)是機械、電子和信息等功能各異的技術(shù)融為一體的綜合系統(tǒng)，其子系統(tǒng)之間的連接極為重要，在機械、電子、信息等領(lǐng)域?qū)ｉT知識充分發(fā)展和成熟的基礎(chǔ)上，機電系統(tǒng)設計關(guān)鍵在于接口的設計盡管對機電接口技術(shù)的研究尚在探索的過程中，關(guān)于機電接口技術(shù)的概念正在逐漸成熟2.1機電接口技術(shù)的內(nèi)涵機電接口技術(shù)研究機電系統(tǒng)中各組成部分（子系統(tǒng)）和各組成技術(shù)之間的連接問題。研究這門技術(shù)是為了更有效地解決系統(tǒng)中信息能量的交互和融合，并最終實現(xiàn)機電系統(tǒng)最優(yōu)化設計。

　　2.2機電一體化系統(tǒng)接口（簡稱機電接口）的功能機電接口傳遞和轉(zhuǎn)換信息和能量，并將各組成系統(tǒng)的技術(shù)融為一體。機電接口包括硬件和軟件，硬件主要是在子系統(tǒng)之間或機電系統(tǒng)與操作者或環(huán)境之間建立連接，為信息和能量的輸人/輸出、傳遞和轉(zhuǎn)換提供物理通道。軟件主要是提供系統(tǒng)信息交互、轉(zhuǎn)換、調(diào)整的方法和過程，協(xié)調(diào)和綜合機電一體化組成技術(shù)，使各子系統(tǒng)集成并融合為一個整體，實現(xiàn)新的功能。

　　2.3機電接口的分類機電接口分為人-機接口、動力接口、智能接口和機-電接口。①人-機接口。機電系統(tǒng)與操作者之間的接口，通過此接口，操作者可監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀態(tài)，控制其運行過程，使系統(tǒng)按照人的意志進行工作。人-機接口是雙向的，硬件包括輸人/輸出設備，主要有顯示屏、鍵盤、控制面板等。②動力接口。實現(xiàn)機電系統(tǒng)和動力源的連接，為機電系統(tǒng)的驅(qū)動單元提供相應的動力。根據(jù)系統(tǒng)所需的動力類型不同如直流電、交流電、氣動、液壓等，動力接口的形式也有很大的不同。但動力接口有一個共同的特點，能夠通過較大的功率。

　　③智能接口。從可看出，智能接口主要存在于3處，控制系統(tǒng)到驅(qū)動系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)到傳感器、傳感器到控制系統(tǒng)。智能接口的應用情況相對比較復雜，但可以得出它的一些共性：智能接口傳遞和轉(zhuǎn)換各種信息，按照不同技術(shù)的要求改變信息形式，使不同的子系統(tǒng)、不同的技術(shù)能夠集成在一起，形成完整的系統(tǒng)。通常，智能接口是軟件表現(xiàn)出的功能連接。④機-電接口。實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)與驅(qū)動系統(tǒng)和傳感器之間的連接。將驅(qū)動信號轉(zhuǎn)換成執(zhí)行機構(gòu)所需的信號，或?qū)?zhí)行機構(gòu)的機械信號轉(zhuǎn)換成傳感器所需的信號。

　　3機電接口技術(shù)的發(fā)展方向社會需求推動了機電一體化技術(shù)的發(fā)展。機電一體化技術(shù)產(chǎn)生之初，僅是機械技術(shù)與電子技術(shù)的簡單結(jié)合，它們結(jié)合的方式――接口也比較簡單，而隨著機電一體化技術(shù)的發(fā)展，機電一體化產(chǎn)品已經(jīng)發(fā)展成為集多種技術(shù)于一體的復雜系統(tǒng)，相應的系統(tǒng)內(nèi)部的接口也就變得越來越復雜。因此，縱雙國內(nèi)外機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀和高新技術(shù)的發(fā)展動向，機電接口技術(shù)將朝著如下幾個方向發(fā)展：智能化隨著機電一體化的發(fā)展和進步，智能化是機電一體化技術(shù)與傳統(tǒng)機械自動化技術(shù)的主要區(qū)別之一，也是機電接口技術(shù)發(fā)展的主要方向。機電接u完成的不再是簡單的信息和能量的傳遞，而正在向著信息采集、處理、能量控制的智能化方向發(fā)展。

　　標準化機電系統(tǒng)越來越多地采用開放式和模塊化的結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進行任意組合，對機電接口有進一步的要求接口要在保持一致性的情況下還能保證系統(tǒng)信息和能量的傳遞、技術(shù)融合。

　　微型化。微型機電一體化系統(tǒng)是機械技術(shù)與電子技術(shù)在納米尺度上相融合的產(chǎn)物，是機電一體化的一個新發(fā)展方向。因此要求系統(tǒng)各部分的結(jié)合要更加緊密，信息傳遞和反饋更加迅速準確，所以機電接口也要微型化。

　　人格化。未來的機電一體化將會加強它們與生命機體的相似性，更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系（人-機的協(xié)調(diào)），并與人共生（人-系統(tǒng)一體化）。因此機電接口應更關(guān)注人的生理、心理特性和限度，實現(xiàn)人機功能的合理分配，提高可靠性及安全性將人與系統(tǒng)有機地融為一體，形成新一代的機電一體化系統(tǒng)。