浅论光机电一体化1

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1、浅论光机电一体化作者：新云贵州大学机械工程学院机械设计制造及其自动化专业举足轻重的光机电一体化光电一体化是随着科学技术快速发展起来的新兴学科，它融合了机械技术、 光电技术、电子技术以及计算机技术的综合运用，涉及到机械制造、医疗、家电、 交通、玩具娱乐等众多行业，关于人们生活的方方面面、国家的建设、军事应用。 光机电一体化的快速发展，给国家的建设、科技的发展和人民的生活带来的许许 多多方便。众所周知，光机电一体化的应用有很多都是以机械为主体，所以机械 在这方面起着举足轻重的作用。作为机械专业的学生，在学习中也深深地会到了， 机械专业和光机电一体化之间的千丝万缕的联系。虽说这门学科只是作为选修 课

2、，但是在学习中，我看到了很多与机械相关联的应用，它让我开阔了眼界，这 对我以后的专业课学习将起到很大的作用。快速发展学科机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化专业属于工科专业，培养的是具备机械设计制造基 础知识与应用能力，能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、以机械设计与制造为基础，融入计算机科学、信息技术、自动 控制技术的交叉学科，主要任务是运用先进设计制造技术的理论与方法，解决现 代工程领域中的复杂技术问题，以实现产品智能化的设计与制造。运行管理和经 营销售等方面工作的高级工程技术人才。该专业主要开设的课程有：工程图学、 工程力学、机械设计、机械制造工

3、艺、电工电子技术、机电传动控制、数控技术、 微机原理及接口技术、计算机基础及应用、计算机辅助设计等。培养出来的毕业 生主要从事各类机械设计与制造企业、电子与电器企业及其他生产部门、公司、 科研以及光机电一体化的设计、制造、管理、教学以及技术服务等工作。本专业 的应用广泛。日常生活中的各种机械如水泵、柴油机、汽车、大型生产设备、机 床等以及国防建设中的各种作战武器如无人驾驶战斗机、航空母舰、坦克以及各 种新型武器的研发和制造等等，这些都是本专业需要解决的问题。同时我们学习 了很多机械的原理，因此，在机器运转时出现的各种故障，都可以用本专业的知 识来维修和保养。机械设计制造及其自动化与光机电一体化

4、光机电一体化本身就是机械技术、光电技术、电子技术以及计算机技术等技术的 综合，因此，光机电一体化对这些技术有渗透又有借鉴。这样的渗透和借鉴尤其 体现在机械的行业中。首先，我们可以很显然地看到很多光机电一体化的设备如 三坐标测量仪、数控机床、激光切割机、仿生机器人等等大部分都是以各种各样 的机械作为主体的设备，可以说没有机械的主题，光机电一体化就很难看见其优 越性。而与此同时，光机电一体化在以机械作为主体的同时，也给机械行业中的 很多机械在其应用的灵活性、自动化、精密性、高效性等方面起到了很大的推动 作用。如数控机床，如果科学家没有将计算机技术、电子技术融合在这个生产设 备上，实现光机电一体化的

5、应用，那么有些工件、零件的生产就不能做到高度的 准确和生产效率的快速提高，同时有些要在艰苦条件下生产的工件或零件就很难 做出。让人能更加明显地看见是机器人的迅速发展和较为广泛地应用。机器人的 研发和制造一直是世界上高端的技术，也是机械与计算机技术、电子技术及光电 技术结合的光机电一体化应用的较为明显的例子。是计算机技术、电子技术以及 光电技术在那些一个个模仿各种各样的动物的机械体上的巧妙地应用，让他们能 像活生生的动物那样具有了运动能力，并且能完成一些人类的行为，甚至更加困 难的任务。光机电一体化让各种高端技术巧妙地结合、灵活地应用，使得机械不 再是单调的机械，让机械的工作更加高效、精准、快速

6、。仿生腿足式机器人仿生腿足机器人是指模仿多足动物运动形式的特种机器人，其实质是一种腿 足式移动机构。现有的仿生腿足机器人有一足、二足、三足、四足、六足、八足 的，而二足、四足、六足有许多参考对象，对提升仿生腿足式机器人的研制水平 具有重要的借鉴意义。据调查，地球上近一半的地面不能为传统的车轮式或履带 式车辆到达，但是很多腿足式机器人却可以在这些地面上行走自如。因此它具有 其他地面推进方式所不具有的独特优越性能。下面我将以仿蟑螂六足机器人来介 绍其优越性能。仿蟑螂六足机器人是美国麦吉尔大学的学者通过分析蟑螂在各种地形上的 全速行走方式，研制的一个约重7公斤的仿蟑螂机器人RHex。由于蟑螂有极强

7、的运动特性和环境适应能力，所以研制出的仿蟑螂机器人行走时足部能做环形回 转运动最高速度可达2.3米每秒，式当今爬行速度最快的仿生腿足式机器人，即 使在崎岖不平的地面上也可行走自如。RHex以“三脚步态”方式运动，六条腿 具有柔顺性，每条腿只有一个驱动器，位于髋部。当遇到障碍物，需要其以较高 距离离开地面时，RHex的腿可以旋转一周。控制器采用关节空间闭环、任务空 间开环的控制策略，通过改变5个参数值控制机器人的步态。该机器人虽然外观 与蟑螂原形有一定的差距，但步态节律与蟑螂确实一致的。仿蟑螂机器人的腿机构是步行机器人实现高效行走的关键组件。它使用的是 关节式的腿部机构。而关节式机构具有的优点在

8、于它结构紧凑、简单，运动及其 灵活。此外，由于关节式腿采用的式纯转动关节组合的形式，可达域比较大，在 机身失稳状态下具有较强姿态恢复能力。对于防蟑螂机器人，关节式机构无疑是 它腿部结构的首选。关节式机构给防蟑螂机器人提供了一种很好的腿部驱动传动 装置，该装置采用开链机构，装置上的每一个关节都能单独控制，承载力大，工 作区域广，机构简单，并且具有较好的柔韧性。一个多关节腿部驱动传动装置由 组件、胫节组件和股节组件构成。基件组件中的电动机的输出轴相对于座套是静 止的，而转动的是电动机和组件本身。当电动机合件转动时，带动电动机套在水 平方向上转动，与电动机套相连的胫节组件也随之转动。仿蟑螂六足机器人

9、就是 靠胫节组件和股组件的转动来完成的。同时机器人腿部装有小弧锥齿轮和大弧锥 齿轮，其特征在于弧齿锥齿轮的配合承载能力大、工作平稳，对安装误差和变形 不敏感，且轴向力与旋向无关。仿蟑螂六足机器人的优点在于：1、驱动力电动机及其传动部件装在腿的内 部，占用空间小。2、关节回转角度大，根部的摆动角度可达180度，大腿可绕 其关节翻转150度，小腿可绕其关节翻转300度。传动机构采用大弧齿锥齿轮和 小弧齿锥齿轮的配合，比直齿锥齿轮轴向力大，运转平稳。仿蟑螂六足机器人的 机构的优越性决定了它功能的强大。展望机械设计制造及其自动化由于本质的属性，注定机械将与光机电一体化结下不解之缘。很欣喜地看到 技术高

10、度发展的今天，很多机械、设备都实现自动化、智能化，这些与光机电一 体化这门学科的发展是息息相关的。数控机床、激光打印机、传真机的广泛应用， 让我们看到了希望，看到了机械行业的发展，现代化的机械不会再只是过去像那 些柴油机、拖拉机的笨重与庞大，而是倾向与越来越轻巧、灵活，更重要的是光 机电一体化的应用让机械实现更加的精准、高效。我想随着光机电一体化和机械 行业的不断发展，计算机技术、电子技术和光电技术不仅仅可以应用在数控机床、 机器人、激光打印机等小范围的机械上。展望未来，或许不久的将来计算机技术、 电子技术和光电技术将可以应用到日常生活中的诸如水泵、餐具上，实现声控、 热控的智能化装置，热控开

11、关、声控开关已经实现了，我有理由相信，其他更多 的机械设备也必定能实现这样的光机电一体化的应用。走近世界技术的前沿光机电一体化这门学科给我的印象就是高端技术的综合应用，关于光电、机 械、电子等等的综合。从来没有在课堂上体验这么多世界上高端技术综合应用的 学科，在对它的学习中我首先是算大开眼界了。以前都是听别人说有什么什么技 术特别拽，但或许那些都是别人道听途说、添油加醋的东西，且信一半为好。而 现在，世界上大部分的高尖端技术就在光机电一体化这一门学科中展现给我们看 了，我亲身感受、了解了很多真正够拽的技术和设备。书上对数控机床、三坐标 测量仪、激光打印机、仿生机器人、CT扫描机等等，都从他们的

12、制造原理、工 作原理、运行特征和其优越性做了很详尽的分析和解说，通过学习以后，我发现 我走近了世界技术的前沿。光机电一体化的学习并不枯燥，而是充满情趣的旅途。 作为一个机械专业的学生，对这门学科的学习本身就是对我专业的课余补充和开 阔，学习起来自然充满浓厚的兴趣。同时，课堂上，老师也很调节地给我们看一 些相关的视频，寓教于乐。记得一次是关于“宝马”汽车的生产线流程的视频， 详尽、生动地给我们介绍了 “宝马”汽车制造的部分生产工艺。原来，“宝马” 汽车的制造离我们是那么近。这着实让人感受不一般。还有很多，诸如高端技术 的机器人、贴近生活的收割机等等，虽然只是浅层次的学习，但是对于机械专业 的我确实不一样的旅途。庆幸选修了光机电一体化，感谢老师一学期生动地为我 们讲解光机电一体化。我想，注定与机械打交道的我，在以后的学习和工作中会 一如既往地关注和研究光机电一体化。