機電一體化（Mechatronics）是指在機械的主功能上利用電子元件作為傳感、信息和控制單元，并通過將機械設備和電子裝置用有關軟件有機結合而成的技術或所構成的系統的總稱。最早于1971年在日本期刊的副刊上被提出，之后經歷了長期的發展與演變。機電一體化技術和產品具有綜合性、系統性、結構簡單和精度高等特點，并逐漸發展具備智能化、模塊化、網絡化和微型化等新特點。機電一體化系統主要由機械結構單元、動力驅動單元、傳感檢測單元、信息控制單元和任務執行單元組成，其關鍵技術有機械技術、傳感與檢測技術、信息處理技術等。機電一體化產品可以按產品功能、機電結合方式以及用途進行分類，被廣泛應用于加工制造、工業生產和自動化等領域。
概念簡述
機電一體化是一門以微電子技術控制機械設備的交叉學科，其技術依據是機械制造、微電子控制、計算機軟硬件等方面知識的綜合應用，在某種意義上體現了一個國家的科技發展水平。
機電一體化是一項將機械技術，電子技術和信息處理技術等綜合應用的系統性技術，不是技術的簡單疊加，而是有機的融合，將電子技術應用于機械系統中。這是一個不斷被賦予新內涵的發展理念，體現了科學技術之間的融合，并著眼于機電設備中的多種技術的協同，從而使整個系統的得到優化。機電一體化是微電子技術向機械工業滲透過程中逐步形成的，是以系統工程為核心的多種技術相互滲透、有機結合，逐漸發展而成的一種新學科。
歷史沿革
機電一體化經歷了長期的產生和發展過程，科研工作者致力于將機械技術與電子技術相融合，研發出了許多的機電產品，為實現這一目標打下了堅實的基礎。“Mechatronics”這個術語最早于1971年在日本期刊《機械設計》的增刊上中正式推出，它是把機械學（Mechanics）的前部與電子學（電子器件）的后部結合起來，也就是機電一體化。
機電一體化的發展大致可以劃分為三個時期：第一個時期是20世紀60年代前后。在此期間，雖然沒有提出機電一體化的概念，但在機械產品的設計和生產中，許多學者已經在探討如何運用電子技術的方法改進產品性能，提高加工精度，降低加工難度。第二個時期是20世紀70到80年代。這是機電一體化迅速發展的時期，在此階段，計算機技術、通信技術等技術的進步成為發展機電一體化的重要理論依據。第三個時期是20世紀90年代。隨著機電一體化的發展逐漸走向智能化，并產生了許多新的分支。在此基礎上，人們對機電一體化的建模設計、分析以及其學科體系與發展方向進行了探討。與此同時，由于人工智能技術、神經網絡技術的飛速發展，制造業向智能化轉型，機電一體化進一步建立完整的基礎和逐漸形成完整的科學體系。
特點與作用
基礎特點
綜合性和系統性
機電一體化是一門跨學科的綜合性邊緣學科，而機電一體化技術是一種交叉技術，通過將各種技術有機地結合起來，使得機電一體化技術和產品更具有綜合性、系統性、完整性和科學性。
結構簡單和精度高
機電一體化通過采用多個電機單獨控制各個機構的動作，通過對多個電機進行檢測、智能判定，并結合多種控制算法，使多個電機協同工作，既使機器的結構更加簡單，而且減少了傳動誤差，同時通過應用先進的控制技術和高精度傳感器，提高了系統精度。
特點發展趨勢
智能化
在常規設備中，一旦有了新的功能需求，就必須對其硬件進行改造，而機電一體化系統則以計算機控制為主，通過硬件與軟件相結合，只需對軟件進行二次設計即可完成所需要的新動作與功能，具有較大的擴展性，同時實現了自動監測，故障判斷，誤差補償及糾錯等智能功能。
模塊化
機電一體化產品類型繁多，各個部件都是不同的，且各個部件沒有統一的相關標準，這就極大地制約了整個機電設備的設計與選擇。規范化、模塊化是發展的趨勢，這將促進新產品的快速研發，同時可以擴大生產規模。
網絡化
許多機電一體化系統都具有多個控制對象，且控制對象間存在著一定的距離。隨著網絡技術迅速發展，各種控制對象與系統通過網絡進行遠程綜合管理，成為機電一體化集成發展的趨勢。
微型化
微機械和微機電工藝取得了很大的進展，可以將微型機構集成在芯片中，使機電一體化產品朝著微型化的方向發展。微機電一體化產品具有輕、薄、小、巧的特點，在多方面具有較大優勢。
具體作用
機械制品的機電結合能改善各種性能，例如改善操作性能，減小體積，減輕重量等，但其最大的作用是擴展功能，增強柔性，提高機械設備的智能。機電一體化的一個突出特點就是柔性、智能化。其中，引入電子技術、信息技術和計算機技術是實現智能化的重要基礎，而柔性是指將機械自動化作為一種面向多任務的多功能化體系，最大限度地減少了加工生產流程，從而大大地提升了生產效益。
系統組成
機械結構單元
機電一體化的機械結構單元主要是指產品的機械部分，例如傳動、支承等，它們是整個系統的基礎部件。隨著產品性能、水平和功能的不斷提升，機械結構單元必須能夠滿足產品各項技術指標的要求。
動力驅動單元
機電一體化系統的動力驅動單元主要是為整個系統提供能量和動力，并在控制單元指令下，驅動執行機構實現各種運動和功能，由動力源、驅動器和動力機等組成。
傳感檢測單元
機電一體化的傳感檢測單元由多種感應器和信號探測回路組成，用以探測系統自身與外部環境之各項參數與狀況，并將之轉換為可辨識的光電聲信號，傳送至信息處理單元。感知的方式有光、電、液和機械等四種，其關鍵問題是如何改善檢測的可靠性、靈敏度、精度等。
信息控制單元
在機電一體化系統中采用信息控制單元，通過對各個傳感器和外界的輸入進行分析，然后按照預先設定好的控制策略，對整個系統進行全面的監控，發出相應的控制指令，使系統有目的地運行，從而實現對整個系統的控制。
任務執行單元
在機電一體化中，各任務執行單元按照命令，以動力傳輸的方式來驅動執行機構，以達到目標功能，是實現目的功能的直接參與者。執行單元性能的好壞決定著系統性能。
關鍵技術
機械技術
機電一體化的主體和結構功能的實現是以機械技術為核心的，涉及到傳動、支承、執行器等領域的具體技術。機械技術研究的重心在于將其與機電一體化技術相結合，同時也要考慮到機械與電氣技術之間的相互配合。比如可以采用其它的高科技進行概念的革新，實現結構、材料和性能的改變，達到減輕重量、縮小體積、提高精度和剛性的目的，以此改善產品的品質。
傳感與檢測技術
傳感與檢測技術是利用傳感器和信號探測設備對測量到的系統的內部和外部的各種信息進行轉化，轉化成一個由計算機可以辨識的電子信號，再經過相關設備的傳輸，從而得到對應的控制信號，以此確定了傳動裝置的運動方式等。用于監控某一項或多項系統參數，評估設備的操作狀態，檢驗工作進度等。檢測與傳感是實現自動控制一個重要的部分，它的性能越好，它的自動化程度也越高。
信息處理技術
信息處理技術是信息輸入、識別和轉換的過程，在運算、存儲、輸出和決策中，計算機是實現信息處理的重要手段。計算機技術主要有計算機的軟件技術和硬件技術等。以微電子技術和計算機技術為基礎的信息技術，是實現機電產品自動化、數字化、智能化的重要手段，同時也是推動機電產品和技術發展的重要力量。
控制技術
自動控制技術是一種可以根據預先確定的規律，改變被控對象或制造過程，而其中不需要人為直接干預的技術，可以使被控對象的某個或某幾個參數或加工工藝按照預定要求變化。在控制技術的發展過程中，以電子、傳感器、計算機網絡等技術為核心的自動化技術，可以幫助實現機電一體化產品的自動化。
伺服驅動技術
伺服驅動技術是指在控制命令下，對傳動機構和驅動裝置進行控制，以準確地追蹤控制命令，從而達到預定的動作控制，且動態特性較好。伺服驅動技術的核心在于伺服驅動單元和驅動裝置，它由執行元件、驅動元件和傳動機構組成，是將電子訊號轉化為機械運動的部件。作為一種直接進行操縱的技術，它直接關系到機電產品的動態性能、穩態精度和質量。
系統總體技術
機電一體化系統總體技術從整個系統的全局角度，運用系統工程的思想和手段，把整個系統劃分為多個職能單位，并找到能夠實現其各項職能的技術方案，然后將各功能與技術方案結合為項目組進行分析、評價和優選的綜合性應用技術。它解決了系統的性能優化與各因素的有機結合聯系問題，實現整個系統的最佳化。
產品分類方式
按產品功能分類
數控機械類：數控機械類產品的特點是執行機構為機械裝置，主要有數控機床、工業機器人等產品。
電子設備類：電子設備類產品的特點是執行機構為電子裝置，主要有電火花加工機床、激光測量儀等產品。
機電結合類：機電結合類產品的特點是執行機構為機械和電子裝置的有機結合，主要有自動售貨機、探傷機等產品。
電液伺服類：電液伺服類產品的特點是執行機構為液壓驅動的機械裝置，控制機構為接收電信號的液壓伺服閥，主要產品是伺服裝置等。
信息控制類：信息控制類產品的特點是執行機構的動作完全由所接收的信息控制，主要有復印機、傳真機等產品。
按機電結合程度和形式分類
功能附加型：在原有機械產品的基礎上，采用微電子技術，使產品功能增加和增強，性能得到適當的提高，如經濟型數控機床、數顯量具、全自動洗衣機等。
功能替代型：采用微電子技術及裝置取代原產品中的機械控制功能、信息處理功能或主功能，使產品結構簡化，性能提高，柔性增加，如自動照相機、電子石英表、線切割加工機床等。
機電融合型：采用專門設計的或具有特定用途的集成電路來實現產品中的控制和信息處理等功能，使產品結構更加緊湊，設計更加靈活，成本進一步降低，復印機、攝像機、CNC數控機床等都是這一類機電一體化產品。
按產品用途分類
機電一體化產品又可分為機械制造業設備、電子器件及產品生產用自動化設備、軍事武器及航空航天設備、家庭智能產品、醫學診斷及治療產品以及其他領域的機電一體化產品等。
應用領域
加工制造領域
機電一體化技術所包含的機械設計技術、自動控制技術、執行與驅動技術、檢測與傳感技術等，在數控機床這一領域取得了很好的應用效果。它可以有效地解決傳統數控機床的缺點，提高加工精度和產品品質，降低工人勞動強度，并能實現對產品的實時監控和自動制造。通過對機電一體化技術的綜合運用，使其在整體上提高了制造的效率與品質，并通過持續的技術革新，讓數控機床的發展更上一層樓。
工業生產領域
機電一體化裝置已廣泛用于工業機器人領域，以保證在危險環境下作業的安全。將機電一體化技術引入到機器人中，并在其上設置了相關的監控系統，以便在進行危險作業時實現對作業過程和操作過程的監測，自動完成工作評價。此外，還可以利用機電一體化技術，改善機器人的操作精確度和可靠性，這樣可以最大限度地發揮出機器人的作用，為企業的生產提供有力的支撐。
自動化領域
機械化、自動化已成為社會各領域的發展趨勢，其中，機電一體化技術的使用越來越廣泛，而在機電一體化技術的指導下，機械制造的設備也得到了進一步的改善，無論在生產效率還是品質方面，產品都有了很大的提高。與此同時，在自動化行業中，機電一體化技術也得到了很好的發展，越來越多的自動生產線和制造裝置被用于工業的基本制造。
發展前景
機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉融合的技術，其發展與這些領域密切相關，依賴并推動有關技術的發展和進步。在新科技思想的指引下，機電一體化的發展面臨新的沖擊，人們對其提出了新的、更高的需求。制造業中的機電一體化應用就是典型的實例，計算機數控技術、柔性制造技術、計算機集成制造技術和機器人技術的發展，是機械制造技術發展水平的一個重要標志。新一代機電一體化產品正朝著高性能、綠色化與可持續性、人機交互與增強現實、智能化、網絡化、系統化、輕量和微型化等方向發展，以改善機電產品的性能與品質，促進了生產技術的快速更新，產品向高、精、尖的方向發展，勞動生產率不斷提升。
參考資料 >