机电一体化
机电一体化（Mechatronics）是指在机械的主功能上利用电子元件作为传感、信息和控制单元，并通过将机械设备和电子装置用有关软件有机结合而成的技术或所构成的系统的总称。最早于1971年在日本期刊的副刊上被提出，之后经历了长期的发展与演变。机电一体化技术和产品具有综合性、系统性、结构简单和精度高等特点，并逐渐发展具备智能化、模块化、网络化和微型化等新特点。机电一体化系统主要由机械结构单元、动力驱动单元、传感检测单元、信息控制单元和任务执行单元组成，其关键技术有机械技术、传感与检测技术、信息处理技术等。机电一体化产品可以按产品功能、机电结合方式以及用途进行分类，被广泛应用于加工制造、工业生产和自动化等领域。
概念简述
机电一体化是一门以微电子技术控制机械设备的交叉学科，其技术依据是机械制造、微电子控制、计算机软硬件等方面知识的综合应用，在某种意义上体现了一个国家的科技发展水平。
机电一体化是一项将机械技术，电子技术和信息处理技术等综合应用的系统性技术，不是技术的简单叠加，而是有机的融合，将电子技术应用于机械系统中。这是一个不断被赋予新内涵的发展理念，体现了科学技术之间的融合，并着眼于机电设备中的多种技术的协同，从而使整个系统的得到优化。机电一体化是微电子技术向机械工业渗透过程中逐步形成的，是以系统工程为核心的多种技术相互渗透、有机结合，逐渐发展而成的一种新学科。
历史沿革
机电一体化经历了长期的产生和发展过程，科研工作者致力于将机械技术与电子技术相融合，研发出了许多的机电产品，为实现这一目标打下了坚实的基础。“Mechatronics”这个术语最早于1971年在日本期刊《机械设计》的增刊上中正式推出，它是把机械学（Mechanics）的前部与电子学（电子器件）的后部结合起来，也就是机电一体化。
机电一体化的发展大致可以划分为三个时期：第一个时期是20世纪60年代前后。在此期间，虽然没有提出机电一体化的概念，但在机械产品的设计和生产中，许多学者已经在探讨如何运用电子技术的方法改进产品性能，提高加工精度，降低加工难度。第二个时期是20世纪70到80年代。这是机电一体化迅速发展的时期，在此阶段，计算机技术、通信技术等技术的进步成为发展机电一体化的重要理论依据。第三个时期是20世纪90年代。随着机电一体化的发展逐渐走向智能化，并产生了许多新的分支。在此基础上，人们对机电一体化的建模设计、分析以及其学科体系与发展方向进行了探讨。与此同时，由于人工智能技术、神经网络技术的飞速发展，制造业向智能化转型，机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。
特点与作用
基础特点
综合性和系统性
机电一体化是一门跨学科的综合性边缘学科，而机电一体化技术是一种交叉技术，通过将各种技术有机地结合起来，使得机电一体化技术和产品更具有综合性、系统性、完整性和科学性。
结构简单和精度高
机电一体化通过采用多个电机单独控制各个机构的动作，通过对多个电机进行检测、智能判定，并结合多种控制算法，使多个电机协同工作，既使机器的结构更加简单，而且减少了传动误差，同时通过应用先进的控制技术和高精度传感器，提高了系统精度。
特点发展趋势
智能化
在常规设备中，一旦有了新的功能需求，就必须对其硬件进行改造，而机电一体化系统则以计算机控制为主，通过硬件与软件相结合，只需对软件进行二次设计即可完成所需要的新动作与功能，具有较大的扩展性，同时实现了自动监测，故障判断，误差补偿及纠错等智能功能。
模块化
机电一体化产品类型繁多，各个部件都是不同的，且各个部件没有统一的相关标准，这就极大地制约了整个机电设备的设计与选择。规范化、模块化是发展的趋势，这将促进新产品的快速研发，同时可以扩大生产规模。
网络化
许多机电一体化系统都具有多个控制对象，且控制对象间存在着一定的距离。随着网络技术迅速发展，各种控制对象与系统通过网络进行远程综合管理，成为机电一体化集成发展的趋势。
微型化
微机械和微机电工艺取得了很大的进展，可以将微型机构集成在芯片中，使机电一体化产品朝着微型化的方向发展。微机电一体化产品具有轻、薄、小、巧的特点，在多方面具有较大优势。
具体作用
机械制品的机电结合能改善各种性能，例如改善操作性能，减小体积，减轻重量等，但其最大的作用是扩展功能，增强柔性，提高机械设备的智能。机电一体化的一个突出特点就是柔性、智能化。其中，引入电子技术、信息技术和计算机技术是实现智能化的重要基础，而柔性是指将机械自动化作为一种面向多任务的多功能化体系，最大限度地减少了加工生产流程，从而大大地提升了生产效益。
系统组成
机械结构单元
机电一体化的机械结构单元主要是指产品的机械部分，例如传动、支承等，它们是整个系统的基础部件。随着产品性能、水平和功能的不断提升，机械结构单元必须能够满足产品各项技术指标的要求。
动力驱动单元
机电一体化系统的动力驱动单元主要是为整个系统提供能量和动力，并在控制单元指令下，驱动执行机构实现各种运动和功能，由动力源、驱动器和动力机等组成。
传感检测单元
机电一体化的传感检测单元由多种感应器和信号探测回路组成，用以探测系统自身与外部环境之各项参数与状况，并将之转换为可辨识的光电声信号，传送至信息处理单元。感知的方式有光、电、液和机械等四种，其关键问题是如何改善检测的可靠性、灵敏度、精度等。
信息控制单元
在机电一体化系统中采用信息控制单元，通过对各个传感器和外界的输入进行分析，然后按照预先设定好的控制策略，对整个系统进行全面的监控，发出相应的控制指令，使系统有目的地运行，从而实现对整个系统的控制。
任务执行单元
在机电一体化中，各任务执行单元按照命令，以动力传输的方式来驱动执行机构，以达到目标功能，是实现目的功能的直接参与者。执行单元性能的好坏决定着系统性能。
关键技术
机械技术
机电一体化的主体和结构功能的实现是以机械技术为核心的，涉及到传动、支承、执行器等领域的具体技术。机械技术研究的重心在于将其与机电一体化技术相结合，同时也要考虑到机械与电气技术之间的相互配合。比如可以采用其它的高科技进行概念的革新，实现结构、材料和性能的改变，达到减轻重量、缩小体积、提高精度和刚性的目的，以此改善产品的品质。
传感与检测技术
传感与检测技术是利用传感器和信号探测设备对测量到的系统的内部和外部的各种信息进行转化，转化成一个由计算机可以辨识的电子信号，再经过相关设备的传输，从而得到对应的控制信号，以此确定了传动装置的运动方式等。用于监控某一项或多项系统参数，评估设备的操作状态，检验工作进度等。检测与传感是实现自动控制一个重要的部分，它的性能越好，它的自动化程度也越高。
信息处理技术
信息处理技术是信息输入、识别和转换的过程，在运算、存储、输出和决策中，计算机是实现信息处理的重要手段。计算机技术主要有计算机的软件技术和硬件技术等。以微电子技术和计算机技术为基础的信息技术，是实现机电产品自动化、数字化、智能化的重要手段，同时也是推动机电产品和技术发展的重要力量。
控制技术
自动控制技术是一种可以根据预先确定的规律，改变被控对象或制造过程，而其中不需要人为直接干预的技术，可以使被控对象的某个或某几个参数或加工工艺按照预定要求变化。在控制技术的发展过程中，以电子、传感器、计算机网络等技术为核心的自动化技术，可以帮助实现机电一体化产品的自动化。
伺服驱动技术
伺服驱动技术是指在控制命令下，对传动机构和驱动装置进行控制，以准确地追踪控制命令，从而达到预定的动作控制，且动态特性较好。伺服驱动技术的核心在于伺服驱动单元和驱动装置，它由执行元件、驱动元件和传动机构组成，是将电子讯号转化为机械运动的部件。作为一种直接进行操纵的技术，它直接关系到机电产品的动态性能、稳态精度和质量。
系统总体技术
机电一体化系统总体技术从整个系统的全局角度，运用系统工程的思想和手段，把整个系统划分为多个职能单位，并找到能够实现其各项职能的技术方案，然后将各功能与技术方案结合为项目组进行分析、评价和优选的综合性应用技术。它解决了系统的性能优化与各因素的有机结合联系问题，实现整个系统的最佳化。
产品分类方式
按产品功能分类
数控机械类：数控机械类产品的特点是执行机构为机械装置，主要有数控机床、工业机器人等产品。
电子设备类：电子设备类产品的特点是执行机构为电子装置，主要有电火花加工机床、激光测量仪等产品。
机电结合类：机电结合类产品的特点是执行机构为机械和电子装置的有机结合，主要有自动售货机、探伤机等产品。
电液伺服类：电液伺服类产品的特点是执行机构为液压驱动的机械装置，控制机构为接收电信号的液压伺服阀，主要产品是伺服装置等。
信息控制类：信息控制类产品的特点是执行机构的动作完全由所接收的信息控制，主要有复印机、传真机等产品。
按机电结合程度和形式分类
功能附加型：在原有机械产品的基础上，采用微电子技术，使产品功能增加和增强，性能得到适当的提高，如经济型数控机床、数显量具、全自动洗衣机等。
功能替代型：采用微电子技术及装置取代原产品中的机械控制功能、信息处理功能或主功能，使产品结构简化，性能提高，柔性增加，如自动照相机、电子石英表、线切割加工机床等。
机电融合型：采用专门设计的或具有特定用途的集成电路来实现产品中的控制和信息处理等功能，使产品结构更加紧凑，设计更加灵活，成本进一步降低，复印机、摄像机、CNC数控机床等都是这一类机电一体化产品。
按产品用途分类
机电一体化产品又可分为机械制造业设备、电子器件及产品生产用自动化设备、军事武器及航空航天设备、家庭智能产品、医学诊断及治疗产品以及其他领域的机电一体化产品等。
应用领域
加工制造领域
机电一体化技术所包含的机械设计技术、自动控制技术、执行与驱动技术、检测与传感技术等，在数控机床这一领域取得了很好的应用效果。它可以有效地解决传统数控机床的缺点，提高加工精度和产品品质，降低工人劳动强度，并能实现对产品的实时监控和自动制造。通过对机电一体化技术的综合运用，使其在整体上提高了制造的效率与品质，并通过持续的技术革新，让数控机床的发展更上一层楼。
工业生产领域
机电一体化装置已广泛用于工业机器人领域，以保证在危险环境下作业的安全。将机电一体化技术引入到机器人中，并在其上设置了相关的监控系统，以便在进行危险作业时实现对作业过程和操作过程的监测，自动完成工作评价。此外，还可以利用机电一体化技术，改善机器人的操作精确度和可靠性，这样可以最大限度地发挥出机器人的作用，为企业的生产提供有力的支撑。
自动化领域
机械化、自动化已成为社会各领域的发展趋势，其中，机电一体化技术的使用越来越广泛，而在机电一体化技术的指导下，机械制造的设备也得到了进一步的改善，无论在生产效率还是品质方面，产品都有了很大的提高。与此同时，在自动化行业中，机电一体化技术也得到了很好的发展，越来越多的自动生产线和制造装置被用于工业的基本制造。
发展前景
机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉融合的技术，其发展与这些领域密切相关，依赖并推动有关技术的发展和进步。在新科技思想的指引下，机电一体化的发展面临新的冲击，人们对其提出了新的、更高的需求。制造业中的机电一体化应用就是典型的实例，计算机数控技术、柔性制造技术、计算机集成制造技术和机器人技术的发展，是机械制造技术发展水平的一个重要标志。新一代机电一体化产品正朝着高性能、智能化、网络化、系统化、轻量和微型化等方向发展，以改善机电产品的性能与品质，促进了生产技术的快速更新，产品向高、精、尖的方向发展，劳动生产率不断提升。