一個(gè)典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)包含以下幾個(gè)基本要素： 機(jī)械本體、動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感測(cè)試部分、控制及信息處理部分。即結(jié)構(gòu)組成要素、 動(dòng)力組成要素、運(yùn)動(dòng)組成要素、感知組成要素、智能組成要素； 這些組成要素內(nèi)部及其之間,形成通過接口耦合來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)傳遞、信息控制、能量轉(zhuǎn)換等有機(jī)融合的一個(gè)完整系統(tǒng)。
機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成要素及功能如圖1所示。
圖1 機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成要素及功能
(a） 機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成要素; (b） 機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能
1.機(jī)械本體
機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械本體包括機(jī)身、框架、連接等。
2.動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)
動(dòng)力部分的功能是按照系統(tǒng)控制要求,為系統(tǒng)提供能量和動(dòng)力,使系統(tǒng)正常運(yùn)行。用盡可能小的動(dòng)力輸入獲得盡可能大的功能輸出,是機(jī)電一體化產(chǎn)品的顯著特征之一。驅(qū)動(dòng)部分的功能是在控制信息作用下提供動(dòng)力,驅(qū)動(dòng)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成各種動(dòng)作和功能。
3. 傳感測(cè)試部分
傳感測(cè)試部分的功能是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中所需要的本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè),生成相應(yīng)的可識(shí)別信號(hào),傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧?經(jīng)過分析、處理后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息。這一功能一般由專門的傳感器及轉(zhuǎn)換電路完成。
4.執(zhí)行機(jī)構(gòu)
執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能是根據(jù)控制信息和指令,完成要求的動(dòng)作。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是運(yùn)動(dòng)部件,一般采用機(jī)械、電磁、電液等機(jī)構(gòu)。
5. 控制及信息單元
控制及信息單元的功能是將來自各傳感器的檢測(cè)信息和外部輸入命令進(jìn)行集中、儲(chǔ)存、分析、加工,根據(jù)信息處理結(jié)果,按照一定的程序和節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令,控制整個(gè)系統(tǒng)有目的地運(yùn)行。
6.接口耦合與能量轉(zhuǎn)換
（1） 變換。 兩個(gè)需要進(jìn)行信息交換和傳輸?shù)沫h(huán)節(jié)之間,由于信息的模式不同（數(shù)字量與模擬量、串行碼與并行碼、連續(xù)脈沖與序列脈沖等等）,無法直接實(shí)現(xiàn)信息或能量的交流,需要通過接口完成信息或能量的統(tǒng)一。
（2）放大。 在兩個(gè)信號(hào)強(qiáng)度相差懸殊的環(huán)節(jié)間,經(jīng)接口放大,達(dá)到能量的匹配。
（3）耦合。 變換和放大后的信號(hào)在各環(huán)節(jié)間能可靠、快速、準(zhǔn)確地交換,必須遵循一致的時(shí)序、信號(hào)格式和邏輯規(guī)范。接口具有保證信息的邏輯控制功能,使信息按規(guī)定模式進(jìn)行傳遞。
（4）能量轉(zhuǎn)換。其執(zhí)行元件包含了執(zhí)行器和驅(qū)動(dòng)器。該轉(zhuǎn)換涉及到不同類型能量間的最優(yōu)轉(zhuǎn)換方法與原理。
7. 信息控制
在系統(tǒng)中,作為智能組成要素的系統(tǒng)控制單元,在軟、硬件的保證下,完成數(shù)據(jù)采集、分析、判斷、決策功能,以達(dá)到信息控制的目的。
8. 運(yùn)動(dòng)傳遞
運(yùn)動(dòng)傳遞是指運(yùn)動(dòng)各組成環(huán)節(jié)之間的不同類型運(yùn)動(dòng)的變換與傳輸,如位移變換、速度變換、加速度變換及直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換等。運(yùn)動(dòng)傳遞還包括以運(yùn)動(dòng)控制為目的的運(yùn)動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì),目的是提高系統(tǒng)的伺服性能。