機電技術(shù)應(yīng)用行業(yè)發(fā)展動態(tài)機電技術(shù)應(yīng)用行業(yè)發(fā)展動態(tài)主要內(nèi)容國外機電一體化電機發(fā)展動向世界機電產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢光機電一體化技術(shù)與產(chǎn)品發(fā)展前景分析機器人與自動化產(chǎn)業(yè)概述2005世界機器人調(diào)查數(shù)控系統(tǒng)伺服電機控制技術(shù)發(fā)展動向五軸高速加工中心的發(fā)展動向機電一體化研究現(xiàn)狀及發(fā)展應(yīng)用前景主要內(nèi)容國外機電一體化電機發(fā)展動向國外機電一體化電機發(fā)展動向

近二十年來，科學(xué)技術(shù)突飛猛進。隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)和控制理論發(fā)展，電機調(diào)速技術(shù)得到迅速發(fā)展，使得電機的應(yīng)用不再局限于工業(yè)應(yīng)用而且在商業(yè)及家用設(shè)備等各個領(lǐng)域獲得更加廣泛的應(yīng)用；而隨著新材料如稀土永磁材料、磁性復(fù)合材料的出現(xiàn)，更給電機設(shè)計插上翅膀，各種新型、高效、特種電機層出不窮。這些都極大地豐富了電機理論，拓寬了電機的應(yīng)用領(lǐng)域，同時也給電機設(shè)計和制造工藝提出更高的要求。

國外機電一體化電機發(fā)展動向近二十年來，科學(xué)技交流變頻調(diào)速系統(tǒng)及變頻電機

二十年來，電力電子技術(shù)發(fā)生了革命性的進展。功率元件從70年代的晶閘管（SCR），發(fā)展到80年代的雙極型晶體管（BJT，也稱作GTR），到90年代則主要是絕緣柵雙極晶體管（IGBT）。日本的三菱電機公司已推出2000V/1200A的IGBT，歐洲的eupec公司也推出了3300V/1200A的元件，而1200V/600A的IGBT模塊則已大量生產(chǎn)供應(yīng)；IR以及Fairchild等著名半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的IPM模塊更為交流調(diào)速技術(shù)的白色家電（指冰箱、洗衣機和空調(diào)器等）以及汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可能。控制方面也從模擬控制發(fā)展到數(shù)字控制，從單片機發(fā)展到數(shù)字信號處理器（DSP）和高級專用集成電路，控制部件功能日益完善，而所需的控制器件和控制器體積日益減小，控制器可靠性日益提高而成本日益降低。例如0.75kW通用變頻器的過去的10年間，體積減小到原來的1/10，成本下降了大約40~50%，中小型電機變頻調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成熟。據(jù)美國《控制工程》報道在1996~2000年間美國用于工廠自動化方面的電動機和傳動裝置的總費用約45億美元，其中采用變頻器控制三相異步電動機的約占52.8%，且呈逐年上升趨勢。交流變頻調(diào)速系統(tǒng)及變頻電機

二十年來，電力電子技術(shù)發(fā)無刷電機

近年來，轉(zhuǎn)子采用永磁結(jié)構(gòu)、主電路采用功率器件的無刷直流電機得到了很大的發(fā)展，其功率覆蓋等級較大。小功率無刷直流電機主要應(yīng)用于工廠自動化和辦公自動化方面，如計算機外設(shè)復(fù)印機和家用電器中，它正在迅速取代傳統(tǒng)的直流電機和異步電機；90年代以來，在高精度的數(shù)控設(shè)備中相當(dāng)多的采用了永磁同步無刷電機（交流伺服電機）以取代寬調(diào)速的直流伺服電機，特別是在機器人和機械手的驅(qū)動中，無刷直流電機的應(yīng)用相當(dāng)多。目前全世界機器人的擁有量已經(jīng)超過100萬臺，且每年以大于20%的速度增長，這已經(jīng)成為無刷直流電機的主要應(yīng)用領(lǐng)域。近年來，采用交流無刷電機代替異步電機作為機床的主軸直接驅(qū)動也已成為新的研究和應(yīng)用熱點。大功率無刷直流電機（一般采用晶閘管作為功率器件，習(xí)慣上稱為無換向器電機）在低速、環(huán)境惡劣和有一定調(diào)速性能要求的場合有著廣泛的應(yīng)用前景，如鋼廠的軋機、水泥窯傳動抽水蓄能等。

目前國外交流伺服電機已經(jīng)部分形成系列，如德國Lens公司，而寶鋼引進的軋機流水線電氣傳動基本采用了無換向器電機實現(xiàn)；日本在電動車的應(yīng)用中也主要采用了無刷直流電機作為驅(qū)動電機，并取得了較好的應(yīng)用效果。無刷電機

近年來，轉(zhuǎn)子采用永磁結(jié)構(gòu)、主電路采用功世界機電產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

世界機電產(chǎn)品貿(mào)易呈現(xiàn)區(qū)域化相對集中

從目前世界機電產(chǎn)品進出口貿(mào)易流向來看，絕大多數(shù)機電產(chǎn)品跨國流動貿(mào)易額，是在北美、歐洲和亞洲各國業(yè)已形成的區(qū)域貿(mào)易集團內(nèi)部或跨區(qū)域貿(mào)易集團之間進行的。從經(jīng)濟全球化的角度來看，機電產(chǎn)品貿(mào)易在一定程度上顯現(xiàn)了在地域分布上的相對集中。目前歐洲、北美、亞洲及大洋洲各國機電產(chǎn)品出口占世界機電產(chǎn)品出口貿(mào)易額的94％；上述地區(qū)機電產(chǎn)品進口占世界機電產(chǎn)品貿(mào)易額的85％。由于世界機電產(chǎn)品發(fā)展主要依托歐洲、北美、亞洲機電產(chǎn)品貿(mào)易規(guī)模的擴大，因此，上述三個地區(qū)機電產(chǎn)品貿(mào)易增長速度，反映了整個世界機電產(chǎn)品貿(mào)易發(fā)展的全貌。世界機電產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢世界機電產(chǎn)品貿(mào)易呈現(xiàn)區(qū)域化相對集高新技術(shù)機電產(chǎn)品貿(mào)易比重、增幅明顯近10年來，以信息技術(shù)為代表的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，不僅加快了發(fā)達國家的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐，而且也為一些發(fā)展中國家擺脫單純依靠勞動力成本低廉優(yōu)勢、大力發(fā)展高新技術(shù)機電產(chǎn)品貿(mào)易提供了機遇。世界范圍的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整促成了全球機電產(chǎn)品產(chǎn)銷格局發(fā)生新的變化。美國、日本在高新技術(shù)機電產(chǎn)品出口年均增長速度和占全部機電產(chǎn)品出口的比重發(fā)展最快，美國為28％、44％，日本則為32％、39％。高新技術(shù)機電產(chǎn)品貿(mào)易比重、增幅明顯機電產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)內(nèi)貿(mào)易方式趨強二戰(zhàn)以來，國際貿(mào)易變化最顯著的特征就是產(chǎn)業(yè)內(nèi)貿(mào)易迅速增長，即不同國家同類產(chǎn)品之間的貿(mào)易量大大增加。其原因是跨國公司為主體的機電產(chǎn)品生產(chǎn)全球化，加快了全球機電工業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，改變了許多國家傳統(tǒng)的“進口初級產(chǎn)品—出口制成品”的貿(mào)易模式，出現(xiàn)了眾多同一產(chǎn)業(yè)既出口又進口的產(chǎn)業(yè)內(nèi)貿(mào)易。它不僅使發(fā)達國家之間的貿(mào)易大大增加，同時也使得發(fā)展中國家與發(fā)達國家之間及發(fā)展中國家相互之間貿(mào)易不斷增加。跨國公司內(nèi)部貿(mào)易的蓬勃發(fā)展，使得越來越多機電產(chǎn)品的中間產(chǎn)品成為世界貿(mào)易的主流。據(jù)美國《財富》雜志預(yù)測，到2010年和2030年光電子信息技術(shù)裝備及產(chǎn)品、新生和再生能源技術(shù)裝備及產(chǎn)品、海洋開發(fā)技術(shù)裝備及產(chǎn)品、空間技術(shù)裝備及產(chǎn)品、環(huán)保技術(shù)裝備及產(chǎn)品等五大類高科技機電產(chǎn)品將占世界機電產(chǎn)品出口額的20％和40％。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，許多新型機電產(chǎn)品相繼被開發(fā)并陸續(xù)投入國際市場，它帶動了世界機電產(chǎn)品市場上需求長線看好。機電產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)內(nèi)貿(mào)易方式趨強世界機電產(chǎn)品貿(mào)易的沖突和摩擦加劇作為推進全球貿(mào)易自由化的多邊貿(mào)易組織——WTO，雖然具備了比較完善的規(guī)則和約束各成員的貿(mào)易法規(guī)，作為其成員提供了參與國際競爭的共同標(biāo)準(zhǔn)，但是經(jīng)濟全球化的負(fù)面影響在把各國經(jīng)濟緊密聯(lián)系在一起的同時，并未消除各國間的利益沖突，它使得各國的國家層面上和區(qū)域?qū)用嫔系慕?jīng)濟競爭日趨激烈。一是各國廣泛使用技術(shù)性貿(mào)易壁壘(TechnicalBarrierToTrade簡稱TBT)，以保護人類健康和消費者安全為理由，對進口的機電產(chǎn)品設(shè)立了更為嚴(yán)格的技術(shù)性能標(biāo)準(zhǔn)和機電產(chǎn)品的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)性貿(mào)易壁壘成為繼關(guān)稅壁壘、非關(guān)稅壁壘（行政措施)之后的新型貿(mào)易壁壘。

世界機電產(chǎn)品貿(mào)易的沖突和摩擦加劇

二是加大對機電產(chǎn)品反傾銷行動的力度，造成大量機電產(chǎn)品反傾銷的使用率明顯增加；三是發(fā)達國家對發(fā)展中國家設(shè)置綠色貿(mào)易壁壘，以潔凈技術(shù)和潔凈產(chǎn)品能維護生態(tài)環(huán)境為由，制定相關(guān)的以環(huán)境保護為目的的貿(mào)易懲罰措施，如環(huán)境附加稅，以限制低質(zhì)廉價機電產(chǎn)品打進世界市場。四是發(fā)達國家迫于石油價格波動，匯率變化及國內(nèi)勞工組織壓力，把機電產(chǎn)品貿(mào)易同勞工標(biāo)準(zhǔn)、社會福利等非貿(mào)易壁壘相掛鉤，針對發(fā)展中國家機電產(chǎn)品出口設(shè)置新的障礙。

二是加大對機電產(chǎn)品反傾銷行動的力度，造成大量機發(fā)展中國家機電產(chǎn)品出口繼續(xù)增長雖然中國機電產(chǎn)品出口中的70％是通過加工貿(mào)易實現(xiàn)的，它的勞動密集型加工程度大，增值率低，但是中國作為全球最大的發(fā)展中國家，充分利用充足的熟練勞動力資源和多元化的產(chǎn)業(yè)制造能力，已在全球機電產(chǎn)品出口中占有重要一席。

21世紀(jì)中國機電產(chǎn)品出口仍將保持增長態(tài)勢，并逐步提高機電產(chǎn)品出口比重。與中國情況相近的許多東南亞、南亞、拉美新興市場經(jīng)濟國家，近10年來也一直保持著機電產(chǎn)品出口穩(wěn)定增長的態(tài)勢。泰國、馬來西亞、印度、巴西、墨西哥在世界機械與運輸設(shè)備出口國家的位次排序中，逐年前移，墨西哥甚至排在15強的第9位。可以預(yù)見除了上述國家在21世紀(jì)會繼續(xù)保持機電產(chǎn)品出口強勢以外，前東歐市場經(jīng)濟轉(zhuǎn)軌的國家及俄羅斯也會在完成向市場經(jīng)濟過渡階段后，發(fā)揮各自制造工業(yè)基礎(chǔ)雄厚的優(yōu)勢，躋身世界機電產(chǎn)品出口大國的行列。發(fā)展中國家機電產(chǎn)品出口繼續(xù)增長擴大機電產(chǎn)品出口的戰(zhàn)略措施

目前我國擴大機電產(chǎn)品出口面臨的主要制約因素有以下幾方面：一是市場多元化戰(zhàn)略實施受到遲滯，原因是世界機電產(chǎn)品市場除了發(fā)達國家市場相對穩(wěn)定規(guī)范外，絕大多數(shù)發(fā)展中國家機電產(chǎn)品市場都尚待開發(fā)，發(fā)展空間和市場潛力挖掘都有待時日。二是高新技術(shù)機電產(chǎn)品占整個機電產(chǎn)品出口比重偏低。由于缺乏含有自主知識產(chǎn)權(quán)的民族名牌機電產(chǎn)品，使得中國大陸機電工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模居世界第6位的能力，沒有能充分發(fā)揮出口潛力，機電產(chǎn)品出口落后于韓國、新加坡、臺灣、香港、墨西哥，世界排名僅在第15位。三是發(fā)達國家及部分發(fā)展中國家頻繁發(fā)起反傾銷、反補貼訴訟，發(fā)達國家在噪聲污染、電磁污染、節(jié)能性、安全性、兼容性等方面設(shè)置技術(shù)性貿(mào)易壁壘，將給我國擴大機電產(chǎn)品出口帶來新一輪阻力。擴大機電產(chǎn)品出口的戰(zhàn)略措施

目前，我國高新技術(shù)產(chǎn)品出口已呈現(xiàn)高速增長的態(tài)勢，但高新技術(shù)產(chǎn)品出口還存在著結(jié)構(gòu)性的矛盾。主要體現(xiàn)在（1）在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面，我國在中低端產(chǎn)品供大于求、生產(chǎn)能力過剩的同時，高端核心產(chǎn)品主要依賴進口。（2）高新技術(shù)產(chǎn)品出口市場集中在美日歐等發(fā)達國家，約占八成；（3）國有企業(yè)和民營企業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)品出口所占比重依然較低。這三個方面尤以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性的矛盾尤為突出。

為了改變目前我國高新技術(shù)產(chǎn)品出口結(jié)構(gòu)不合理的現(xiàn)象，國家有關(guān)部門大力支持和鼓勵具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高新技術(shù)產(chǎn)品出口，具體的政策措施主要包括以下幾個方面：首先是資金支持政策，這是政策重點。其次，為高新技術(shù)產(chǎn)品出口企業(yè)營造良好的出口環(huán)境方面。

目前，我國高新技術(shù)產(chǎn)品出口已呈現(xiàn)高速增長的態(tài)勢，但高光機電一體化技術(shù)與產(chǎn)品發(fā)展前景分析

近年來光機電一體化(OPTOMechatronics)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)日益成為我國國民經(jīng)濟中的熱點話題，舉國上下都將光機電一體化技術(shù)與產(chǎn)業(yè)作為競相發(fā)展的對象，進而以此構(gòu)筑拉動國民經(jīng)濟的新增長點。

1光機電一體化技術(shù)與產(chǎn)品的特色光機電一體化技術(shù)是在現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)與機電一體化技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的又一門新興交叉學(xué)科，是綜合集成當(dāng)前光學(xué)、機械學(xué)、電子學(xué)、信息處理與控制等領(lǐng)域中最新技術(shù)的一種群體技術(shù)。簡單來說，光機電一體化技術(shù)的先進作用是在機械電子產(chǎn)品中加入了現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)，進而將光電子技術(shù)、光電檢測技術(shù)、視覺傳感技術(shù)與機電控制技術(shù)、微機技術(shù)的各自優(yōu)勢結(jié)合起來，形成綜合化優(yōu)勢，開發(fā)出前所未有的高新技術(shù)產(chǎn)品。國內(nèi)外目前開發(fā)出的光機電一體化產(chǎn)品的主要特色是具有智能化測控乃至視覺控制功能。光機電一體化技術(shù)與產(chǎn)品發(fā)展前景分析近年來光機電一體1.1將光學(xué)技術(shù)與各種信息處理技術(shù)相結(jié)合光學(xué)技術(shù)在光機電一體化產(chǎn)品中直接而又最重要的角色就是對各種信息進行光電檢測與控制從而實現(xiàn)智能化控制。目前應(yīng)用較多的有激光傳感檢測技術(shù)，其應(yīng)用分類情況如圖。1.1將光學(xué)技術(shù)與各種信息處理技術(shù)相結(jié)合

另一類廣泛應(yīng)用的光電傳感器是CCD傳感器，CCD是電荷耦合器件(Chargecoupledevice)的簡稱，是一種微型圖像傳感器既，具有光電轉(zhuǎn)換功能，又具有信號電荷的存儲、轉(zhuǎn)移和讀出功能。它能把一幅空間域分布的圖像變換為一列按時間域離散分布的電信號，并具有靈敏度高、光譜響應(yīng)寬、動態(tài)范圍大、象元尺寸小、幾何精度高、抗振動和潮濕及低成本的特點。由于CCD圖像傳感器以時間積分方式工作，光積分時間可在很寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，所以輸出信號易與計算機相連接，進行數(shù)字化處理。近幾年來，隨著MOS集成電路制造工藝的飛速發(fā)展，CCD技術(shù)也得以迅速發(fā)展。實際上，CCD圖像傳感器作為一種新型光電轉(zhuǎn)換器現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于攝像、圖像采集、掃描儀和工業(yè)測控等領(lǐng)域。另一類廣泛應(yīng)用的光電傳感器是CCD傳感器，CCD

此外還可以應(yīng)用光纖技術(shù)進行探測傳感、信號傳輸，從而出現(xiàn)了各種各樣的光纖傳感器，已經(jīng)在油氣井測試、板壩結(jié)構(gòu)縫監(jiān)測、橋梁狀態(tài)監(jiān)測、管道泄漏監(jiān)測、表面粗糙度檢測、纖維增強塑料基復(fù)合材料(FRP)殘余應(yīng)力測定、空間溫度場測量、電力測量等行業(yè)得到了不同程度的應(yīng)用，例如在電力系統(tǒng)中采用光纖電流傳感器和光纖電壓傳感器則可以大大提高電力系統(tǒng)運行與監(jiān)控的自動化程度和各項指標(biāo)。1.2將光學(xué)技術(shù)與各種科學(xué)儀器和裝置相結(jié)合

X線顯微鏡、光電平印裝置、光化學(xué)氣相沉積(CVD)裝置、三維顯示等都是光學(xué)技術(shù)結(jié)合后在原有基礎(chǔ)上產(chǎn)生的升級換代產(chǎn)品。此外還可以應(yīng)用光纖技術(shù)進行探測傳感、信號傳輸，從而出1.3將光學(xué)技術(shù)與微機電系統(tǒng)(MEMS)相結(jié)合微光機電系統(tǒng)是(MOMES)是在微機電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，把光電子器件、微電子器件和微機械結(jié)構(gòu)或裝置以微加工技術(shù)集成在一起，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進一步小型化，進而導(dǎo)致新一代器件和裝置的誕生。隨著人們對MOMES興趣的增長和對MOMES的有效投入，使得MOMES突現(xiàn)出針對多數(shù)應(yīng)用極具吸引力的內(nèi)在特性，適用于光通信、數(shù)字圖像獲取、顯示和處理、IT外圍設(shè)備、環(huán)保、自動化、生物醫(yī)療裝備、工業(yè)維護等各種應(yīng)用領(lǐng)域。以光通信領(lǐng)域為例，隨著DWDM技術(shù)和寬帶光放大器的發(fā)展，光網(wǎng)絡(luò)容量正以“爆炸性”的速度擴大，相應(yīng)要求互補功能和元器件的發(fā)展，基于移動微鏡的光開關(guān)和光交叉(OXC)技術(shù)既體現(xiàn)了機械光開關(guān)方案的全部優(yōu)點，同時解決了功耗問題，縮短了開關(guān)時間，并且消除了移動光纖式開關(guān)端口數(shù)目擴容的限制；除此之外，MOMES也用作DWDM通信中的可調(diào)諧光源和可調(diào)諧濾波器，并可用作光調(diào)制器和光衰減器。另一大類MOMES是屬于圖像處理的相關(guān)產(chǎn)品，例如應(yīng)用于信息的顯示、打印和處理，許多器件也都是基于靜電、熱、電磁驅(qū)動器驅(qū)動的微鏡移動機制。1.3將光學(xué)技術(shù)與微機電系統(tǒng)(MEMS)相結(jié)合1.4將光學(xué)技術(shù)與各種加工技術(shù)相結(jié)合在這一點上人們首先想到的是較大功率或大功率激光加工技術(shù)，其實這些技術(shù)在機電一體化大發(fā)展時期都已較為成熟。如今應(yīng)該重點提及的是光學(xué)加工技術(shù)在微光機電機械系統(tǒng)和光纖通訊中的應(yīng)用。用于MOMES最基本的微機械制造技術(shù)中的一種重要微加工技術(shù)是LIGA制造技術(shù)，LIGA是LithographicGalvanForming和Abforming三個詞的簡寫，是X-光射線深度光刻、電鑄和塑鑄三種工藝的組合，是利用X-射線的深穿透能力制作出高度(深度)和寬度比大的精細(xì)結(jié)構(gòu)。1.4將光學(xué)技術(shù)與各種加工技術(shù)相結(jié)合機電技術(shù)發(fā)展動向課件2光機電一體化技術(shù)的發(fā)展熱點目前國際上光機電一體化產(chǎn)業(yè)不斷進行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，使各行各業(yè)不斷融合和協(xié)調(diào)發(fā)展。基于機電一體化技術(shù)、微電子伺服控制技術(shù)、激光技術(shù)、計算機控制技術(shù)的現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)，結(jié)合目前的市場需求以及上述這些技術(shù)的發(fā)展趨勢，真正光機電一體化技術(shù)的發(fā)展熱點應(yīng)該體現(xiàn)在以下幾個方面。2.1視覺機器人視覺機器人將視覺技術(shù)與機器人技術(shù)相結(jié)合，使機器人具有與周圍環(huán)境交互的能力，是智能機器人最重要的發(fā)展方向之一，在視覺抓取、動態(tài)跟蹤、自動裝配、遠(yuǎn)程技術(shù)、移動機器人、危險作業(yè)環(huán)境、空間站對接等領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。一方面，應(yīng)用領(lǐng)域的不同及視覺機器人本身的復(fù)雜化需要人們建立相應(yīng)的體系結(jié)構(gòu)，以便于整個系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)；另一方面，隨著電子器件和計算能力的迅速發(fā)展，視覺機器人變得越來越復(fù)雜，對其設(shè)計與實現(xiàn)也提出了更高的要求。從通用的體系結(jié)構(gòu)上來講，其靜態(tài)結(jié)構(gòu)應(yīng)以視覺伺服體系結(jié)構(gòu)為基本框架，動態(tài)結(jié)構(gòu)則應(yīng)使用集散體系結(jié)構(gòu)，通過層次遞歸的方式組織各控制單元，使得各部分相對自治，整體又具有很強的擴展性；利用消息處理和分派機制來完成控制單元之間的協(xié)調(diào)。2光機電一體化技術(shù)的發(fā)展熱點2.2智能化數(shù)控系統(tǒng)和智能制造系統(tǒng)

21世紀(jì)機械制造業(yè)的特色將是信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化和不斷創(chuàng)新的綠色制造，而生物技術(shù)、納米技術(shù)、微機電系統(tǒng)將成為機械制造業(yè)的重要發(fā)展方向。因此運用現(xiàn)代信息技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)改造傳統(tǒng)制造業(yè)，成為實現(xiàn)制造業(yè)跨越式發(fā)展的重要途徑。長期以來，我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu)，CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗以固定參數(shù)形式事先設(shè)定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統(tǒng)進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機構(gòu)。智能化數(shù)控技術(shù)就是要在CAD/CAM和CNC之間形成反饋控制環(huán)節(jié)，目前正沿著幾個分支發(fā)展：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)，在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預(yù)測和預(yù)算功能、動態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達到最佳控制的目的。2.2智能化數(shù)控系統(tǒng)和智能制造系統(tǒng)

智能制造系統(tǒng)(Intelligentmanufacturingsystem)是一種智能化的制造系統(tǒng)，是由智能機器人和人類專家組合而成的人機一體化的智能系統(tǒng)，它將智能技術(shù)融合進制造系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，通過模擬人類的智能活動，取代人類專家的部分智能活動，使系統(tǒng)具有智能特征。智能制造系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)包括以下內(nèi)容：◆智能設(shè)計將專家系統(tǒng)引入設(shè)計領(lǐng)域，將人們從繁重的勞動中解脫出來，目前在CAD/CAPP/CAM領(lǐng)域中應(yīng)用專家系統(tǒng)已取得了一定進展，但仍未發(fā)揮出其全部能力。◆智能診斷◆自適應(yīng)功能◆智能管理系統(tǒng)智能制造系統(tǒng)(Intelligentmanufac2.3生物醫(yī)學(xué)電子設(shè)備生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)是一門由生物、醫(yī)學(xué)、電子學(xué)和工程學(xué)等多學(xué)科交叉的邊緣學(xué)科，它一方面將電子學(xué)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，使這些領(lǐng)域的研究方式更加精確和科學(xué)；另一方面，由于通過漫長的進化，生物體本身實際上就是一個十分優(yōu)良和精細(xì)的復(fù)雜系統(tǒng)，它形成的生物信息處理的優(yōu)異特性將會給電子學(xué)以重要的啟示，使電子信息科學(xué)發(fā)生革命性的變化。除了生物醫(yī)學(xué)傳感器、神經(jīng)電極、植入式電子系統(tǒng)、生物芯片、分子和生物分子電子學(xué)、仿生系統(tǒng)之外，最能體現(xiàn)光機電一體化技術(shù)色彩的當(dāng)屬監(jiān)護技術(shù)監(jiān)護系統(tǒng)。一般由傳感器、信號處理、識別、分析、診斷部分、顯示記錄和報警裝置以及治療系統(tǒng)等組成。及時為醫(yī)生提供患者的各種重要生理信息，為醫(yī)生正確掌握病情變化、進行正確診斷、制定醫(yī)療系統(tǒng)方案提供基本依據(jù)。隨時監(jiān)測各重要生理參數(shù)的變化、病情趨勢、預(yù)報險情，以避免病情惡化和減少死亡率，起到部分代替醫(yī)務(wù)人員臨床監(jiān)護工作的作用；為醫(yī)學(xué)臨床研究積累豐富的數(shù)據(jù)。2.3生物醫(yī)學(xué)電子設(shè)備2.4汽車電子汽車電子化被認(rèn)為是汽車技術(shù)發(fā)展進程中的一次革命，汽車電子化的程度被看作是衡量現(xiàn)代汽車水平的重要標(biāo)志，是用來開發(fā)新車型、改進汽車性能的最重要技術(shù)措施。汽車制造商認(rèn)為增加汽車電子設(shè)備的數(shù)量、促進汽車電子化是奪取未來汽車市場重要而有效的手段。按照對汽車行駛性能作用的影響劃分，可以把汽車電子產(chǎn)品歸納為兩類：一類是與車上機械系統(tǒng)進行配合使用的汽車電子控制裝置，即所謂“機電結(jié)合”的汽車電子裝置。包括發(fā)動機、底盤、車身電子控制，例如電子燃油噴射系統(tǒng)、制動防抱死控制、防滑控制、牽引力控制、電子控制懸架、電子控制自動變速器、電子動力轉(zhuǎn)向等；另一類是在汽車環(huán)境下能夠獨立使用的車載汽車電子裝置，它和汽車本身的性能并無直接關(guān)系，包括汽車信息系統(tǒng)(行車電腦)、導(dǎo)航系統(tǒng)、汽車音響及電視娛樂系統(tǒng)、車載通信系統(tǒng)、上網(wǎng)設(shè)備等。2.4汽車電子3我國光機電一體化技術(shù)與產(chǎn)品發(fā)展中的關(guān)鍵問題當(dāng)前我國已進入大規(guī)模發(fā)展光機電一體化技術(shù)的階段，如北京市政府在2002年已將光機電一體化技術(shù)列為重點發(fā)展的四大產(chǎn)業(yè)之一，集中在通州區(qū)茨渠鎮(zhèn)建立北京光機電一體化產(chǎn)業(yè)基地，“十五”期間規(guī)劃投入資金200億元，希望到2010年建成世界一流的光機電一體化產(chǎn)業(yè)基地，形成250億元的生產(chǎn)規(guī)模。但也應(yīng)該清醒地看到我國目前在這方面的工作尚屬處于“散、小、低”的狀態(tài)，即布局散、規(guī)模小、技術(shù)含量低。我國的光機電一體化技術(shù)要趕上世界先進水平，首先要重視基礎(chǔ)研究，在了解國際發(fā)展水平的同時結(jié)合我國國情探索有中國特色的研究開發(fā)模式。3我國光機電一體化技術(shù)與產(chǎn)品發(fā)展中的關(guān)鍵問題

為了加快我國光機電一體化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展步伐，逐步形成有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品體系和高效率的生產(chǎn)能力，需要特別注意以下一些關(guān)鍵問題的工作：(1)智能化光電傳感器在光機電一體化產(chǎn)品中各種傳感器的性能直接影響到產(chǎn)品的智能化程度與性能水平。當(dāng)前我國在激光檢測技術(shù)、紅外檢測技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)傳感器等方面都已能有一定產(chǎn)品，但在視覺傳感技術(shù)方面還較落后，如各種CCD傳感器還主要依賴國外產(chǎn)品，缺乏自主產(chǎn)權(quán)，也缺乏智能化、數(shù)字化產(chǎn)品。(2)圖像實時處理與識別技術(shù)這是在視覺機器人、自動檢測儀器、醫(yī)療設(shè)備中的首要問題。如在智能焊接機器人的研發(fā)工作中需要解決對焊縫視覺信息的實時處理與抗焊接電弧干擾問題，在各種無損檢測包括地下、水下、工業(yè)管道檢測中的圖像處理、缺陷診斷問題；又如在X線成像、XCT、光學(xué)CT、磁共振成像等生物醫(yī)學(xué)圖像成像技術(shù)中，當(dāng)前急需研究開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)是三維圖像的重建處理和分析、圖像的匹配與融合，以及圖像信息的壓縮技術(shù)等。為了加快我國光機電一體化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展步伐，逐步形(3)機電控制組件的模塊化智能化一體化這是發(fā)展光機電一體化產(chǎn)品與產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)。實踐經(jīng)驗表明，只有在充分應(yīng)用高精度、高性能的機電控制組件工業(yè)化產(chǎn)品的“高起點”上，才能迅速開發(fā)出有自己特色的光機電一體化新產(chǎn)品，才能保證新產(chǎn)品的質(zhì)量與批量生產(chǎn)能力。如在智能機器人的組成中大量采用了伺服電機與控制器模塊、工業(yè)計算機控制模塊、數(shù)字開關(guān)電源模塊以及機械傳動模塊等先進的工業(yè)化產(chǎn)品。但是，當(dāng)前這些模塊大都依賴進口，不但價格昂貴而且在進一步智能化、一體化開發(fā)方面受到了控制，因而迫切需要今后在這方面形成自己的專門化開發(fā)與生產(chǎn)能力，使得我國的光機電一體化產(chǎn)品也像家電、汽車一樣逐步完成國產(chǎn)化自主發(fā)展的過程。(3)機電控制組件的模塊化智能化一體化(4)人工智能控制技術(shù)這是發(fā)展光機電一體化的核心技術(shù)。當(dāng)前各種智能控制理論與控制技術(shù)正在蓬勃發(fā)展，但在實用性上還需加大開發(fā)研究力度，如模糊控制算法、擬人控制技術(shù)都具有較好的實用前景，特別是北京航空航天大學(xué)張明康教授提出的擬人控制技術(shù)具有新穎性與我國自己的特色，如能發(fā)展成實用的算法或智能化控制模塊對推動光機電一體化產(chǎn)品的智能化水平有巨大意義。另外從實用的角度，也希望能加強開發(fā)模塊化的智能控制單元，這些單元根據(jù)不同被控對象已高度集成了微處理器、I/O電路、網(wǎng)絡(luò)接口及相應(yīng)控制軟件，這樣不但能便利智能化光機電一體化新產(chǎn)品的開發(fā)生產(chǎn)，并能降低其成本提高質(zhì)量穩(wěn)定性與可靠性。(4)人工智能控制技術(shù)機器人與自動化產(chǎn)業(yè)概述

機器人與自動化產(chǎn)業(yè)是光儀電產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，主要應(yīng)用于智能控制，涉及機器人和自動化生產(chǎn)線成套裝備。一、機器人

1、工業(yè)機器人

工業(yè)機器人由操作機（機械本體）、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的光儀電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備，特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。

（1）操作機：通過有限元分析、模態(tài)分析及仿真設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計方法的運用，機器人操作機已實現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計。

（2）控制器：控制器的性能進一步提高，已由過去控制標(biāo)準(zhǔn)的6軸機器人發(fā)展到現(xiàn)在能夠控制21軸甚至27軸，并且實現(xiàn)了軟件伺服和全數(shù)字控制。機器人與自動化產(chǎn)業(yè)概述機器人與自動化產(chǎn)業(yè)是光儀電產(chǎn)（3）傳感裝置：激光傳感器、視覺傳感器和力傳感器在機器人系統(tǒng)中已得到成功應(yīng)用，并實現(xiàn)了焊縫自動跟蹤和自動化生產(chǎn)線上物體的自動定位以及精密裝配作業(yè)等，大大提高了機器人的作業(yè)性能和對環(huán)境的適應(yīng)性。

（4）并聯(lián)機構(gòu)：采用并聯(lián)機構(gòu)，利用機器人技術(shù)，實現(xiàn)高精度測量及加工，這是機器人技術(shù)向數(shù)控技術(shù)的拓展，為將來實現(xiàn)機器人和數(shù)控技術(shù)一體化奠定了基礎(chǔ)。

（5）網(wǎng)絡(luò)通信：機器人控制器已實現(xiàn)了與Canbus、Profibus總線及一些網(wǎng)絡(luò)的連接，使機器人由過去的獨立應(yīng)用向網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用邁進了一大步，也使機器人由過去的專用設(shè)備向標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備發(fā)展。

另外由于微電子技術(shù)的快速發(fā)展和大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，使機器人系統(tǒng)的可靠性有了很大的提高。機器人系統(tǒng)的可靠性已達到5萬小時，幾乎可以滿足任何場合的需求。（3）傳感裝置：激光傳感器、視覺傳感器和力傳感器在機器人系統(tǒng)2、特種機器人

非制造業(yè)領(lǐng)域機器人與制造業(yè)的相比，其主要特點是工作環(huán)境的非結(jié)構(gòu)化和不確定性，因而對機器人的要求更高，需要機器人具有行走功能，對外感知能力以及局部的自主規(guī)劃能力等，是機器人技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。

（1）水下機器人：水下機器人已用于海洋石油開采、海底勘察、救撈作業(yè)、管道敷設(shè)和檢查、電纜敷設(shè)和維護以及大壩檢查等方面，形成了有纜水下機器人和無纜水下機器人兩大類。

（2）空間機器人：空間機器人是特種機器人的重要研究領(lǐng)域。（3）地下機器人：地下機器人主要包括采掘機器人和地下管道檢修機器人兩大類，主要研究內(nèi)容為：機械結(jié)構(gòu)、行走系統(tǒng)、傳感器及定位系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、通信及遙控技術(shù)。2、特種機器人

（4）醫(yī)用機器人：醫(yī)用機器人主要研究內(nèi)容包括：醫(yī)療外科手術(shù)的規(guī)劃與仿真、機器人輔助外科手術(shù)、最小損傷外科、臨場感外科手術(shù)等。

（5）軍用機器人：目前，國外軍用機器人發(fā)展十分迅速，類型已達上百種，功用更是多種多樣，有偵察、保障、排雷、防化、進攻、防御型等等。具體有機器人地雷、機器人坦克、智能槍、智能火炮、排雷（彈）機器人、防核生化機器人、偵察機器人、智能飛機、智能導(dǎo)彈、機器人潛水器等。

可以預(yù)見，21世紀(jì)各種先進的機器人系統(tǒng)將會進入人類生活的各個領(lǐng)域，成為人類良好的助手和親密伙伴。（4）醫(yī)用機器人：醫(yī)用機器人主要研究內(nèi)容包括：醫(yī)療外科手術(shù)的3、智能機器人

目前國際上在機器人的智能化和多樣化方面，主要研究內(nèi)容集中在以下幾點：

（1）虛擬機器人技術(shù)：基于多傳感器、多媒體和虛擬現(xiàn)實以及臨場感技術(shù)，實現(xiàn)機器人的虛擬遙控操作和人機交互。

（2）多智能體控制技術(shù)：對多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、相互間的通信與磋商機理，感知與學(xué)習(xí)方法，建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進行研究。

（3）微型和微小機器人技術(shù)：這是機器人研究的一個新的領(lǐng)域和重點發(fā)展方向，微小型機器人技術(shù)的研究主要集中在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運動方式、控制方法、傳感技術(shù)、通信技術(shù)以及行走技術(shù)等方面。3、智能機器人（4）軟機器人技術(shù)：主要用于醫(yī)療、護理、休閑和娛樂場合。傳統(tǒng)機器人結(jié)構(gòu)材料多為金屬或硬性材料，軟機器人技術(shù)要求其結(jié)構(gòu)、控制方式和所用傳感系統(tǒng)在機器人意外地與環(huán)境或人碰撞時是安全的，機器人對人是友好的。

（5）仿人和仿生技術(shù)：這是機器人技術(shù)發(fā)展的最高境界，未來的機器人必須具有一定情感、社交頭腦等等特點，這也是各國科學(xué)家努力的目標(biāo)，目前僅在某些方面進行一些基礎(chǔ)研究。（4）軟機器人技術(shù)：主要用于醫(yī)療、護理、休閑和娛樂場合。傳統(tǒng)二、自動化生產(chǎn)線成套裝備自動化成套裝備是指以機器人為核心，以信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為媒介，將所有設(shè)備連接到一起而形成的大型自動化生產(chǎn)線。它是先進制造裝備的典型代表，是發(fā)展先進制造技術(shù)實現(xiàn)生產(chǎn)線的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的重要手段，目前已成為國內(nèi)外極受重視的高新技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。

在發(fā)達國家中，機器人自動化生產(chǎn)線成套裝備已成為自動化成套裝備的主流及未來自動化生產(chǎn)線成套設(shè)備的發(fā)展方向。國外汽車行業(yè)、電子和電器行業(yè)、物流與倉儲行業(yè)等已大量使用機器人自動化生產(chǎn)線，保證了其產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)的高效，典型的有大型轎車殼體沖壓自動化系統(tǒng)技術(shù)和成套裝備、大型機器人車體焊裝自動化系統(tǒng)技術(shù)和成套裝備、電子和電器等的機器人柔性自動化裝配及檢測成套技術(shù)和裝備、機器人整車及發(fā)動機裝配自動化系統(tǒng)技術(shù)和成套裝備、AGV物流與倉儲自動化成套技術(shù)及裝備等，這些機器人設(shè)備的使用大大推動了這些行業(yè)的快速發(fā)展，提升了高新制造技術(shù)的先進性。二、自動化生產(chǎn)線成套裝備

自動化生產(chǎn)線成套裝備需要研究的技術(shù)主要有：

①利用CAX及仿真系統(tǒng)等多種高新技術(shù)和設(shè)計手段，快速設(shè)計和開發(fā)機器人大型自動化生產(chǎn)線，并進行數(shù)字化驗證。

②自動化生產(chǎn)線“數(shù)字化制造”技術(shù)。國外已經(jīng)推出可進入實用的“數(shù)字化工廠”商品化軟件，建立產(chǎn)品制造工藝過程信息化平臺，再與本企業(yè)的資源管理信息化平臺和車身產(chǎn)品設(shè)計信息平臺結(jié)合，構(gòu)成支持本企業(yè)產(chǎn)品完整制造過程生命周期的信息化平臺。

③利用傳感器和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)大型生產(chǎn)線的在線檢測和監(jiān)控，確保產(chǎn)品質(zhì)量，并且實現(xiàn)產(chǎn)品的主動質(zhì)量控制。利用自動化生產(chǎn)線模塊化及可重構(gòu)技術(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)線的快速調(diào)整及重構(gòu)。④生產(chǎn)線快速整定技術(shù)。建立完整的制造過程信息技術(shù)，發(fā)展機器人等自動化設(shè)備的離線編程技術(shù)、生產(chǎn)線上的機電設(shè)備實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制管理技術(shù)、關(guān)鍵工位在線100%產(chǎn)品檢測技術(shù)、先進的生產(chǎn)線現(xiàn)場安裝精度測試技術(shù)。自動化生產(chǎn)線成套裝備需要研究的技術(shù)主要有：

發(fā)達國家廣泛應(yīng)用機器人自動化生產(chǎn)線，已形成了巨大產(chǎn)業(yè)，年市場容量約為1000億美元[4]。國際上著名公司ABB、COMAS、KUKA、BOSCH、NDC、SWISSLOG、村田等都是機器人自動化生產(chǎn)線及物流與倉儲自動化設(shè)備的集成供應(yīng)商。

全球過程自動化產(chǎn)品市場銷售額預(yù)計2006年將超過700億美元。從2001年到2006年年平均增長率將達到4.6%。主要應(yīng)用于玻璃、陶瓷、鋼鐵和有色金屬工業(yè)、軋鋼和鋁板材工業(yè)、化學(xué)、食品和制藥業(yè)、石化工業(yè)、紙漿和造紙業(yè)、環(huán)保、礦山、石油和天然氣工業(yè)等。其中礦山工業(yè)為70億美元、原材料工業(yè)90億美元、過程工業(yè)360億美元、電站110億美元、環(huán)保工業(yè)70億美元。就全球而言，北美占27.2%、西歐占26%、亞非（不包括日本）占21.1%、日本占12.3%、東歐占4.7%、南美占4.9%，其它地區(qū)占3.7%。發(fā)達國家廣泛應(yīng)用機器人自動化生產(chǎn)線，已形成了巨大產(chǎn)業(yè)

我國近幾年機器人自動化生產(chǎn)線已經(jīng)不斷出現(xiàn)，并給用戶帶來顯著效益。目前國內(nèi)已建立了多條弧焊機器人生產(chǎn)線、裝配機器人生產(chǎn)線、噴涂生產(chǎn)線和焊裝生產(chǎn)線。隨著我國工業(yè)企業(yè)自動化水平的不斷提高，機器人自動化線的市場也會越來越大，并且逐漸成為自動化生產(chǎn)線的主要方式。我國機器人自動化生產(chǎn)線裝備的市場剛剛起步，而國內(nèi)裝備制造業(yè)正處于由傳統(tǒng)裝備向先進制造裝備轉(zhuǎn)型的時期，這就給機器人自動化生產(chǎn)線研究開發(fā)者帶來巨大商機。據(jù)預(yù)測，目前我國僅汽車行業(yè)、電子和家電行業(yè)、煙草行業(yè)、新能源電池行業(yè)等，年需求自動化線就達300多條，產(chǎn)值約為60多億元人民幣。據(jù)初步測算，“十一五”期間，僅汽車制造業(yè)的需求市場容量將達到800多億元人民幣我國近幾年機器人自動化生產(chǎn)線已經(jīng)不斷出現(xiàn)，并給用戶帶2005世界機器人調(diào)查

一、2004年全球工業(yè)機器人區(qū)域狀況經(jīng)過2001-2002這兩年全球市場對工業(yè)機器人需求的回落后，2003年開始出現(xiàn)了回升，同比增長19%。2004年仍然保持上升勢頭，同比增長17%。2003-2004年增長的原因得益于所有亞洲市場需求的強勁增長，以及歐洲、美洲市場的增長。2005世界機器人調(diào)查一、2004年全球工業(yè)機器人區(qū)域狀況1、亞洲

2004年，亞洲國家（包括澳大利亞和新西蘭）由于汽車工業(yè)和電子、電器工業(yè)投資的強勁增長，提供亞洲國家的工業(yè)機器人為52000余套，比2003年增加29%。

日本工業(yè)機器人的銷售量經(jīng)過2001-2002年兩年的下降后，2003年市場出現(xiàn)轉(zhuǎn)機，大幅上漲了25%。2004年工業(yè)機器人在日本的安裝數(shù)量繼續(xù)上漲，達到37100套，較2003年增加17%。就行業(yè)分析，2004年日本汽車工業(yè)和電子、電器工業(yè)的工業(yè)機器人安裝數(shù)量激增，分別比上年增長42%和64%。

2004年韓國工業(yè)機器人的安裝數(shù)量也增長了17%，主要原因在于汽車工業(yè)對機器人的投資增加。亞洲市場其他國家，包括中國、印度、印尼、馬來群島、菲律賓共和國、新加坡、泰國和臺灣地區(qū)，工業(yè)機器人安裝數(shù)量平均增長125%，但這些市場規(guī)模相對較小。1、亞洲2、北美在北美（美國、加拿大、墨西哥），2004年工業(yè)機器人的安裝數(shù)量較上年增加6%，達到13400套，創(chuàng)出了工業(yè)機器人的最高銷售紀(jì)錄。北美工業(yè)機器人的銷售量在2000年達到頂峰13000套后，2001-2002年間下滑到不到10000套。到了2003年，銷售額開始出現(xiàn)恢復(fù)性上漲，較2002年增加28%，達到12700套。2004，北美成為全球工業(yè)機器人第二大市場，落后于日本，領(lǐng)先于德國。汽車零部件制造商和其他工業(yè)成為北美地區(qū)工業(yè)機器人安裝數(shù)量增加的貢獻者，而汽車制造商卻并未增加對工業(yè)機器人的投資。2、北美3、歐洲在歐洲，2000年工業(yè)機器人安裝量增長18%，為30600套，2001年繼續(xù)增長3%，為31600套。在2002年時，市場出現(xiàn)了下滑，下跌15%，為26700套。2003年開始市場開始恢復(fù)，小幅增長4%，為27800套。2004年繼續(xù)小幅增長5%，達到29300套。歐洲汽車工業(yè)總體上來說，是使用工業(yè)機器人最大用戶，2004年比上年增長5%。汽車業(yè)中的汽車零部件供應(yīng)商的工業(yè)機器人安裝量增長23%，終端汽車制造商卻下降6%。其他工業(yè)中，化學(xué)工業(yè)工業(yè)機器人安裝量增長72%，機械工業(yè)增長22%，食品工業(yè)增長24%。在歐洲，食品工業(yè)機器人的安裝數(shù)量比美國和亞洲來得多。歐洲食品工業(yè)機器人占3%的份額，而美國和亞洲則低于1%。3、歐洲二、全球工業(yè)機器人發(fā)展趨勢及展望1、歐洲和北美迅速趕超日本

20世紀(jì)90年代早期，歐洲和北美多功能工業(yè)機器人的安裝量僅為日本工業(yè)機器人（所有類型）的25%和7%。根據(jù)日本更精確的統(tǒng)計報告，2001-2002年間，在歐洲安裝的多功能工業(yè)機器人的數(shù)量超過了日本。但到了2003年，日本市場再一次超過了歐洲。

目前運行的工業(yè)機器中，歐洲和北美的工業(yè)機器人數(shù)量也在不斷增長，歐洲運行的工業(yè)機器人數(shù)量從1994年占日本的34%上升至2004年的78%。北美則從13%上升至34%。二、全球工業(yè)機器人發(fā)展趨勢及展望2、全球運行的工業(yè)機器人數(shù)量統(tǒng)計從20世紀(jì)60年代末至2004年底，全球累計銷售的工業(yè)機器人數(shù)量為1500000套。目前很多老的工業(yè)機器人已經(jīng)無法工作了。現(xiàn)在運行的工業(yè)機器人的實際數(shù)量要小于這個數(shù)字。UNECE和IFR估計，至2004年底，全球運行的工業(yè)機器人數(shù)量在最小值848000套至最大值1120000套之間。

最大值是基于工業(yè)機器人12年的工作年限得出的，UNECE/IFR研究表明工業(yè)機器人的實際使用年限可能達到15年，達到1120000套。與2003年相比，2004年運行工業(yè)機器人最小值為848000套比2003年增加6%。日本工業(yè)機器人的數(shù)據(jù)幾乎占到全球的一半，主要是因為日本工業(yè)機器人的統(tǒng)計口徑是所有型號的工業(yè)機器人。其市場份額也在迅速縮小。2、全球運行的工業(yè)機器人數(shù)量統(tǒng)計表1：2003-2004多功能工業(yè)機器人的安裝和運行數(shù)量及2008年的預(yù)測年度安裝數(shù)量年底運行數(shù)量國家200320042008200320042008美洲12,95713,67416,800115,384125,235159,900阿根廷3317

172189

巴西231208

2,1442,352

智利

5

5

北美（美加墨）12,69313,44416,500112,390121,937155,700-加拿大1,235440

4,0774,517

-墨西哥172877

1,2602,137

北美其它地區(qū)

678752

表1：2003-2004多功能工業(yè)機器人的安裝和運行數(shù)量及2中國1,4513,493

3,6037,096

印度57369

250619

印尼4474

47121

伊朗336106

404510

Japan31,58837,08645,900348,734356,483390,500馬來西亞191250

1,2021,452

菲律賓2065

2893

韓國(所有類型工業(yè)機器人)4,6605,457

47,84551,302

新加坡48244

5,2735,443

臺灣地區(qū)1,4543,680

8,73011,881

泰國156757

2571,014

亞洲其它地區(qū)578

2,7123,009

澳洲/新西蘭569652

3,6364,170

亞洲/澳洲40,57952,31170,400422,721443,193532,900中國1,4513,493

3,6037,096

印度5736歐洲27,83229,29633,700262,025278,906348,100奧地利365545

3,6023,907

比利時715536

9,0538,749

捷克498163

1,4451,533

丹麥288296

2,0782,342

愛沙尼亞11

12

芬蘭387288

3,4073,599

法國3,1173,0093,40026,13728,13335,900德國13,08113,40114,900112,393120,544151,100希臘193

6063

匈牙利3577

216285

愛爾蘭，冰島1023

1437

以色列547

94141

意大利5,1985,6796,20050,04353,24465,900立陶宛

1

1

挪威4861

684724

波蘭6075

584643

葡萄牙135211

1,3671,488

歐洲27,83229,29633,700262,025278羅馬尼亞918

927

俄羅斯924

5,0005,000

斯洛伐克139

494483

斯洛文尼亞3115

494391

西班牙2,0312,826

19,84721,893

瑞典386833

6,9597,341

瑞士240310

3,4793,539

土耳其5124

172196

烏克蘭16

17

英國1,1117851,00014,01514,17614,000歐洲其它地區(qū)

377418

非洲10887100343430800南非10887

343430

小計（除日本、韓國）45,22852,82568,400403,894439,979651,200總計（包括日本、韓國）81,47695,368121,000800,473847,7641,041,700羅馬尼亞918

927

俄羅斯924

5,0005,000

3、到2008年預(yù)測1）全球工業(yè)機器人的安裝數(shù)量將強勁增長

2004年，汽車工業(yè)末端制造商對工業(yè)機器人的需求下降，而汽車零部件工業(yè)對工業(yè)機器人的需求增長。最近幾年，汽車制造商很難在象西歐、美國、加拿大和日本等傳統(tǒng)的市場上增加汽車的銷量。無論是新的車型或者是特別的折扣價格都無法根本改變市場的需求。在最近兩年，新車型策略導(dǎo)致了新工廠的增加以及老工廠的重組，這使得2004年汽車零部件工業(yè)商大量投資工業(yè)機器人，而且這種形勢延續(xù)到了2005年。

預(yù)計到2008年，全球工業(yè)機器人的安裝數(shù)量將強勁增長。雖然西歐、北美和日本汽車工業(yè)末端制造商對工業(yè)機器人的需求下降，但汽車零部件工業(yè)對工業(yè)機器人的需求旺盛。總體上，全球工業(yè)機器人市場需求仍在增長。在一些通用工業(yè)尤其是包裝工業(yè)、食品工業(yè)、橡膠和塑料工業(yè)以及機械工業(yè)，對工業(yè)機器人的需求快速增長。而機器人技術(shù)的發(fā)展，如新的控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、傳感器技術(shù)以及機器人視覺技術(shù)的應(yīng)用，也將提升市場對機器人的需求。全球工業(yè)機器人市場銷量將從2004年的95400套增長至2008年的121000套，年均復(fù)合增長6.1%。3、到2008年預(yù)測（1）日本銷量將持續(xù)恢復(fù)上漲

2004至2008年間，日本工業(yè)機器人年度銷量將從37100套增加到45900套。2005年，由于汽車工業(yè)（包括汽車零部件業(yè)）需求強勁增長，工業(yè)機器人的銷量保持連續(xù)上漲勢頭。預(yù)計2006至2008年間，替換性的投資以及新的應(yīng)用的增加，將確保工業(yè)機器人銷量持續(xù)增長。（2）北美市場強勁增長

2005年，北美汽車工業(yè)帶動了該地區(qū)工業(yè)機器人市場的增長。尤其是日本汽車制造商為了與他們的美國競爭對手爭奪市場，不斷擴大其在美國的市場容量，增加汽車銷售量。在墨西哥，汽車制造商和汽車零部件制造商持續(xù)投入巨資建廠。2004年至2008年間，工業(yè)機器人在北美的銷量將從13400套增加到16500套，年度復(fù)合增長5.3%。（1）日本銷量將持續(xù)恢復(fù)上漲（3）歐洲市場緩慢增長歐洲工業(yè)機器人市場銷售量將從2004年的29300套增長到2008年的33700套，年度復(fù)合增長3.6%。在西歐，汽車工業(yè)對機器人投資下降，而在東歐國家，投資將超過平均增長率。2005年至2006年，汽車零部件業(yè)的投資需求繼續(xù)將增長。2004年，所有新安裝的工業(yè)機器人中，60%來自汽車制造業(yè)包括汽車零部件業(yè)。2）全球運行的工業(yè)機器人數(shù)量將持續(xù)增長據(jù)UNECE/IFR的季度統(tǒng)計，2005年上半年，全球工業(yè)機器人進口定單比2004年同期增長13%。北美進口定單激增36%，歐洲增長7%，亞洲地區(qū)下跌1%左右，其它地區(qū)下跌49%。

預(yù)計2008，北美地區(qū)運行的多功能工業(yè)機器人將達到156000套。歐洲為348000套，其中，德國為151000套，意大利為66000套，法國36000套，英國14000套。（3）歐洲市場緩慢增長數(shù)控系統(tǒng)伺服電機控制技術(shù)發(fā)展動向

現(xiàn)代電機控制理論發(fā)展使機床數(shù)控伺服系統(tǒng)實現(xiàn)交流化、數(shù)字化、智能化機床數(shù)控系統(tǒng)中，常用的伺服電機和控制系統(tǒng)有:(一)開環(huán)控制系統(tǒng)采用步進電機作為驅(qū)動器件，無須位置和速度檢測器件，也沒有反饋電路，控制電路簡單，價格低廉。步進電機和普通電機的區(qū)別主要就在于它的脈沖控制，正是這個特點，步進電機可以和現(xiàn)代的數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合。不過步進電機在控制的精度、速度變化范圍、低速性能方面都不如傳統(tǒng)的閉環(huán)控制的直流伺服電動機。在精度不是需要特別高的場合就可以使用步進電機，步進電機可以發(fā)揮其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高和成本低的特點。數(shù)控系統(tǒng)伺服電機控制技術(shù)發(fā)展動向現(xiàn)代電機控制理論發(fā)展使(二)半閉環(huán)和閉環(huán)位置控制系統(tǒng)采用直流伺服電機或交流伺服電機作為驅(qū)動部件，可以采用內(nèi)裝于電機內(nèi)的脈沖編碼器，無刷旋轉(zhuǎn)變壓器或測速發(fā)電機作為位置/速度檢測器件來構(gòu)成半閉環(huán)位置控制系統(tǒng)，也可以采用直接安裝在工作臺的光柵或感應(yīng)同步器作為位置檢測器件，來構(gòu)成高精度的全閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。70年代，美國GATTYS公司發(fā)明了機床用直流力矩伺服電機，從此各國數(shù)控機床開始大量采用直流伺服電機驅(qū)動。開環(huán)系統(tǒng)逐漸由閉環(huán)系統(tǒng)取代。以直流伺服電機作為驅(qū)動器件的直流伺服系統(tǒng)，控制電路比較簡單，價格較低。其主要缺點是直流伺服電機內(nèi)部有機械換向裝置，碳刷易磨損，維修工作量大，運行時易起火花，給電機的轉(zhuǎn)速和功率的提高帶來較大的困難。交流異步電機雖然價格便宜、結(jié)構(gòu)簡單，但早期由于控制性能差，所以很長時間沒有在數(shù)控系統(tǒng)上得到應(yīng)用。隨著電力電子技術(shù)和現(xiàn)代電機控制理論的發(fā)展，1971年，德國西門子的Blaschke發(fā)明了交流異步機的矢量控制法;1980年，德國人Leonhard為首的研究小組在應(yīng)用微處理器的矢量控制的研究中取得進展，使矢量控制實用化。從70年代末，數(shù)控機床逐漸采用異步電機為主軸驅(qū)動電機。

(二)半閉環(huán)和閉環(huán)位置控制系統(tǒng)

永磁無刷直流電機具有良好的伺服性能。從80年代開始，逐漸應(yīng)用在數(shù)控系統(tǒng)的進給驅(qū)動裝置上。交流伺服系統(tǒng)采用交流伺服電機作為驅(qū)動器件，可以和直流伺服電機一樣構(gòu)成高精度、高性能的半閉環(huán)或全閉環(huán)控制系統(tǒng)，由于交流伺服電機內(nèi)是無刷結(jié)構(gòu)，幾乎不需維修，體積相對較小，有利于轉(zhuǎn)速和功率的提高。目前交流伺服系統(tǒng)已在很大范圍內(nèi)取代了直流伺服系統(tǒng)。在當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)中，伺服技術(shù)取得的突破可以歸結(jié)為:交流伺服取代直流伺服、數(shù)字控制取代模擬控制、或者把它稱為軟件控制取代硬件控制。這兩種突破的結(jié)果產(chǎn)生了交流數(shù)字驅(qū)動系統(tǒng)，應(yīng)用在數(shù)控機床的伺服進給和主軸裝置上。由于電力電子技術(shù)及控制理論、微處理器等微電子技術(shù)的快速發(fā)展，軟件運算及處理能力的提高，采用高速微處理器和專用數(shù)字信號處理器(DSP-DigitalSignalProcessor)的全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)出現(xiàn)后，使系統(tǒng)的計算速度大大提高，采樣時間大大減少。原來的硬件伺服控制變?yōu)檐浖欧刂疲恍┈F(xiàn)代控制理論中的先進算法得到實現(xiàn)，進而大大地提高了伺服系統(tǒng)的性能。永磁無刷直流電機具有良好的伺服性能。從80年代開始，

傳感器檢測技術(shù)的發(fā)展也極大地提高了交流電動機調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能和定位精度。普遍采用的霍爾傳感器具有小于1μs的響應(yīng)時間。交流電動機調(diào)速系統(tǒng)一般選用無刷旋轉(zhuǎn)變壓器、混合型的光電編碼器和絕對值編碼器作為位置、速度傳感器。隨著它們的轉(zhuǎn)速、分辨率的不斷提高，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)、調(diào)速范圍以及低速性能也相應(yīng)提高。傳統(tǒng)的具有A、B(兩相信號的編碼器，由于它不能兼顧分辨率和高速度，且信號線太多，從而影響了高精度、高速度的伺服系統(tǒng)的實現(xiàn)。而新型的編碼器則克服了上述缺點，如日本FANUC公司生產(chǎn)的脈沖編碼器(絕對型)，由于它將來自正余弦信號的角度轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，使它具有4000r/min的高速以及高達1000000p/r或65536p/r的分辨率。另外，伺服電動機本身也在向高速方向發(fā)展，與上述高速編碼器配合實現(xiàn)了60m/min甚至100m/min的快速進給和1g的加速度。而在電動機磁路設(shè)計上也作了改進，使電動機旋轉(zhuǎn)更加平滑，再配合高速數(shù)字伺服軟件，可使電動機即使在小于1μm轉(zhuǎn)動時也顯得平滑而無爬行。傳感器檢測技術(shù)的發(fā)展也極大地提高了交流電動機調(diào)速系統(tǒng)(三)機床大功率電主軸的高速化、一體化當(dāng)前，世界數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展趨勢之一是高速、高效、高精度。從80年代開始，由于數(shù)控機床的主軸、進給系統(tǒng)等功能部件的突破，數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)速和進給速度都大幅度提高，以及制造技術(shù)的全面進步，使金屬切削加工進入了高速切削的新階段。90年代以來，歐、美、日各國爭相開發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機床，加快機床高速化發(fā)展步伐。高速電主軸單元轉(zhuǎn)數(shù)在30000r/min(有的高達1×105r/min)以上;工作臺的移動速度(進給速度):在分辨率為1μm時,在100m/min(有的到200m/min)以上,在分辨率為0.1μs時，在24m/min以上。為了實現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如大功率高速電主軸、高加/減速度直線電機驅(qū)動進給部件以及高性能控制系統(tǒng)得到了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進一步擴大。(三)機床大功率電主軸的高速化、一體化

超高速加工是繼數(shù)控技術(shù)之后，使制造技術(shù)產(chǎn)生第二次革命性飛躍的一項高新技術(shù)。超高速機床是實現(xiàn)超高速加工的物質(zhì)基礎(chǔ)，而高速主軸單元則是超高速機床的“核心”部件，它的性能直接決定了機床的超高速加工性能。最佳適合高速運轉(zhuǎn)的主軸形式是將主軸電機的定子、轉(zhuǎn)子直接裝入主軸組件的內(nèi)部，形成電主軸，實現(xiàn)機床主軸系統(tǒng)的一體化、“零傳動”。電主軸具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小、動態(tài)特性好等優(yōu)點，并可改善機床的動平衡，避免振動和噪聲，在超高速切削機床上得到了廣泛的應(yīng)用。電主軸的工作轉(zhuǎn)速極高，這對其結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造和控制提出了非常嚴(yán)格的要求，并帶來了一系列技術(shù)難題，如主軸的散熱、動平衡、支承、潤滑及其控制等。在應(yīng)用中，必須妥善解決這些技術(shù)難題，才能確保電主軸高速運轉(zhuǎn)和精密加工的可靠性。超高速加工是繼數(shù)控技術(shù)之后，使制造技術(shù)產(chǎn)生第二次革命

電主軸一體化所融合的技術(shù)包括:1.高速電機技術(shù)

電主軸是電動機與主軸融合在一起的產(chǎn)物，電動機的轉(zhuǎn)子即為主軸的旋轉(zhuǎn)部分，理論上可以把電主軸看作一臺高速電動機。關(guān)鍵技術(shù)是高速度下的動平衡;2.高速軸承技術(shù)

電主軸通常采用復(fù)合陶瓷滾動軸承，耐磨耐熱，壽命是傳統(tǒng)軸承的幾倍;有時也采用電磁懸浮軸承或靜壓軸承，內(nèi)外圈不接觸，理論上壽命無限;3.油霧潤滑

電主軸的潤滑一般采用定時定量油氣潤滑;也可以采用脂潤滑，但相應(yīng)的速度要打折扣。所謂定時，就是每隔一定的時間間隔注一次油。所謂定量，就是通過一個叫定量閥的器件，精確地控制每次潤滑油的油量。而油氣潤滑，指的是潤滑油在壓縮空氣的攜帶下，被吹入陶瓷軸承。油量控制很重要，太少，起不到潤滑作用;太多，在軸承高速旋轉(zhuǎn)時會因油的阻力而發(fā)熱。

電主軸一體化所融合的技術(shù)包括:4.冷卻裝置

為了盡快給高速運行的電主軸散熱，通常對電主軸的外壁通以循環(huán)冷卻劑，冷卻裝置的作用是保持冷卻劑的溫度。5.內(nèi)置脈沖編碼器

為了實現(xiàn)自動換刀以及剛性攻螺紋，電主軸內(nèi)置一脈沖編碼器，以實現(xiàn)準(zhǔn)確的相角控制以及與進給的配合。主軸系統(tǒng)所用的位置編碼器分辨率也已達到360000p/r。6.高頻變頻裝置

要實現(xiàn)電主軸每分鐘幾萬甚至十幾萬轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，必須用一高頻變頻裝置來驅(qū)動電主軸的內(nèi)置高速電動機，變頻器的輸出頻率必須達到上千或幾千Hz。4.冷卻裝置

主軸傳動用電動機和進給傳動一樣，經(jīng)歷了從普通三相異步電動機傳動到直流主軸傳動，而隨著微處理器技術(shù)和大功率晶體管技術(shù)的進展，現(xiàn)在又進入了交流主軸伺服系統(tǒng)的時代，目前已很少見到在數(shù)控機床上有使用直流主軸伺服系統(tǒng)了。

當(dāng)代電主軸所使用的電機，不僅有異步交流感應(yīng)電機，還有永磁同步電機，后者在相同功率下，外形尺寸較小，且轉(zhuǎn)子為永久磁鐵不發(fā)熱。

高速主軸單元技術(shù)在一些工業(yè)發(fā)達國家已經(jīng)發(fā)展到較高水平，并被廣泛應(yīng)用于高速機床行業(yè)，已經(jīng)產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。主軸傳動用電動機和進給傳動一樣，經(jīng)歷了從普通三相異步(四)以直線電動機直接驅(qū)動的直線伺服進給技術(shù)已趨成熟高速高精加工機床的進給驅(qū)動，主要有傳統(tǒng)的“旋轉(zhuǎn)伺服電機+精密高速滾珠絲杠”和新型的“直線電機直接驅(qū)動”兩種類型。滾珠絲杠由於工藝成熟，應(yīng)用廣泛，不僅精度能達到較高(ISO34081級)，而且實現(xiàn)高速化的成本也相對較低，所以迄今仍為許多高速加工機床所采用。當(dāng)前使用滾珠絲杠驅(qū)動的高速加工機床最大移動速度90m/min，加速度1.5g。但滾珠絲杠畢竟是機械傳動，從伺服電機到移動部件間有一系列機械元件，勢必存在彈性變形、摩擦和反向間隙，相應(yīng)造成運動滯后和其它非線性誤差，目前滾珠絲杠副的移動速度和加速度已提高較多，再進一步提高的余地有限。自1993年，在機床進給上開始應(yīng)用直線電機直接驅(qū)動，它是高速高精加工機床特別是其中的大型機床更理想的驅(qū)動方式。目前使用直線電機的高速高精加工機床最大快移速度已達208m/min，加速度2g(Mazak的HMCF3-660L加工中心的水平)，并且還有發(fā)展余地。

(四)以直線電動機直接驅(qū)動的直線伺服進給技術(shù)已趨成熟

與滾珠絲杠傳動相比，直線電機直接驅(qū)動的優(yōu)點是:1.高剛度直線電機直接和負(fù)載連接，沒有間隙，有更高的動態(tài)剛度。2.更寬的速度范圍現(xiàn)代電機技術(shù)，很容易實現(xiàn)寬調(diào)速，速度變化范圍可達,1:10000以上。例如，美國科爾摩根公司DDL永磁直線電機高速大于5m/s，低速1μm/s。3.加速特性好、運動慣量小、有更高動態(tài)響應(yīng)性能。4.運行平穩(wěn)，位置精度高(基本上取決于位置反饋檢測元件)。5.無行程限制。6.采用模塊結(jié)構(gòu),可接長適應(yīng)不同行程要求。7.采用直線電機直接驅(qū)動8.省去了一切中間機械傳動，從根本上減小了機械摩損與傳動誤差，減少維護工作。9.軌跡誤差小，高速下可獲得良好的定位精度。直線電機直接驅(qū)動的優(yōu)點正好彌補滾珠絲杠傳動的不足，與滾珠絲杠傳動相比，其速度提高30倍，加速度提高10倍，最大達10g，剛度提高7倍，最高響應(yīng)頻率達100Hz。

與滾珠絲杠傳動相比，直線電機直接驅(qū)動的優(yōu)點是:

直線電機直接驅(qū)動也存在一些缺點和問題，除控制難度大(中間沒有緩沖環(huán)節(jié)和存在端部效應(yīng))外，還存在強磁場對周邊產(chǎn)生磁干擾，影響滾動導(dǎo)軌副的壽命，同時給排屑、裝配、維修帶來困難，以及發(fā)熱大、散熱條件差。需解決散熱、隔磁、足夠的推力、自鎖和移動部件輕量化等方面的問題，才能在機床上實際應(yīng)用，同時成本較高也影響其推廣應(yīng)用。目前這些問題都已得到不同程度的解決，采用者愈來愈多。交流直線伺服電機也有感應(yīng)(異步)式和同步式兩大類，同步式(次級為永久磁鋼)由于效率高、推力密度大、可控性好等優(yōu)點，盡管其對隔磁防塵要求較高和裝配較困難，現(xiàn)在也已成為機床用直線電機的主流。例如，美國Ingersoll銑床公司生產(chǎn)的HVM800高速臥式加工中心，X、Y、Z三軸都采用永磁同步直線伺服電機，最大進給速度可達76.2m/min，最大加速度1.5g。直線電機直接驅(qū)動也存在一些缺點和問題，除控制難度大(中

在高速高精加工機床領(lǐng)域，直線電機驅(qū)動和滾珠絲杠驅(qū)動雖然還會并存相當(dāng)長一段時間，但總的趨勢是直線電機驅(qū)動所占比重會愈來愈大，將來很有可能成為此種機床進給驅(qū)動的主流。現(xiàn)在世界各國的知名機床制造商(比如以發(fā)展?jié)L珠絲杠驅(qū)動聞名于世的日本Mazak公司和韓國的大宇公司)都紛紛推出直線電機驅(qū)動的機床，而德國的DMG公司，2001年便已銷售裝有直線電機的機床約1000臺。種種跡象表明，直線電機驅(qū)動在高速高精加工機床上的應(yīng)用已進入加速增長期。在高速高精加工機床領(lǐng)域，直線電機驅(qū)動和滾珠絲杠驅(qū)動雖然還五軸高速加工中心的發(fā)展動向

近十多年來，由于刀具、驅(qū)動、控制和機床等技術(shù)的不斷進步，高速加工和高效加工，特別是高速硬銑已在模具制造業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用和推廣，傳統(tǒng)的電火花加工在很多場合已被高速硬銑所替代。通過高速硬銑對一次裝夾下的模具坯件進行綜合加工，不僅大大提高了模具的加工精度和表面質(zhì)量，大幅度減少了加工時間，而且簡化了生產(chǎn)工藝流程，從而顯著縮短了模具的制造周期，降低了模具生產(chǎn)成本。高速加工中心不斷提高的工作性能是模具制造業(yè)得以高效和高精度加工模具的重要前提。近年來，在驅(qū)動技術(shù)的推動下，涌現(xiàn)出結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、性能優(yōu)良的眾多不同類型的高速加工中心。90年代中后期出現(xiàn)的三軸高速加工中心現(xiàn)已發(fā)展到五軸高速加工中心。在驅(qū)動方式上，已從直線運動（X/Y/Z軸）的伺服電機和滾珠絲杠驅(qū)動發(fā)展到目前的直線電機驅(qū)動，回轉(zhuǎn)運動（A和C軸）采用了直接驅(qū)動的轉(zhuǎn)矩電機，有的公司并通過直線電機和轉(zhuǎn)矩電機使加工中心發(fā)展成全采用直接驅(qū)動的五軸加工中心。顯著提高了加工中心的行程速度、動態(tài)性能和定位精度。五軸高速加工中心的發(fā)展動向近十多年來，由于刀具、驅(qū)

從高速加工中心不斷創(chuàng)新的過程中可以看出，充分利用當(dāng)今技術(shù)領(lǐng)域里的最新成就，特別是利用驅(qū)動技術(shù)和控制技術(shù)的最新成果，是不斷提高加工中心高速性能、動態(tài)特性和加工精度的關(guān)鍵。電主軸

高速電主軸是高速加工中心的核心部件。在模具自由曲面和復(fù)雜輪廓的加工中，常常采用2～12mm較小直徑的立銑刀，而在加工銅或石墨材料的電火花加工用的電極時，要求很高的切削速度，因此，電主軸必須具有很高的轉(zhuǎn)速。目前，加工中心的主軸轉(zhuǎn)速大多在18000～42000r/min，瑞士Mikro的高速加工中心XSM400U/XSM600U其主軸轉(zhuǎn)速已達54000r/min。而對于模具的微細(xì)銑削（銑刀直徑一般采用0.1～2mm），則需要更高的轉(zhuǎn)速。如德國Kugler公司的五軸高精度銑床，其最高主軸轉(zhuǎn)速達160000r/min（采用空氣軸承），這樣的高轉(zhuǎn)速，當(dāng)采用0.3mm直徑的銑刀加工鋼模時，就可達到150m/min的切削速度。目前，德國Fraunhofer生產(chǎn)技術(shù)研究所正在開發(fā)轉(zhuǎn)速為300000r/min的空氣軸承支撐的主軸。從高速加工中心不斷創(chuàng)新的過程中可以看出，充分利用當(dāng)今直線電機由于這種直線驅(qū)動免去了將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動的傳動元件，從而可顯著提高軸的動態(tài)性能、移動速度和加工精度。采用直線電機驅(qū)動的機床可顯著提高生產(chǎn)率。例如在加工電火花加工用的電極時，加工時間要比采用傳統(tǒng)高速銑床減少50%。直線電機可以顯著提高高速機床的動態(tài)性能。由于模具大多數(shù)是三維曲面，刀具在加工曲面時，刀具軸要不斷進行制動和加速。只有通過較高的軸加速度才能在很高的軌跡速度情況下，在較短的軌跡路徑上確保以恒定的每齒進給量跟蹤給定的輪廓。如果曲面輪廓的曲率半徑愈小，進給速度愈高，那么要求的軸加速度愈高。因此，機床的軸加速度在很大程度上影響到模具的加工精度和刀具的耐用度。直線電機轉(zhuǎn)矩電機

在高速加工中心上，回轉(zhuǎn)工作臺的擺動以及叉形主軸頭的擺動和回轉(zhuǎn)等運動，已廣泛采用轉(zhuǎn)矩電機來實現(xiàn)。轉(zhuǎn)矩電機是一種同步電機，其轉(zhuǎn)子直接固定在所要驅(qū)動的部件上，所以沒有機械傳動元件，它像直線電機一樣是直接驅(qū)動裝置。轉(zhuǎn)矩電機所能達到的角加速度要比傳統(tǒng)的蝸輪蝸桿傳動高6倍，在擺動叉形主軸頭時加速度可達到3g。由于轉(zhuǎn)矩電機可達到極高的靜態(tài)和動態(tài)負(fù)載剛性，從而提高了回轉(zhuǎn)軸和擺動軸的定位精度和重復(fù)精度。

應(yīng)該提及的是，直接驅(qū)動的直線軸與直接驅(qū)動的回轉(zhuǎn)軸相組合，使機床所有的運動軸具有較高的動態(tài)性能和調(diào)節(jié)特性，從而為高速度、高精度和高表面質(zhì)量加工模具自由曲面提供了最佳條件。

轉(zhuǎn)矩電機控制系統(tǒng)

CNC控制系統(tǒng)是高速加工中心的重要組成部分，它在很大程度上決定著機床加工的速度、精度和表面質(zhì)量。因此，對于加工模具自由曲面的高速機床，數(shù)控系統(tǒng)的性能具有特別重要的意義。應(yīng)用于模具高速加工的現(xiàn)代CNC數(shù)控系統(tǒng)，除了具有為確保高速進給速度所必要的很短程序處理時間外，還應(yīng)具有Nurbs和樣條插補功能，并能以納米的分辨率進行工作，以便在高速加工的情況下獲得高的加工精度和表面質(zhì)量。目前，高檔的數(shù)控系統(tǒng)也都能與不同廠家的CAD/CAM系統(tǒng)進行連接，數(shù)據(jù)從CAD/CAM系統(tǒng)經(jīng)以太網(wǎng)以很高的速度傳送到控制系統(tǒng)上。CAD/CAM集成到控制系統(tǒng)上，在很大程度上能使模具復(fù)雜輪廓的加工獲得良好的效果，并對縮短調(diào)整時間和編程時間做出十分重要的貢獻。控制系統(tǒng)機電一體化研究現(xiàn)狀及發(fā)展應(yīng)用前景1.機電一體化的研究現(xiàn)狀1.1計算機數(shù)控機床1.2工業(yè)機器人1.3先進制造系統(tǒng)1.4汽車的機電一體化1.5智能控制系統(tǒng)

機電一體化研究現(xiàn)狀及發(fā)展應(yīng)用前景1.機電一體化的研究現(xiàn)狀機電一體化研究現(xiàn)狀及發(fā)展應(yīng)用前景2.機電一體化發(fā)展趨勢2.1計算機集成制造系統(tǒng)2.2智能制造技術(shù)2.3精益生產(chǎn)方式和敏捷制造技術(shù)2.4快速零件制造技術(shù)2.5面向21世紀(jì)的制造模式機電一體化研究現(xiàn)狀及發(fā)展應(yīng)用前景2.機電一體化發(fā)展趨勢演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！機電技術(shù)應(yīng)用行業(yè)發(fā)展動態(tài)機電技術(shù)應(yīng)用行業(yè)發(fā)展動態(tài)主要內(nèi)容國外機電一體化電機發(fā)展動向世界機電產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢光機電一體化技術(shù)與產(chǎn)品發(fā)展前景分析機器人與自動化產(chǎn)業(yè)概述2005世界機器人調(diào)查數(shù)控系統(tǒng)伺服電機控制技術(shù)發(fā)展動向五軸高速加工中心的發(fā)展動向機電一體化研究現(xiàn)狀及發(fā)展應(yīng)用前景主要內(nèi)容國外機電一體化電機發(fā)展動向國外機電一體化電機發(fā)展動向

近二十年來，科學(xué)技術(shù)突飛猛進。隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)和控制理論發(fā)展，電機調(diào)速技術(shù)得到迅速發(fā)展，使得電機的應(yīng)用不再局限于工業(yè)應(yīng)用而且在商業(yè)及家用設(shè)備等各個領(lǐng)域獲得更加廣泛的應(yīng)用；而隨著新材料如稀土永磁材料、磁性復(fù)合材料的出現(xiàn)，更給電機設(shè)計插上翅膀，各種新型、高效、特種電機層出不窮。這些都極大地豐富了電機理論，拓寬了電機的應(yīng)用領(lǐng)域，同時也給電機設(shè)計和制造工藝提出更高的要求。

國外機電一體化電機發(fā)展動向近二十年來，科學(xué)技交流變頻調(diào)速系統(tǒng)及變頻電機

二十年來，電力電子技術(shù)發(fā)生了革命性的進展。功率元件從70年代的晶閘管（SCR），發(fā)展到80年代的雙極型晶體管（BJT，也稱作GTR），到90年代則主要是絕緣柵雙極晶體管（IGBT）。日本的三菱電機公司已推出2000V/1200A的IGBT，歐洲的eupec公司也推出了3300V/1200A的元件，而1200V/600A的IGBT模塊則已大量生產(chǎn)供應(yīng)；IR以及Fairchild等著名半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的IPM模塊更為交流調(diào)速技術(shù)的白色家電（指冰箱、洗衣機和空調(diào)器等）以及汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可能。控制方面也從模擬控制發(fā)展到數(shù)字控制，從