在ASE中,通过传感器和算法来预测事故,并在车辆的物理和动力限制内主动避免事故。”GartnerDataquest公司负责半导体、汽车和远程信息处理技术的研究副总裁MichaelWilliams表示,“在早期的无人驾驶客车应用方面,我们期望能率先出现一些给人们带来方便的应用,如能自动泊车、自动提车等。”
虽然当今最为超前的应用(如火星探测)很多都是通过机电一体化来实现的,但机电一体化最为多见的场合,却出现在我们的日常生活中。例如常见的洗衣机,会利用传感器测量负载,而不是询问用户负载有多大。
不过,机电一体化设计的巅峰之作恐怕要数工业机器人的机械手。当然,我们也确信车载机电一体化伺服系统终将实现汽车的自行驾驶。
“几家机器人公司已经在试图建造类似于变形金刚的模块,你可以从中挑选一些模块来创建自己的机械手。”美国田纳西大学教授WilliamHamel表示,“这个非常高明的工具箱方法距变形金刚只有一步之遥。”在8月于哈尔滨市召开的IEEE机电一体化与自动化国际会议上,Hamel就机械手中的机电一体化技术做了主题演讲。
起源与应用现状
机电一体化技术起源于日本。在日本,该技术为现实中的科技发展和科幻小说都带来了灵感,前者从使用机电一体化机械手中萌生了机器人产业,后者则为我们带来了《变形金刚》。对于现代机电一体化技术来说,《变形金刚》是份再适合不过的礼物,因为影片中有关节的机器手和自行驾驶的汽车,都折射出当今最为引人注目的应用。
“在机械手的设计和控制中,机电一体化技术的进步尤为重要,因为你是在与结构非常紧凑的有关节的机械装置打交道,这种装置对有效载荷的要求非常高。在电子学方面,需要在每个连接点上配置有源伺服电机。”Hamel指出。
有趣的是,生产汽车的机器人们,正在利用这些机电一体化机械手制造机电一体化汽车。航空领域已经从当初的辅助飞行(如自动高度调整系统),发展到今天在无人干预情况下能够起飞和着陆的自动驾驶仪,借鉴这些,我们可以预测到汽车中机电一体化系统的发展方向。其目标与飞机的自动驾驶仪类似,你可以对“OnStar”汽车安全和通讯系统说:“我有点犯困,你来开车好吗?”
Williams指出,“自主式车辆需要部署多个传感器和电子子系统,用来实现启动、驾驶、操纵、导航、刹车和停车等。在主流客车市场上,我们期望看到这种技术被作为安全特性而得到广泛使用,例如作为驾驶者助手以及为驾驶者提供一些功能支持,而不是完全替代司机的角色。
从纯机械到智能化
把“愚笨”的机械系统转变成智能的机电一体化系统,其关键之处,在于用闭环伺服系统代替传统的开环校准系统。这种智能的机电一体化伺服系统,实现了利用电子反馈提供控制信号。其支持者声称,靠连续的自我校准,新系统不仅比精密的机械部件更为精确,而且实现成本更低。
同过去的机械系统相比,使用计算机控制的系统只需要更少、更便宜的元件,就能达到比机械校准元件更为严格的性能指标。
机电一体化有个开创性的范例,那便是硬盘驱动器。在硬盘驱动器诞生之前,计算机的大容量存储是由计算机处理过的磁带驱动器实现的,这种驱动器只是实现了手工磁带驱动开环功能的自动化,所以并没有构成机电一体化的系统。
通过把闭环控制用于一种新型的机械设备上,硬盘驱动器提供的功能远远超过了其器件总和。而这种新型的机械设备必须加入电子线路才能实现,这正符合机电一体化定义。磁盘驱动器使用旋转的磁盘而不是磁带卷,通过随机访问盘上的任何扇区,从机械存储介质上获得了新的性能等级。
驱动器的机电一体化也对其它机械设备的自动化产生了长远影响。依靠电子、机械、材料等各学科工程师的共同努力,硬盘的尺寸从毂盖那么大,发展到了迷你小型,以至微小型。通过设计出速度更快的电子系统、尺寸更小的磁头定位装置,以及更密集的存储材料,我们现在可以买到数码相机所用的CF卡。而且,这种卡比纯粹的电子卡还要便宜。