变形金刚和无人驾驶:机电一体化技术改变了世界

时间:2019-04-05 01:36:59 来源:金安新闻网 作者:匿名



在电影《变形金刚》中,来自塞伯坦星球的机器人闯入地球并寻找能量立方体。在现实世界中,地球上的机器人也闯入火星,寻找人类赖以生存的能量。在这两种机器人中,结合了电子,机械,计算机和控制工程的机电一体化技术在人类机器人的发展中起着重要的作用,这些机器人可以行走并具有自主智能。

有一段时间,人们认为机电一体化的概念只是一个短暂的概念,但现在,这个概念已经实现了它最初的承诺:创造智能的自动机电系统。目前,美国宇航局的火星探测器已经使用这种系统来寻找火星上的生命迹象;现代汽车领域也采用这项技术实现“自动操作”车辆,从防抱死制动,防滑控制,防撞,到终极无人驾驶汽车。

“你可以叫我们'汽车人'。”擎天柱,“老板”机器人的领导者代表《变形金刚》的正义。事实上,对于汽车机电一体化的最终目标——无人驾驶汽车,这款车也是非常合适的昵称。

“自动驾驶技术是主动安全电子(ASE)的合理发展方向。在ASE中,传感器和算法用于预测事故并主动避免车辆物理和动态范围内的事故。” Gartner Dataquest负责半导体行业。汽车和远程信息处理研究副总裁迈克尔·威廉姆斯说:“在无人驾驶乘用车应用的早期,我们希望成为第一个为人们带来便利的人,例如自动停车,自动汽车拣选等。”

尽管当今许多最先进的应用(如火星探测)都是通过机电一体化来实现的,但机电一体化最常见的场合出现在我们的日常生活中。例如,普通洗衣机使用传感器来测量负载,而不是询问用户负载量。然而,机电一体化设计的顶峰可能是工业机器人的机器人。当然,我们也相信汽车机电伺服系统最终将实现自动驾驶。

“一些机器人公司已经在尝试建造类似于变形金刚的模块,你可以选择一些模块来创建自己的机器人,”美国田纳西大学教授威廉·哈梅尔说。 “这种非常聪明的工具箱方法距离变形金刚只有一步之遥。在八月份在哈尔滨举行的IEEE国际机电一体化与自动化会议上,Hamel就机器人技术中的机电一体化技术发表了主题演讲。

起源和申请状态

机电一体化技术起源于日本。在日本,该技术激发了现实世界中科学技术和科幻小说的发展。前者通过机电一体化机器人的使用创造了机器人产业,后者给我们带来了《变形金刚》。对于现代机电一体化技术,《变形金刚》是一个完美的礼物,因为联合机器人和自动驾驶汽车反映了当今最引人注目的应用。

“在机器人的设计和控制中,机电一体化技术的进步尤其重要,因为您正在处理具有非常高的有效载荷要求的非常紧凑的铰接式机械装置。在电子产品中,需要在每个连接点配置主动伺服电机,“Hamel指出。

图2:《变形金刚》中的关联机器人和自动驾驶汽车,

两者都反映了当今最引人注目的应用。

有趣的是,生产汽车的人正在使用这些机电一体机器人制造机电一体化。航空领域已经从最初的辅助飞行(例如自动高度调节系统)发展到可以在没有干预的情况下起飞和降落的自动驾驶仪。通过这些,我们可以预测汽车中机电一体化系统的发展方向。 。目标类似于飞机的自动驾驶仪。你可以对“OnStar”汽车安全和通讯系统说:“我有点困,你能开车吗?”威廉姆斯指出,“自动驾驶汽车需要部署多个传感器和电子子系统,用于启动,驾驶,转向,导航,制动和停车。在主流乘用车市场,我们希望将此技术视为安全功能。例如,作为驾驶员助手广泛使用并为驾驶员提供一些功能支持,而不是完全取代驾驶员的角色。

从纯机械到智能

将“愚蠢”的机械系统转变为智能机电系统的关键是用闭环伺服系统取代传统的开环校准系统。这种智能机电伺服系统可以使用电子反馈来提供控制信号。它的支持者声称,通过连续自校准,新系统不仅比精密机械部件更精确,而且实施成本更低。

与过去的机械系统相比,计算机控制的系统需要更少,更便宜的部件来实现比机械校准部件更紧凑的性能。

有一个开创性的机电一体化的例子,这是硬盘驱动器。在硬盘驱动器诞生之前,计算机的大容量存储是通过计算机处理的磁带驱动器实现的。该驱动器仅自动执行手动磁带机开环功能,因此它不构成机电一体化系统。

通过在新型机械设备上使用闭环控制,硬盘驱动器提供的功能远远超过其设备。必须将这种新型机械设备添加到电子电路中,这符合机电一体化的定义。磁盘驱动器使用旋转磁盘而不是磁带卷,通过随机访问磁盘上的任何扇区,从机械存储介质中获得新的性能级别。

驱动器的机电一体化也对其他机械设备的自动化产生长期影响。依靠电子,机械,材料等各个领域的工程师的共同努力,硬盘的尺寸已从集线器盖板发展到迷你小型甚至微型小型。通过设计更快的电子系统,更小的磁头定位设备和更密集的存储材料,我们现在可以购买数码相机的CF卡。而且,这种卡比纯电子卡便宜。汽车外的应用

如今,每一种设计中机电一体化的实现都成为全球化的浪潮。现在,现代仍然是这项技术的最佳典范。实现自动化的第一个子系统之一是先前完全机械化的蒸发器,其现在采用计算机控制的燃料喷射器。

当冷发动机启动时,自动燃油喷射器可以实时调节燃油与空气的混合比。机电一体化不仅仅将机电控制器添加到蒸发器(类似于自动磁带驱动器),而是使用新设备(燃料喷射器)来更好地执行先前的功能。

如今,几乎所有类型的机器都通过不同程度的机电一体化为自身增添了现代元素。这些设备通常在系统中嵌入微控制器以读取传感器信号,然后由预编程的程序处理。启动伺服系统(之前由机械定时信号驱动)

应该。

在汽车应用中,最新的尖端技术是“线控驱动”。该技术可实现自动操纵,并允许计算机驾驶汽车。

“许多司机甚至都没有意识到汽车内置有线驱动驱动技术。例如,几乎所有混合动力汽车都使用线驱动驱动技术,因为需要混合使用副驾驶,“威廉姆斯说。

许多汽车原始设备制造商,包括宝马,梅赛德斯 - 奔驰,奥迪,保时捷,兰博基尼,法拉利,捷豹,沃尔沃,斯巴鲁,雷克萨斯,大众和丰田,都推出了线驱动驱动技术。

除了在性能上优于纯机械部件和子系统之外,机电一体化还具有易于使用的重新编程功能,可实现纯机械系统无法实现的功能和性能,例如自动平行停车。机电一体化还创造了新的产品类别,包括突破性的磁盘驱动器,数字光处理器(DLP)和MEMS。

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