一個典型的機電一體化系統(tǒng)應(yīng)包含以下幾個基本要素： 機械本體、動力與驅(qū)動部分、執(zhí)行機構(gòu)、傳感測試部分、控制及信息處理部分。即結(jié)構(gòu)組成要素、 動力組成要素、運動組成要素、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現(xiàn)運動傳遞、信息控制、能量轉(zhuǎn)換等有機融合的一個完整系統(tǒng)。
機電一體化系統(tǒng)的組成要素及功能如圖1所示。
圖1 機電一體化系統(tǒng)的組成要素及功能
(a） 機電一體化系統(tǒng)的組成要素; (b） 機電一體化系統(tǒng)的功能
1.機械本體
機電一體化系統(tǒng)的機械本體包括機身、框架、連接等。
2.動力與驅(qū)動
動力部分的功能是按照系統(tǒng)控制要求,為系統(tǒng)提供能量和動力,使系統(tǒng)正常運行。用盡可能小的動力輸入獲得盡可能大的功能輸出,是機電一體化產(chǎn)品的顯著特征之一。驅(qū)動部分的功能是在控制信息作用下提供動力,驅(qū)動各執(zhí)行機構(gòu)完成各種動作和功能。
3. 傳感測試部分
傳感測試部分的功能是對系統(tǒng)運行中所需要的本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進行檢測,生成相應(yīng)的可識別信號,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)行機構(gòu)
執(zhí)行機構(gòu)的功能是根據(jù)控制信息和指令,完成要求的動作。執(zhí)行機構(gòu)是運動部件,一般采用機械、電磁、電液等機構(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信息和外部輸入命令進行集中、儲存、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,控制整個系統(tǒng)有目的地運行。
6.接口耦合與能量轉(zhuǎn)換
（1） 變換。 兩個需要進行信息交換和傳輸?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。 在兩個信號強度相差懸殊的環(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,必須遵循一致的時序、信號格式和邏輯規(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. 運動傳遞
運動傳遞是指運動各組成環(huán)節(jié)之間的不同類型運動的變換與傳輸,如位移變換、速度變換、加速度變換及直線運動和旋轉(zhuǎn)運動變換等。運動傳遞還包括以運動控制為目的的運動優(yōu)化設(shè)計,目的是提高系統(tǒng)的伺服性能。