在電影《變形金剛》中，來自塞伯頓星球的機器人闖入地球，尋找能量方塊；而在現(xiàn)實世界，地球上的機器人也曾闖入火星，去尋找人類賴以生存的能源。在這兩種機器人身上，融合電子學(xué)、機械學(xué)、計算機和控制工程的機電一體化技術(shù)扮演著重要角色，正是該技術(shù)孕育了能夠行走而且具有自主智能的類人機器人。 人們曾一度認為，機電一體化的概念不過是“曇花一現(xiàn)”，但是現(xiàn)在，這個概念已經(jīng)履行了當初的承諾：創(chuàng)建智能的自主式機電系統(tǒng)。目前，這樣的系統(tǒng)已經(jīng)被用于美國航空航天局（NSNA）的火星探測器用來在火星尋找生命跡象；現(xiàn)代汽車領(lǐng)域也已經(jīng)利用該技術(shù)實現(xiàn)了“自動操作”車輛，操作范圍從防抱死剎車、防滑控制、防碰撞，到最終的無人駕駛汽車。 “你可以叫我們‘汽車人’?！薄蹲冃谓饎偂分写碚x的“博派”機器人首領(lǐng)擎天柱說。事實上，對于汽車機電一體化的終極目標——無人駕駛汽車來說，汽車人也是一個非常合適的綽號。 “自動駕駛技術(shù)是主動式安全電子學(xué)（ASE）合乎邏輯的發(fā)展方向。在ASE中，通過傳感器和算法來預(yù)測事故，并在車輛的物理和動力限制內(nèi)主動避免事故。”Gartner Dataquest公司負責半導(dǎo)體、汽車和遠程信息處理技術(shù)的研究副總裁Michael Williams表示，“在早期的無人駕駛客車應(yīng)用方面，我們期望能率先出現(xiàn)一些給人們帶來方便的應(yīng)用，如能自動泊車、自動提車等。” 雖然當今最為超前的應(yīng)用（如火星探測）很多都是通過機電一體化來實現(xiàn)的，但機電一體化最為多見的場合，卻出現(xiàn)在我們的日常生活中。例如常見的洗衣機，會利用傳感器測量負載，而不是詢問用戶負載有多大。 不過，機電一體化設(shè)計的巔峰之作恐怕要數(shù)工業(yè)機器人的機械手。當然，我們也確信車載機電一體化伺服系統(tǒng)終將實現(xiàn)汽車的自行駕駛。 “幾家機器人公司已經(jīng)在試圖建造類似于變形金剛的模塊，你可以從中挑選一些模塊來創(chuàng)建自己的機械手?！泵绹锛{西大學(xué)教授William Hamel表示，“這個非常高明的工具箱方法距變形金剛只有一步之遙?！痹?月于哈爾濱市召開的IEEE機電一體化與自動化國際會議上，Hamel就機械手中的機電一體化技術(shù)做了主題演講。 起源與應(yīng)用現(xiàn)狀 機電一體化技術(shù)起源于日本。在日本，該技術(shù)為現(xiàn)實中的科技發(fā)展和科幻小說都帶來了靈感，前者從使用機電一體化機械手中萌生了機器人產(chǎn)業(yè)，后者則為我們帶來了《變形金剛》。對于現(xiàn)代機電一體化技術(shù)來說，《變形金剛》是份再適合不過的禮物，因為影片中有關(guān)節(jié)的機器手和自行駕駛的汽車，都折射出當今最為引人注目的應(yīng)用。 “在機械手的設(shè)計和控制中，機電一體化技術(shù)的進步尤為重要，因為你是在與結(jié)構(gòu)非常緊湊的有關(guān)節(jié)的機械裝置打交道，這種裝置對有效載荷的要求非常高。在電子學(xué)方面，需要在每個連接點上配置有源伺服電機。”Hamel指出。 　 [align=center] 圖2：《變形金剛》中有關(guān)節(jié)的機器手和自行駕駛的汽車， 都折射出當今最為引人注目的應(yīng)用。[/align] 有趣的是，生產(chǎn)汽車的機器人們，正在利用這些機電一體化機械手制造機電一體化汽車。航空領(lǐng)域已經(jīng)從當初的輔助飛行（如自動高度調(diào)整系統(tǒng)），發(fā)展到今天在無人干預(yù)情況下能夠起飛和著陸的自動駕駛儀，借鑒這些，我們可以預(yù)測到汽車中機電一體化系統(tǒng)的發(fā)展方向。其目標與飛機的自動駕駛儀類似，你可以對“OnStar”汽車安全和通訊系統(tǒng)說：“我有點犯困，你來開車好嗎？” Williams指出，“自主式車輛需要部署多個傳感器和電子子系統(tǒng)，用來實現(xiàn)啟動、駕駛、操縱、導(dǎo)航、剎車和停車等。在主流客車市場上，我們期望看到這種技術(shù)被作為安全特性而得到廣泛使用，例如作為駕駛者助手以及為駕駛者提供一些功能支持，而不是完全替代司機的角色。 從純機械到智能化 把“愚笨”的機械系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成智能的機電一體化系統(tǒng)，其關(guān)鍵之處，在于用閉環(huán)伺服系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的開環(huán)校準系統(tǒng)。這種智能的機電一體化伺服系統(tǒng)，實現(xiàn)了利用電子反饋提供控制信號。其支持者聲稱，靠連續(xù)的自我校準，新系統(tǒng)不僅比精密的機械部件更為精確，而且實現(xiàn)成本更低。 同過去的機械系統(tǒng)相比，使用計算機控制的系統(tǒng)只需要更少、更便宜的元件，就能達到比機械校準元件更為嚴格的性能指標。 機電一體化有個開創(chuàng)性的范例，那便是硬盤驅(qū)動器。在硬盤驅(qū)動器誕生之前，計算機的大容量存儲是由計算機處理過的磁帶驅(qū)動器實現(xiàn)的，這種驅(qū)動器只是實現(xiàn)了手工磁帶驅(qū)動開環(huán)功能的自動化，所以并沒有構(gòu)成機電一體化的系統(tǒng)。 通過把閉環(huán)控制用于一種新型的機械設(shè)備上，硬盤驅(qū)動器提供的功能遠遠超過了其器件總和。而這種新型的機械設(shè)備必須加入電子線路才能實現(xiàn)，這正符合機電一體化定義。磁盤驅(qū)動器使用旋轉(zhuǎn)的磁盤而不是磁帶卷，通過隨機訪問盤上的任何扇區(qū)，從機械存儲介質(zhì)上獲得了新的性能等級。 驅(qū)動器的機電一體化也對其它機械設(shè)備的自動化產(chǎn)生了長遠影響。依靠電子、機械、材料等各學(xué)科工程師的共同努力，硬盤的尺寸從轂蓋那么大，發(fā)展到了迷你小型，以至微小型。通過設(shè)計出速度更快的電子系統(tǒng)、尺寸更小的磁頭定位裝置，以及更密集的存儲材料，我們現(xiàn)在可以買到數(shù)碼相機所用的CF卡。而且，這種卡比純粹的電子卡還要便宜。 汽車之外的應(yīng)用 今天，在每個設(shè)計中實現(xiàn)機電一體化已成為全球化的浪潮。盡管如此，現(xiàn)代汽車依然是該技術(shù)最好的應(yīng)用范例。率先實現(xiàn)自動化的子系統(tǒng)之一是以前完全機械化的汽化器，現(xiàn)在已經(jīng)采用了計算機控制的燃料噴射器。 當冷的發(fā)動機啟動時，自動燃料噴射器能實時調(diào)整燃料和空氣的混和比。機電一體化不是僅向汽化器（類似于自動化的磁帶驅(qū)動器）中增加機電化控制器，而且使用新設(shè)備（燃料噴射器）來更好地完成以前的功能。 今天，幾乎每種機械設(shè)備都通過不同程度的機電一體化方式為自己增加現(xiàn)代元素，這些設(shè)備通常會在系統(tǒng)中嵌入微控制器來讀取傳感器信號，然后由預(yù)先編制的程序進行處理，并通過啟動伺服系統(tǒng)（以前由機械時序信號驅(qū)動）進行響 應(yīng)。 在汽車應(yīng)用中，最新的前沿技術(shù)是“線控驅(qū)動（drive by wire）”。該技術(shù)可實現(xiàn)自動操縱，讓計算機來駕駛汽車。 “許多駕駛員甚至沒有意識到汽車中已經(jīng)內(nèi)置了線控驅(qū)動技術(shù)。例如，由于需要混合協(xié)同驅(qū)動，幾乎所有的混合動力汽車都使用了線控驅(qū)動技術(shù)?！盬illiams表示。 包括寶馬、奔馳、奧迪、保時捷、藍博基尼、法拉利、美洲虎、沃爾沃、斯巴魯、凌志、大眾和豐田在內(nèi)，許多汽車OEM都已推出了線控驅(qū)動技術(shù)。 除了在性能上高于純機械的元件和子系統(tǒng)之外，機電一體化還具有易用的重新編程能力，來實現(xiàn)純機械系統(tǒng)所無法實現(xiàn)的功能和性能，例如自動并行泊車。機電一體化也創(chuàng)建了新的產(chǎn)品類別，包括開創(chuàng)性的磁盤驅(qū)動器、數(shù)字光處理器（DLP）、以及微機電系統(tǒng)。