Kas yra mechatronika, mechatroniniai elementai, moduliai, mašinos ir sistemos

Žodis „mechatronika“ sudarytas iš dviejų žodžių – „mechanika“ ir „elektronika“. Šį terminą 1969 m. pasiūlė vyresnysis Yaskawa Electric kūrėjas, japonas Tetsuro Mori. XX amžiuje „Yaskawa Electric“ specializuojasi elektrinių pavarų ir nuolatinės srovės variklių kūrime ir tobulinime, todėl sulaukė didelės sėkmės šia kryptimi, pavyzdžiui, čia buvo sukurtas pirmasis diskinės armatūros nuolatinės srovės variklis.

Po to sekė pirmosios aparatinės CNC sistemų raidos. O 1972 metais čia buvo įregistruotas prekės ženklas Mechatronics. Netrukus bendrovė padarė didelę pažangą plėtodama elektrinės pavaros technologijas. Vėliau bendrovė nusprendė atsisakyti žodžio „Mechatronika“ kaip prekės ženklo, nes šis terminas buvo plačiai naudojamas tiek Japonijoje, tiek visame pasaulyje.

Kaip bebūtų, Japonijoje vyksta aktyviausiai tokio požiūrio plėtojimas technologijoje, kai iškilo būtinybė sujungti mechaninius elementus, elektros mašinas, galios elektroniką, mikroprocesorius ir programinę įrangą, kad būtų įgyvendintas didelio tikslumo elektrinės pavaros valdymas.

Dažnas grafinis mechatronikos simbolis yra diagrama iš RPI (Rensselaer Polytechnic Institute, NY, JAV) svetainės:

Mechatronika – viena naujausių inžinerijos krypčių pasaulyje, kuri, pasak UNESCO, yra viena iš dešimties perspektyviausių ir paklausiausių.

Apskritai, terminas „mechatronika“ gali būti apibrėžiamas taip – ​​tai mokslo ir technologijų sritis, pagrįsta sistemingu tiksliosios mechanikos, elektrotechnikos, elektronikos, mikroprocesorių technologijos, įvairių maitinimo šaltinių, elektros, hidraulinių ir. pneumatinės pavaros, taip pat išmanus jų valdymas, orientuotas į modernių automatizuotų gamybos sistemų blokų kūrimą ir veikimą.

Mechatronika yra kompiuterizuotas judesių valdymas.

Mechatronikos tikslas – sukurti kokybiškai naujus judesio modulius, mechatroninius judesio modulius, išmaniuosius mechatronikos modulius ir jų pagrindu judančias išmaniąsias mašinas bei sistemas.

Istoriškai mechatronika išsivystė iš elektromechanikos ir, remdamasi savo pasiekimais, žengė toliau, sistemingai derindama elektromechanines sistemas su kompiuteriniais valdymo įrenginiais, įterptais jutikliais ir sąsajomis.

Mechatroninės sistemos schema

Apibendrinta mechatroninių sistemų struktūra

Elektroniniai, skaitmeniniai, mechaniniai, elektriniai, hidrauliniai, pneumatiniai ir informaciniai elementai – gali būti mechatroninės sistemos dalis, nes iš pradžių skirtingos fizinės prigimties elementai, tačiau sujungti, kad būtų gautas kokybiškai naujas sistemos rezultatas, kurio pasiekti nepavyks. pagal kiekvieną elementą kaip atskiras atlikėjas.

Atskiras suklio variklis negalės pats išstumti DVD grotuvo dėklo, tačiau valdant grandinę su mikrovaldiklio programine įranga ir tinkamai prijungus prie sliekinės pavaros viskas susitvarkys lengvai ir atrodys kaip paprasta monolitinė sistema. Tačiau, nepaisant išorinio paprastumo, mechatroninė sistema pagal apibrėžimą apima kelis mechatroninius mazgus ir modulius, tarpusavyje sujungtus ir sąveikaujančius, kad atliktų konkrečius funkcinius veiksmus, skirtus konkrečiai užduočiai išspręsti.

Mechatroninis modulis yra nepriklausomas gaminys (struktūriškai ir funkciškai), skirtas atlikti judesius su įsiskverbimu ir tuo pačiu metu tikslingai aparatinei ir programinei jo komponentų integracijai.

Įprastą mechatroninę sistemą sudaro tarpusavyje sujungti elektromechaniniai ir galios komponentai, kuriuos savo ruožtu valdo kompiuteris arba mikrovaldikliai.

Kuriant ir kuriant tokią mechatroninę sistemą stengiamasi vengti nereikalingų mazgų ir sąsajų, stengtis, kad viskas būtų glausta ir kuo sklandžiau, ne tik siekiant pagerinti įrenginio masinio dydžio charakteristikas, bet ir padidinti patikimumą. apskritai.

Kartais inžinieriams nėra lengva, jie priversti ieškoti labai neįprastų sprendimų būtent dėl ​​to, kad skirtingi padaliniai yra skirtingomis darbo sąlygomis, daro visiškai skirtingus dalykus. Pavyzdžiui, kai kuriose vietose įprastas guolis neveiks, o jį pakeičia elektromagnetinė pakaba (tai daroma, ypač turbinose, pumpuojančiose dujas vamzdžiais, nes įprastas guolis greitai sugestų dėl dujų įsiskverbimo į jo lubrikantas).

Vienaip ar kitaip, šiandien mechatronika persmelkė viską nuo buitinės technikos iki statybinės robotikos, ginklų ir kosmoso. Visos CNC staklės, kietieji diskai, elektriniai užraktai, ABS sistema Jūsų automobilyje ir kt. — visur mechatronika ne tik naudinga, bet ir reikalinga. Dabar retai galima rasti rankinį valdymą, viskas susiveda į tai, kad paspaudėte mygtuką be fiksavimo arba tiesiog palietėte jutiklį - gavote rezultatą - tai bene primityviausias pavyzdys, kas šiandien yra mechatronika.

Integracijos lygių hierarchinė diagrama mechatronikoje

Pirmąjį integracijos lygį sudaro mechatroniniai įrenginiai ir jų elementai. Antrąjį integracijos lygį sudaro integruoti mechatroniniai moduliai. Trečiąjį integracijos lygį sudaro integracinės mechatroninės mašinos. Ketvirtąjį integracijos lygį sudaro mechatroninių mašinų kompleksai. Penktasis integracijos lygis formuojamas vienoje mechatroninių mašinų ir robotų kompleksų integravimo platformoje, o tai reiškia perkonfigūruojamų lanksčių gamybos sistemų formavimą.

Šiandien mechatroniniai moduliai ir sistemos plačiai naudojami šiose srityse:

• mechanikos inžinerijos ir automatikos įrenginiai, technologiniai procesai mechanikos inžinerijoje;

• pramoninė ir speciali robotika;

• aviacijos ir kosmoso technologijos;

• karinė technika, policijos ir specialiųjų tarnybų transporto priemonės;

• elektroninės inžinerijos ir greitojo prototipų kūrimo įranga;

• automobilių pramonė (motorinių ratų pavaros moduliai, stabdžių antiblokavimas, automatinės pavarų dėžės, automatinės parkavimo sistemos);

• netradicinės transporto priemonės (elektromobiliai, elektriniai dviračiai, vežimėliai);

• biuro įranga (pvz., kopijavimo ir fakso aparatai);

• kompiuterių išoriniai įrenginiai (pvz., spausdintuvai, braižytuvai, kompaktinių diskų įrenginiai);

• medicinos ir sporto įranga (bioelektriniai ir egzoskeleto protezai neįgaliesiems, tonizuojantys treniruokliai, valdomos diagnostinės kapsulės, masažuokliai ir kt.);

• buitinė technika (skalbimo, siuvimo, indaplovės, nepriklausomi dulkių siurbliai);

• mikromašinos (medicinos, biotechnologijų, ryšių ir telekomunikacijų srityse);

• valdymo ir matavimo prietaisai bei mašinos;

• liftų ir sandėlių įranga, automatinės durys viešbučiuose ir oro uostuose; foto ir vaizdo įranga (vaizdo diskų grotuvai, vaizdo kamerų fokusavimo įrenginiai);

• treniruokliai, skirti mokyti sudėtingų techninių sistemų operatorius ir pilotus;

• geležinkelių transportas (traukinių valdymo ir stabilizavimo sistemos);

• išmaniosios mašinos, skirtos maisto, mėsos ir pieno pramonei;

• spausdinimo mašinos;

• išmanieji prietaisai šou industrijai, atrakcionai.

Atitinkamai didėja ir mechatronines technologijas turinčių darbuotojų poreikis.