Kas ir mehatronika, mehatroniskie elementi, moduļi, mašīnas un sistēmas

Vārds "mehatronika" veidojas no diviem vārdiem - "mehānika" un "elektronika". Šo terminu 1969. gadā ierosināja Yaskawa Electric vecākais izstrādātājs, japānis Tetsuro Mori. 20. gadsimtā Yaskawa Electric specializējās elektrisko piedziņu un līdzstrāvas motoru izstrādē un uzlabošanā un tāpēc guva lielus panākumus šajā virzienā, piemēram, tur tika izstrādāts pirmais disku armatūras līdzstrāvas motors.

Tam sekoja attīstība attiecībā uz pirmajām aparatūras CNC sistēmām. Un 1972. gadā šeit tika reģistrēts Mehatronikas zīmols. Uzņēmums drīz vien guva lielus panākumus elektriskās piedziņas tehnoloģiju attīstībā. Uzņēmums vēlāk nolēma atteikties no vārda "Mehatronika" kā preču zīmes, jo šis termins tika plaši izmantots gan Japānā, gan visā pasaulē.

Jebkurā gadījumā Japānā notiek visaktīvākā šādas pieejas attīstība tehnoloģijā, kad radās nepieciešamība apvienot mehāniskos elementus, elektriskās mašīnas, spēka elektroniku, mikroprocesorus un programmatūru, lai ieviestu augstas precizitātes elektriskās piedziņas vadību.

Izplatīts mehatronikas grafiskais simbols ir diagramma no RPI (Rensselaer Polytechnic Institute, NY, ASV) tīmekļa vietnes:

Mehatronika ir viena no jaunākajām inženierzinātņu jomām pasaulē, kas, pēc UNESCO datiem, ir viena no desmit perspektīvākajām un pieprasītākajām jomām.

Vispārīgi runājot, jēdzienam "mehatronika" var dot šādu definīciju – tā ir zinātnes un tehnikas joma, kuras pamatā ir sistemātiska vienību kombinācija precīzās mehānikas, elektrotehnikas, elektronikas, mikroprocesoru tehnoloģijas, dažādu enerģijas avotu, elektrisko, hidraulisko un pneimatiskās piedziņas, kā arī to inteliģentā vadība, kas vērsta uz modernu automatizētu ražošanas sistēmu bloku izveidi un darbību.

Mehatronika ir datorizēta kustību vadība.

Mehatronikas mērķis ir radīt kvalitatīvi jaunus kustības moduļus, mehatroniskos kustības moduļus, inteliģentus mehatronikas moduļus un uz to bāzes kustīgas inteliģentas mašīnas un sistēmas.

Vēsturiski mehatronika attīstījās no elektromehānikas un, paļaujoties uz tās sasniegumiem, gāja tālāk, sistemātiski apvienojot elektromehāniskās sistēmas ar datoru vadības ierīcēm, iegultiem sensoriem un saskarnēm.

Mehatroniskās sistēmas diagramma

Mehatronisko sistēmu vispārinātā struktūra

Elektroniskie, digitālie, mehāniskie, elektriskie, hidrauliskie, pneimatiskie un informācijas elementi — var būt daļa no mehatroniskās sistēmas, jo sākotnēji cita fiziska rakstura elementi, tomēr apvienoti, lai iegūtu kvalitatīvi jaunu sistēmas rezultātu, ko nevar sasniegt. pēc katra elementa kā ar atsevišķu izpildītāju.

Atsevišķs vārpstas motors nespēs izstumt DVD atskaņotāja paliktni pats par sevi, taču ķēdes vadībā ar mikrokontrollera programmatūru un pareizi pieslēgts tārpa zobratam viss izdosies viegli un izskatīsies pēc vienkāršas monolītas sistēmas. Tomēr, neskatoties uz ārējo vienkāršību, mehatroniskā sistēma pēc definīcijas ietver vairākas mehatroniskas vienības un moduļus, kas ir savstarpēji savienoti un savstarpēji mijiedarbojas, lai veiktu noteiktas funkcionālas darbības konkrēta uzdevuma risināšanai.

Mehatroniskais modulis ir neatkarīgs produkts (strukturāli un funkcionāli), kas paredzēts kustību veikšanai ar savstarpēju iespiešanos un vienlaicīgu tā komponentu mērķtiecīgu aparatūras un programmatūras integrāciju.

Tipiska mehatroniskā sistēma sastāv no savstarpēji savienotiem elektromehāniskajiem un jaudas komponentiem, kurus savukārt kontrolē dators vai mikrokontrolleri.

Projektējot un veidojot šādu mehatronisko sistēmu, viņi cenšas izvairīties no nevajadzīgiem mezgliem un saskarnēm, cenšas visu padarīt kodolīgu un pēc iespējas viengabalaināku, lai ne tikai uzlabotu ierīces masas lieluma īpašības, bet arī palielinātu uzticamību. sistēmas kopumā.

Reizēm inženieriem neklājas viegli, viņi ir spiesti atrast ļoti neparastus risinājumus tieši tāpēc, ka dažādas vienības atrodas dažādos darba apstākļos, dara pavisam dažādas lietas. Piemēram, dažās vietās parastais gultnis nedarbosies, un tas tiek aizstāts ar elektromagnētisko balstiekārtu (tas tiek darīts, jo īpaši turbīnās, kas sūknē gāzi pa caurulēm, jo ​​parastais gultnis ātri sabojāsies, jo gāze iekļūst tā smērviela).

Vienā vai otrā veidā mūsdienās mehatronika ir caurstrāvojusi visu, sākot no sadzīves tehnikas līdz celtniecības robotikai, ieročiem un aviācijai. Visas CNC mašīnas, cietie diski, elektriskās slēdzenes, ABS sistēma jūsu automašīnā utt. — visur mehatronika ir ne tikai noderīga, bet arī nepieciešama. Tagad reti kur var atrast manuālo vadību, tas viss ir saistīts ar to, ka nospiedāt pogu bez fiksācijas vai vienkārši pieskārāties sensoram — jūs saņēmāt rezultātu — tas, iespējams, ir primitīvākais piemērs tam, kas mūsdienās ir mehatronika.

Integrācijas līmeņu hierarhijas diagramma mehatronikā

Pirmo integrācijas līmeni veido mehatroniskās ierīces un to elementi. Otro integrācijas līmeni veido integrētie mehatroniskie moduļi. Trešo integrācijas līmeni veido integrācijas mehatroniskās mašīnas. Ceturto integrācijas līmeni veido mehatronisko mašīnu kompleksi. Piektais integrācijas līmenis tiek veidots uz vienotas mehatronisko mašīnu un robotu kompleksu integrācijas platformas, kas nozīmē pārkonfigurējamu elastīgu ražošanas sistēmu veidošanos.

Mūsdienās mehatroniskos moduļus un sistēmas plaši izmanto šādās jomās:

• mašīnbūve un automatizācijas iekārtas, tehnoloģiskie procesi mašīnbūvē;

• rūpnieciskā un speciālā robotika;

• aviācijas un kosmosa tehnoloģijas;

• militārā tehnika, transportlīdzekļi policijai un specdienestiem;

• elektroniskās inženierijas un ātrās prototipēšanas iekārtas;

• automobiļu rūpniecība (motora riteņu piedziņas moduļi, bremžu pretbloķēšana, automātiskās pārnesumkārbas, automātiskās parkošanās sistēmas);

• netradicionālie transportlīdzekļi (elektriskie automobiļi, elektriskie velosipēdi, ratiņkrēsli);

• biroja aprīkojums (piemēram, kopētāji un faksa aparāti);

• datoru perifērijas ierīces (piemēram, printeri, ploteri, CD-ROM diskdziņi);

• medicīnas un sporta inventārs (bioelektriskās un eksoskeleta protēzes invalīdiem, tonizējošie trenažieri, kontrolējamās diagnostikas kapsulas, masieri u.c.);

• sadzīves tehnika (mazgāšana, šūšana, trauku mazgājamās mašīnas, neatkarīgie putekļu sūcēji);

• mikromašīnas (medicīnai, biotehnoloģijai, sakariem un telekomunikācijām);

• kontroles un mērīšanas ierīces un mašīnas;

• liftu un noliktavu aprīkojums, automātiskās durvis viesnīcās un lidostās; foto un video tehnika (videodisku atskaņotāji, videokameru fokusēšanas ierīces);

• simulatori sarežģītu tehnisko sistēmu operatoru un pilotu apmācībai;

• dzelzceļa transports (vilcienu vadības un stabilizācijas sistēmas);

• viedas mašīnas pārtikas, gaļas un piena rūpniecībai;

• iespiedmašīnas;

• viedierīces šovu industrijai, atrakcijas.

Attiecīgi pieaug nepieciešamība pēc personāla ar mehatroniskajām tehnoloģijām.