Ce este mecatronica, elemente mecatronice, module, mașini și sisteme

Cuvântul „mecatronică” este format din două cuvinte - „mecanic” și „electronică”. Acest termen a fost propus în 1969 de un dezvoltator senior de la Yaskawa Electric, un japonez pe nume Tetsuro Mori. În secolul al XX-lea, Yaskawa Electric s-a specializat în dezvoltarea și îmbunătățirea acționărilor electrice și a motoarelor de curent continuu și, prin urmare, a obținut un mare succes în această direcție, de exemplu, acolo a fost dezvoltat primul motor DC cu armătură cu discuri.

Aceasta a fost urmată de evoluții privind primele sisteme hardware CNC. Și în 1972, aici a fost înregistrată marca Mechatronics. Compania a făcut în curând progrese mari în dezvoltarea tehnologiilor de acționare electrică. Ulterior, compania a decis să renunțe la cuvântul „Mecatronică” ca marcă comercială, deoarece termenul a fost utilizat pe scară largă atât în ​​Japonia, cât și în întreaga lume.

În orice caz, Japonia găzduiește cea mai activă dezvoltare a unei astfel de abordări în tehnologie, când a devenit necesară combinarea elementelor mecanice, mașinilor electrice, electronicii de putere, microprocesoarelor și software-ului pentru a implementa controlul electric de înaltă precizie.

Un simbol grafic comun pentru mecatronică este o diagramă de pe site-ul web RPI (Rensselaer Polytechnic Institute, NY, SUA):

Mecatronica este unul dintre cele mai noi domenii de inginerie din lume, care, potrivit UNESCO, este unul dintre cele mai promițătoare și căutate zece.

În general, termenului „mecatronică” i se poate da următoarea definiție - este un domeniu al științei și tehnologiei bazat pe o combinație sistematică de unități pentru mecanică de precizie, inginerie electrică, electronică, tehnologie cu microprocesoare, diverse surse de energie, electrice, hidraulice și antrenările pneumatice, precum și controlul inteligent al acestora, s-au concentrat pe crearea și funcționarea blocurilor de sisteme de producție automatizate moderne.

Mecatronica este controlul computerizat al mișcării.

Scopul mecatronicei este de a crea noi module de mișcare calitativ, module de mișcare mecatronică, module mecatronice inteligente și, pe baza acestora, mașini și sisteme inteligente în mișcare.

Din punct de vedere istoric, mecatronica a evoluat din electromecanică și, bazându-se pe realizările sale, a mers mai departe, combinând sistematic sisteme electromecanice cu dispozitive de control computerizate, senzori încorporați și interfețe.

Schema sistemului mecatronic

Structura generalizată a sistemelor mecatronice

Elementele electronice, digitale, mecanice, electrice, hidraulice, pneumatice și informaționale — pot face parte din sistemul mecatronic, ca inițial elemente de altă natură fizică, însă reunite pentru a obține un rezultat calitativ nou al sistemului, care nu poate fi atins. de fiecare element ca de către un executant separat.

Un motor separat cu ax nu va putea ejecta singur tava playerului DVD, dar sub controlul unui circuit cu software de microcontroler și conectat corespunzător la un angrenaj melcat, totul va funcționa cu ușurință și va arăta ca un simplu sistem monolitic. Cu toate acestea, în ciuda simplității externe, un sistem mecatronic prin definiție include mai multe unități și module mecatronice interconectate și care interacționează împreună pentru a efectua acțiuni funcționale specifice pentru a rezolva o anumită sarcină.

Un modul mecatronic este un produs independent (structural și funcțional) conceput pentru a efectua mișcări cu întrepătrundere și integrare hardware și software intenționată simultană a componentelor sale.

Un sistem mecatronic tipic constă din componente electromecanice și de putere interconectate, care sunt la rândul lor controlate de un computer sau microcontrolere.

Atunci când proiectează și construiesc un astfel de sistem mecatronic, ei încearcă să evite nodurile și interfețele inutile, încearcă să facă totul concis și cât mai perfect posibil, nu numai pentru a îmbunătăți caracteristicile de dimensiune a masei ale dispozitivului, ci și pentru a crește fiabilitatea. a sistemului în general.

Uneori nu este ușor pentru ingineri, ei sunt nevoiți să găsească soluții foarte neobișnuite tocmai datorită faptului că diferite unități se află în condiții de lucru diferite, făcând lucruri complet diferite. De exemplu, în unele locuri, un rulment convențional nu va funcționa și este înlocuit cu o suspensie electromagnetică (acest lucru se face, în special, în turbinele care pompează gaz prin conducte, deoarece un rulment convențional ar eșua rapid din cauza pătrunderii gazului în lubrifiantul acestuia).

Într-un fel sau altul, astăzi mecatronica a pătruns totul, de la aparatele de uz casnic la robotica de construcții, arme și aerospațial. Toate mașinile CNC, hard disk-uri, încuietori electrice, sistemul ABS din mașina dvs. etc. — peste tot, mecatronica este nu numai utilă, ci și necesară. Acum este rar unde puteți găsi control manual, totul se rezumă la faptul că ați apăsat butonul fără fixare sau pur și simplu ați atins senzorul - ați obținut rezultatul - acesta este poate cel mai primitiv exemplu a ceea ce este mecatronica astăzi.

Diagrama ierarhică a nivelurilor de integrare în mecatronică

Primul nivel de integrare este format din dispozitivele mecatronice și elementele acestora. Al doilea nivel de integrare este format din modulele mecatronice integrate. Al treilea nivel de integrare este format din mașinile mecatronice de integrare. Al patrulea nivel de integrare este format din complexele mașinilor mecatronice. Al cincilea nivel de integrare este format pe o singură platformă de integrare a complexelor de mașini mecatronice și roboți, ceea ce presupune formarea unor sisteme de producție flexibile reconfigurabile.

Astăzi, modulele și sistemele mecatronice sunt utilizate pe scară largă în următoarele domenii:

• echipamente de inginerie mecanică și automatizare, procese tehnologice în inginerie mecanică;

• robotică industrială și specială;

• tehnologia aviației și spațiale;

• echipamente militare, vehicule pentru poliție și servicii speciale;

• echipamente de inginerie electronică și de prototipare rapidă;

• industria auto (module de tracțiune cu motor, frâne antiblocare, transmisii automate, sisteme automate de parcare);

• vehicule netradiționale (mașini electrice, biciclete electrice, scaune cu rotile);

• echipamente de birou (de exemplu, copiatoare și faxuri);

• periferice de calculator (de exemplu imprimante, plotere, unități CD-ROM);

• echipamente medicale și sportive (proteze bioelectrice și exoscheletice pentru persoane cu dizabilități, antrenori de tonifiere, capsule de diagnostic controlat, aparate de masaj etc.);

• aparate electrocasnice (spălat, cusut, mașini de spălat vase, aspiratoare independente);

• micromașini (pentru medicină, biotehnologie, comunicații și telecomunicații);

• aparate si masini de control si masura;

• echipamente de lift și depozit, uși automate în hoteluri și aeroporturi; echipamente foto și video (playere de videodisc, dispozitive de focalizare pentru camere video);

• simulatoare pentru instruirea operatorilor sistemelor tehnice complexe și piloților;

• transport feroviar (sisteme de control și stabilizare a trenurilor);

• mașini inteligente pentru industria alimentară, a cărnii și a produselor lactate;

• mașini de imprimat;

• dispozitive inteligente pentru industria spectacolului, atracții.

În consecință, nevoia de personal cu tehnologii mecatronice este în creștere.