Какво е мехатроника, мехатронни елементи, модули, машини и системи

Думата „мехатроника“ е образувана от две думи — „механика“ и „електроника“. Този термин е предложен през 1969 г. от старши разработчик в Yaskawa Electric, японец на име Tetsuro Mori. През 20 -ти век Yaskawa Electric се специализира в разработването и усъвършенстването на електрически задвижвания и двигатели с постоянен ток и затова постигна голям успех в тази посока, например там е разработен първият постоянен двигател с дискова арматура.

Това беше последвано от разработки относно първите хардуерни CNC системи. И през 1972 г. тук е регистрирана марката Mechatronics. Скоро компанията направи голям напредък в развитието на технологиите за електрическо задвижване. По -късно компанията реши да се откаже от думата „Мехатроника“ като търговска марка, тъй като терминът беше много разпространен както в Япония, така и по целия свят.

Във всеки случай Япония е домът на най-активното развитие на подобен подход в технологиите, когато стана необходимо да се комбинират механични елементи, електрически машини, силова електроника, микропроцесори и софтуер за прилагане на високо прецизно управление на електрическо задвижване .

Общ графичен символ за мехатрониката е диаграма от уебсайта на RPI (Rensselaer Polytechnic Institute, NY, USA):

Мехатрониката е една от най -новите инженерни области в света, която според ЮНЕСКО е една от десетте най -обещаващи и търсени.

Най -общо казано, на термина „мехатроника“ може да се даде следното определение — това е област на науката и технологиите, базирана на системна комбинация от единици за прецизна механика, електротехника, електроника, микропроцесорна технология, различни източници на енергия, електрически, хидравлични и пневматични задвижвания, както и интелигентното им управление, фокусирани върху създаването и експлоатацията на блокове от съвременни автоматизирани производствени системи.

Мехатрониката е компютърно управление на движението.

Целта на мехатрониката е да създаде качествено нови модули за движение, мехатронни модули за движение, интелигентни мехатронни модули и на тяхна основа — движещи се интелигентни машини и системи.

В исторически план мехатрониката еволюира от електромеханиката и, разчитайки на своите постижения, отива по-далеч, като систематично комбинира електромеханични системи с компютърни устройства за управление, вградени сензори и интерфейси.

Диаграма на мехатронната система

Обобщена структура на мехатронните системи

Електронни, цифрови, механични, електрически, хидравлични, пневматични и информационни елементи — могат да бъдат част от мехатронната система, като първоначално елементи от различна физическа природа, обаче, събрани заедно, за да се получи качествено нов резултат от системата, който не може да бъде постигнат от всеки елемент като от отделен изпълнител.

Отделен двигател на шпиндела няма да може сам да извади тавата на DVD плейъра, но под контрола на верига със софтуер на микроконтролер и правилно свързан към винтова предавка, всичко ще се получи лесно и ще изглежда сякаш е обикновена монолитна система. Въпреки това, въпреки външната простота, една мехатронна система по дефиниция включва няколко мехатронни единици и модули, свързани помежду си и взаимодействащи заедно, за да изпълняват специфични функционални действия за решаване на конкретна задача.

Един мехатронен модул е ​​независим продукт (структурно и функционално), предназначен да извършва движения с взаимопроникване и едновременно целенасочено хардуерно и софтуерно интегриране на неговите компоненти.

Типична мехатронна система се състои от взаимосвързани електромеханични и силови компоненти, които от своя страна се управляват от компютър или микроконтролери.

При проектирането и изграждането на такава мехатронна система те се опитват да избягват ненужните възли и интерфейси, стремят се да правят всичко сбито и възможно най-безпроблемно, не само с цел да се подобрят масоворазмерните характеристики на устройството, но и да се увеличи надеждността на системата като цяло.

Понякога на инженерите не е лесно, те са принудени да намират много необичайни решения именно поради факта, че различните агрегати са в различни условия на работа, вършат напълно различни неща. Например, на някои места конвенционалният лагер няма да работи и той се заменя с електромагнитно окачване (това се прави по -специално в турбини, изпомпващи газ през тръби, тъй като конвенционалният лагер бързо би се провалил поради проникването на газ в него смазка).

По един или друг начин днес мехатрониката е проникнала навсякъде — от домакински уреди до строителна роботика, оръжия и космическа авиация. Всички машини с ЦПУ, твърди дискове, електрически брави, системата ABS в колата ви и т.н. — навсякъде мехатрониката се оказва не само полезна, но и необходима. Вече рядко, където можете да намерите ръчно управление, всичко се свежда до факта, че сте натиснали бутона без фиксиране или просто сте докоснали сензора — получихте резултата — това е може би най -примитивният пример за това какво представлява мехатрониката днес.

Диаграма на йерархията на нивата на интеграция в мехатрониката

Първото ниво на интеграция се формира от мехатронни устройства и техните елементи. Второто ниво на интеграция се формира от интегрираните мехатронни модули. Третото ниво на интеграция се формира от интеграционните мехатронни машини. Четвъртото ниво на интеграция се формира от комплексите на мехатронните машини. Петото ниво на интеграция се формира на една единствена интеграционна платформа от комплекси от мехатронни машини и роботи, които предполагат формирането на преконфигурируеми гъвкави производствени системи.

Днес мехатронните модули и системи се използват широко в следните области:

• машиностроене и оборудване за автоматизация, технологични процеси в машиностроенето;

• индустриална и специална роботика;

• авиационни и космически технологии;

• военна техника, автомобили за полицията и специалните служби;

• електронно инженерство и оборудване за бързо прототипиране;

• автомобилна индустрия (модули за задвижване на моторни колела, антиблокиращи спирачки, автоматични трансмисии, автоматични системи за паркиране);

• нетрадиционни превозни средства (електрически автомобили, електрически велосипеди, инвалидни колички);

• офис оборудване (например копирни и факс машини);

• компютърни периферни устройства (например принтери, плотери, CD-ROM устройства);

• медицинско и спортно оборудване (биоелектрични и екзоскелетни протези за инвалиди, тонизиращи тренажори, контролирани диагностични капсули, масажори и др.);

• домакински уреди (миене, шиене, съдомиялни машини, самостоятелни прахосмукачки);

• микромашини (за медицина, биотехнологии, комуникации и телекомуникации);

• контролни и измервателни устройства и машини;

• асансьорно и складово оборудване, автоматични врати в хотели и летища; фото и видео оборудване (плейъри за видеодискове, устройства за фокусиране на видеокамера);

• симулатори за обучение на оператори на сложни технически системи и пилоти;

• железопътен транспорт (системи за контрол и стабилизиране на влаково движение);

• интелигентни машини за хранителната, месната и млечната промишленост;

• печатни машини;

• интелигентни устройства за шоу индустрията, атракции.

Съответно, нуждата от персонал с мехатронни технологии се увеличава.