Mi a mechatronika, mechatronikai elemek, modulok, gépek és rendszerek

A "mechatronika" szó két szóból áll: "mechanika" és "elektronika". Ezt a kifejezést 1969-ben javasolta a Yaskawa Electric egyik vezető fejlesztője, egy japán, Tetsuro Mori. A 20. században a Yaskawa Electric az elektromos hajtások és egyenáramú motorok fejlesztésére és fejlesztésére szakosodott, és ezért nagy sikereket ért el ebben az irányban, például itt fejlesztették ki az első tárcsás armatúrás egyenáramú motort.

Ezt követték az első hardveres CNC rendszerek fejlesztései. 1972-ben pedig itt jegyezték be a Mechatronics márkát. A cég hamarosan nagy lépéseket tett az elektromos hajtástechnológiák fejlesztésében. A cég később úgy döntött, hogy elhagyja a "Mechatronics" szót, mint védjegyet, mivel a kifejezést Japánban és az egész világon széles körben használták.

Mindenesetre Japán ad otthont az ilyen jellegű technológiai megközelítés legaktívabb fejlesztésének, amikor szükségessé vált a mechanikai elemek, elektromos gépek, teljesítményelektronika, mikroprocesszorok és szoftverek kombinálása a nagy pontosságú elektromos hajtásvezérlés megvalósításához.

A mechatronika gyakori grafikus szimbóluma az RPI (Rensselaer Polytechnic Institute, NY, USA) webhelyének diagramja:

A mechatronika a világ egyik legújabb mérnöki területe, amely az UNESCO szerint a tíz legígéretesebb és legkeresettebb terület egyike.

Általánosságban elmondható, hogy a "mechatronika" kifejezést a következő definícióval adhatjuk: a tudomány és a technológia olyan területe, amely a precíziós mechanika, az elektrotechnika, az elektronika, a mikroprocesszor-technológia, a különféle áramforrások, az elektromos, hidraulikus és pneumatikus hajtások, valamint ezek intelligens vezérlése a modern automatizált gyártórendszerek blokkjainak létrehozására és működtetésére összpontosított.

A mechatronika számítógépes mozgásvezérlés.

A mechatronika célja minőségileg új mozgásmodulok, mechatronikai mozgásmodulok, intelligens mechatronikai modulok és ezek alapján mozgó intelligens gépek és rendszerek létrehozása.

Történelmileg a mechatronika az elektromechanikából fejlődött ki, és eredményeire támaszkodva tovább ment az elektromechanikus rendszerek és a számítógépes vezérlőeszközök, beágyazott érzékelők és interfészek szisztematikus kombinálásával.

A mechatronikai rendszer diagramja

Mechatronikai rendszerek általános felépítése

Elektronikus, digitális, mechanikus, elektromos, hidraulikus, pneumatikus és információs elemek – részei lehetnek a mechatronikai rendszernek, mivel kezdetben más fizikai jellegű elemeket egyesítenek, hogy minőségileg új eredményt kapjanak a rendszerből, ami nem érhető el. minden egyes elem által, mint egy külön előadó által.

Egy külön orsós motor nem tudja magától kivenni a DVD lejátszó tálcáját, de egy mikrokontroller szoftverrel ellátott áramkör vezérlése mellett, és megfelelően csatlakoztatva a csigahajtóműhöz, minden könnyen megy, és egy egyszerű monolit rendszernek fog kinézni. A külső egyszerűség ellenére azonban a mechatronikai rendszer definíció szerint több mechatronikai egységet és modult foglal magában, amelyek egymással összekapcsolódnak és kölcsönhatásba lépnek, hogy meghatározott funkcionális műveleteket hajtsanak végre egy adott feladat megoldása érdekében.

A mechatronikai modul egy független termék (strukturálisan és funkcionálisan), amelyet arra terveztek, hogy a mozdulatokat áthatással és egyidejűleg célirányos hardver- és szoftverintegrációval hajtsa végre.

Egy tipikus mechatronikai rendszer egymással összekapcsolt elektromechanikus és teljesítményelemekből áll, amelyeket viszont számítógép vagy mikrokontrollerek vezérelnek.

Egy ilyen mechatronikai rendszer tervezése és építése során igyekeznek elkerülni a felesleges csomópontokat és interfészeket, igyekeznek mindent tömörre és a lehető legzökkenőmentesebbre tenni, nemcsak a készülék tömegméret-jellemzőinek javítása, hanem a megbízhatóság növelése érdekében is. a rendszerről általában.

Néha nem könnyű a mérnököknek, kénytelenek nagyon szokatlan megoldásokat találni éppen amiatt, hogy a különböző egységek különböző munkakörülmények között vannak, teljesen mást csinálnak. Például egyes helyeken a hagyományos csapágy nem működik, és elektromágneses felfüggesztéssel helyettesítik (ezt különösen a csövekben gázt szivattyúzó turbináknál teszik, mivel a hagyományos csapágy gyorsan meghibásodik a gáz behatolása miatt. a kenőanyaga).

Így vagy úgy, a mechatronika ma már mindent áthatott a háztartási gépektől az építőrobotikáig, a fegyverekig és a repülőgépekig. Minden CNC gép, merevlemez, elektromos zár, az autó ABS rendszere stb. — mindenhol a mechatronika nemcsak hasznos, hanem szükséges is. Manapság már ritka, ahol kézi vezérlést lehet találni, minden azon múlik, hogy rögzítés nélkül nyomta meg a gombot, vagy egyszerűen megérintette az érzékelőt – meglett az eredmény – ez talán a legprimitívebb példa arra, hogy mi is a mechatronika ma.

A mechatronika integrációs szintjeinek hierarchia diagramja

Az integráció első szintjét a mechatronikai eszközök és azok elemei alkotják. Az integráció második szintjét az integrált mechatronikai modulok alkotják. Az integráció harmadik szintjét az integrációs mechatronikai gépek alkotják. Az integráció negyedik szintjét a mechatronikai gépek komplexumai alkotják. Az integráció ötödik szintje a mechatronikai gépek és robotok komplexumainak egyetlen integrációs platformján jön létre, ami újrakonfigurálható rugalmas termelési rendszerek kialakítását jelenti.

Ma a mechatronikai modulokat és rendszereket széles körben használják a következő területeken:

• gépészeti és automatizálási berendezések, technológiai folyamatok a gépészetben;

• ipari és speciális robotika;

• repülés- és űrtechnológia;

• katonai felszerelések, járművek a rendőrség és a speciális szolgálatok számára;

• Elektronikus mérnöki és gyors prototípuskészítő berendezések;

• autóipar (motorkerékhajtás modulok, blokkolásgátló fékek, automata sebességváltók, automata parkolórendszerek);

• nem hagyományos járművek (elektromos autók, elektromos kerékpárok, kerekes székek);

• irodai berendezések (pl. fénymásolók és faxgépek);

• számítógép-perifériák (pl. nyomtatók, plotterek, CD-ROM meghajtók);

• orvosi és sportfelszerelések (bioelektromos és exoskeleton protézisek mozgássérültek számára, alakformáló trénerek, irányított diagnosztikai kapszulák, masszírozók stb.);

• háztartási gépek (mosó, varrás, mosogatógépek, független porszívók);

• mikrogépek (gyógyászathoz, biotechnológiához, kommunikációhoz és telekommunikációhoz);

• vezérlő- és mérőeszközök és gépek;

• lift- és raktárberendezések, automata ajtók szállodákban és repülőtereken; fotó és videó berendezések (videolemez lejátszók, videokamerás fókuszáló eszközök);

• szimulátorok komplex műszaki rendszerek üzemeltetőinek és pilótáknak a képzéséhez;

• vasúti közlekedés (vonatvezérlő és stabilizáló rendszerek);

• intelligens gépek az élelmiszer-, hús- és tejipar számára;

• Nyomdagépek;

• okoseszközök a showipar számára, látványosságok.

Ennek megfelelően növekszik a mechatronikai technológiákkal foglalkozó személyzet iránti igény.