Čo je mechatronika, mechatronické prvky, moduly, stroje a systémy

Slovo "mechatronika" je vytvorené z dvoch slov - "mechanika" a "elektronika". Tento termín navrhol v roku 1969 starší vývojár v Yaskawa Electric, Japonec menom Tetsuro Mori. V 20. storočí sa Yaskawa Electric špecializovala na vývoj a zdokonaľovanie elektrických pohonov a jednosmerných motorov a preto v tomto smere zožala veľké úspechy, bol tam napríklad vyvinutý prvý jednosmerný motor s kotúčovou kotvou.

Nasledoval vývoj týkajúci sa prvých hardvérových CNC systémov. A v roku 1972 tu bola zaregistrovaná značka Mechatronika. Spoločnosť čoskoro urobila veľké pokroky vo vývoji technológií elektrického pohonu. Spoločnosť sa neskôr rozhodla vypustiť slovo „mechatronika“ ako ochrannú známku, pretože tento výraz bol široko používaný v Japonsku aj na celom svete.

V každom prípade je Japonsko domovom najaktívnejšieho rozvoja takéhoto prístupu v technológii, keď bolo potrebné spojiť mechanické prvky, elektrické stroje, výkonovú elektroniku, mikroprocesory a softvér na implementáciu vysoko presného riadenia elektrického pohonu.

Bežným grafickým symbolom pre mechatroniku je diagram z webovej stránky RPI (Rensselaer Polytechnic Institute, NY, USA):

Mechatronika je jedným z najnovších inžinierskych odborov na svete, ktorý patrí podľa UNESCO medzi desať najperspektívnejších a najvyhľadávanejších.

Vo všeobecnosti možno pojem „mechatronika“ definovať takto — je to oblasť vedy a techniky založená na systematickej kombinácii jednotiek pre jemnú mechaniku, elektrotechniku, elektroniku, mikroprocesorovú techniku, rôzne zdroje energie, elektrické, hydraulické a pneumatické pohony, ako aj ich inteligentné riadenie, zamerané na tvorbu a obsluhu blokov moderných automatizovaných výrobných systémov.

Mechatronika je počítačové riadenie pohybu.

Cieľom mechatroniky je vytvárať kvalitatívne nové pohybové moduly, mechatronické pohybové moduly, inteligentné mechatronické moduly a na ich základe pohyblivé inteligentné stroje a systémy.

Historicky sa mechatronika vyvinula z elektromechaniky a opierajúc sa o svoje úspechy išla ďalej systematickým kombinovaním elektromechanických systémov s počítačovými riadiacimi zariadeniami, vstavanými senzormi a rozhraniami.

Schéma mechatronického systému

Zovšeobecnená štruktúra mechatronických systémov

Elektronické, digitálne, mechanické, elektrické, hydraulické, pneumatické a informačné prvky — môžu byť súčasťou mechatronického systému, keďže pôvodne prvky inej fyzikálnej povahy sa však spojili, aby sa dosiahol kvalitatívne nový výsledok systému, ktorý nemožno dosiahnuť každým prvkom ako samostatným interpretom.

Samostatný vretenový motor nebude schopný vysunúť podnos DVD prehrávača sám, ale pod kontrolou obvodu so softvérom mikrokontroléra a správne napojeného na šnekový prevod bude všetko fungovať jednoducho a bude vyzerať ako jednoduchý monolitický systém. Napriek vonkajšej jednoduchosti však mechatronický systém podľa definície zahŕňa niekoľko mechatronických jednotiek a modulov, ktoré sú vzájomne prepojené a vzájomne pôsobiace, aby vykonávali špecifické funkčné činnosti na vyriešenie špecifickej úlohy.

Mechatronický modul je samostatný produkt (štrukturálne a funkčne) určený na vykonávanie pohybov so vzájomným prienikom a súčasnou účelnou hardvérovou a softvérovou integráciou jeho komponentov.

Typický mechatronický systém pozostáva zo vzájomne prepojených elektromechanických a výkonových komponentov, ktoré sú zase riadené počítačom alebo mikrokontrolérmi.

Pri navrhovaní a budovaní takéhoto mechatronického systému sa snažia vyhnúť zbytočným uzlom a rozhraniam, snažia sa, aby bolo všetko stručné a čo najplynulejšie, nielen s cieľom zlepšiť veľkostné charakteristiky zariadenia, ale aj zvýšiť spoľahlivosť. systému všeobecne.

Inžinieri to niekedy nemajú ľahké, sú nútení hľadať veľmi neobvyklé riešenia práve kvôli tomu, že rôzne jednotky sú v rôznych pracovných podmienkach a robia úplne iné veci. Napríklad na niektorých miestach konvenčné ložisko nebude fungovať a je nahradené elektromagnetickým zavesením (to sa deje najmä v turbínach čerpajúcich plyn potrubím, pretože konvenčné ložisko by rýchlo zlyhalo v dôsledku prenikania plynu do jeho mazivo).

Tak či onak dnes mechatronika prenikla do všetkého od domácich spotrebičov po stavebnú robotiku, zbrane a letecký priemysel. Všetky CNC stroje, pevné disky, elektrické zámky, systém ABS vo vašom aute atď. — všade je mechatronika nielen užitočná, ale aj potrebná. Teraz je zriedkavé, kde môžete nájsť manuálne ovládanie, všetko sa scvrkáva na skutočnosť, že ste stlačili tlačidlo bez fixácie alebo sa jednoducho dotkli snímača - výsledok ste dostali - toto je možno najprimitívnejší príklad toho, čo je dnes mechatronika.

Hierarchický diagram integračných úrovní v mechatronike

Prvú úroveň integrácie tvoria mechatronické zariadenia a ich prvky. Druhú úroveň integrácie tvoria integrované mechatronické moduly. Tretiu úroveň integrácie tvoria integračné mechatronické stroje. Štvrtú úroveň integrácie tvoria komplexy mechatronických strojov. Piata úroveň integrácie je tvorená na jedinej integračnej platforme komplexov mechatronických strojov a robotov, čo znamená vytvorenie rekonfigurovateľných flexibilných výrobných systémov.

Dnes sú mechatronické moduly a systémy široko používané v nasledujúcich oblastiach:

• strojárske a automatizačné zariadenia, technologické procesy v strojárstve;

• priemyselná a špeciálna robotika;

• letectvo a vesmírne technológie;

• vojenské vybavenie, vozidlá pre políciu a špeciálne služby;

• elektronické inžinierstvo a zariadenia na rýchle prototypovanie;

• automobilový priemysel (moduly pohonu motorových kolies, protiblokovacie brzdy, automatické prevodovky, automatické parkovacie systémy);

• netradičné vozidlá (elektrické autá, elektrické bicykle, invalidné vozíky);

• kancelárske vybavenie (napr. kopírky a faxy);

• počítačové periférie (napr. tlačiarne, plotre, CD-ROM mechaniky);

• lekárske a športové vybavenie (bioelektrické a exoskeletonové protézy pre zdravotne postihnutých, tonizačné trenažéry, riadené diagnostické kapsuly, masérky atď.);

• domáce spotrebiče (umývanie, šitie, umývačky riadu, samostatné vysávače);

• mikrostroje (pre medicínu, biotechnológiu, komunikáciu a telekomunikácie);

• riadiace a meracie zariadenia a stroje;

• výťahové a skladové zariadenia, automatické dvere v hoteloch a na letiskách; foto a video zariadenia (prehrávače videodiskov, zariadenia na zaostrovanie videokamery);

• simulátory na výcvik operátorov zložitých technických systémov a pilotov;

• železničná doprava (systémy riadenia a stabilizácie vlakov);

• inteligentné stroje pre potravinársky, mäsový a mliečny priemysel;

• tlačiarenské stroje;

• inteligentné zariadenia pre šou priemysel, atrakcie.

V súlade s tým rastie potreba personálu s mechatronickými technológiami.