Kaj je mehatronika, mehatronski elementi, moduli, stroji in sistemi

Beseda "mehatronika" je sestavljena iz dveh besed - "mehanika" in "elektronika". Ta izraz je leta 1969 predlagal višji razvijalec pri Yaskawa Electric, Japonec po imenu Tetsuro Mori. V 20. stoletju se je Yaskawa Electric specializirala za razvoj in izboljšave električnih pogonov in enosmernih motorjev in je zato v tej smeri dosegla velik uspeh, tam so na primer razvili prvi kolutni armaturni enosmerni motor.

Temu je sledil razvoj v zvezi s prvimi strojnimi CNC sistemi. In leta 1972 je bila tukaj registrirana blagovna znamka Mehatronika. Podjetje je kmalu močno napredovalo v razvoju tehnologij električnih pogonov. Podjetje se je kasneje odločilo, da opusti besedo "mehatronika" kot blagovno znamko, saj je bil izraz široko uporabljen tako na Japonskem kot po svetu.

Vsekakor je Japonska domovina najaktivnejšega razvoja takšnega pristopa v tehnologiji, ko je postalo potrebno kombinirati mehanske elemente, električne stroje, močnostno elektroniko, mikroprocesorje in programsko opremo za izvedbo visokonatančnega krmiljenja električnih pogonov.

Skupni grafični simbol za mehatroniko je diagram s spletne strani RPI (Rensselaer Polytechnic Institute, NY, ZDA):

Mehatronika je eno najnovejših inženirskih področij na svetu, ki po Unescu sodi med deset najbolj perspektivnih in iskanih.

Na splošno lahko izraz "mehatronika" opredelimo z naslednjo definicijo - to je področje znanosti in tehnologije, ki temelji na sistematični kombinaciji enot za finomehaniko, elektrotehniko, elektroniko, mikroprocesorsko tehniko, različne vire energije, električne, hidravlične in pnevmatski pogoni, kot tudi njihov inteligentni nadzor, osredotočeni na ustvarjanje in delovanje blokov sodobnih avtomatiziranih proizvodnih sistemov.

Mehatronika je računalniško vodenje gibanja.

Cilj mehatronike je ustvariti kakovostno nove gibalne module, mehatronske gibalne module, inteligentne mehatronske module in na njihovi osnovi gibljive inteligentne stroje in sisteme.

Zgodovinsko gledano se je mehatronika razvila iz elektromehanike in na podlagi njenih dosežkov šla še dlje s sistematičnim združevanjem elektromehanskih sistemov z računalniškimi krmilnimi napravami, vgrajenimi senzorji in vmesniki.

Diagram mehatronskega sistema

Posplošena struktura mehatronskih sistemov

Elektronski, digitalni, mehanski, električni, hidravlični, pnevmatski in informacijski elementi — so lahko del mehatronskega sistema, saj so sprva elementi drugačne fizikalne narave, vendar združeni, da dobijo kakovostno nov rezultat sistema, ki ga ni mogoče doseči. po vsakem elementu kot po posameznem izvajalcu.

Ločen vretenski motor ne bo mogel sam izvržeti pladnja DVD predvajalnika, toda pod nadzorom vezja z mikrokontrolersko programsko opremo in pravilno povezanim s polžastim orodjem bo vse delovalo enostavno in izgledalo kot preprost monoliten sistem. Kljub zunanji preprostosti pa mehatronski sistem po definiciji vključuje več mehatronskih enot in modulov, ki so medsebojno povezani in medsebojno delujejo za izvajanje določenih funkcionalnih dejanj za reševanje določene naloge.

Mehatronski modul je (konstruktivno in funkcionalno) samostojen izdelek, namenjen izvajanju premikov s prepletanjem in hkratno namensko strojno in programsko integracijo njegovih komponent.

Tipičen mehatronski sistem je sestavljen iz med seboj povezanih elektromehanskih in močnostnih komponent, ki jih krmili računalnik ali mikrokrmilniki.

Pri načrtovanju in izdelavi takšnega mehatronskega sistema se poskušajo izogniti nepotrebnim vozliščem in vmesnikom, poskušajo narediti vse jedrnato in čim bolj brezhibno, ne le za izboljšanje masno-velikostnih značilnosti naprave, temveč tudi za povečanje zanesljivosti. sistema na splošno.

Inženirjem včasih ni lahko, prisiljeni so najti zelo nenavadne rešitve prav zaradi dejstva, da so različne enote v različnih delovnih pogojih in delajo popolnoma različne stvari. Na primer, ponekod običajen ležaj ne bo deloval in ga nadomesti elektromagnetno vzmetenje (to se naredi zlasti pri turbinah, ki črpajo plin po ceveh, saj bi običajen ležaj hitro odpovedal zaradi prodiranja plina v njegovo mazivo).

Tako ali drugače je danes mehatronika prežela vse od gospodinjskih aparatov do gradbene robotike, orožja in vesolja. Vsi CNC stroji, trdi diski, električne ključavnice, ABS sistem v vašem avtu itd. — povsod je mehatronika ne le uporabna, ampak tudi potrebna. Zdaj je redkokje mogoče najti ročno upravljanje, vse se zmanjša na dejstvo, da ste pritisnili gumb brez fiksacije ali se preprosto dotaknili senzorja - dobili ste rezultat - to je morda najbolj primitiven primer, kaj je danes mehatronika.

Hierarhični diagram stopenj integracije v mehatroniki

Prvo stopnjo integracije tvorijo mehatronske naprave in njihovi elementi. Drugi nivo integracije tvorijo integrirani mehatronski moduli. Tretjo stopnjo integracije tvorijo integracijski mehatronski stroji. Četrto stopnjo integracije tvorijo kompleksi mehatronskih strojev. Peta stopnja integracije je oblikovana na enotni integracijski platformi kompleksov mehatronskih strojev in robotov, kar pomeni oblikovanje rekonfigurabilnih fleksibilnih proizvodnih sistemov.

Danes se mehatronski moduli in sistemi široko uporabljajo na naslednjih področjih:

• strojništvo in oprema za avtomatizacijo, tehnološki procesi v strojništvu;

• industrijska in specialna robotika;

• letalska in vesoljska tehnologija;

• vojaška oprema, vozila za policijo in posebne službe;

• Elektronski inženiring in oprema za hitro izdelavo prototipov;

• avtomobilska industrija (moduli pogona motornih koles, protiblokirni zavori, avtomatski menjalniki, avtomatski parkirni sistemi);

• netradicionalna vozila (električni avtomobili, električna kolesa, invalidski vozički);

• pisarniška oprema (npr. kopirni stroji in faksi);

• računalniške periferne enote (npr. tiskalniki, risalniki, pogoni CD-ROM);

• medicinska in športna oprema (bioelektrične in eksoskeletne proteze za invalide, trenažerji za toniranje, nadzorovane diagnostične kapsule, masažerji itd.);

• gospodinjski aparati (pralni, šivalni, pomivalni stroji, samostojni sesalniki);

• mikrostroji (za medicino, biotehnologijo, komunikacije in telekomunikacije);

• krmilne in merilne naprave in stroji;

• oprema za dvigala in skladišča, avtomatska vrata v hotelih in na letališčih; foto in video oprema (predvajalniki video diskov, naprave za fokusiranje video kamer);

• Simulatorji za usposabljanje operaterjev kompleksnih tehničnih sistemov in pilotov;

• železniški promet (sistemi za nadzor in stabilizacijo vlakov);

• inteligentni stroji za živilsko, mesno in mlečno industrijo;

• tiskarski stroji;

• pametne naprave za šov industrijo, atrakcije.

Skladno s tem se povečuje potreba po kadrih z mehatronsko tehnologijo.