Vad är mekatronik, mekatroniska element, moduler, maskiner och system

Ordet "mekatronik" är bildat av två ord - "mekanik" och "elektronik". Denna term föreslogs 1969 av en senior utvecklare på Yaskawa Electric, en japan vid namn Tetsuro Mori. På 1900-talet specialiserade Yaskawa Electric sig på utveckling och förbättring av elektriska drivningar och likströmsmotorer och nådde därför stora framgångar i denna riktning, till exempel utvecklades den första likströmsmotorn för skivankaret där.

Detta följdes av utvecklingen gällande de första hårdvaru-CNC-systemen. Och 1972 registrerades varumärket Mechatronics här. Företaget gjorde snart stora framsteg i utvecklingen av elektriska drivtekniker. Företaget bestämde sig senare för att släppa ordet "Mechatronics" som varumärke, eftersom termen användes flitigt både i Japan och runt om i världen.

Hur som helst är Japan hem för den mest aktiva utvecklingen av ett sådant tillvägagångssätt inom teknik, när det blev nödvändigt att kombinera mekaniska element, elektriska maskiner, kraftelektronik, mikroprocessorer och mjukvara för att implementera högprecisionsstyrning av elektrisk drivning.

En vanlig grafisk symbol för mekatronik är ett diagram från RPI (Rensselaer Polytechnic Institute, NY, USA) webbplats:

Mekatronik är ett av de nyaste teknikområdena i världen, som enligt UNESCO är ett av de tio mest lovande och eftertraktade.

Generellt sett kan termen "mekatronik" ges följande definition — det är ett område inom vetenskap och teknik baserat på en systematisk kombination av enheter för finmekanik, elektroteknik, elektronik, mikroprocessorteknik, olika kraftkällor, elektriska, hydrauliska och pneumatiska drivenheter, såväl som deras intelligenta styrning, fokuserade på skapandet och driften av block av moderna automatiserade produktionssystem.

Mekatronik är datoriserad rörelsekontroll.

Målet med mekatronik är att skapa kvalitativt nya rörelsemoduler, mekatroniska rörelsemoduler, intelligenta mekatroniska moduler och, på grundval av dessa, rörliga intelligenta maskiner och system.

Historiskt sett har mekatronik utvecklats från elektromekanik och, beroende på dess prestationer, gick den längre genom att systematiskt kombinera elektromekaniska system med datorstyrningsenheter, inbyggda sensorer och gränssnitt.

Diagram över det mekatroniska systemet

Generaliserad struktur av mekatroniska system

Elektroniska, digitala, mekaniska, elektriska, hydrauliska, pneumatiska och informationselement — kan vara en del av det mekatroniska systemet, eftersom element av en annan fysisk natur emellertid sammanförs för att erhålla ett kvalitativt nytt resultat av systemet, vilket inte kan uppnås av varje element som av en separat artist.

En separat spindelmotor kommer inte att kunna mata ut DVD-spelarens fack av sig själv, men under kontroll av en krets med mikrokontrollerprogramvara och korrekt ansluten till en snäckväxel kommer allt att fungera enkelt och se ut som ett enkelt monolitiskt system. Men trots den externa enkelheten inkluderar ett mekatroniskt system per definition flera mekatroniska enheter och moduler som är sammankopplade och interagerar tillsammans för att utföra specifika funktionella åtgärder för att lösa en specifik uppgift.

En mekatronisk modul är en oberoende produkt (strukturellt och funktionellt) utformad för att utföra rörelser med interpenetration och samtidig målmedveten hård- och mjukvaruintegrering av dess komponenter.

Ett typiskt mekatroniskt system består av sammankopplade elektromekaniska och kraftkomponenter som i sin tur styrs av en dator eller mikrokontroller.

När de designar och bygger ett sådant mekatroniskt system försöker de undvika onödiga noder och gränssnitt, försöker göra allt kortfattat och så sömlöst som möjligt, inte bara för att förbättra enhetens massstorleksegenskaper utan också för att öka tillförlitligheten av systemet i allmänhet.

Ibland är det inte lätt för ingenjörer, de tvingas hitta väldigt ovanliga lösningar just på grund av att olika enheter är i olika arbetsförhållanden och gör helt olika saker. Till exempel, på vissa ställen fungerar inte ett konventionellt lager, och det ersätts av en elektromagnetisk upphängning (detta görs särskilt i turbiner som pumpar gas genom rör, eftersom ett konventionellt lager snabbt skulle misslyckas på grund av att gas tränger in i dess smörjmedel).

På ett eller annat sätt har mekatroniken idag genomsyrat allt från hushållsapparater till byggrobotik, vapen och flyg. Alla CNC-maskiner, hårddiskar, ellås, ABS-systemet i din bil mm. — överallt är mekatronik inte bara användbar utan också nödvändig. Det är numera sällsynt där man kan hitta manuell styrning, allt handlar om att man tryckte på knappen utan fixering eller bara rörde sensorn — du fick resultatet — detta är kanske det mest primitiva exemplet på vad mekatronik är idag.

Hierarkidiagram över integrationsnivåer i mekatronik

Den första integrationsnivån bildas av mekatroniska enheter och deras element. Den andra integrationsnivån bildas av de integrerade mekatroniska modulerna. Den tredje integrationsnivån bildas av integrationsmekatroniska maskiner. Den fjärde nivån av integration bildas av komplexen av mekatroniska maskiner. Den femte integrationsnivån bildas på en enda integrationsplattform av komplex av mekatroniska maskiner och robotar, vilket innebär bildandet av omkonfigurerbara flexibla produktionssystem.

Idag används mekatroniska moduler och system i stor utsträckning inom följande områden:

• maskinteknik och automationsutrustning, tekniska processer inom maskinteknik;

• industriell och speciell robotik;

• flyg- och rymdteknik;

• militär utrustning, fordon för polisen och specialtjänster;

• elektronikteknik och snabb prototyputrustning;

• bilindustrin (motorhjulsdriftmoduler, låsningsfria bromsar, automatiska växellådor, automatiska parkeringssystem);

• icke-traditionella fordon (elbilar, elcyklar, rullstolar);

• kontorsutrustning (t.ex. kopiatorer och faxmaskiner);

• kringutrustning för datorer (t.ex. skrivare, plottrar, CD-ROM-enheter);

• medicinsk och sportutrustning (bioelektriska och exoskelettproteser för funktionshindrade, toningstränare, kontrollerade diagnostiska kapslar, massageapparater, etc.);

• hushållsapparater (tvätt, sömnad, diskmaskiner, oberoende dammsugare);

• mikromaskiner (för medicin, bioteknik, kommunikation och telekommunikation);

• styr- och mätanordningar och maskiner;

• hiss- och lagerutrustning, automatiska dörrar på hotell och flygplatser; foto- och videoutrustning (videoskivspelare, videokamerafokuseringsanordningar);

• simulatorer för utbildning av operatörer av komplexa tekniska system och piloter;

• järnvägstransport (tågkontroll och stabiliseringssystem);

• intelligenta maskiner för livsmedels-, kött- och mejeriindustrin;

• tryckmaskiner;

• smarta enheter för showbranschen, attraktioner.

Följaktligen ökar behovet av personal med mekatronisk teknik.