Hva er mekatronikk, mekatroniske elementer, moduler, maskiner og systemer

Ordet "mekatronikk" er dannet av to ord - "mekanikk" og "elektronikk". Dette begrepet ble foreslått i 1969 av en seniorutvikler ved Yaskawa Electric, en japaner ved navn Tetsuro Mori. På 1900-tallet spesialiserte Yaskawa Electric seg på utvikling og forbedring av elektriske drivverk og likestrømsmotorer og oppnådde derfor stor suksess i denne retningen, for eksempel ble den første likestrømsmotoren med skiveanker utviklet der.

Dette ble fulgt av utviklingen angående de første maskinvare CNC-systemene. Og i 1972 ble merket Mechatronics registrert her. Selskapet tok snart store fremskritt i utviklingen av elektriske drivteknologier. Selskapet bestemte seg senere for å droppe ordet "Mechatronics" som et varemerke, ettersom begrepet ble mye brukt både i Japan og rundt om i verden.

I alle fall er Japan hjemsted for den mest aktive utviklingen av en slik tilnærming innen teknologi, da det ble nødvendig å kombinere mekaniske elementer, elektriske maskiner, kraftelektronikk, mikroprosessorer og programvare for å implementere høypresisjon elektrisk stasjonskontroll.

Et vanlig grafisk symbol for mekatronikk er et diagram fra nettsiden til RPI (Rensselaer Polytechnic Institute, NY, USA):

Mekatronikk er et av de nyeste ingeniørfeltene i verden, som ifølge UNESCO er et av de ti mest lovende og ettertraktede.

Generelt sett kan begrepet "mekatronikk" gis følgende definisjon - det er et felt innen vitenskap og teknologi basert på en systematisk kombinasjon av enheter for presisjonsmekanikk, elektroteknikk, elektronikk, mikroprosessorteknologi, ulike kraftkilder, elektriske, hydrauliske og pneumatiske stasjoner, så vel som deres intelligente kontroll, fokuserte på opprettelse og drift av blokker av moderne automatiserte produksjonssystemer.

Mekatronikk er datastyrt bevegelseskontroll.

Målet med mekatronikk er å lage kvalitativt nye bevegelsesmoduler, mekatroniske bevegelsesmoduler, intelligente mekatroniske moduler og, på grunnlag av disse, bevegelige intelligente maskiner og systemer.

Historisk har mekatronikk utviklet seg fra elektromekanikk og, basert på dens prestasjoner, gikk den videre ved systematisk å kombinere elektromekaniske systemer med datakontrollenheter, innebygde sensorer og grensesnitt.

Diagram over det mekatroniske systemet

Generalisert struktur av mekatroniske systemer

Elektroniske, digitale, mekaniske, elektriske, hydrauliske, pneumatiske og informasjonselementer - kan være en del av det mekatroniske systemet, da elementer av en annen fysisk karakter imidlertid i utgangspunktet er samlet for å oppnå et kvalitativt nytt resultat av systemet, som ikke kan oppnås av hvert element som av en separat utøver.

En separat spindelmotor vil ikke være i stand til å løse ut DVD-spillerskuffen av seg selv, men under kontroll av en krets med mikrokontrollerprogramvare og riktig koblet til et ormeutstyr, vil alt ordne seg enkelt og se ut som et enkelt monolittisk system. Til tross for den ytre enkelheten, inkluderer et mekatronisk system per definisjon flere mekatroniske enheter og moduler som er koblet sammen og samhandler sammen for å utføre spesifikke funksjonelle handlinger for å løse en spesifikk oppgave.

En mekatronisk modul er et uavhengig produkt (strukturelt og funksjonelt) designet for å utføre bevegelser med interpenetrering og samtidig målrettet maskinvare- og programvareintegrasjon av komponentene.

Et typisk mekatronisk system består av sammenkoblede elektromekaniske og kraftkomponenter som igjen styres av en datamaskin eller mikrokontrollere.

Når de designer og bygger et slikt mekatronisk system, prøver de å unngå unødvendige noder og grensesnitt, prøver å gjøre alt konsist og så sømløst som mulig, ikke bare for å forbedre massestørrelsesegenskapene til enheten, men også for å øke påliteligheten av systemet generelt.

Noen ganger er det ikke lett for ingeniører, de er tvunget til å finne svært uvanlige løsninger nettopp på grunn av det faktum at forskjellige enheter er i forskjellige arbeidsforhold og gjør helt forskjellige ting. Noen steder vil for eksempel ikke et konvensjonelt lager fungere, og det erstattes av et elektromagnetisk oppheng (dette gjøres spesielt i turbiner som pumper gass gjennom rør, siden et konvensjonelt lager raskt vil svikte på grunn av penetrering av gass inn i dets smøremiddel).

På en eller annen måte har mekatronikk i dag gjennomsyret alt fra husholdningsapparater til konstruksjonsrobotikk, våpen og romfart. Alle CNC-maskiner, harddisker, elektriske låser, ABS-systemet i bilen din osv. — overalt er mekatronikk ikke bare nyttig, men også nødvendig. Det er nå sjelden man kan finne manuell styring, det hele koker ned til at du trykket på knappen uten fiksering eller rett og slett berørte sensoren — du fikk resultatet — dette er kanskje det mest primitive eksemplet på hva mekatronikk er i dag.

Hierarkidiagram over integrasjonsnivåer i mekatronikk

Det første integreringsnivået er dannet av mekatroniske enheter og deres elementer. Det andre integrasjonsnivået dannes av de integrerte mekatroniske modulene. Det tredje nivået av integrering dannes av integrasjonsmekatroniske maskiner. Det fjerde integreringsnivået dannes av kompleksene til mekatroniske maskiner. Det femte nivået av integrering er dannet på en enkelt integrasjonsplattform av komplekser av mekatroniske maskiner og roboter, som innebærer dannelsen av rekonfigurerbare fleksible produksjonssystemer.

I dag er mekatroniske moduler og systemer mye brukt på følgende områder:

• maskinteknikk og automasjonsutstyr, teknologiske prosesser innen maskinteknikk;

• industriell og spesiell robotikk;

• luftfart og romteknologi;

• militært utstyr, kjøretøy for politiet og spesialtjenester;

• elektronisk konstruksjon og hurtigprototyping utstyr;

• bilindustrien (motorhjulsdriftsmoduler, blokkeringsfrie bremser, automatiske girkasser, automatiske parkeringssystemer);

• ikke-tradisjonelle kjøretøy (elbiler, elektriske sykler, rullestoler);

• kontorutstyr (f.eks. kopimaskiner og faksmaskiner);

• datamaskin periferiutstyr (f.eks. skrivere, plottere, CD-ROM-stasjoner);

• medisinsk utstyr og sportsutstyr (bioelektriske og eksoskelettproteser for funksjonshemmede, toningstrenere, kontrollerte diagnostiske kapsler, massasjeapparater, etc.);

• husholdningsapparater (vask, sying, oppvaskmaskiner, uavhengige støvsugere);

• mikromaskiner (for medisin, bioteknologi, kommunikasjon og telekommunikasjon);

• kontroll- og måleenheter og maskiner;

• heis- og lagerutstyr, automatiske dører på hoteller og flyplasser; foto- og videoutstyr (videoplatespillere, videokamerafokuseringsenheter);

• simulatorer for opplæring av operatører av komplekse tekniske systemer og piloter;

• jernbanetransport (togkontroll- og stabiliseringssystemer);

• intelligente maskiner for mat-, kjøtt- og meieriindustrien;

• utskrift maskiner;

• smarte enheter for showindustrien, attraksjoner.

Følgelig øker behovet for personell med mekatroniske teknologier.