Što je mehatronika, mehatronički elementi, moduli, strojevi i sustavi

Riječ "mehatronika" nastala je od dvije riječi - "mehanika" i "elektronika". Ovaj izraz predložio je 1969. godine viši programer u Yaskawa Electricu, Japanac po imenu Tetsuro Mori. U 20. stoljeću Yaskawa Electric se specijalizirala za razvoj i unapređenje električnih pogona i istosmjernih motora i stoga je u tom smjeru postigla veliki uspjeh, na primjer, tamo je razvijen prvi DC motor s disk armaturom.

Nakon toga uslijedio je razvoj u vezi s prvim hardverskim CNC sustavima. A 1972. godine ovdje je registrirana robna marka Mehatronika. Tvrtka je ubrzo napravila velike korake u razvoju tehnologija električnih pogona. Tvrtka je kasnije odlučila izbaciti riječ "Mehatronika" kao zaštitni znak, budući da se izraz široko koristio u Japanu i diljem svijeta.

U svakom slučaju, Japan je domovina najaktivnijeg razvoja takvog pristupa u tehnologiji, kada je postalo potrebno kombinirati mehaničke elemente, električne strojeve, energetsku elektroniku, mikroprocesore i softver za implementaciju visokopreciznog upravljanja električnim pogonom.

Uobičajeni grafički simbol za mehatroniku je dijagram s web stranice RPI (Rensselaer Polytechnic Institute, NY, SAD):

Mehatronika je jedno od najnovijih inženjerskih područja u svijetu, koje je prema UNESCO-u jedno od deset najperspektivnijih i najtraženijih.

Općenito govoreći, pojmu "mehatronika" može se dati sljedeća definicija — to je područje znanosti i tehnologije koje se temelji na sustavnoj kombinaciji jedinica za preciznu mehaniku, elektrotehniku, elektroniku, mikroprocesorsku tehniku, razne izvore energije, električne, hidraulične i pneumatski pogoni, kao i njihovo inteligentno upravljanje, usmjereni na stvaranje i rad blokova modernih automatiziranih proizvodnih sustava.

Mehatronika je računalno upravljanje kretanjem.

Cilj mehatronike je stvoriti kvalitativno nove module gibanja, mehatroničke module gibanja, inteligentne mehatroničke module i na njihovoj osnovi pokretne inteligentne strojeve i sustave.

Povijesno gledano, mehatronika se razvila iz elektromehanike i, oslanjajući se na njezina dostignuća, otišla dalje sustavnim kombiniranjem elektromehaničkih sustava s računalnim upravljačkim uređajima, ugrađenim senzorima i sučeljima.

Shema mehatroničkog sustava

Generalizirana struktura mehatroničkih sustava

Elektronički, digitalni, mehanički, električni, hidraulički, pneumatski i informacijski elementi — mogu biti dio mehatroničkog sustava, budući da su u početku elementi različite fizičke prirode, ali spojeni da bi se dobio kvalitativno novi rezultat sustava, koji se ne može postići po svakom elementu kao po zasebnom izvođaču.

Zasebni vretenasti motor neće moći sam izbaciti ladicu DVD playera, ali pod kontrolom kruga sa softverom mikrokontrolera i pravilno spojenim na pužni prijenosnik, sve će raditi lako i izgledati kao jednostavan monolitni sustav. Međutim, unatoč vanjskoj jednostavnosti, mehatronički sustav po definiciji uključuje nekoliko mehatroničkih jedinica i modula koji su međusobno povezani i međusobno djeluju kako bi izvršili specifične funkcionalne radnje za rješavanje određenog zadatka.

Mehatronički modul je samostalni proizvod (konstruktivno i funkcionalno) namijenjen za izvođenje kretanja uz međusobno prožimanje i istovremenu svrhovitu hardversku i programsku integraciju njegovih komponenti.

Tipični mehatronički sustav sastoji se od međusobno povezanih elektromehaničkih i energetskih komponenti kojima upravlja računalo ili mikrokontroleri.

Prilikom projektiranja i izgradnje takvog mehatroničkog sustava nastoje izbjeći nepotrebne čvorove i sučelja, pokušavaju sve učiniti sažetim i što je moguće besprijekornijim, ne samo kako bi se poboljšale karakteristike mase i veličine uređaja, već i kako bi se povećala pouzdanost. sustava općenito.

Inženjerima ponekad nije lako, prisiljeni su pronaći vrlo neobična rješenja upravo zbog činjenice da su različite jedinice u različitim radnim uvjetima, rade potpuno različite stvari. Na primjer, na nekim mjestima konvencionalni ležaj neće raditi, a zamjenjuje se elektromagnetskim ovjesom (to se posebno radi u turbinama koje pumpaju plin kroz cijevi, jer bi konvencionalni ležaj brzo otkazao zbog prodora plina u njegovo mazivo).

Na ovaj ili onaj način, danas je mehatronika prožela sve, od kućanskih aparata do građevinske robotike, oružja i zrakoplovstva. Svi CNC strojevi, tvrdi diskovi, električne brave, ABS sustav u vašem automobilu itd. — svugdje je mehatronika ne samo korisna, nego i neophodna. Sada je rijetkost gdje možete pronaći ručno upravljanje, sve se svodi na činjenicu da ste pritisnuli gumb bez fiksacije ili jednostavno dodirnuli senzor - dobili ste rezultat - ovo je možda najprimitivniji primjer onoga što je mehatronika danas.

Hijerarhijski dijagram integracijskih razina u mehatronici

Prvu razinu integracije čine mehatronički uređaji i njihovi elementi. Drugu razinu integracije čine integrirani mehatronički moduli. Treću razinu integracije čine integracijski mehatronički strojevi. Četvrtu razinu integracije čine kompleksi mehatroničkih strojeva. Peta razina integracije formirana je na jedinstvenoj integracijskoj platformi kompleksa mehatroničkih strojeva i robota, što podrazumijeva formiranje rekonfigurabilnih fleksibilnih proizvodnih sustava.

Danas se mehatronički moduli i sustavi široko koriste u sljedećim područjima:

• strojarstvo i oprema za automatizaciju, tehnološki procesi u strojarstvu;

• industrijska i specijalna robotika;

• zrakoplovna i svemirska tehnologija;

• vojna oprema, vozila za policiju i specijalne službe;

• elektronički inženjering i oprema za brzu izradu prototipova;

• automobilska industrija (moduli pogona kotača motora, antiblokirajuće kočnice, automatski mjenjači, sustavi za automatsko parkiranje);

• netradicionalna vozila (električni automobili, električni bicikli, invalidska kolica);

• uredska oprema (npr. fotokopirni strojevi i faks strojevi);

• računalne periferije (npr. pisači, crtači, CD-ROM pogoni);

• medicinska i sportska oprema (bioelektrične i egzoskeletne proteze za osobe s invaliditetom, trenažeri za toniranje, kontrolirane dijagnostičke kapsule, masažeri i dr.);

• kućanski aparati (pranje, šivanje, perilice posuđa, samostalni usisavači);

• mikrostrojevi (za medicinu, biotehnologiju, komunikacije i telekomunikacije);

• kontrolni i mjerni uređaji i strojevi;

• oprema za dizala i skladišta, automatska vrata u hotelima i zračnim lukama; foto i video oprema (videodisc uređaji, uređaji za fokusiranje video kamera);

• simulatori za obuku operatera složenih tehničkih sustava i pilota;

• željeznički promet (sustavi upravljanja i stabilizacije vlakova);

• inteligentni strojevi za prehrambenu, mesnu i mliječnu industriju;

• tiskarski strojevi;

• pametni uređaji za show industriju, atrakcije.

Sukladno tome, sve je veća potreba za kadrovima s mehatroničkim tehnologijama.