Ano ang mechatronics, mechatronic elements, modules, machines at system

Ang salitang "mechatronics" ay nabuo mula sa dalawang salita - "mechanics" at "electronics". Ang terminong ito ay iminungkahi noong 1969 ng isang senior developer sa Yaskawa Electric, isang Japanese na nagngangalang Tetsuro Mori. Noong ika-20 siglo, ang Yaskawa Electric ay nagdadalubhasa sa pagbuo at pagpapabuti ng mga electric drive at DC motor at samakatuwid ay nakamit ang mahusay na tagumpay sa direksyon na ito, halimbawa, ang unang disc armature DC motor ay binuo doon.

Sinundan ito ng mga pag-unlad hinggil sa unang hardware CNC system. At noong 1972, ang tatak ng Mechatronics ay nakarehistro dito. Sa lalong madaling panahon ang kumpanya ay gumawa ng mahusay na mga hakbang sa pagbuo ng mga teknolohiya ng electric drive. Nang maglaon, nagpasya ang kumpanya na i-drop ang salitang "Mechatronics" bilang isang trademark, dahil malawak na ginagamit ang termino sa Japan at sa buong mundo.

Sa anumang kaso, ang Japan ay tahanan ng pinaka-aktibong pag-unlad ng naturang diskarte sa teknolohiya, kapag naging kinakailangan upang pagsamahin ang mga mekanikal na elemento, mga de-koryenteng makina, power electronics, microprocessors at software upang ipatupad ang high-precision electric drive control.

Ang isang karaniwang graphic na simbolo para sa mechatronics ay isang diagram mula sa website ng RPI (Rensselaer Polytechnic Institute, NY, USA):

Ang Mechatronics ay isa sa mga pinakabagong larangan ng engineering sa mundo, na, ayon sa UNESCO, ay isa sa sampung pinakapangako at hinahangad.

Sa pangkalahatan, ang terminong "mechatronics" ay maaaring bigyan ng sumusunod na kahulugan — ito ay isang larangan ng agham at teknolohiya batay sa isang sistematikong kumbinasyon ng mga yunit para sa precision mechanics, electrical engineering, electronics, microprocessor technology, iba't ibang power source, electrical, hydraulic at pneumatic drive, pati na rin ang kanilang intelligent na kontrol, na nakatuon sa paglikha at pagpapatakbo ng mga bloke ng mga modernong awtomatikong sistema ng produksyon.

Ang Mechatronics ay computerized motion control.

Ang layunin ng mechatronics ay lumikha ng mga bagong motion module na may husay, mechatronic motion module, intelligent mechatronic modules at, sa kanilang batayan, gumagalaw ng mga intelligent na makina at system.

Sa kasaysayan, ang mechatronics ay nag-evolve mula sa electromechanics at, umaasa sa mga nakamit nito, nagpatuloy sa pamamagitan ng sistematikong pagsasama-sama ng mga electromechanical system sa mga computer control device, naka-embed na sensor at interface.

Diagram ng mechatronic system

Pangkalahatang istraktura ng mga mechatronic system

Electronic, digital, mechanical, electrical, hydraulic, pneumatic at information elements — ay maaaring maging bahagi ng mechatronic system, bilang mga elemento sa una ng ibang pisikal na kalikasan, gayunpaman, pinagsama-sama upang makakuha ng isang qualitatively na bagong resulta ng system, na hindi makakamit ng bawat elemento bilang ng isang hiwalay na tagapalabas.

Ang isang hiwalay na spindle motor ay hindi magagawang i-eject ang DVD player tray nang mag-isa, ngunit sa ilalim ng kontrol ng isang circuit na may microcontroller software at maayos na konektado sa isang worm gear, ang lahat ay magiging madali at mukhang isang simpleng monolithic system. Gayunpaman, sa kabila ng panlabas na pagiging simple, ang isang mechatronic system sa pamamagitan ng kahulugan ay kinabibilangan ng ilang mechatronic units at modules na magkakaugnay at nakikipag-ugnayan nang magkasama upang magsagawa ng mga partikular na functional na aksyon upang malutas ang isang partikular na gawain.

Ang mechatronic module ay isang independiyenteng produkto (structurally at functionally) na idinisenyo upang magsagawa ng mga paggalaw na may interpenetration at sabay-sabay na may layuning pagsasama ng hardware at software ng mga bahagi nito.

Ang isang tipikal na sistemang mechatronic ay binubuo ng magkakaugnay na mga electromekanikal at mga bahagi ng kuryente na kinokontrol naman ng isang computer o mga microcontroller.

Kapag nagdidisenyo at nagtatayo ng tulad ng isang sistemang mechatronic, sinisikap nilang maiwasan ang mga hindi kinakailangang mga node at interface, subukang gawing maigsi at maayos ang lahat hangga't maaari, hindi lamang upang mapagbuti ang mga katangian ng mass-size ng aparato, kundi pati na rin upang madagdagan ang pagiging maaasahan. ng sistema sa pangkalahatan.

Minsan hindi madali para sa mga inhinyero, napipilitan silang makahanap ng mga hindi pangkaraniwang solusyon nang tumpak dahil sa ang katunayan na ang iba't ibang mga yunit ay nasa iba't ibang mga kondisyon sa pagtatrabaho, na gumagawa ng ganap na magkakaibang mga bagay. Halimbawa, sa ilang mga lugar ang isang maginoo na tindig ay hindi gagana, at ito ay pinalitan ng isang electromagnetic suspension (ito ay ginagawa, lalo na, sa mga turbine na nagbobomba ng gas sa pamamagitan ng mga tubo, dahil ang isang maginoo na tindig ay mabilis na mabibigo dahil sa pagtagos ng gas sa pampadulas nito).

Sa isang paraan o iba pa, ngayon ang mechatronics ay tumagos sa lahat mula sa mga gamit sa bahay hanggang sa mga robotic sa konstruksyon, armas at aerospace. Lahat ng CNC machine, hard drive, electric lock, ang ABS system sa iyong sasakyan, atbp. — kahit saan, ang mechatronics ay hindi lamang kapaki-pakinabang, ngunit kinakailangan din. Bihira na ngayon kung saan makakahanap ka ng manu-manong kontrol, ang lahat ay nauuwi sa katotohanan na pinindot mo ang pindutan nang walang pag-aayos o hinawakan lamang ang sensor — nakuha mo ang resulta — ito marahil ang pinaka-primitive na halimbawa ng kung ano ang mechatronics ngayon.

Hierarchy diagram ng mga antas ng pagsasama sa mechatronics

Ang unang antas ng pagsasama ay nabuo ng mga mechatronic na aparato at ang kanilang mga elemento. Ang pangalawang antas ng pagsasama ay nabuo ng pinagsamang mechatronic modules. Ang ikatlong antas ng pagsasama ay nabuo sa pamamagitan ng integration mechatronic machine. Ang ika-apat na antas ng pagsasama ay nabuo ng mga complex ng mechatronic machine. Ang ikalimang antas ng integration ay nabuo sa isang solong platform ng integration ng mga complex ng mechatronic machine at robot, na nagpapahiwatig ng pagbuo ng reconfigurable flexible production system.

Ngayon, ang mga mechatronic module at system ay malawakang ginagamit sa mga sumusunod na lugar:

• mechanical engineering at automation equipment, teknolohikal na proseso sa mechanical engineering;

• pang-industriya at espesyal na robotics;

• teknolohiya ng abyasyon at kalawakan;

• kagamitang militar, mga sasakyan para sa pulisya at mga espesyal na serbisyo;

• electronic engineering at mabilis na prototyping na kagamitan;

• industriya ng sasakyan (mga module ng motor wheel drive, anti-lock na preno, awtomatikong pagpapadala, awtomatikong sistema ng paradahan);

• mga di-tradisyonal na sasakyan (mga de-koryenteng sasakyan, de-kuryenteng bisikleta, wheelchair);

• kagamitan sa opisina (hal. mga copier at fax machine);

• mga peripheral ng computer (hal. mga printer, plotter, CD-ROM drive);

• medikal at sports equipment (bioelectric at exoskeleton prostheses para sa mga may kapansanan, toning trainer, kinokontrol na diagnostic capsule, massager, atbp.);

• mga gamit sa sambahayan (paglalaba, pananahi, mga dishwasher, mga independiyenteng vacuum cleaner);

• micromachines (para sa gamot, biotechnology, komunikasyon at telekomunikasyon);

• kontrol at pagsukat ng mga aparato at makina;

• elevator at warehouse equipment, mga awtomatikong pinto sa mga hotel at paliparan; kagamitan sa larawan at video (mga videodisc player, mga device na tumututok sa video camera);

• mga simulator para sa mga operator ng pagsasanay ng mga kumplikadong teknikal na sistema at mga piloto;

• transportasyon ng tren (kontrol sa tren at mga sistema ng pagpapapanatag);

• matatalinong makina para sa industriya ng pagkain, karne at pagawaan ng gatas;

• mga makina sa pag-imprenta;

• mga smart device para sa industriya ng palabas, mga atraksyon.

Alinsunod dito, ang pangangailangan para sa mga tauhan na may mga teknolohiyang mechatronic ay tumataas.