Τι είναι μηχατρονική, μηχατρονικά στοιχεία, ενότητες, μηχανές και συστήματα

Η λέξη "μηχατρονική" σχηματίζεται από δύο λέξεις - "μηχανική" και "ηλεκτρονική". Αυτός ο όρος προτάθηκε το 1969 από έναν ανώτερο προγραμματιστή της Yaskawa Electric, έναν Ιάπωνα ονόματι Tetsuro Mori. Τον 20ο αιώνα, η Yaskawa Electric ειδικεύτηκε στην ανάπτυξη και βελτίωση ηλεκτρικών μηχανισμών κίνησης και κινητήρων συνεχούς ρεύματος και ως εκ τούτου πέτυχε μεγάλη επιτυχία προς αυτή την κατεύθυνση, για παράδειγμα, ο πρώτος κινητήρας DC με οπλισμό δίσκου αναπτύχθηκε εκεί.

Ακολούθησαν εξελίξεις σχετικά με τα πρώτα συστήματα CNC υλικού. Και το 1972, η μάρκα Mechatronics καταχωρήθηκε εδώ. Η εταιρεία σύντομα έκανε μεγάλα βήματα στην ανάπτυξη τεχνολογιών ηλεκτροκίνησης. Η εταιρεία αποφάσισε αργότερα να αποσύρει τη λέξη «Mechatronics» ως εμπορικό σήμα, καθώς ο όρος χρησιμοποιήθηκε ευρέως τόσο στην Ιαπωνία όσο και σε όλο τον κόσμο.

Σε κάθε περίπτωση, η Ιαπωνία φιλοξενεί την πιο ενεργή ανάπτυξη μιας τέτοιας προσέγγισης στην τεχνολογία, όταν κατέστη απαραίτητος ο συνδυασμός μηχανικών στοιχείων, ηλεκτρικών μηχανών, ηλεκτρονικών ισχύος, μικροεπεξεργαστών και λογισμικού για την εφαρμογή ελέγχου υψηλής ακρίβειας ηλεκτρικής κίνησης.

Ένα κοινό γραφικό σύμβολο για τη μηχατρονική είναι ένα διάγραμμα από τον ιστότοπο RPI (Rensselaer Polytechnic Institute, Νέα Υόρκη, ΗΠΑ):

Η Μηχατρονική είναι ένας από τους νεότερους κλάδους μηχανικής στον κόσμο, ο οποίος, σύμφωνα με την UNESCO, είναι ένας από τους δέκα πιο υποσχόμενους και περιζήτητους.

Σε γενικές γραμμές, ο όρος «μηχατρονική» μπορεί να δοθεί ο ακόλουθος ορισμός — είναι ένας τομέας της επιστήμης και της τεχνολογίας που βασίζεται σε έναν συστηματικό συνδυασμό μονάδων για μηχανική ακριβείας, ηλεκτρική μηχανική, ηλεκτρονικά, τεχνολογία μικροεπεξεργαστών, διάφορες πηγές ενέργειας, ηλεκτρικές, υδραυλικές και Οι πνευματικοί δίσκοι, καθώς και ο έξυπνος έλεγχος τους, επικεντρώθηκαν στη δημιουργία και λειτουργία μπλοκ σύγχρονων αυτοματοποιημένων συστημάτων παραγωγής.

Η Μηχατρονική είναι ηλεκτρονικός έλεγχος κίνησης.

Ο στόχος της μηχατρονικής είναι να δημιουργήσει ποιοτικά νέες μονάδες κίνησης, μηχατρονικές μονάδες κίνησης, ευφυείς μηχατρονικές μονάδες και, στη βάση τους, κινούμενες ευφυείς μηχανές και συστήματα.

Ιστορικά, η μηχατρονική εξελίχθηκε από την ηλεκτρομηχανική και, βασιζόμενη στα επιτεύγματά της, προχώρησε περαιτέρω συνδυάζοντας συστηματικά ηλεκτρομηχανικά συστήματα με συσκευές ελέγχου υπολογιστών, ενσωματωμένους αισθητήρες και διεπαφές.

Διάγραμμα μηχανοτρονικού συστήματος

Γενικευμένη δομή μηχατρονικών συστημάτων

Ηλεκτρονικά, ψηφιακά, μηχανικά, ηλεκτρικά, υδραυλικά, πνευματικά και πληροφοριακά στοιχεία — μπορούν να αποτελούν μέρος του μηχανοτρονικού συστήματος, ως αρχικά στοιχεία διαφορετικής φυσικής φύσης, ωστόσο, συγκεντρωμένα για να ληφθεί ένα ποιοτικά νέο αποτέλεσμα του συστήματος, το οποίο δεν μπορεί να επιτευχθεί από κάθε στοιχείο ως από ξεχωριστό ερμηνευτή.

Ένας ξεχωριστός κινητήρας ατράκτου δεν θα μπορεί να βγάλει από μόνος του το δίσκο του DVD player, αλλά υπό τον έλεγχο ενός κυκλώματος με λογισμικό μικροελεγκτή και σωστά συνδεδεμένο με ένα γρανάζι ατέρμονα, όλα θα λειτουργήσουν εύκολα και θα μοιάζουν με ένα απλό μονολιθικό σύστημα. Ωστόσο, παρά την εξωτερική απλότητα, ένα μηχατρονικό σύστημα εξ ορισμού περιλαμβάνει πολλές μηχατρονικές μονάδες και ενότητες που διασυνδέονται και αλληλεπιδρούν μεταξύ τους για να εκτελέσουν συγκεκριμένες λειτουργικές ενέργειες για την επίλυση μιας συγκεκριμένης εργασίας.

Μια μηχατρονική μονάδα είναι ένα ανεξάρτητο προϊόν (δομικά και λειτουργικά) που έχει σχεδιαστεί για να εκτελεί κινήσεις με αλληλοδιείσδυση και ταυτόχρονη σκόπιμη ενσωμάτωση υλικού και λογισμικού των στοιχείων της.

Ένα τυπικό μηχατρονικό σύστημα αποτελείται από διασυνδεδεμένα ηλεκτρομηχανικά και ηλεκτρικά εξαρτήματα που με τη σειρά τους ελέγχονται από έναν υπολογιστή ή μικροελεγκτές.

Όταν σχεδιάζουν και κατασκευάζουν ένα τέτοιο μηχατρονικό σύστημα, προσπαθούν να αποφύγουν περιττούς κόμβους και διεπαφές, προσπαθούν να κάνουν τα πάντα συνοπτικά και όσο το δυνατόν πιο απρόσκοπτα, όχι μόνο για να βελτιώσουν τα χαρακτηριστικά μαζικού μεγέθους της συσκευής, αλλά και για να αυξήσουν την αξιοπιστία του συστήματος γενικά.

Μερικές φορές δεν είναι εύκολο για τους μηχανικούς, αναγκάζονται να βρουν πολύ ασυνήθιστες λύσεις ακριβώς λόγω του γεγονότος ότι διαφορετικές μονάδες βρίσκονται σε διαφορετικές συνθήκες εργασίας, κάνοντας εντελώς διαφορετικά πράγματα. Για παράδειγμα, σε ορισμένα σημεία ένα συμβατικό ρουλεμάν δεν θα λειτουργήσει και αντικαθίσταται από μια ηλεκτρομαγνητική ανάρτηση (αυτό γίνεται, ειδικότερα, σε τουρμπίνες που αντλούν αέριο μέσω σωλήνων, καθώς ένα συμβατικό ρουλεμάν θα αποτύχει γρήγορα λόγω της διείσδυσης αερίου σε λιπαντικό του).

Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, σήμερα η μηχανοτρονική έχει διαποτίσει τα πάντα, από τις οικιακές συσκευές μέχρι την κατασκευαστική ρομποτική, τα όπλα και την αεροδιαστημική. Όλα τα μηχανήματα CNC, οι σκληροί δίσκοι, οι ηλεκτρικές κλειδαριές, το σύστημα ABS στο αυτοκίνητό σας κ.λπ. — παντού, η μηχατρονική δεν είναι μόνο χρήσιμη, αλλά και απαραίτητη. Πλέον είναι σπάνιο όπου μπορείτε να βρείτε χειροκίνητο έλεγχο, όλα συνοψίζονται στο γεγονός ότι πατήσατε το κουμπί χωρίς στερέωση ή απλώς αγγίξατε τον αισθητήρα - πήρατε το αποτέλεσμα - αυτό είναι ίσως το πιο πρωτόγονο παράδειγμα του τι είναι η μηχανοτρονική σήμερα.

Ιεραρχικό διάγραμμα επιπέδων ολοκλήρωσης στη μηχατρονική

Το πρώτο επίπεδο ολοκλήρωσης σχηματίζεται από μηχατρονικές συσκευές και τα στοιχεία τους. Το δεύτερο επίπεδο ολοκλήρωσης διαμορφώνεται από τις ενσωματωμένες μηχατρονικές ενότητες. Το τρίτο επίπεδο ολοκλήρωσης σχηματίζεται από τις μηχατρονικές μηχανές ολοκλήρωσης. Το τέταρτο επίπεδο ολοκλήρωσης σχηματίζεται από τα σύμπλοκα των μηχανών μηχανών. Το πέμπτο επίπεδο ολοκλήρωσης διαμορφώνεται σε μια ενιαία πλατφόρμα ολοκλήρωσης συμπλεγμάτων μηχατρονικών μηχανών και ρομπότ, τα οποία συνεπάγονται τον σχηματισμό επαναδιαμορφώσιμων ευέλικτων συστημάτων παραγωγής.

Σήμερα, οι μηχατρονικές ενότητες και συστήματα χρησιμοποιούνται ευρέως στους ακόλουθους τομείς:

• μηχανολογία και εξοπλισμός αυτοματισμού, τεχνολογικές διαδικασίες στη μηχανολογία·

• βιομηχανική και ειδική ρομποτική.

• αεροπορία και διαστημική τεχνολογία·

• στρατιωτικός εξοπλισμός, οχήματα για την αστυνομία και ειδικές υπηρεσίες·

• εξοπλισμός ηλεκτρονικής μηχανικής και ταχείας πρωτοτυποποίησης·

• αυτοκινητοβιομηχανία (μονάδες κίνησης τροχών κινητήρα, αντιμπλοκάρισμα φρένων, αυτόματα κιβώτια ταχυτήτων, συστήματα αυτόματης στάθμευσης).

• μη παραδοσιακά οχήματα (ηλεκτρικά αυτοκίνητα, ηλεκτρικά ποδήλατα, αναπηρικά αμαξίδια).

• εξοπλισμός γραφείου (π.χ. φωτοαντιγραφικά και φαξ).

• περιφερειακά υπολογιστών (π.χ. εκτυπωτές, plotter, μονάδες CD-ROM).

• ιατρικός και αθλητικός εξοπλισμός (βιοηλεκτρικές και εξωσκελετικές προθέσεις για άτομα με ειδικές ανάγκες, τονωτικά εκπαιδευτικά, ελεγχόμενες διαγνωστικές κάψουλες, συσκευές μασάζ κ.λπ.)

• οικιακές συσκευές (πλύσιμο, ράψιμο, πλυντήρια πιάτων, ανεξάρτητες ηλεκτρικές σκούπες).

• μικρομηχανές (για ιατρική, βιοτεχνολογία, επικοινωνίες και τηλεπικοινωνίες)·

• συσκευές και μηχανές ελέγχου και μέτρησης·

• εξοπλισμός ανελκυστήρων και αποθήκης, αυτόματες πόρτες σε ξενοδοχεία και αεροδρόμια. εξοπλισμός φωτογραφιών και βίντεο (συσκευές αναπαραγωγής δίσκων βίντεο, συσκευές εστίασης βιντεοκάμερας).

• προσομοιωτές για εκπαίδευση χειριστών σύνθετων τεχνικών συστημάτων και πιλότων·

• σιδηροδρομικές μεταφορές (συστήματα ελέγχου και σταθεροποίησης αμαξοστοιχιών).

• έξυπνες μηχανές για τις βιομηχανίες τροφίμων, κρέατος και γαλακτοκομικών προϊόντων·

• εκτυπωτικές μηχανές?

• έξυπνες συσκευές για τη βιομηχανία εκθέσεων, αξιοθέατα.

Αντίστοιχα, αυξάνεται η ανάγκη για προσωπικό με μηχατρονικές τεχνολογίες.