Мехатронные модули
Мехатронный модуль – это базовый функциональный компонент мехатронной системы или машины с компьютерным управлением, который предназначен для выполнения управления движением, в большинстве случаев по одной управляемой координате.
Мехатронные модули обладают следующими достоинствами:
- Упрощение сервисного обслуживания благодаря применению однородных конструкций.
- Использование однотипных унифицированных узлов в разных вариантах компоновки мехатронной машины или системы, которые обеспечивают агрегатно-модульное построение.
- Создание разветвленных систем диагностики.
- Уменьшение времени ремонта благодаря поузловой замене.
- Расширение и наращивание функций станков за счет добавления мехатронных узлов и модулей.
Мехатронные модули классифицируются по следующим признакам:
- Число степеней подвижности. Согласно данному признаку мехатронные модули делятся на модули с одной, двумя, тремя и более степеней подвижности.
- Уровень интеграции. Согласно данному признаку мехатронные модули делятся на интеллектуальные мехатронные модули, модули движения и мехатронные модули движения.
- Вид движения. Согласно данному признаку мехатронные модули делятся на модули с вращательным и поступательным движением.
- Технические характеристики. Согласно данному признаку мехатронные модули делятся по развиваемой силе, развиваемому моменту, быстродействию, точности, величине рабочего хода.
Этапы конструирования и принцип построения мехатронных модулей
Процесс проектирования мехатронного модуля на примере модуля главного движения состоит из следующих этапов:
- Составление технического задания.
- Анализ схем обработки и методов образования формы деталей: ориентация базирующих поверхностей, назначение детали, характеристики детали, показатели качества детали, параметры группы деталей, сведения о выполняемых операциях, маршрутная технология, предложения по уточнению.
- Определение основных технических характеристик модуля: главные переходы, характер обработки, нормативы режима работы, основные технологические условия эксплуатации.
- Разработка структуры модуля и определение функциональных подсистем: анализ аналогов, разработка структуры, определение оптимальной скорости работы, обеспечение повышенной скорости, определение необходимых датчиков, обеспечение наименьшей шероховатости.
- Разработка структуры модуля: подготовка эскизов компоновки модуля, определение недостатков и достоинств.
- Уточнение компоновки модуля.
- Разработка кинематической схемы привода модуля.
- Проектные расчеты деталей и определение расчетных нагрузок.
- Уточнение коэффициента полезного действия модуля.
- Уточнение номинальной мощности привода.
- Определение мощности на валах.
- Определение расчетных значений частот.
- Определение расчетных значений крутящих моментов.
- Предварительная разработка конструкции модуля.
- Уточнение конструкции модуля.
Внешней средой для мехатронных модулей является технологическая среда, содержащая технологическую оснастку, объект работ, вспомогательное и основное оборудование. При выполнении мехатронными модуля (в состав мехатронной машины или системы) заданного функционального движения объекты работ оказывают возмущающее воздействие на рабочий орган. Сущность мехатронного подхода к проектированию заключается в объединении составляющих элементов в единый приводной модуль. Такое проектирование базируется на определении вероятных точек интеграции составляющих в структуре привода. После выявления этих точек, на основе технологического и технико-экономического анализа принимаются инженерные решения проектирования и изготовления модуля. На рисунке ниже представлена схема информационных и энергетических потоков в электромеханическом мехатронном модуле.
Рисунок 1. Схема информационных и энергетических потоков в электромеханическом мехатронном модуле. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
На вход мехатронного модуля передается информация о цели движения, формирующееся верхним уровнем системы управления, выходом в данном случае является мехатронное целенаправленное движение конечного звена, например, перемещение выходного вала модуля. Для физической реализации выше представленного электромеханического мехатронного модуля необходимы четыре последовательно-соединенных функциональных модуля: электро-информационный и механико-информационный преобразователи в цепи обратной связи, а также информационно-электрический и электромеханический функциональный преобразователь в прямой цепи. Различие мехатронного и традиционного проектирования и изготовления машин с компьютерным управлением заключается в концепции реализации и построения функциональных преобразователей. Мехатронный подход подразумевает интеграцию элементов привода в единые блоки, устранение интерфейсов как сепаратных блоков и сведение к минимум промежуточных преобразований.
