Задача мехатроники. Область использования и признаки мехатронных устройств и модулей. Состав мехатронных систем
Мехатроника – это область техники и науки, которая основана на синергетическом объединении узлов точной механики с компьютерными, электронными и электротехническими компонентами,с целью обеспечения производства и проектирования новых систем, модулей и машин с интеллектуальным управлением их функциональным движением.
Основная задача мехатроники, как науки, заключается в интеграции знаний из компьютерного управления, механики, информационных технологий и микроэлектроники. Предметом мехатроники являются процессы производства и проектирования систем, машин и модулей для реализации необходимых функциональных движений. Функциональным движением мехатронной системы предусмотрено ее целенаправленное перемещение, координируемое параллельно с показателями качества исполнения функционального движения (скорость, точность и т.п.), которые определяются назначением ее составляющих.
При использовании синергетического объединения достигается значительно больший результат, чем в случае арифметической суммы отдельных элементов и систем. Составляющие мехатронных устройств, систем и машин различаются по своей физической природе, что определяет междисциплинарную сущность мехатроники и научную проблематику. При синергетической интеграции составляющие мехатронной системы органически и неразрывно слиты. Современные мехатронные модули, системы и устройства широко применяются:
- В специальной и промышленной робототехнике.
- В станкостроении.
- В производстве оборудования автоматизации технологических процессов.
- В производстве космической и авиационной техники.
- В автомобилестроении (антиблокировочные устройства, автоматические коробки передач, автоматическая парковка и т.п.).
- В производстве военной техники.
- В электронном машиностроении.
- В изготовлении периферийных устройств электронно-вычислительных машин (копировальные аппараты и т.п.).
- В производстве нетрадиционных транспортных средств (электрические велосипеды, электромобили и т.п.).
- В производстве спортивного и медицинского оборудования.
К характерным признакам мехатронного устройства относятся:
- Использование сверхплотного монтажа составляющих.
- Наличие таких элементов, как выходное механическое звено, силовой электромеханический привод выходного звена; информационная система, устройства программного управления приводом.
- Объединение корпусов мехатронного устройства.
- Минимальное количество преобразований энергии и информации.
- Использование одного и того элемента мехатронного устройства для выполнения разных функций.
Принципы построения мехатронных систем. Классификация мехатронных модулей
Мехатронная система – это совокупность мехатронных устройств и модулей, которые связаны между собой синергетически и предназначены для выполнения определенной функциональной задачи.
К современным мехатронным системам существует ряд требований к мехатронным модулям и системам, основными из которых являются: выполнение качественно новых функциональных и служебных задач, интеллектуальное поведение в изменяющихся средах, высокоточные движения, сверхвысокие скорости для достижения поставленных целей; увеличение эффективности многокоординатных мехатронных систем.
Построение мехатронной системы основано на принципах параллельного проектирования, исключения многоступенчатых преобразований информации и энергии, а также конструктивного объединения управляющих контроллеров и электронных блоков с механическими узлами в единое целое.
Ключевой принцип построение мехатронной системы - переход от сложных механических устройств к комбинированным решениям, которые основаны на взаимодействии между простыми механическими элементами и информационными, электронными, компьютерными, интеллектуальными технологиями и компонентами. Интеллектуальные и компьютерные устройства придают гибкость мехатронной системе, так как ее становится легче перепрограммировать под новые задачи, к тому же они способны оптимизировать свойства всей системы при неопределенных и постоянно меняющихся факторах, которые воздействуют со стороны внешней среды.
Все мехатронные модули делятся на следующие виды:
- Модуль движения, который, в отличии от электрического привода, использует вал двигателя в качестве одного из элементов механического преобразования движения (мотор-редуктор, мотор-барабан и т.п.).
- Мехатронный модуль движения, состоящий из информационного и механического прибора и двигателя.
- Интеллектуальный мехатронный модуль - самостоятельное изделие, которое строится при помощи синергетической интеграции различных частей (механическая, электронная и т.п.).
