Wat is mechatronica, mechatronische elementen, modules, machines en systemen

Het woord "mechatronica" is samengesteld uit twee woorden - "mechanica" en "elektronica". Deze term werd in 1969 voorgesteld door een senior ontwikkelaar bij Yaskawa Electric, een Japanner genaamd Tetsuro Mori. In de 20e eeuw specialiseerde Yaskawa Electric zich in de ontwikkeling en verbetering van elektrische aandrijvingen en gelijkstroommotoren en boekte daarmee grote successen in deze richting, zo werd daar de eerste gelijkstroommotor met schijfanker ontwikkeld.

Dit werd gevolgd door ontwikkelingen met betrekking tot de eerste hardware CNC-systemen. En in 1972 werd het merk Mechatronics hier geregistreerd. Het bedrijf maakte al snel grote stappen in de ontwikkeling van elektrische aandrijftechnologieën. Het bedrijf besloot later om het woord "Mechatronics" als handelsmerk te laten vallen, aangezien de term zowel in Japan als over de hele wereld veel werd gebruikt.

Japan is in ieder geval de thuisbasis van de meest actieve ontwikkeling van een dergelijke benadering in technologie, toen het noodzakelijk werd om mechanische elementen, elektrische machines, vermogenselektronica, microprocessors en software te combineren om een ​​uiterst nauwkeurige elektrische aandrijving te implementeren.

Een algemeen grafisch symbool voor mechatronica is een diagram van de RPI-website (Rensselaer Polytechnic Institute, NY, VS):

Mechatronica is een van de nieuwste technische gebieden ter wereld, die volgens UNESCO een van de tien meest veelbelovende en gewilde is.

Over het algemeen kan de term "mechatronica" als volgt worden gedefinieerd: het is een gebied van wetenschap en technologie dat is gebaseerd op een systematische combinatie van eenheden voor precisiemechanica, elektrotechniek, elektronica, microprocessortechnologie, verschillende stroombronnen, elektrische, hydraulische en pneumatische aandrijvingen, evenals hun intelligente besturing, gericht op het creëren en bedienen van blokken van moderne geautomatiseerde productiesystemen.

Mechatronica is geautomatiseerde motion control.

Het doel van mechatronica is het creëren van kwalitatief nieuwe bewegingsmodules, mechatronische bewegingsmodules, intelligente mechatronische modules en, op basis daarvan, bewegende intelligente machines en systemen.

Historisch gezien evolueerde mechatronica uit de elektromechanica en ging het, vertrouwend op zijn prestaties, verder door systematisch elektromechanische systemen te combineren met computerbesturingsapparatuur, ingebedde sensoren en interfaces.

Schema van het mechatronische systeem

Gegeneraliseerde structuur van mechatronische systemen

Elektronische, digitale, mechanische, elektrische, hydraulische, pneumatische en informatie-elementen - kunnen deel uitmaken van het mechatronische systeem, als aanvankelijk elementen van een andere fysieke aard, maar samengebracht om een ​​kwalitatief nieuw resultaat van het systeem te verkrijgen, wat niet kan worden bereikt door elk element als door een afzonderlijke artiest.

Een aparte spilmotor zal de lade van de dvd-speler niet zelf kunnen uitwerpen, maar onder besturing van een circuit met microcontroller-software en correct aangesloten op een wormwiel, zal alles gemakkelijk werken en eruit zien als een eenvoudig monolithisch systeem. Ondanks de uiterlijke eenvoud omvat een mechatronisch systeem echter per definitie verschillende mechatronische eenheden en modules die met elkaar zijn verbonden en op elkaar inwerken om specifieke functionele acties uit te voeren om een ​​specifieke taak op te lossen.

Een mechatronische module is een onafhankelijk product (structureel en functioneel) dat is ontworpen om bewegingen uit te voeren met interpenetratie en gelijktijdige doelgerichte hardware- en software-integratie van zijn componenten.

Een typisch mechatronisch systeem bestaat uit onderling verbonden elektromechanische en vermogenscomponenten die op hun beurt worden bestuurd door een computer of microcontrollers.

Bij het ontwerpen en bouwen van zo'n mechatronisch systeem proberen ze onnodige knooppunten en interfaces te vermijden, proberen ze alles beknopt en zo naadloos mogelijk te maken, niet alleen om de massakarakteristieken van het apparaat te verbeteren, maar ook om de betrouwbaarheid te vergroten van het systeem in het algemeen.

Soms is het niet gemakkelijk voor ingenieurs, ze worden gedwongen om zeer ongebruikelijke oplossingen te vinden, juist omdat verschillende eenheden zich in verschillende werkomstandigheden bevinden en totaal verschillende dingen doen. Op sommige plaatsen zal bijvoorbeeld een conventioneel lager niet werken en wordt het vervangen door een elektromagnetische ophanging (dit gebeurt met name in turbines die gas door leidingen pompen, aangezien een conventioneel lager snel kapot zou gaan door het binnendringen van gas in zijn smeermiddel).

Op de een of andere manier is mechatronica tegenwoordig overal doorgedrongen, van huishoudelijke apparaten tot bouwrobotica, wapens en ruimtevaart. Alle CNC-machines, harde schijven, elektrische sloten, het ABS-systeem in uw auto, enz. — overal is mechatronica niet alleen nuttig, maar ook noodzakelijk. Het komt nu zelden voor dat je handmatige bediening kunt vinden, het komt allemaal neer op het feit dat je zonder fixatie op de knop drukte of gewoon de sensor aanraakte - je kreeg het resultaat - dit is misschien wel het meest primitieve voorbeeld van wat mechatronica tegenwoordig is.

Hiërarchiediagram van integratieniveaus in mechatronica

Het eerste niveau van integratie wordt gevormd door mechatronische apparaten en hun elementen. Het tweede niveau van integratie wordt gevormd door de geïntegreerde mechatronische modules. Het derde niveau van integratie wordt gevormd door de integratie mechatronische machines. Het vierde integratieniveau wordt gevormd door de complexen van mechatronische machines. Het vijfde niveau van integratie wordt gevormd op een enkel integratieplatform van complexen van mechatronische machines en robots, wat de vorming van herconfigureerbare flexibele productiesystemen inhoudt.

Tegenwoordig worden mechatronische modules en systemen veel gebruikt in de volgende gebieden:

• machinebouw en automatiseringsapparatuur, technologische processen in de machinebouw;

• industriële en speciale robotica;

• luchtvaart- en ruimtetechnologie;

• militair materieel, voertuigen voor de politie en speciale diensten;

• apparatuur voor elektronische engineering en rapid prototyping;

• auto-industrie (modules voor motorwielaandrijving, antiblokkeerremmen, automatische transmissies, automatische parkeersystemen);

• niet-traditionele voertuigen (elektrische auto's, elektrische fietsen, rolstoelen);

• kantoorapparatuur (bijv. kopieerapparaten en faxapparaten);

• computerrandapparatuur (bijv. printers, plotters, cd-romstations);

• medische en sportuitrusting (bio-elektrische en exoskeletprothesen voor gehandicapten, toningtrainers, gecontroleerde diagnostische capsules, stimulators, enz.);

• huishoudelijke apparaten (wassen, naaien, vaatwassers, onafhankelijke stofzuigers);

• micromachines (voor geneeskunde, biotechnologie, communicatie en telecommunicatie);

• controle- en meettoestellen en -machines;

• lift- en magazijnapparatuur, automatische deuren in hotels en luchthavens; foto- en videoapparatuur (spelers voor videodiscs, scherpstelinrichtingen voor videocamera's);

• simulatoren voor het trainen van operators van complexe technische systemen en piloten;

• spoorvervoer (treincontrole- en stabilisatiesystemen);

• intelligente machines voor de voedingsmiddelen-, vlees- en zuivelindustrie;

• drukmachines;

• slimme apparaten voor de showindustrie, attracties.

Dienovereenkomstig neemt de behoefte aan personeel met mechatronische technologieën toe.