podstawy mechatroniki, EiEWPS, sem III
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
RYSZARD MARKIEWICZ
PODSTAWY MECHATRONIKI – ISTOTA MECHATRONIKI
SPIS TRE
CI
L.P.
TYTUŁ
str.
SPIS TRE
CI
1
WST
P
2
1. Poj
cia podstawowe mechatroniki
3
1.1. Definicja mechatroniki
3
1.2. Rozwój i cele mechatroniki
4
8
2. Urz
dzenia mechatroniczne
2.1. Urz
dzenia powszechnego u
ytku
8
2.2. Budowa modułowa urz
dze
mechatronicznych
12
14
3. Systemy mechatroniczne
3.1. Poj
cie systemu
14
3.2. Czujniki
16
3.3. Elementy wykonawcze
17
3.4. Procesy sterowania
21
24
4. Robotyka
4.1. Współczesne roboty przemysłowe
25
4.2. Realizacja ruchów mechanizmów robotów
26
4.3. Linia produkcyjna
28
2
ISTOTA MECHATRONIKI
WST
P
Druga połowa XX w – w jednej z niewielkich Japo
skich firm powstaje
aparat małoobrazkowy o zautomatyzowanych funkcjach ustawiania parametrów
ekspozycji zdj
. Wła
ciwie nic szczególnego – po prostu jeszcze jeden
z produktów nowoczesnej techniki - fuzji znanych dziedzin mechaniki
precyzyjnej, elektrotechniki i elektroniki oraz programu steruj
cego automatyk
.
Wła
ciwie nic szczególnego – urz
d patentowy i zastrze
enie nazwy nowego
typu konstrukcji. Zaistniał termin - MECHATRONIKA. Nie tylko zaistniał.
Termin ten na trwałe wkroczył do współczesnej techniki.
Definicja mechatroniki nie jest wcale tak oczywista. Mówienie o fuzji trzech
dziedzin wiedzy jest znacznym uproszczeniem i nie oddaje ono sensu
technicznego oraz zasady działania konstrukcji, których dotyczy.
Mechatronika to całkiem nowy model pracy układu mechanicznego. Istnieje
wzajemne oddziaływanie pomi
dzy cz
ci
mechaniczn
, elektryczn
oraz
programami steruj
cymi. To wzajemne oddziaływanie wpływa na typ rozwi
za
w ka
dej z omawianych dziedzin. Konstrukcje mechatroniczne s
modelowane
w przestrzeni programu. W oparciu o ten model dokonywane s
korekty
elementów konstrukcji mechatronicznych oraz tworzone programy steruj
ce
i reguluj
ce ich prac
.
Wprowadzenie specjalno
ci mechatronika do szkół
rednich wymaga
wcze
niejszego stworzenia bazy informacyjnej o poj
ciach i terminach,
dotycz
cych zarówno mechaniki jak te
elektrotechniki i elektroniki oraz
sposobów przetwarzania informacji.
Przedmiot mechatronika obejmuje trzy du
e dziedziny nauki i tak wła
nie został
podzielony podr
cznik.
Ka
da z cz
ci stanowi niezale
ny moduł, lecz równocze
nie w ka
dej z nich
pokazano punkty styku i wzajemnego oddziaływania . Efektem tych
oddziaływa
s
rozwi
zania
mog
ce
zaistnie
tylko
w
konstrukcjach
okre
lanych mianem mechatroniczne.
Mechatronika staje si
powoli wizytówk
XXI w i dla tego tak wa
ne jest
wdro
enie jej do programów edukacyjnych ju
na poziomie szkół
rednich.
ISTOTA MECHATRONIKI
3
1. POJ
CIA PODSTAWOWE MECHATRONIKI
1.1.Definicja mechatroniki
Pojecie „mechatronika
”
stanowi poł
czenie dwóch słów - mechanika
i elektronika. Termin ten został stworzony w firmie Japo
skiej w 1969r, jako
nazwa handlowa. Pocz
tkowo uto
samiano z nim konstrukcje mechaniki
precyzyjnej, uzupełniane przez elektronik
( np. konstrukcje współczesnych
aparatów fotograficznych).
aktoryka
sensoryka
elektrotechnika
elektronika
mechanika
mechatronika
technika
obliczeniowa
modelowanie
informatyka
Rys.1 Elementy składowe mechatroniki
Dzi
„mechatronika „ stanowi dziedzin
wiedzy in
ynierskiej opart
o klasyczne
dyscypliny nauki, takie jak mechanika, elektronika i informatyka. Jej celem jest
poprawienie
funkcjonalno
ci
systemów
technicznych
oraz
zakresu
ich
stosowania.
Współczesne systemy mechatroniczne próbuj
na
ladowa
proste układy
biologiczne, zwłaszcza w zakresie reagowania na zakłócenia zewn
trzne,
wyst
puj
ce podczas realizacji programów ich działania.
Typowe, wybrane definicje mechatroniki próbuj
uj
ró
ne aspekty jej
zastosowa
np.:
-
Typowy system mechatroniczny rejestruje sygnały, porównuje z programem
steruj
cym i przetwarza, na przykład w siły i ruchy.
-
Mechatronika to synergiczne poł
czenie dyscyplin mechanicznych
i elektrycznych w nowoczesnych pracach konstrukcyjnych.
-
Jest ona nowym poj
ciem w konstruowaniu systemów, urz
dze
i produktów,
ukierunkowanym na osi
gni
cie optymalnej równowagi mi
dzy podstawow
struktur
mechaniczn
i jej całkowitym sterowaniem
-
Mechatronika stanowi integracj
in
ynierii mechanicznej z elektronik
oraz inteligentnym sterowaniem komputerowym w konstruowaniu
i wytwarzaniu produktów i procesów.
4
ISTOTA MECHATRONIKI
powy
szych
e
Z
definicji
wynika,
mechatronika
ma
charakter
interdyscyplinarny. W zakresie podstawowych dziedzin obejmuje:
-
mechanik
( mechanik
techniczn
, budow
maszyn, mechanik
precyzyjn
)
-
elektrotechnik
i
elektronik
(mikroelektronik
,
technik
pomiarów,
aktoryk
)
-
informatyk
( teori
systemów, przetwarzanie danych, sztuczn
inteligencj
,
programowanie układów logicznych))
Poł
czenie wymienionych dziedzin wiedzy ma charakter synergiczny. Oznacza
to,
e powstaje nowy zakres i sposób zastosowa
zawartej w nich wiedzy,
pozwalaj
cy na całkiem now
klas
rozwi
za
problemów technicznych.
1.2. Rozwój i cele mechatroniki
Konstrukcje mechatroniczne s
produktem ewolucji obiektów mechanicznych.
Pocz
tek tej drogi si
ga pierwszych zastosowa
maszyn prostych i towarzyszy
człowiekowi od najdawniejszych czasów. W miar
wzrostu komplikacji maszyn
oraz w miar
pozyskiwania nowych
ródeł energii rósł poziom zło
ono
ci
konstruowanych mechanizmów. Dla zrealizowania rosn
cych wymaga
nale
ało wprowadza
coraz precyzyjniejsze metody wytwarzania i monta
u
maszyn. Znane s
konstrukcje mechanizmów wzorowanych na elementach
zegarów: mechaniczny szachista, pierwsze ruchome zabawki, elementy
sterowania silników i linii technologicznych. Obserwacja przyrody, nawet w jej
najprostszych przejawach, dostarczała wci
wzorów do na
ladowania, zarówno
w zakresie rozwi
za
konstrukcyjnych jak te
teorii sterowania i obróbki
informacji.
Mechanika - to dziedzina nauki zajmuj
ca si
badaniem i opisem ruchu ciał oraz badaniem sił jako
przyczyny ruchu
Badania podstawowe
Zastosowania techniczne
Rys.2
ISTOTA MECHATRONIKI
5
W momencie opanowania energii elektrycznej nast
pił skok
w dziedzinie zbierania i obróbki informacji o procesach, zachodz
cych
w otoczeniu, oraz w układach mechanicznych. Rozwój pocz
tkowo
elektrotechniki a nast
pnie elektroniki stał si
podstaw
do powstania nowej
dziedziny obróbki informacji i realizacji procesów sterowania – powstała
informatyka. Powstała mo
liwo
modelowania całych procesów.
.
Aktywne
sterowanie
procesem
modelowanie
Zastosowanie
sprz
enia
zwrotnego
regulacja
Programowanie
ruchu
sterowanie
Mechanizmy
Maszyny proste
Rys.3
Pierwsze konstrukcje mechatroniczne stanowiły układ hybrydowy, w którym
zacz
to stosowa
elektroniczne układy steruj
ce, zaopatrzone w prosty układ
czujników stanu. W miar
rozwoju elektroniki układy steruj
ce zacz
ły
obejmowa
coraz szerszy zakres parametrów i mo
liwych do realizacji punktów
steruj
cych. Rozwi
zania programowe zacz
ły wymusza
i zarazem umo
liwia
stosowanie całkowicie nowych rozwi
za
mechanicznych – konstrukcja
mechanizmów stała si
l
ejsza i ta
sza. Współczesne obiekty mechatroniczne
zaczynaj
si
upodabnia
do systemów biologicznych. Podobnie jak one reaguj
na zakłócenia a nawet potrafi
, w zakresie swojego oprogramowania,
podejmowa
samodzielne decyzje. Konstrukcje i systemy mechatroniczne
odgrywaj
coraz wi
ksz
rol
we współczesnym
wiecie. To przecie
nie tylko
automatyczne linie produkcyjne czy te
inteligentne roboty przemysłowe.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]