Apakah itu mekatronik, elemen mekatronik, modul, mesin dan sistem

Perkataan "mekatronik" terbentuk daripada dua perkataan - "mekanik" dan "elektronik". Istilah ini dicadangkan pada tahun 1969 oleh pemaju kanan di Yaskawa Electric, seorang Jepun bernama Tetsuro Mori. Pada abad ke-20, Yaskawa Electric mengkhusus dalam pembangunan dan penambahbaikan pemacu elektrik dan motor DC dan oleh itu mencapai kejayaan besar ke arah ini, sebagai contoh, motor DC angker cakera pertama telah dibangunkan di sana.

Ini diikuti dengan perkembangan mengenai sistem CNC perkakasan pertama. Dan pada tahun 1972, jenama Mekatronik telah didaftarkan di sini. Syarikat itu tidak lama lagi membuat kemajuan besar dalam pembangunan teknologi pemacu elektrik. Syarikat itu kemudiannya memutuskan untuk menggugurkan perkataan "Mekatronik" sebagai tanda dagangan, kerana istilah itu digunakan secara meluas di Jepun dan di seluruh dunia.

Walau apa pun, Jepun adalah rumah kepada pembangunan paling aktif pendekatan sedemikian dalam teknologi, apabila ia menjadi perlu untuk menggabungkan elemen mekanikal, mesin elektrik, elektronik kuasa, mikropemproses dan perisian untuk melaksanakan kawalan pemacu elektrik berketepatan tinggi.

Simbol grafik biasa untuk mekatronik ialah gambar rajah dari laman web RPI (Rensselaer Polytechnic Institute, NY, USA):

Mekatronik adalah salah satu bidang kejuruteraan terbaharu di dunia, yang, menurut UNESCO, adalah salah satu daripada sepuluh yang paling menjanjikan dan dicari.

Secara umumnya, istilah "mekatronik" boleh diberikan takrifan berikut — ia adalah bidang sains dan teknologi berdasarkan gabungan sistematik unit untuk mekanik ketepatan, kejuruteraan elektrik, elektronik, teknologi mikropemproses, pelbagai sumber kuasa, elektrik, hidraulik dan pemacu pneumatik, serta kawalan pintar mereka, memberi tumpuan kepada penciptaan dan pengendalian blok sistem pengeluaran automatik moden.

Mekatronik ialah kawalan gerakan berkomputer.

Matlamat mekatronik adalah untuk mencipta modul gerakan baharu secara kualitatif, modul gerakan mekatronik, modul mekatronik pintar dan, berdasarkannya, menggerakkan mesin dan sistem pintar.

Dari segi sejarah, mekatronik berkembang daripada elektromekanik dan, bergantung pada pencapaiannya, pergi lebih jauh dengan menggabungkan sistem elektromekanikal secara sistematik dengan peranti kawalan komputer, penderia terbenam dan antara muka.

Gambar rajah sistem mekatronik

Struktur umum sistem mekatronik

Elemen elektronik, digital, mekanikal, elektrik, hidraulik, pneumatik dan maklumat — boleh menjadi sebahagian daripada sistem mekatronik, kerana pada mulanya unsur-unsur yang mempunyai sifat fizikal yang berbeza, walau bagaimanapun, disatukan untuk mendapatkan hasil sistem yang secara kualitatif baharu, yang tidak boleh dicapai oleh setiap elemen sebagai oleh pelaku yang berasingan.

Motor gelendong yang berasingan tidak akan dapat mengeluarkan dulang pemain DVD dengan sendirinya, tetapi di bawah kawalan litar dengan perisian mikropengawal dan disambungkan dengan betul ke gear cacing, semuanya akan berjalan dengan mudah dan kelihatan seperti sistem monolitik yang ringkas. Walau bagaimanapun, di sebalik kesederhanaan luaran, sistem mekatronik mengikut takrifan merangkumi beberapa unit dan modul mekatronik yang saling bersambung dan berinteraksi bersama untuk melaksanakan tindakan berfungsi khusus untuk menyelesaikan tugas tertentu.

Modul mekatronik ialah produk bebas (secara struktur dan fungsi) yang direka untuk melakukan pergerakan dengan interpenetrasi dan penyepaduan perkakasan dan perisian yang bertujuan serentak bagi komponennya.

Sistem mekatronik biasa terdiri daripada komponen elektromekanikal dan kuasa yang saling berkaitan yang seterusnya dikawal oleh komputer atau mikropengawal.

Apabila mereka bentuk dan membina sistem mekatronik sedemikian, mereka cuba mengelakkan nod dan antara muka yang tidak perlu, cuba membuat semuanya ringkas dan lancar yang mungkin, bukan sahaja untuk meningkatkan ciri-ciri saiz jisim peranti, tetapi juga untuk meningkatkan kebolehpercayaan sistem secara amnya.

Kadang-kadang tidak mudah bagi jurutera, mereka terpaksa mencari penyelesaian yang sangat luar biasa dengan tepat disebabkan oleh fakta bahawa unit yang berbeza berada dalam keadaan kerja yang berbeza, melakukan perkara yang sama sekali berbeza. Sebagai contoh, di beberapa tempat galas konvensional tidak akan berfungsi, dan ia digantikan dengan penggantungan elektromagnet (ini dilakukan, khususnya, dalam turbin yang mengepam gas melalui paip, kerana galas konvensional akan cepat gagal disebabkan oleh penembusan gas ke dalam pelincirnya).

Dalam satu cara atau yang lain, hari ini mekatronik telah meresap segala-galanya daripada peralatan rumah tangga kepada robotik pembinaan, senjata dan aeroangkasa. Semua mesin CNC, cakera keras, kunci elektrik, sistem ABS di dalam kereta anda, dsb. — di mana-mana, mekatronik bukan sahaja berguna, tetapi juga perlu. Ia kini jarang berlaku di mana anda boleh mencari kawalan manual, semuanya berpunca daripada fakta bahawa anda menekan butang tanpa penetapan atau hanya menyentuh penderia — anda mendapat hasilnya — ini mungkin contoh paling primitif tentang mekatronik hari ini.

Gambar rajah hierarki tahap integrasi dalam mekatronik

Tahap pertama penyepaduan dibentuk oleh peranti mekatronik dan elemennya. Tahap kedua penyepaduan dibentuk oleh modul mekatronik bersepadu. Tahap ketiga integrasi dibentuk oleh mesin mekatronik integrasi. Tahap keempat integrasi dibentuk oleh kompleks mesin mekatronik. Tahap kelima penyepaduan dibentuk pada platform penyepaduan tunggal kompleks mesin dan robot mekatronik, yang membayangkan pembentukan sistem pengeluaran fleksibel yang boleh dikonfigurasikan semula.

Hari ini, modul dan sistem mekatronik digunakan secara meluas dalam bidang berikut:

• kejuruteraan mekanikal dan peralatan automasi, proses teknologi dalam kejuruteraan mekanikal;

• robotik industri dan khas;

• teknologi penerbangan dan angkasa lepas;

• peralatan ketenteraan, kenderaan untuk polis dan perkhidmatan khas;

• kejuruteraan elektronik dan peralatan prototaip pantas;

• industri automotif (modul pacuan roda motor, brek anti-kunci, transmisi automatik, sistem tempat letak kereta automatik);

• kenderaan bukan tradisional (kereta elektrik, basikal elektrik, kerusi roda);

• peralatan pejabat (cth mesin penyalin dan mesin faks);

• perkakasan komputer (cth pencetak, plotter, pemacu CD-ROM);

• peralatan perubatan dan sukan (prostesis bioelektrik dan eksoskeleton untuk orang kurang upaya, jurulatih toning, kapsul diagnostik terkawal, pengurut, dsb.);

• perkakas rumah (mencuci, menjahit, mesin basuh pinggan mangkuk, pembersih vakum bebas);

• mesin mikro (untuk perubatan, bioteknologi, komunikasi dan telekomunikasi);

• peranti dan mesin kawalan dan pengukur;

• peralatan lif dan gudang, pintu automatik di hotel dan lapangan terbang; peralatan foto dan video (pemain cakera video, peranti pemfokusan kamera video);

• simulator untuk melatih pengendali sistem teknikal yang kompleks dan juruterbang;

• pengangkutan kereta api (sistem kawalan dan penstabilan kereta api);

• mesin pintar untuk industri makanan, daging dan tenusu;

• mesin cetak;

• peranti pintar untuk industri pertunjukan, tarikan.

Sehubungan itu, keperluan untuk kakitangan dengan teknologi mekatronik semakin meningkat.