4. Подход к проектированию интегрированных мехатронных модулей и систем.

Основой метода мехатроники является интеграция составляющих частей, которая закладывается на этапе проектирования и затем реализуется в технологических процессах производства и эксплуатации мехатронных модулей и систем.[16]

Первый уровень интеграции образуют мехатронные устройства и составляющие их элементы.

Второй уровень включает интегрированные мехатронные модули.

На третьем уровне интеграции из мехатронных модулей компонуются многокоординатные мехатронные машины.

Высший (четвертый) уровень предполагает построение на единой интеграционной платформе комплексов мехатронных машин для реконфигурированного производства.

Узким местом (bottleneck – бутылочное горлышко, англ.) мехатронных модулей и машин являются интерфейсы между составляющими устройствами и элементами.

Место интерфейса в структуре мехатронной системы задается связями с входными и выходными устройствами (табл. 4.1.). Технические характеристики интерфейса определяются способом и процедурой передачи воздействий, сигналов и информации, а также аппаратно-программной реализацией используемых каналов связи.

Таблица 4.1

Основные интерфейсы мехатронной системы

Характеристики интерфейса
Устройство на входе	Устройство на выходе	Передаваемые воздействия /сигналы/ информация
Человек-оператор или компьютер верхнего уровня	Устройство компьютерного управления (УКУ)	Цель движения
УКУ	Силовые электронные преобразователи	Сигналы управления приводами
Силовые электронные преобразователи	Исполнительные двигатели	Управляющие напряжения
Исполнительные дви-гатели	Механическое устройство	Движущиеся силы и моменты
Механическое устройство	Информационное устро-йство	Информация о состоянии механического устройства
Исполнительные дви-гатели	Информационное устро-йство	Информация о состоянии двигателей
Информационное устройство	Устройство компьютерного управления (УКУ)	Сигналы обратной связи

Из таблицы видно, что многочисленные интерфейсы к мехатронной машине связывают устройства различной физической природы (механические, электронные и информационные), что предопределяет их конструктивную и аппаратно-программную сложность. При традиционном проектировании интерфейсы представляют собой самостоятельные устройства и узлы. Обычно это блоки, которые выпускаются специализированными фирмами, но многие интерфейсы приходится разрабатывать и изготовлять самим пользователем.

Суть мехатронного подхода состоит в объединении элементов в интегрированные модули уже на этапах проектирования и изготовления, освобождая, таким образом, конечного потребителя от решения «проблемы интерфейсов» при эксплуатации мехатронной машины

При традиционном проектировании управляемых машин разработка механической, электронной, информационной и компьютерной частей ведется последовательно и независимо друг от друга (рис.4.1.)

Рис. 4.1 Традиционный алгоритм проектирования

Выбранные двигатели и механические устройства образуют так называемую «неизменяемую часть», состав и характеристики, которой нельзя корректировать при разработке электронной и управляющей частей системы.

Исходные требования к мехатронным машинам, которые определяют основные проектные решения, формируются путем анализа выполняемых технологических операций. В качестве примера в табл.4.2 приведены предпочтительные значения параметров контурного движения рабочего органа для ряда роботизированных операций

Таблица 4.2.

Предпочтительные значения параметров движения рабочего органа.

Технологическая операция	Максимальная скорость РО, мм/с	Отношение рабочих скоростей РО	Допустимая пог- решность отрабо- тки траекторий, мм
Лазерная резка	66.7	66.7	0.05
Воздушно-плазменная резка	83.3	5.0	0.1
Окраска распылением	500	10.0	5.0
Дуговая сварка	11	2.2	0.5

Рекомендации технологов, как правило, ограничиваются выбором номинальных режимов движения машины.

Требования к траекториям движения содержат описание программных траекторий рабочего органа в пространстве и допустимую погрешность их отработки

Криволинейные пространственные траектории удобно задавать в параметрической форме:

(0 ≤ λ ≤ λ_max)

где − вектор, описывающий положение рабочего органа в выбранном

декартовом базисе программирования;

λ − путь, пройденный рабочим органом (скаляр, называемый лонгаль-

ным параметром)

Рабочие процессы автомобилестроения представляют собой совокупность многих операций, каждая из которых выполняется соответствующими механизмами технологического оборудования. На выходных звеньях этих механизмов устанавливаются схваты, обрабатываемые (собираемые) детали, инструменты, упоры и т.п.

Все рабочие органы должны иметь определенные законы движения, а последовательность их включения (выключения) должна быть увязана между собой, т.е. синхронизирована во времени и по положению в пространстве.

Кинематический цикл в технологическом оборудовании обычно формируется одним или несколькими оборотами приводного вала основного исполнительного механизма.