Проектирование мехатронных узлов Божко

Основы разработки приводов мехатронных систем

Презентация 1

Основные понятия мехатроники и робототехники. Структура и принципы построения мехатронных систем. Мехатронные модули.

Мехатроника — это область науки и техники, посвященная созданию и эксплуатации машин и систем с компьютерным управлением движением, которая базируется на знаниях в области механики, электроники и микропроцессорной техники, информатики и компьютерного управления движением машин и агрегатов.

Цель мехатроники — создание качественно новых модулей движения, мехтронных модулей движения, интеллектуальных мехатронных модулей, а на их основе — движущихся интеллектуальных машин и систем.

ХХ век был очень плодотворным на возникновение новых наук, одними из которых являются мехатроника и робототехника.

Термин «мехатроника» появился в 1969 г. в Японии, где активно проводилась разработка прецизионных электроприводов для станков с программным управлением и обрабатывающих центров. Этот термин был введен для обозначения осуществлявших приведение в движение рабочих органов машин и агрегатов электромеханических устройств с электродвигателями, управляемыми электронными полупроводниковыми преобразователями и представлял комбинацию слов «механика» и «электроника».

Частным случаем мехатронных изделий являются роботы и робототехнические системы различного назначения и размерностей.

Современная мехатроника и робототехника охватывает все размерные масштабы технических систем от "макро" до "микро" (от 1 мкм до 1 мм) с последующим переходом от микросистем к наносистемам: переход "макро-микро-нано-мехатроника и -робототехника".

Функциональная схема робота включает две силовые исполнительные системы: манипуляционную (один или несколько манипуляторов —аналогов рук человека) и передвижения (транспортную); и три информационные системы: информационно-измерительную (сенсорную), дающую информацию о внешней среде, систему управления и систему связи с человекомоператором и взаимодействующими с роботом машинами. Все эти системы имеют источник энергопитания либо в составе самого робота, либо внешний.

Исполнительные системы состоят из механической части (механизмов) и системы приводов.

Современными предшественниками роботов были различного рода устройства для манипулирования объектами, непосредственный контакт человека с которыми опасен или невозможен, — копирующие манипуляторы с ручным или автоматизированным управлением.

Первые такие устройства были пассивными (т. е. механизмами без приводов) и служили для повторения на расстоянии движений руки человека целиком за счет его мускульной силы. Позднее были созданы манипуляторы с приводами, управляемые человеком различными способами вплоть до биоэлектрического.

Первые автоматические машины-манипуляторы появились в 1960-х годах и предназначались для промышленных целей и роботы Unimate-1900, которые получили первое применение в автомобильной промышленности на заводах «Дженерал моторс», «Форд» и «Дженерал электрик». Тогда их впервые и назвали промышленными роботами

(Indastrial Robot) — так возник этот термин.

Признаки мехатронного устройства. Методологическая основа разработки мехатронных систем.

1.Наличие интеграции следующих функциональных элементов: -выходного механического звена (ВМЗ), выполняющего внешние функции мехатронного устройства; -двигателя выходного звена с механизмом передачи движения к ВМЗ, привода ВМЗ;

-усилителя-преобразователя энергии питания двигателя (УПЭП); -устройства цифрового программного управления приводом; - информационной системы, контролирующей состояние внешнего мира и внутренних параметров мехатронного устройства.

2.Минимум преобразований информации и энергии - принцип минимума преобразований.

3.Использование одного и того же элемента мехатронного устройства для реализации нескольких функций - принцип совмещения функций.

4.Проектирование функций различных элементов мехатронного устройства таким образом, чтобы цели служебного назначения изделия достигались совместным выполнением этих функций без их дублирования и с максимальным эффектом (принцип синергетики).

5.Объединение корпусов узлов мехатронного устройства - принцип совмещения корпусов.

Методологической основой разработки мехатронных систем служат методы параллельного проектирования. При традиционном проектировании машин с компьютерным управлением проводятся разработка механической, электронной, сенсорной и компьютерной частей системы, а затем выбор интерфейсных блоков. Особенность параллельного проектирования заключается в одновременном и взаимосвязанном синтезе всех компонентов системы.

Модуль в мехатронике. Понятие синергетической интеграции. Классификация мехатронных модулей по характеру выполняемых ими функций и составу входящих в них устройств.

Мехатронные модули мехатронных систем по характеру выполняемых ими функций и по составу входящих в них устройств и элементов можно подразделить на три группы:

1.Исполнительные мехатронные модули движения.

2.Измерительно-информационные мехатронные модули.

3.Мехатронные модули систем управления различного уровня.

Что такое «синергетическое объединение», через которое определяется понятие мехатроники? Суть синергетического объединения заключается не только, и не столько в «объединении в единый модуль элементов различной физической природы». Подобное определение подразумевает, что при проектированииимеются только требования к габаритам. Однако, необходимость в синергетическом объединении возникает вследствие растущих требований к характеристикам системы, качеству ее функционирования.

При определенном уровне функционально-параметрических требований, дальнейшее улучшение функционирования в рамках заданных ограничений невозможно обеспечить изменением параметров компонент по отдельности, а только за счет изменения системы в целом, что, как правило, сопровождается ее усложнением и увеличением количества функций, так как улучшение функционирования подразумевает учет большего количества признаков окружающей среды. Для реализации новых функций необходимо использовать дополнительные модули или узлы.