16.3 Метод переноса функциональной нагрузки на интеллектуальные устройства

Большой интерес представляет распределение функций между структурными элементами мехатронной системы. Современная тенден­ция при построении машин нового поколения заключается в переносе функциональной нагрузки от механических узлов к интеллектуальным (электронным, компьютерным и информационным) компонентам, кото­рые легко перепрограммируются под новую задачу и при этом являются относительно дешевыми. Использование данного метода интеграции по­зволяет минимизировать механическую сложность мехатронной системы.

На рис. 1.2 (лекц. 1) представлен характерный график, который отражает динамику этого процесса в производственных машинах за 30 лет, начи­ная с 1970-х годов.. Еще в начале 90-х годов XX века подавляющее большинство функций машины (более 70%) реализовывалось механическим путем. В последующие десятилетия происходило постепенное вы­теснение механических узлов сначала электронными, а затем и компью­терными блоками. Производители отдают предпочтение упрощенным ме­ханическим решениям, но со сложными интеллектуальными системами управления. В настоящее время в мехатронных системах объем функций (а соответственно и стоимость) распределен между механическими, элек­тронными и компьютерными компонентами практически поровну. При этом доля компьютерной части возросла за последнее 10-летие вдвое, и есть все основания прогнозировать сохранение этой тенденции в технике будущего.

Мехатронный подход предполагает не дополнение, а замещение функций, традиционно выполняемых механическими элементами систе­мы, на электронные и компьютерные блоки. Если одна и та же функция может быть реализована устройствами различной физической природы, то разработчик системы должен руководствоваться технологическими и организационно-экономическими критериями.

В п. 16.1 был показан пример переноса функциональной нагрузки на интеллектуальные устройства, это способ бессенсорного управления мехатронными модулями. Другим примером может служить метод элек­тронной редукции, когда управляемый исполнительный механизм отсле­живает движение задающего устройства (рис. 16.5).

По сути метод электронной редукции является аналогом способа копирующего управления, который был разработан и широко использу­ется для дистанционно управляемых роботов и манипуляторов. Коэффициент редукции определяет отношение скоростей между степе­нями подвижности задающего (master) и исполнительного (slave) уст­ройств. Значение коэффициента устанавливается программным путем и допускается его коррекция в процессе движения системы.

Рисунок 16.5.- Система управления движением на основе метода электронной редукции.