1. Предмет и задачи курса.

Создание мехатронных модулей и систем нового поколения невозможно без глубоких знаний в области механики и конструирования машин, понимания современных тенденций в технологии машиностроения. Многие современные системы являются мехатронными или используют идеи мехатроники, поэтому постепенно мехатроника становится «наукой обо всём». Мехатроника применяется во многих отраслях и направлениях, например: робототехника, авиационная и космическая техника, медицинское и спортивное оборудование, бытовая техника.

Предметом мехатроники являются методы проектирования и компьютерного управления, а также новые технологические и информационный процессы, которые обеспечивают все этапы жизненного цикла про создании качественно новых модулей и машин.

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.

Мехатронный модуль — это функционально и конструктивно самостоятельное изделие для реализации движений с взаимопроникновением и синергетической аппаратно-программной интеграцией составляющих его элементов, имеющих различную физическую природу(механические, электротехнические, электронные, цифровые, пневматические, гидравлические, информационные и т. д. компоненты).

Мехатронная система — совокупность нескольких мехатронных модулей и узлов, синергетически связанных между собой, для выполнения конкретной функциональной задачи.

2. Современные тенденции развития мехатронных систем.

Объемы мирового производства мехатронных устройств ежегодно увеличиваются, охватывая все новые сферы. Сегодня мехатронные модули и системы находят широкое применение в следующих областях : станкостроение и оборудование для автоматизации технологических процессов; робототехника; авиационная, космическая и военная техника; автомобилестроение( например, антиблокировочные системы тормозов, системы стабилизации движения автомобиля и автоматической парковки); нетрадиционные транспортные средства( электровелосипеды, грузовые тележки, электророллеры, инвалидные коляски); офисная техника( например, копировальные и факсимильные аппараты); элементы вычислительной техники( например, принтеры, плоттеры,дисководы); медицинское оборудование (реабилитационное, клиническое, сервисное); бытовая техника( стиральные, швейные, посудомоечные и другие машины); микромашины( для медицины, биотехнологии, средствтелекоммуникации); контрольно-измерительные устройства и машины; фото- и видеотехника; тренажеры для подготовки пилотов и операторов ; шоу-индустрия (системы звукового и светового оформления).

3. Классификация мехатронных модулей.

Мехатронный модуль — это функционально и конструктивно самостоятельное изделие для реализации движений с взаимопроникновением и синергетической аппаратно-программной интеграцией составляющих его элементов, имеющих различную физическую природу(механические, электротехнические, электронные, цифровые, пневматические, гидравлические, информационные и т. д. компоненты).

Модуль движения – конструктивное, функциональное движение включающая в себя механическую и электрическую части.

Мехатронный модуль движения включает в себя следующие части: электродвигатель, механический преобразователь и информационное устройство.

Интеллектуальный мехатронный модуль (ИММ) — конструктивно и функционально самостоятельное изделие с синергетической интеграцией механической, электрической (электротехнической), информационной и компьютерной (электронной) частей, которое можно использовать индивидуально и в различных комби­нациях с другими модулями.

Таким образом, по сравнению с мехатронными модулями движения (ММД), в конструкцию ИММ дополнительно встраивают микропроцессорные вычислительные устройства и силовые электронные преобразователи, что придает этим модулям интеллектуальные свойств и является их главным отличающим признаком от ММД.

Рассмотрим основные преимущества, которые дает примене­ние интеллектуальных мехатронных модулей:

• способность ИММ выполнять сложные движения самостоятель­но, без обращения к верхнему уровню управления, что повыша­ет автономность модулей, гибкость и живучесть мехатронных систем, работающих в изменяющихся и неопределенных усло­виях внешней среды;

• упрощение коммуникаций между модулями и центральным уст­ройством управления (вплоть до перехода к беспроводным ком­муникациям),

• повышение надежности и безопасности мехатронных систем благодаря компьютерной диагностике неисправностей и автома­тической защите в аварийных и нештатных режимах работы;

• интеллектуализация сенсоров для мехатронных модулей позво­ляет добиться более высокой точности измерения, программным путем обеспечив в самом сенсорном модуле фильтрацию шумов, калибровку, линеаризацию характеристик вход/выход, компен­сацию перекрестных связей, гистерезиса и дрейфа нуля.

Основным фактором, сдерживающим использование интел­лектуальных мехатронных модулей в серийных изделиях, является их высокая цена, хотя в последние годы она постоянно снижалась. Это обусловлено рядом технологических факторов: бурным развитием в последнее время аппаратных устройств и информационных технологий, ориентированных на задачи управления движением; появлением полупроводниковых приборов нового поколения (силовых полевых транзисторов, биполярных транзисторов с изолированным затвором, тиристоров с полевым управлением); разработкой гибридных технологий мехатроники, позволяющих встраивать электронные и вычислительные устройства в меха­нические узлы.