Мехатронные модули и устройства

Синтез новых прецизионных, информационных, электронных и измерительных технологий лежит в основе современных мехатронных устройств. Наиболее ярким представителем мехатронных устройств является мехатронный модуль.

Мехатронный модуль – функционально и конструктивно самостоятельное изделие, построенное с взаимопроникновением и синергетической аппаратно-программной интеграцией состовляющих его элементов, имеющих различную физическую природу, и предназначенное для реализации требуемого управляемого функционального движения его выходного звена.

К элементам различной физической природы относят механические (преобразователи движения, звенья), электротехнические (двигатели, тормоза, муфты), электронные (электронные блоки и микропроцессоры) и информационные (датчики информации) элементы.

Мехатронные модули и системы приходят на смену механическим устройствам, которые уже не соответствуют качественным требованиям, предъявляемым к современному оборудованию.

Добиться качественно новых характеристик мехатронных модулей позволяет концепция “встроенного проектирования”, которая предполагает конструктивное объединение различных элементов в едином корпусе на основе современных научно-технических знаний в области конструирования, технологий изготовления и управления машинами. При этом необходимо не просто объединить отдельные элементы в систему с помощью типовых соединений, а сделать конструктивные связи в мехатронном модуле неразрывными и взаимопроникающими, а также обеспечить преобразование информации о программе движения выходного звена в его целенаправленное управляемое движение.

Таким образом, основной задачей конструктора при конструировании мехатронного модуля является нахождение наилучшего соответствия между заданной функцией мехатронного модуля и его конструктивным исполнением. При этом необходимо стремиться реализовать заданные функциональные преобразования минимальным числом конструктивных элементов, а также перераспределить функциональную нагрузку от аппаратных блоков к интеллектуальным (электрон- ным и компьютерным) компонентам. Это обеспечит мехатронному модулю компактность, высокую скорость и точность движения.

Интеграция элементов различной физической природы в мехатронных модулях является ведущей тенденцией при создании современных машин и систем, так как позволяет добиться качественно нового уровня по основным техническим показателям – скорости и точности движения, компактности конструкции и способности ее к быстрой реконфигурации.

Мехатронные модули находят широкое применение в различных областях:

· станкостроение;

· промышленная и специальная робототехника;

· оборудование для автоматизации технологических процессов в машиностроении;

· автомобилестроение;

· бытовая техника;

· медицинская техника;

· спортивное оборудование;

· офисная техника;

· авиационная и космическая техника;

· электронное машиностроение;

· военная техника;

· периферийные устройства компьютеров;

· фото - и видеотехника;

· контрольно-измерительные устройства;

· микромашины;

· интеллектуальные машины для пищевой промышленности;

· энергетическая техника;

· специальные транспортные средства;

· дистанционно управляемые устройства.

Мехатронные модули позволяют получать компактные и надежные многокоординатные мехатронные машины и системы с децентрализованным управлением.

Мехатронная машина – интеллектуальная многомерная система, построенная на мехатронных принципах и технологиях, которая способна эффективно выполнять программы функциональных движений в изменяющихся условиях внешней среды.

Мехатронные машины являются многомерными машинами, которые компонуют на базе двух или более мехатронных модулей. На рис. 5.1 представлена обобщенная структура мехатронной машины.

Человек-оператор

Компьютер верхнего уровня управления   Цель движения

Интеллектуальные

устройства

Устройство компьютерного управления

Сигналы управления приводами   Блок приводов

Силовые электронные преобразователи

Информационное устройство

Исполнительные двигатели

ИсполнительныеМеханическое устройство устройства Рабочий орган   Функциональное Возмущающие движение воздействия Внешняя среда и объекты работ

Рис. 5.1 Обобщенная структура мехатронной машины

Мехатронные машины вместе с другим технологическим оборудованием и инструментом могут составлять мехатронные технологические комплексы.

Таким образом, мехатронные модули являются конструктивными “кирпичиками” при компоновке многомерных мехатронных машин и комплексов.