ВВЕДЕНИЕ. 2. Структура и принципы интеграции мехатронных систем

ОСНОВЫ МЕХАТРОНИКИ

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 3

1. Понятие “мехатроника”. 4

2. Структура и принципы интеграции мехатронных систем. 5

1. ЭЛЕКТРОПРИВОД МЕХАТРОННЫХ УСТРОЙСТВ.. 9

1.1. Основные понятия и законы электротехники. 9

1.2. Устройство, принцип действия и характеристики электрических двигателей. 16

1.2.1. Классификация электродвигателей. 16

1.2.2. Двигатель постоянного тока. 18

1.2.3. Асинхронный двигатель переменного тока. 22

1.2.4. Синхронный двигатель. 25

1.2.5. Обратимость электрических машин углового движения. 27

1.2.6. Линейный электродвигатель. 29

1.3. Силовые преобразователи электрической энергии. 31

1.3.1. Преобразователи переменного тока в постоянный. 31

1.3.2. Преобразователи переменного тока. 37

2. ГИДРОПРИВОД МЕХАТРОННЫХ УСТРОЙСТВ.. 46

2.1. Основные понятия и законы гидравлики. 47

2.2. Устройство, принцип действия и характеристики гидравлических двигателей. 49

2.2.1. Классификация гидравлических двигателей. 49

2.2.2. Гидроцилиндры.. 50

2.2.3. Поворотные гидроцилиндры.. 51

2.2.4. Гидромоторы.. 52

2.3. Гидроаппараты.. 54

3. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДВИЖЕНИЯ.. 58

3.1. Назначение и классификация преобразователей движения. 58

3.2. Зубчатые передачи. 59

3.3. Червячная передача. 64

3.4. Передачи с гибкой связью.. 65

3.4.1 Ременные передачи. 66

3.4.2 Цепная передача. 66

3.4.3. Тросовая передача. 68

3.5. Передача винт-гайка. 68

4. УПРАВЛЕНИЕ МЕХАТРОННЫМИ МОДУЛЯМИ И СИСТЕМАМИ.. 71

4.1. Иерархия систем управления. 71

4.2. Системы управления исполнительного уровня. 73

4.3. Интеллектуальные системы управления на основе нейронных сетей. 76

5. МЕХАТРОННЫЕ МОДУЛИ И УСТРОЙСТВА.. 79

6. МЕХАТРОННЫЕ МОДУЛИ.. 83

6.1. Классификация мехатронных модулей. 83

6.1. Модули движения. 86

6.2. Мехатронные модули движения. 87

6.3. Интеллектуальные мехатронные модули. 89

6.4. Примеры интеллектуальных мехатронных модулей. 93

7 ОСНОВЫ РОБОТОТЕХНИКИ.. 96

7.1 Этимология. 96

7.2 Важнейшие классы роботов. 96

7.3 Компоненты роботов. 97

7.3.1 Приводы.. 97

7.4 Способы перемещения. 99

7.4.1 Колёсные и гусеничные робот. 99

7.4.2 Шагающие робот. 101

7.4.3 Другие методы перемещения. 103

7.5 Системы управления. 104

7.6 Роботы и образование. 105

7.7 Типы роботов: 106

Примечания. 106

7.8 Литература к разделу. 108

Ссылки. 109

ЛИТЕРАТУРА.. 110

ВВЕДЕНИЕ

Мехатроника является новой динамично развивающейся отраслью науки и техники. Она базируется на знаниях и достижениях в областях механики, электротехники, электро- и гидропривода, электроники, теории автоматического регулирования и цифрового компьютерного управления.

Историю мехатроники принято отсчитывать с 1969 года, когда японская фирма Yaskawa Electric ввела новый термин “МЕХАТРОНИКА” как комбинацию слов “МЕХАника” и “элекТРОНИКА”. В 1972 году эта фирма зарегистрировала термин Mechatronics как товарный знак.

Бурное развитие электротехники, электроники и информационных технологий в последние десятилетия ХХ века привело к замещению во многих областях техники механических систем на мехатронные системы. При этом часть функциональной нагрузки было перенесено от механических узлов к интеллектуальным компонентам (электронным и информационным). Так по данным материалов всемирной выставки “Промышленность, автоматизация и инновации”, 2000 г. доля технологических функций, выполняемых механической частью оборудования сократилась с 90 % в 1970 году до 40 % в 2000 году (см. рис. В.1). При этом информационная доля только за последнее десятилетие возросла вдвое, и по прогнозу экспертов подобная тенденция в ближайшие годы будет сохранена.

1. Понятие “мехатроника”

В настоящее время мехатроника как наука находится на стадии становления, поэтому ее определение и базовая терминология еще не полностью сформирована. Известно несколько определений, опубликованных в периодических изданиях, трудах международных конференций и симпозиумах, на основе которых в Государственном образовательном стандарте РФ 2000 года определена следующая трактовка: “ Мехатроника – область науки и техники, основанная на синергетическом объединении точной механики, электротехники, электроники и интеллектуального управления, обеспечивающая проектирование и производство качественно новых модулей, машин и систем с управлением их функциональными движениями ”.

Заложенная в этом опре­делении триединая сущность мехатронных систем – глубо­кая взаимосвязь механиче­ских (в том числе гидравлических и пневматических), электротехнических компонен­тов и системы автоматизации (интеллектуального управления) может быть про­иллюстрирована рис. В.2. Главная методологическая идея мехатроники состоит в системном сочетании ранее обособленных научно-техниче­ских направлений с целью создания новых устройств, обладающих высокими функциональными качествами, конструктивной компактностью, высокой надежностью и долговечностью.