Mekatronik nedir, mekatronik elemanlar, modüller, makineler ve sistemler

"Mekatronik" kelimesi iki kelimeden oluşur - "mekanik" ve "elektronik". Bu terim, 1969'da Yaskawa Electric'te kıdemli bir geliştirici olan Tetsuro Mori adlı bir Japon tarafından önerildi. 20. yüzyılda Yaskawa Electric, elektrikli sürücülerin ve DC motorların geliştirilmesi ve iyileştirilmesi konusunda uzmanlaştı ve bu nedenle bu yönde büyük bir başarı elde etti, örneğin, ilk disk armatürlü DC motor burada geliştirildi.

Bunu ilk donanımsal CNC sistemleri ile ilgili gelişmeler takip etti. Ve 1972 yılında Mekatronik markası burada tescillendi. Şirket kısa sürede elektrikli tahrik teknolojilerinin geliştirilmesinde büyük adımlar attı. Şirket daha sonra "Mekatronik" kelimesini ticari marka olarak bırakmaya karar verdi, çünkü bu terim hem Japonya'da hem de dünyada yaygın olarak kullanılıyordu.

Her halükarda Japonya, yüksek hassasiyetli elektrikli tahrik kontrolünü uygulamak için mekanik elemanların, elektrikli makinelerin, güç elektroniğinin, mikroişlemcilerin ve yazılımın birleştirilmesi gerekli hale geldiğinde, teknolojide bu tür bir yaklaşımın en aktif gelişimine ev sahipliği yapıyor.

Mekatronik için yaygın bir grafik sembol, RPI (Rensselaer Polytechnic Institute, NY, ABD) web sitesindeki bir diyagramdır:

Mekatronik, UNESCO'ya göre en umut verici ve aranan on alandan biri olan dünyadaki en yeni mühendislik alanlarından biridir.

Genel olarak, "mekatronik" terimine aşağıdaki tanım verilebilir - hassas mekanik, elektrik mühendisliği, elektronik, mikroişlemci teknolojisi, çeşitli güç kaynakları, elektrik, hidrolik ve pnömatik tahrikler ve akıllı kontrolleri, modern otomatikleştirilmiş üretim sistemlerinin bloklarının oluşturulmasına ve çalıştırılmasına odaklandı.

Mekatronik, bilgisayarlı hareket kontrolüdür.

Mekatronik'in amacı niteliksel olarak yeni hareket modülleri, mekatronik hareket modülleri, akıllı mekatronik modüller ve bunların temelinde hareket eden akıllı makineler ve sistemler yaratmaktır.

Tarihsel olarak mekatronik, elektromekanikten evrildi ve başarılarına dayanarak, elektromekanik sistemleri bilgisayar kontrol cihazları, gömülü sensörler ve arayüzlerle sistematik olarak birleştirerek daha da ileri gitti.

Mekatronik sistemin şeması

Mekatronik sistemlerin genelleştirilmiş yapısı

Elektronik, dijital, mekanik, elektrik, hidrolik, pnömatik ve bilgi elemanları — başlangıçta farklı bir fiziksel yapıdaki unsurlar olarak mekatronik sistemin bir parçası olabilir, ancak sistemin niteliksel olarak yeni bir sonucunu elde etmek için bir araya getirilir, bu elde edilemez. ayrı bir icracı tarafından olduğu gibi her eleman tarafından.

Ayrı bir iş mili motoru, DVD oynatıcı tepsisini kendi başına çıkaramayacak, ancak mikrodenetleyici yazılımı olan bir devrenin kontrolü altında ve bir sonsuz dişliye doğru şekilde bağlandığında, her şey kolayca çalışacak ve basit bir yekpare sistem gibi görünecektir. Bununla birlikte, dış basitliğine rağmen, tanımı gereği bir mekatronik sistem, belirli bir görevi çözmek için belirli işlevsel eylemleri gerçekleştirmek üzere birbirine bağlı ve etkileşim halinde olan birkaç mekatronik birim ve modül içerir.

Bir mekatronik modül, bileşenlerinin iç içe geçmesi ve eşzamanlı amaca yönelik donanım ve yazılım entegrasyonu ile hareketleri gerçekleştirmek için tasarlanmış (yapısal ve işlevsel olarak) bağımsız bir üründür.

Tipik bir mekatronik sistem, sırayla bir bilgisayar veya mikrodenetleyiciler tarafından kontrol edilen birbirine bağlı elektromekanik ve güç bileşenlerinden oluşur.

Böyle bir mekatronik sistemi tasarlarken ve inşa ederken, gereksiz düğümlerden ve arayüzlerden kaçınmaya çalışırlar, yalnızca cihazın kütle boyutu özelliklerini iyileştirmek için değil, aynı zamanda güvenilirliği artırmak için her şeyi özlü ve mümkün olduğunca kusursuz hale getirmeye çalışırlar. sistemin geneli.

Bazen mühendisler için kolay değildir, tam da farklı birimlerin farklı çalışma koşullarında olmaları ve tamamen farklı şeyler yapmaları nedeniyle çok sıra dışı çözümler bulmaya zorlanırlar. Örneğin, bazı yerlerde geleneksel bir yatak çalışmaz ve yerini bir elektromanyetik süspansiyon alır (bu, özellikle borulardan gaz pompalayan türbinlerde yapılır, çünkü geleneksel bir yatak, gazın içeri girmesi nedeniyle hızla arızalanır. onun yağlayıcısı).

Öyle ya da böyle, bugün mekatronik ev aletlerinden inşaat robotlarına, silahlara ve havacılığa kadar her şeye nüfuz etti. Arabanızdaki tüm CNC makineleri, sabit diskler, elektrikli kilitler, ABS sistemi vb. — her yerde mekatronik yalnızca faydalı değil, aynı zamanda gerekli. Artık manuel kontrolü bulabileceğiniz nadir bir yer, her şey düğmeye sabitlenmeden basmanız veya sadece sensöre dokunmanız - sonucu almanız - bu belki de bugün mekatronikin ne olduğunun en ilkel örneğidir.

Mekatronikte entegrasyon seviyelerinin hiyerarşi diyagramı

Entegrasyonun ilk aşamasını mekatronik cihazlar ve elemanları oluşturmaktadır. İkinci entegrasyon seviyesi, entegre mekatronik modüller tarafından oluşturulur. Entegrasyonun üçüncü seviyesi, mekatronik makinelerin entegrasyonundan oluşur. Dördüncü entegrasyon seviyesi, mekatronik makinelerin komplekslerinden oluşur. Beşinci entegrasyon seviyesi, yeniden yapılandırılabilir esnek üretim sistemlerinin oluşumunu ima eden mekatronik makine ve robot komplekslerinin tek bir entegrasyon platformunda oluşturulur.

Günümüzde mekatronik modüller ve sistemler aşağıdaki alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır:

• makine mühendisliği ve otomasyon ekipmanları, makine mühendisliğinde teknolojik süreçler;

• endüstriyel ve özel robotik;

• havacılık ve uzay teknolojisi;

• askeri teçhizat, polis araçları ve özel hizmetler;

• elektronik mühendisliği ve hızlı prototipleme ekipmanı;

• otomotiv endüstrisi (motorlu tekerlek tahrik modülleri, kilitlenme önleyici frenler, otomatik şanzımanlar, otomatik park sistemleri);

• geleneksel olmayan araçlar (elektrikli arabalar, elektrikli bisikletler, tekerlekli sandalyeler);

• ofis ekipmanı (örn. fotokopi ve faks makineleri);

• bilgisayar çevre birimleri (örn. yazıcılar, çiziciler, CD-ROM sürücüleri);

• tıbbi ve spor malzemeleri (engelliler için biyoelektrik ve dış iskelet protezleri, tonlama eğitmenleri, kontrollü teşhis kapsülleri, masaj aletleri, vb.);

• ev aletleri (yıkama, dikiş, bulaşık makineleri, bağımsız elektrikli süpürgeler);

• mikro makineler (tıp, biyoteknoloji, iletişim ve telekomünikasyon için);

• kontrol ve ölçüm cihazları ve makineleri;

• asansör ve depo ekipmanları, otellerde ve havaalanlarında otomatik kapılar; fotoğraf ve video ekipmanı (video disk oynatıcılar, video kamera odaklama cihazları);

• karmaşık teknik sistemlerin ve pilotların eğitim operatörleri için simülatörler;

• demiryolu taşımacılığı (tren kontrol ve stabilizasyon sistemleri);

• gıda, et ve süt endüstrileri için akıllı makineler;

• baskı makineleri;

• gösteri endüstrisi için akıllı cihazlar, cazibe merkezleri.

Buna bağlı olarak mekatronik teknolojilere sahip personel ihtiyacı da artmaktadır.