Robototexnika fanining kelib chiqish tarixi

MEXATRONIKA [ mexanika (nik) va ( elektron) elektronikadan ], aniq mexanika birliklarining elektron, elektr va kompyuter komponentlari bilan sinergik birikmasiga asoslangan fan va texnologiya sohasi, sifat jihatidan yangi modullar, tizimlar va mashinalarni loyihalash va ishlab chiqarishni ta'minlaydi. ularning funktsional harakatlarini aqlli boshqarish bilan. “Mexatronika” atamasi (inglizcha “Mechatronics”, nemischa “Mechatronic”) Yaponiyaning Yaskawa Electric Corp kompaniyasi tomonidan kiritilgan. » 1969 yilda va 1972 yilda savdo belgisi sifatida ro'yxatga olingan. E'tibor bering, mahalliy texnik adabiyotlarda 1950-yillarda. xuddi shunday shakllangan atama ishlatilgan - "mexatronlar" (tebranish sensori sifatida ishlatilgan harakatlanuvchi elektrodli elektron quvurlar va boshqalar). Mexatronik texnologiyalar mexatronika mahsulotlarining to'liq hayot aylanishini ta'minlaydigan dizayn, ishlab chiqarish, axborot va tashkiliy-iqtisodiy jarayonlarni o'z ichiga oladi.
Mexatronikaning predmeti va usuli
Zamonaviy fan va texnikaning yo'nalishi sifatida mexatronikaning asosiy vazifasi sifat jihatidan yangi funktsiyalar va xususiyatlarga ega bo'lgan turli xil mexanik ob'ektlar va aqlli mashinalar uchun raqobatbardosh harakatni boshqarish tizimlarini yaratishdir. Mexatronika usuli (mexatronik tizimlarni qurishda) tizim integratsiyasi va ilgari ajratilgan ilmiy va muhandislik sohalaridagi bilimlardan foydalanishdan iborat. Bularga nozik mexanika, elektrotexnika, gidravlika, pnevmatika, informatika, mikroelektronika va kompyuter boshqaruvi kiradi. Mexatronik tizimlar strukturaviy modullar, texnologiyalar, energiya va axborot jarayonlarini loyihalash bosqichidan boshlab ishlab chiqarish va foydalanishgacha bo'lgan sinergik integratsiya orqali qurilgan.
Sinergiya - bu umumiy maqsadga erishishga qaratilgan birgalikdagi harakat. Sinergetik integratsiya bilan komponentlar uzviy va organik tarzda birlashtirilishi kerak, shuning uchun mexatronik tizim uning tarkibiy qismlariga xos bo'lmagan sifat jihatidan yangi xususiyatlarga ega (shuningdek, Sinergetikaga qarang ). 1970-80-yillarda. uchta asosiy yo'nalish - mexatronikaning o'qlari (aniq mexanika, elektronika va informatika) juftlik bilan birlashtirilib, uchta gibrid yo'nalishni tashkil etdi (1-rasmda piramidaning yon tomonlari bilan ko'rsatilgan). Bular elektromexanika (mexanik komponentlarning elektr mahsulotlari va elektron komponentlar bilan kombinatsiyasi), kompyuterni boshqarish tizimlari (elektron va boshqaruv qurilmalarining apparat va dasturiy ta'minoti kombinatsiyasi), shuningdek mexanik tizimlar uchun kompyuter yordamida loyihalash (SAPR) tizimlari. Keyin - gibrid hududlarning tutashgan joyida - mexatronika paydo bo'ladi, uning yangi ilmiy-texnik yo'nalish sifatida shakllanishi 1990-yillarda boshlanadi. Mexatronika modullari va mashinalarining elementlari turli xil fizik tabiatga ega (mexanik harakatni o'zgartirgichlar, dvigatellar, axborot va elektron bloklar, boshqaruv qurilmalari), bu mexatronikaning fanlararo ilmiy-texnikaviy muammolarini belgilaydi. Fanlararo vazifalar mexatronik tizimlardagi qurilmalar va jarayonlarni tizimli integratsiyalashga yo‘naltirilgan mutaxassislarni tayyorlash va malakasini oshirish bo‘yicha ta’lim dasturlari mazmunini ham belgilaydi. Qurilish tamoyillari va rivojlanish tendentsiyalari Mexatronikani rivojlantirish butun dunyoda zamonaviy fan va texnologiyaning ustuvor yo'nalishi hisoblanadi. Mamlakatimizda mexatronik texnologiyalar yangi avlod robotlarini yaratish uchun asos sifatida Rossiya Federatsiyasining muhim texnologiyalariga kiritilgan.
Yangi avlod mexatronik modullari va tizimlariga qo'yiladigan joriy talablar qatoriga quyidagilar kiradi: sifat jihatidan yangi xizmat va funksional vazifalarni bajarish; murakkab tizimlarni boshqarishning yangi usullariga asoslangan o'zgaruvchan va noaniq tashqi muhitda aqlli xatti-harakatlar; texnologik komplekslarning ishlashning yangi darajasiga erishish uchun o'ta yuqori tezlik; mikro- va nanotexnologiyalargacha bo'lgan yangi aniq texnologiyalarni joriy etish uchun yuqori aniqlikdagi harakatlar; mikromashinalardan foydalanishga asoslangan konstruksiyalarning ixchamligi va miniatyurasi; yangi kinematik tuzilmalar va strukturaviy sxemalar asosida ko'p koordinatali mexatronik tizimlarning samaradorligini oshirish. Mexatronik modullar va tizimlarni qurish parallel loyihalash (inglizcha - parallel muhandislik), energiya va axborotning ko'p bosqichli o'zgarishlarini istisno qilish, mexanik birliklarni raqamli elektron bloklar va boshqaruv kontrollerlari bilan yagona modullarga konstruktiv kombinatsiyalash tamoyillariga asoslanadi. Dizaynning asosiy printsipi murakkab mexanik qurilmalardan oddiy mexanik elementlarning elektron, kompyuter, axborot va aqlli komponentlar va texnologiyalar bilan yaqin o'zaro ta'siriga asoslangan kombinatsiyalangan echimlarga o'tishdir. Kompyuter va aqlli qurilmalar mexatronik tizimga moslashuvchanlikni beradi, chunki ularni yangi vazifa uchun qayta dasturlash oson va tashqi muhit ta'sirida o'zgaruvchan va noaniq omillar ta'sirida tizim xususiyatlarini optimallashtirishga qodir. Shuni ta'kidlash kerakki, so'nggi yillarda bunday qurilmalarning narxi doimiy ravishda pasayib, ularning funktsional imkoniyatlarini kengaytirmoqda. Mexatronikaning rivojlanish tendentsiyalari turli xil jismoniy tabiatdagi qurilmalarni texnik va texnologik integratsiyalash muammolarini hal qilish uchun yangi fundamental yondashuvlar va muhandislik usullarining paydo bo'lishi bilan bog'liq. Murakkab mexatronika tizimlarining yangi avlodi sxemasi boshqaruvchi va aqlli elementlarni bitta korpusda birlashtirgan intellektual modullardan (“mexatronika kublari”) tuzilgan. Tizim harakatini boshqarish mexatronik muammolarni hal qilishni qo'llab-quvvatlash uchun axborot muhitlari va kompyuter va aqlli boshqaruv usullarini amalga oshiradigan maxsus dasturiy ta'minot yordamida amalga oshiriladi. Strukturaviy xususiyatlarga ko'ra mexatronik modullarning tasnifi rasmda ko'rsatilgan. Harakat moduli tizimli va funktsional jihatdan mustaqil elektromexanik yig'ilish bo'lib, u mexanik va elektr (elektrotexnik) qismlarni o'z ichiga oladi, ular alohida birlik sifatida yoki boshqa modullar bilan turli xil kombinatsiyalarda ishlatilishi mumkin. Harakat moduli va umumiy sanoat elektr haydovchi o'rtasidagi asosiy farq mexanik harakat konvertorining elementlaridan biri sifatida vosita milidan foydalanish hisoblanadi. Harakat modullariga misol sifatida dvigatel reduktori, dvigatel g'ildiragi , motor-baraban, mashinaning elektrospindelini keltirish mumkin.
Tishli dvigatellar tarixan qurilish printsipi bo'yicha birinchi mexatronik modullar bo'lib, ular ommaviy ishlab chiqarila boshlandi va hozirgacha turli mashina va mexanizmlarning haydovchilarida keng qo'llaniladi. Dvigatel reduktorida milya tizimli ravishda vosita va harakat konvertori uchun yagona element bo'lib, bu an'anaviy muftani yo'q qilish imkonini beradi, shu bilan ixchamlikka erishadi; bu birlashtiruvchi qismlar sonini, shuningdek, o'rnatish, disk raskadrovka va ishga tushirish xarajatlarini sezilarli darajada kamaytiradi. Tishli dvigatellarda ko'pincha elektr motorlar sifatida sincap qafasli rotorli va sozlanishi mil tezligini o'zgartiruvchi asenkron motorlar, bir fazali motorlar va shahar motorlari ishlatiladi. Harakat transduserlari sifatida silindrsimon va konussimon tishli uzatmalar ishlatiladi, qurt, sayyora, to'lqinli va vintli tishli. To'satdan ortiqcha yuklarning ta'siridan himoya qilish uchun momentni cheklovchilar o'rnatiladi.
Mexatronik harakat moduli boshqariladigan dvigatel, mexanik va axborot qurilmalarini o'z ichiga olgan tizimli va funktsional jihatdan mustaqil mahsulotdir. Ushbu ta'rifdan kelib chiqadiki, harakat moduli bilan taqqoslaganda, mexatronik harakat moduliga qo'shimcha ravishda axborot qurilmasi kiritilgan. Axborot qurilmasi qayta aloqa signallari uchun sensorlarni, shuningdek signalni qayta ishlash uchun elektron bloklarni o'z ichiga oladi. Bunday datchiklarga fotopuls datchiklari (koderlar), optik oʻlchagichlar, aylanuvchi transformatorlar, kuch va moment datchiklari va boshqalar misol boʻla oladi.
Mexatronik harakat modullarini rivojlantirishning muhim bosqichi "dvigatel-ishchi organ" tipidagi modullarni ishlab chiqish edi. Bunday konstruktiv modullar texnologik mexatronik tizimlar uchun alohida ahamiyatga ega bo'lib, ularning maqsadi ishchi organning ish ob'ektiga maqsadli ta'sirini amalga oshirishdir. "Dvigatel-ishchi korpus" tipidagi mexatronik harakat modullari motor-shpindel deb ataladigan dastgohlarda keng qo'llaniladi.
Intellektual mexatronik modul (IMM) - bu motor, mexanik, axborot, elektron va boshqaruv qismlarining sinergetik integratsiyasi orqali qurilgan tizimli va funktsional jihatdan mustaqil mahsulot.
Shunday qilib, mexatronik harakat modullari bilan taqqoslaganda, boshqaruv va quvvat elektron qurilmalari qo'shimcha ravishda IMM dizayniga o'rnatilgan bo'lib, bu modullarga intellektual xususiyatlarni beradi (2-rasm). Bunday qurilmalar guruhiga raqamli hisoblash qurilmalari (mikroprotsessorlar, signal protsessorlari va boshqalar), elektron quvvat konvertorlari, interfeys va aloqa qurilmalari kiradi.
Intellektual mexatronik modullardan foydalanish mexatronik tizimlar va komplekslarga bir qator asosiy afzalliklarni beradi: IMM ning yuqori boshqaruv darajasiga murojaat qilmasdan, murakkab harakatlarni mustaqil ravishda bajarish qobiliyati, bu modullarning avtonomiyasini, mexatronikaning moslashuvchanligi va omon qolish qobiliyatini oshiradi. o'zgaruvchan va noaniq ekologik sharoitlarda ishlaydigan tizimlar; modullar va markaziy boshqaruv bloki o'rtasidagi aloqalarni soddalashtirish (simsiz aloqaga o'tishgacha), bu mexatronik tizimning shovqinga chidamliligini oshirishga va uni tezda qayta sozlash qobiliyatiga erishishga imkon beradi; nosozliklarni kompyuter diagnostikasi va avariyaviy va anormal ish rejimlarida avtomatik himoya qilish hisobiga mexatronik tizimlarning ishonchliligi va xavfsizligini oshirish; tarmoq usullaridan foydalangan holda IMM asosida taqsimlangan boshqaruv tizimlarini, shaxsiy kompyuterlar va tegishli dasturiy ta’minotlar asosidagi apparat va dasturiy platformalarni yaratish; boshqaruv nazariyasining zamonaviy usullaridan (moslashuvchan, aqlli, optimal) bevosita ijroiya darajasida foydalanish, bu aniq amalga oshirishda boshqaruv jarayonlari sifatini sezilarli darajada yaxshilaydi; harakatni boshqarish, modulni avariya rejimlarida himoya qilish va nosozliklarni diagnostika qilish uchun intellektual funksiyalarni bevosita mexatronik modulda amalga oshirish uchun IMM tarkibiga kiruvchi quvvat konvertorlarini intellektuallashtirish; mexatronik modullar uchun sensorlarning intellektualizatsiyasi sensor modulining o'zida shovqinni filtrlash, kalibrlash,