Когда говорят о создании роботов и автоматизированных систем, два родственных направления инженерной мысли - мехатроника и робототехника - часто упоминаются вместе. У этих дисциплин общие корни, а цели и методы переплетаются.
Поэтому и специальность, в которой будущие инженеры могут найти себя, носит двойное название. Термин «робототехника» зачастую понятен даже тем, кто далек от науки. Попробуем разобраться, что из себя представляет мехатроника и почему она неотделима от роботостроения.
Происхождение термина
Основы мехатроники были заложены гораздо раньше, чем эта отрасль знания обрела имя. Она появилась в результате слияния достижений двух других областей - механики и электроники. В 1930-х годах зарубежные конструкторы ввели термин «электропривод», который использовался для обозначения механических устройств, работающих на электроэнергии. Их использовали в ходе автоматизации промышленных процессов.
Слово «мехатроника» придумано в 1969 году компанией «Yaskawa Electric Corp.» в Японии, в 1972 стало торговой маркой фирмы.
Термин подхватили во всех странах мира, поэтому годы спустя владельцы решили сделать его общественным достоянием. В России новое понятие вошло в научный обиход в 1990-е годы.
Чем занимается мехатроника
Первоначальная задача мехатроники - сконструировать механизм, который приводится в движение с помощью электричества и управляется программно. Со временем перед специалистами вставали новые проблемы, для решения которых приходилось искать ответы в других областях науки. Теперь сложные мехатронные системы должны не просто двигаться, подчиняясь командам компьютера, но и собирать и анализировать внешние данные, делать соответствующие выводы и менять свое поведение, используя встроенные алгоритмы.
Обязательно предусматривается возможность взаимодействия с оператором. Все компоненты такой системы связаны воедино, обмениваются информацией и энергией. Но соединить разнородные детали и снабдить их источником питания недостаточно: мехатронная система должна обладать новыми особенностями, не характерными для ее звеньев, чтобы эффективно функционировать.
Автоматы, способные передвигаться и реагировать на внешнюю среду, обладающие зачатками искусственного интеллекта, заставляют вспомнить и о роботах. В самом деле, робототехника - одно из направлений мехатроники. Поэтому современная мехатроника и робототехника изучаются в комплексе, чтобы будущие специалисты реализовали свои таланты в разных отраслях, занимались как сугубо теоретическими задачами, так и решали производственные вопросы.
Эти ветви знания с каждым днем все сильнее влияют на нашу повседневную жизнь. Сферы их применения не ограничиваются промышленностью, военными операциями, космическими исследованиями, работой с опасными веществами и представлениями с участием андроидов и зооморфных роботов.
Компьютеры, стиральные машины и другая бытовая техника, кресла для инвалидов, офисное оборудование, автопилот и система автоматической парковки в машине, тренажеры-симуляторы для медиков, пилотов и водителей - в создании и совершенствовании этих приспособлений проявили себя профессионалы от роботостроения и мехатроники.
Подготовка специалистов
Желающие получить специальность «Мехатроника и робототехника» должны изучить ряд гуманитарных, естественнонаучных, точных и технических дисциплин, поскольку это направление черпает идеи и решения из других разделов человеческого знания. Освоить программирование, электронику, инженерное дело, кибернетику, механику, принципы математического и автоматического управления, электротехнику, детали и схемы мехатронных модулей, гидравлику и другие предметы важно не только в теории.
Много времени уделяется и ручной работе, сборке моделей разной степени сложности. Развитая фантазия и неистощимое любопытство помогут одолеть нелегкий путь. Владение иностранным языком позволит находить актуальные сведения и сделает будущего конструктора востребованным специалистом на родине и за рубежом, что означает заманчивые перспективы и заработок выше среднего.
Где, как и кем работать
Выпускник сможет проектировать составные части и целые мехатронные системы, разрабатывать для них документацию и оформлять патенты, собирать, испытывать, совершенствовать, корректировать и чинить механизмы. Также можно заняться исследовательской работой или преподаванием, ведь наука не стоит на месте, а передавать знания нужно и новому поколению коллег, и работникам других отраслей, в которых используются автоматы и роботы.
Перспективы и заработок инженеров зависят от опыта и сферы деятельности. Заработная плата варьируется: молодой техник может рассчитывать на 30 тысяч рублей, при наличии опыта доход в два раза больше, а для высококвалифицированного разработчика - до 100 тысяч и выше, особенно на руководящей должности. При наличии деловой хватки возможно открытие собственного дела.
Будь то частное или государственное предприятие, производственное, коммерческое, научное или образовательное учреждение, работа найдется всегда: мехатроников и робототехников не хватает, в дальнейшем спрос на них будет расти, а свежие силы требуются в любой области, где не обойтись без высоких технологий.
Мехатроника и мобильная робототехника
Представляя собой электронно-гидравлический блок, мехатроник является неотъемлемой частью современной преселективной коробки. Этот прибор располагается непосредственно в картере КПП и справедливо считается самым важным узлом трансмиссии.
Устройство блока
Мехатроник имеет довольно сложную конструкцию, объединяющую в себе:
- Электронный блок управления;
- Электрогидравлические компоненты (исполнительные механизмы);
- Входные датчики.
Только при исправном состоянии всех этих элементов возможна бесперебойная работа модуля. Задачей датчиков является сбор данных, таких как показатели температуры масла, уровня давления, а также частоты вращения на выходе/входе КПП. Электронный блок управления выполняет анализ полученных сведений, и в соответствии с заложенной программой, координирует электрогидравлический блок. Последний, в свою очередь, адаптирует гидравлический контур согласно поступившим с ЭБУ командам.
Mechatronic: функции
Без преувеличения можно сказать, что мехатроник полностью управляет коробкой передач. Собирая сигналы со всех систем автомобиля, прибор выбирает момент переключения передач и полностью регулирует выполнение этого процесса. Кроме того, он контролирует работу фрикционной муфты и выступает связующим звеном с другими блоками управления.
Так, в случае поломки mechatronic, порой машина попросту не сможет сдвинуться с места.
Однако, даже если сбой кажется несерьезным, следует временно отказаться от активной эксплуатации авто и посетить специалистов. Сбои в работе модуля могут привести к размыканию сцеплений во время движения, а также стать причиной серьезной поломки. Не откладывайте ремонт и записывайтесь на визит в нашу мастерскую ‒ профессиональное обслуживание и адекватные расценки позволят Вам забыть о любых неисправностях.
Подробности
06.01.2013г.
Для управления режимами работы АКПП в коробках передач BMW применяется гидравлический блок под названием Mechatronik (Мехатроник). Что собой представляет данная деталь, и какова ее цена, известно многим, у кого были проблемы с АКПП БМВ.
Принцип работы этого электрогидравлического узла довольно сложный. Но можно сказать, что именно он в ответе за любые процессы при переключении передач. Нередко проблемы с АКПП БМВ возникают при пробегах более 100 000 км. Самым первым признаком неправильной работы мехатроника является невозможность перевода АКПП из режима Parking в Drive или Reverse, что может быть следствием удара при переключении передач.
Неправильный температурный режим работы коробки передач также может быть одной из причин неисправностей гидравлического блока. Как известно, мехатроник БМВ не переносит низких температур. Поэтому при незначительном минусе следует прогреть автомобиль, а при чрезвычайно низкой температуре воздуха и вовсе стоит отказаться от поездки. Что касается высокой температуры масла АКПП, она также может повредить мехатроник. Поэтому за состоянием теплообменника АКПП необходимо периодически следит, также нужно обратить внимание на степень его чистоты. Нередкой причиной выхода из строя мехатроника можно назвать низкий уровень масла в коробке. Пластиковые поддоны на коробках BMW начинают течь при резких перепадах температуры воздуха.
Поломка такого узла, как мехатроник БМВ, может привести к неправильному функционированию автомобиля в нормальном режиме. Также могут возникнуть различного рода чувствительные помехи при переключении скоростей. Мехатроник БМВ в принципе, как и любой высокоточный модуль, довольно сложно поддается ремонту. А покупка нового блока приведет к значительным финансовым расходам. Но при своевременном обращении внимания на перебои в работе устройства, все может обстоять гораздо проще. При малейшей неадекватной работе или при срабатывании специальной сигнальной лампы, свидетельствующей о переходе АКПП в аварийный режим, необходимо незамедлительно обратиться в специализированный центр BMW, где на высоком уровне выполнять ремонт мехатроника БМВ.
В некоторых случаях при помощи обновления программного обеспечения удается выполнить ремонт мехатроника. Но при наличии механических проблем в работе мехатроника, то необходимо уже выполнять ремонт АКПП.
Как утверждают многие мастера частных фирм или автосервисов, данная деталь не подлежит ремонту, что является заблуждением. Подобное мнение довольно распространено и популярно по причине отсутствия специальных фирм в России, которые способны взяться за починку данного модуля. Более того, не все способны предложить этот товар в продаже. И только некоторые высокоспециализированные сервисы способны доказать, что возможно восстановить неисправный мехатроник БМВ, и после ремонта он способен прослужить еще довольно длительное время. Именно продажа мехатроника является одним из многочисленных направлений деятельности интернет магазина «Мосавтозапчасти». Наш сервис может предложить Вам мехатроник БМВ по наиболее выгодной цене. Теперь если у Вас возникла проблема с заменой мехатроника, то её можно решить в кротчайшие сроки.
Ремонт мехатроника БМВ представляет собой довольно сложный процесс, поэтому данная проблема решается специалистами полной заменой комплекта. В стоимость работ входит цена самого гидравлического узла и плюс цена услуг по его замене. Но это лишь при нормальном состоянии остальных узлов АКПП БМВ, таких как диски, фрикционы, барабаны. Как показывает практика, все-таки стоит проводить полный ремонт АКПП, Специалисты технических центров рекомендуют использование оригинальных комплектов ZF при ремонте мехатроника. Интернет магазин Мосавтозапчасти может предоставить Вам не только отдельно мехатроник BMW, но и полный ремонтный комплект.
В совокупности с ремонтом мехатроника рекомендуется заменить максимально возможный объем масла в АКПП, при этом следует использовать исключительно оригинальное масло. Кроме того, необходимо поменять поддон с интегрированным в него фильтром АКПП. При наличии металлического поддона и съемного фильтра, стоит полностью заменить прокладку поддона. При необходимости полного ремонта АКПП стоимость его будет напрямую зависеть от узлов АКПП, которые требуется заменить. А в процессе ремонта мехатроника БМВ каждый профессионал знает, что используются исключительно
О том, что такое мехатроник не знают не только многие владельцы машин, но и представители некоторых СТО. Хотя с изучения именно этого агрегата стоит начинать знакомство с «роботами».
Роль мехатроника в ДСГ
Мехатронный модуль - важнейший элемент в системе трансмиссии. В список его задач входит все, что связано с управлением коробкой передач. Кроме того, агрегат является устройством контроля и связующим звеном. Однако его главная функция - своевременное переключение ступеней. Благодаря работе мехатрона, в коробках ДСГ этот процесс происходит крайне быстро и без потери мощности.
Собирая данные со всех систем автомобиля, модуль:
- Определяет момент переключения передач;
- Подает сигнал на узел сцепления;
- Задействует исполнительные механизмы, для управления другими элементами КПП;
- Контролирует успешность переключения.
Естественно, при выходе агрегата их строя, трансмиссия начинает работать некорректно. Неполадки могут проявляться в виде рывков при разгоне, посторонних шумах и вибрациях, задержках при включении ступеней. При наличии признаков поломки, эксплуатация машины затруднена и небезопасна.
Немного о конструкции
Mechatronic находится прямо в картере коробки передач. Несмотря на сложность устройства, его размеры довольно компактны. Условно, в конструкции можно выделить следующие элементы:
- Электронный блок управления, являющийся «мозгом». Программное обеспечение ЭБУ - это сложные алгоритмы, согласно котором и происходит управление РКПП;
- Гидравлический блок, имеющий отдельный масляный контур. Прибор регулирует подачу масла, тем самым изменяя силу давления на поршни толкателей и приводов;
- Исполнительные устройства. Механизмы, отвечающие непосредственно за переключение;
- Входные датчики. Аппаратура, снимающая показания: скорости вращения валов, оборотов двигателя, температуры масла, уровня давления и других параметров. Данные в режиме реального времени передаются на ЭБУ.
Чем отличаются мехатроники?
Каждая поколение DSG имеет свою версию мехатрона. Это не универсальный узел, который можно просто переставить с одной машины на другую. На заводе, в процессор прибора вносятся уникальные данные по конкретному автомобилю - особенности его двигателя, передаточные числа КПП и т.д.
Для корректной работы на «неродном» авто, модуль также должен пройти настройку и перепрошивку. Грамотно выполнить эту процедуру готовы мастера нашего техцентра.
Позвоните нам, если заинтересованы в профессиональном ремонте, диагностике или замене mechatronic.
], область науки и техники, основанная на синергетическом объединении узлов точной механики с электронными, электротехническими и компьютерными компонентами, обеспечивающая проектирование и производство качественно новых модулей, систем и машин с интеллектуальным управлением их функциональными движениями. Термин «Мехатроника» (англ. «Mechatronics», нем. «Mechatronik») был введён японской фирмой « Yaskawa Electric Corp. » в 1969 году и зарегистрирован как торговая марка в 1972 году. Отметим, что в отечественной технической литературе ещё в 1950-х гг. использовался подобным же образом образованный термин – «механотроны» (электронные лампы с подвижными электродами, которые применялись в качестве датчиков вибраций и т. п.). Мехатронные технологии включают проектно-конструкторские, производственные, информационные и организационно-экономические процессы, которые обеспечивают полный жизненный цикл мехатронных изделий.
Предмет и метод мехатроники
Главная задача мехатроники как направления современной науки и техники состоит в создании конкурентоспособных систем управления движением разнообразных механических объектов и интеллектуальных машин, которые обладают качественно новыми функциями и свойствами. Метод мехатроники заключается (при построении мехатронных систем) в системной интеграции и использовании знаний из ранее обособленных научных и инженерных областей. К их числу относятся прецизионная механика, электротехника, гидравлика, пневматика, информатика, микроэлектроника и компьютерное управление. Мехатронные системы строятся путём синергетической интеграции конструктивных модулей, технологий, энергетических и информационных процессов, начиная со стадии их проектирования и заканчивая производством и эксплуатацией.
В 1970–80-х гг. три базисных направления – оси мехатроники (точная механика, электроника и информатика) интегрировались попарно, образовав три гибридных направления (на рис. 1 показаны боковыми гранями пирамиды). Это электромеханика (объединение механических узлов с электротехническими изделиями и электронными блоками), компьютерные системы управления (аппаратно–программное объединение электронных и управляющих устройств), а также системы автоматизированного проектирования (САПР) механических систем. Затем – уже на стыке гибридных направлений – возникает мехатроника, становление которой как нового научно-технического направления начинается с 1990-х гг.
Элементы мехатронных модулей и машин имеют различную физическую природу (механические преобразователи движений, двигатели, информационные и электронные блоки, управляющие устройства), что определяет междисциплинарную научно-техническую проблематику мехатроники. Междисциплинарные задачи определяют и содержание образовательных программ по подготовке и повышению квалификации специалистов, которые ориентированы на системную интеграцию устройств и процессов в мехатронных системах.
Принципы построения и тенденции развития
Развитие мехатроники является приоритетным направлением современной науки и техники во всём мире. В нашей стране мехатронные технологии как основа построения роботов нового поколения включены в число критических технологий РФ.
К числу актуальных требований к мехатронным модулям и системам нового поколения следует отнести: выполнение качественно новых служебных и функциональных задач; интеллектуальное поведение в изменяющихся и неопределённых внешних средах на основе новых методов управления сложными системами; сверхвысокие скорости для достижения нового уровня производительности технологических комплексов; высокоточные движения с целью реализации новых прецизионных технологий, вплоть до микро- и нанотехнологий; компактность и миниатюризация конструкций на основе применения микромашин; повышение эффективности многокоординатных мехатронных систем на базе новых кинематических структур и конструктивных компоновок.
Построение мехатронных модулей и систем основывается на принципах параллельного проектирования (англ. – concurrent engineering), исключения многоступенчатых преобразований энергии и информации, конструктивного объединения механических узлов с цифровыми электронными блоками и управляющими контроллерами в единые модули.
Ключевым принципом проектирования является переход от сложных механических устройств к комбинированным решениям, основанным на тесном взаимодействии более простых механических элементов с электронными, компьютерными, информационными и интеллектуальными компонентами и технологиями. Компьютерные и интеллектуальные устройства придают мехатронной системе гибкость, поскольку их легко перепрограммировать под новую задачу, и они способны оптимизировать свойства системы при изменяющихся и неопределённых факторах, действующих со стороны внешней среды. Важно отметить, что за последние годы цена таких устройств постоянно снижается при одновременном расширении их функциональных возможностей.
Тенденции развития мехатроники связаны с появлением новых фундаментальных подходов и инженерных методов решения задач технической и технологической интеграции устройств различной физической природы. Компоновка нового поколения сложных мехатронных систем формируется из интеллектуальных модулей («кубиков мехатроники»), объединяющих в одном корпусе исполнительные и интеллектуальные элементы. Управление движением систем осуществляется с помощью информационных сред для поддержки решений мехатронных задач и специального программного обеспечения, реализующего методы компьютерного и интеллектуального управления.
Классификация мехатронных модулей по структурным признакам представлена на рис. 2.
Модуль движения – конструктивно и функционально самостоятельный электромеханический узел, включающий в себя механическую и электрическую (электротехническую) части, который можно использовать как сепаратный блок, так и в различных комбинациях с другими модулями. Главным отличием модуля движения от общепромышленного электропривода является использование вала двигателя в качестве одного из элементов механического преобразователя движения. Примерами модулей движения являются мотор-редуктор, мотор-колесо , мотор-барабан, электрошпиндель станка.
Мотор-редукторы являются исторически первыми по принципу своего построения мехатронными модулями, которые стали серийно выпускать, и до настоящего времени находят широкое применение в приводах различных машин и механизмов. В мотор-редукторе вал является конструктивно единым элементом для двигателя и преобразователя движения, что позволяет исключить традиционную соединительную муфту, добиваясь таким образом компактности; при этом существенно уменьшается количество присоединительных деталей, а также затраты на установку, отладку и запуск. В мотор-редукторах в качестве электродвигателей наиболее часто используют асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и регулируемым преобразователем частоты вращения вала, однофазные двигатели и двигатели постоянного тока. В качестве преобразователей движения применяются зубчатые цилиндрические и конические, червячные, планетарные, волновые и винтовые передачи. Для защиты от действия внезапных перегрузок устанавливают ограничители вращающего момента.
Мехатронный модуль движения – конструктивно и функционально самостоятельное изделие, включающее в себя управляемый двигатель, механическое и информационное устройства (рис. 2). Как следует из данного определения, по сравнению с модулем движения, в состав мехатронного модуля движения дополнительно встроено информационное устройство. Информационное устройство включает датчики сигналов обратных связей, а также электронные блоки для обработки сигналов. Примерами таких датчиков могут служить фотоимпульсные датчики (энкодеры), оптические линейки, вращающиеся трансформаторы, датчики сил и моментов и т. д.
Важным этапом развития мехатронных модулей движения стали разработки модулей типа «двигатель-рабочий орган». Такие конструктивные модули имеют особое значение для технологических мехатронных систем, целью движения которых является реализация целенаправленного воздействия рабочего органа на объект работ. Мехатронные модули движения типа «двигатель-рабочий орган» широко применяют в станках под названием мотор-шпиндели.
Интеллектуальный мехатронный модуль (ИММ) – конструктивно и функционально самостоятельное изделие, построенное путём синергетической интеграции двигательной, механической, информационной, электронной и управляющей частей.
Таким образом, по сравнению с мехатронными модулями движения, в конструкцию ИММ дополнительно встраиваются управляющие и силовые электронные устройства, что придаёт этим модулям интеллектуальные свойства (рис. 2). К группе таких устройств можно отнести цифровые вычислительные устройства (микропроцессоры, сигнальные процессоры и т. п.), электронные силовые преобразователи, устройства сопряжения и связи.
Применение интеллектуальных мехатронных модулей даёт мехатронным системам и комплексам ряд принципиальных преимуществ: 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 неопределённых условиях внешней среды; упрощение коммуникаций между модулями и центральным устройством управления (вплоть до перехода к беспроводным коммуникациям), что позволяет добиваться повышенной помехозащищённости мехатронной системы и ее способности к быстрой реконфигурации; повышение надёжности и безопасности мехатронных систем благодаря компьютерной диагностике неисправностей и автоматической защите в аварийных и нештатных режимах работы; создание на основе ИММ распределённых систем управления с применением сетевых методов, аппаратно-программных платформ на базе персональных компьютеров и соответствующего программного обеспечения; использование современных методов теории управления (адаптивных, интеллектуальных, оптимальных) непосредственно на исполнительном уровне, что существенно повышает качество процессов управления в конкретных реализациях; интеллектуализация силовых преобразователей, входящих в состав ИММ, для реализации непосредственно в мехатронном модуле интеллектуальных функций по управлению движением, защите модуля в аварийных режимах и диагностики неисправностей; интеллектуализация сенсоров для мехатронных модулей позволяет добиться более высокой точности измерения, программным путём обеспечив в самом сенсорном модуле фильтрацию шумов, калибровку, линеаризацию характеристик вход/выход, компенсацию перекрёстных связей, гистерезиса и дрейфа нуля.
Мехатронные системы
Мехатронные системы и модули вошли как в профессиональную деятельность, так и в повседневную жизнь современного человека. Сегодня они находят широкое применение в самых различных областях: автомобилестроение (автоматические коробки передач, антиблокировочные устройства тормозов, приводные модули «мотор-колесо», системы автоматической парковки); промышленная и сервисная робототехника (мобильные, медицинские, домашние и другие роботы); периферийные устройства компьютеров и офисная техника: принтеры, сканеры, CD-дисководы, копировальные и факсимильные аппараты; производственное, технологическое и измерительное оборудование; домашняя бытовая техника: стиральные, швейные, посудомоечные машины и автономные пылесосы; медицинские системы (например, оборудование для робото-ассистированной хирургии, коляски и протезы для инвалидов) и спортивные тренажёры; авиационная, космическая и военная техника; микросистемы для медицины и биотехнологии; лифтовое и складское оборудование, автоматические двери в отелях аэропортах, вагонах метро и поездов; транспортные устройства (электромобили, электровелосипеды, инвалидные коляски); фото- и видеотехника (проигрыватели видеодисков, устройства фокусировки видеокамер); движущиеся устройства для шоу-индустрии.
Выбор кинематической структуры является важнейшей задачей при концептуальном проектировании машин нового поколения. Эффективность её решения во многом определяет главные технические характеристики системы, её динамические, скоростные и точностные параметры.
Именно мехатроника дала новые идеи и методы для проектирования движущихся систем с качественно новыми свойствами. Эффективным примером такого решения стало создание машин с параллельной кинематикой (МПК) (рис. 3).
В основе их конструктивной схемы лежит обычно платформа Гью-Стюарта (разновидность параллельного манипулятора, имеющая 6 степеней свободы; используется октаэдральная компоновка стоек). Машина состоит из неподвижного основания и подвижной платформы, которые соединены между собой несколькими стержнями с управляемой длиной. Стержни соединены с основанием и платформой кинематическими парами, которые имеют соответственно две и три степени подвижности. На подвижной платформе устанавливается рабочий орган (например, инструментальная или измерительная головка). Программно регулируя длины стержней с помощью приводов линейного перемещения, можно управлять перемещениями и ориентацией подвижной платформы и рабочего органа в пространстве. Для универсальных машин, где требуется перемещение рабочего органа как твёрдого тела по шести степеням свободы, необходимо иметь шесть стержней. В мировой литературе такие машины называются «гексаподы» (от греч. ἔ ξ – шесть).
Основными преимуществами машин с параллельной кинематикой являются: высокая точность исполнения движений; высокие скорости и ускорения рабочего органа; отсутствие традиционных направляющих и станины (в качестве несущих элементов конструкции используются приводные механизмы), отсюда и улучшенные массогабаритные параметры, и низкая материалоёмкость; высокая степень унификации мехатронных узлов, обеспечивающая технологичность изготовления и сборки машины и конструктивную гибкость.
Повышенные точностные показатели МПК обусловлены следующими ключевыми факторами:
в гексаподах, в отличие от кинематических схем с последовательной цепью звеньев, не происходит суперпозиции (наложения) погрешностей позиционирования звеньев при переходе от базы к рабочему органу;
стержневые механизмы обладают высокой жесткостью, так как стержни не подвержены изгибающим моментам и работают только на растяжение-сжатие;
применяются прецизионные датчики обратной связи и измерительные системы (например, лазерные), а также используются компьютерные методы коррекции перемещений рабочего органа.
Благодаря повышенной точности МПК могут применяться не только как обрабатывающее оборудование, но и в качестве измерительных машин. Высокая жёсткость МПК позволяет применять их на силовых технологических операциях. Так, на рис. 4 показан пример гексапода, выполняющего гибочные операции в составе технологического комплекса «HexaBend» для производства сложных профилей и труб.
Компьютерное и интеллектуальное управление в мехатронике
Применение ЭВМ и микроконтроллеров, реализующих компьютерное управление движением разнообразных объектов, является характерной особенностью мехатронных устройств и систем. Сигналы от разнообразных датчиков, несущие информацию о состоянии компонентов мехатронной системы и приложенных к этой системе воздействий, поступают в управляющую ЭВМ. Компьютер перерабатывает информацию в соответствии с заложенными в него алгоритмами цифрового управления и формирует управляющие воздействия на исполнительные элементы системы.
Компьютеру отводится ведущая роль в мехатронной системе, поскольку компьютерное управление даёт возможность достичь высокой точности и производительности, реализовать сложные и эффективные алгоритмы управления, учитывающие нелинейные характеристики объектов управления, изменения их параметров и влияние внешних факторов. Благодаря этому мехатронные системы приобретают новые качества при увеличении долговечности и снижении размеров, массы и стоимости таких систем. Достижение нового, более высокого уровня качества систем благодаря возможности реализации высокоэффективных и сложных законов компьютерного управления позволяет говорить о мехатронике как о возникающей компьютерной парадигме современного развития технической кибернетики.
Характерным примером мехатронной системы с компьютерным управлением является прецизионный следящий привод на основе бесконтактной многофазной электрической машины переменного тока с векторным управлением. Наличие группы датчиков, в том числе высокоточного датчика положения вала двигателя, цифровых методов обработки информации, компьютерной реализации законов управления, преобразований, основанных на использовании математической модели электрической машины, и быстродействующего контроллера позволяет построить прецизионный быстродействующий привод, обладающий сроком службы до 30–50 тысяч часов и более.
Компьютерное управление оказывается весьма эффективным при построении многокоординатных нелинейных мехатронных систем. В этом случае ЭВМ анализирует данные о состоянии всех компонентов и внешних воздействиях, производит вычисления и формирует управляющие воздействия на исполнительные компоненты системы с учётом особенностей её математической модели. В результате достигается высокое качество управления согласованным многокоординатным движением, например, рабочего органа мехатронной технологической машины или мобильного робота.
Особую роль в мехатронике играет интеллектуальное управление, которое является более высокой ступенью развития компьютерного управления и реализует различные технологии искусственного интеллекта. Они дают возможность мехатронной системе воспроизводить в той или иной мере интеллектуальные способности человека и на этой основе принимать решения о рациональных действиях для достижения цели управления. Наиболее эффективными технологиями интеллектуального управления в мехатронике являются технологии нечёткой логики, искусственных нейронных сетей и экспертных систем.
Применение интеллектуального управления даёт возможность обеспечить высокую эффективность функционирования мехатронных систем при отсутствии подробной математической модели объекта управления, при действии различных неопределённых факторов и при опасности возникновения непредвиденных ситуаций в работе системы.
Преимущество интеллектуального управления мехатронными системами состоит и в том, что часто для построения таких систем не требуются их подробная математическая модель и знание законов изменения действующих на них внешних воздействий, а управление строится на основе опыта действий высококвалифицированных специалистов-экспертов.