View
7
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Literatura1. B. Heimann, W. Gerth, K. Popp.: Mechatronika –komponenty, metody,
przykłady. PWN 2001.
2. M. Gawrysiak: Mechatronika i projektowanie mechatroniczne. Wyd.
Politechniki Białostockiej 1997.
3. J. Wojnarowski: Wprowadzenie do mechatroniki. Wyd. PWSZ, Nowy Sącz,
2012.
4. Devdas Shetty: Mechatronics System Design. PWS Publishing Company,
Boston 1997
5. W. Bolton: Mechatronics. Longman, New York 1999.
6. D. K. Miu: Mechatronics – electromechanics and contromechanics. Springer-
Verlag, New York 1993,
7. T. Uhl: Projektowanie mechatroniczne - zagadnienia wybrane, Wydawnictwo
AGH, 2008.
Projektowanie Układów Mechatronicznych
3
W znaczeniu technicznym maszyna jest to urządzenie
(najczęściej złożone z wielu mechanizmów), służące do przekształcania energii lub wykonujące pracę
mechaniczną, poprzez ruch swoich części.
Maszyna
4
Maszyna
5
Maszyna
q1(t)
Mechanizm klasyczny: układ z jednym napędem =>
układ jednobieżny o jednym stopniu swobody Wt = 1.
xA(t) = f1(q1)
yA(t) = f1(q1)
j20(t) = f2(q1)
w20(t) = f2(q1)
A
20
6
Maszyna
7
Maszyna i mechanizm
Maszyna
. . .
Mechanizm 1
W=1
Mechanizm 2
W=1
Mechanizm n
W=1
8
Roboty i manipulatory przemysłowe
Unimate - pierwszy
przemysłowy robot (1954-63)
Wyprodukowany przez firmę UNIMATION
założoną przez konstruktora George’a
Devola.
Robot w roku 1961 został użyty przez
General Motors do prac montażowych w
fabryce w Ewing Township, New Jersey.
9
Manipulatory równoległe
10
Manipulatory równoległe
m2
Punkt M(xM, yM, zM) może
przyjmować dowolne
położenie w strefie roboczej.
q1(t)
M Liczba stopni swobody Wt = 3
q2(t)
q3(t)
m1
11
Manipulatory równoległe – planowanie trajektorii
m2
q2
M1q3 x0
z0
y0
A
C
B
M
D
q1
M2
M3
12
Manipulatory równoległe – układ sterowania
13
14
Mechatronika = Robotyka ?
15
Mechatronika w pojazdach - wczoraj i dziś
16
Mechatronika w pojazdach - dzisiaj
Układ hamulcowy
Silnik
Zawieszenia
kół
Układ
kierowniczy
17
Mechatronika w pojazdach - w przyszłości
Układ rozrządu – mechaniczne sterowanie
zaworami
Mechatroniczny rozrząd:
sterowanie zaworami
„by-wire”
18
Mechatronika w pojazdach - w przyszłości
Mechatroniczny rozrząd: sterowanie zaworami „by-wire”
19
Mechatronika w pojazdach - w przyszłości
Mechaniczny układ kierowniczy ze
wspomaganiemMechatroniczny
układ kierowniczy
„by-wire”
20
Mechatronika w pojazdach - w przyszłości
Mechatroniczny układ kierowniczy „by-wire”
21
Mechatronika w pojazdach - jutro
Mechatroniczny napęd przepustnicy
„by-wire”
22
Mechatronika w pojazdach - w przyszłości
Hydrauliczny układ
hamulcowy z systemami
ABS, ASR, ESP
Mechatroniczny układ hamulcowy
„by-wire”
23
Mechatronika w pojazdach - w przyszłości
Adaptacyjne zawieszenie mechaniczne
lub hydropneumatyczne
Mechatroniczne adaptacyjne
zawieszenie z predykcją
przeszkód
24
Mechatronika w pojazdach - w przyszłości
Mobilne sieci komunikacyjne
nawiązywane ad hoc
Tworzenie kanałów dla pojazdów
uprzywilejowanych i informacja o niebezpiecznych
sytuacjach
Zgłaszanie wypadków
Inteligentne skrzyżowania
Poprawianie płynności i natężenia ruchu
Mechatronika wczoraj i dziś
Mechatronika wczoraj i dziś
Mechatronika wczoraj i dziśMechatronika wczoraj i dziś
Powstawanie układów
mechatronicznych
- produkty oparte na czysto mechanicznej zasadzie
działania
- pojawianie się produktów, w których występują
układy elektroniczne, ale nie mają wpływu na
podstawowe działanie produktu
np. samochód –> radio, wyświetlacze elektroniczne,
sterowniki klimatyzacji
samolot ->radio, radar, wspomaganie, nawigacja
- pojawianie się produktów w których układy
elektroniczne są ściśle połączone z
realizowanie podstawowych zadań
np. samochód -> elektroniczny zapłon
obrabiarka numeryczna -> sterownik
robot -> sterownik
Powstawanie układów
mechatronicznych
Układ Mechatroniczny
Układ (system) mechatroniczny zbudowany jest z systemów
częściowych:
- systemu podstawowego – mechanicznego
- aktorów,
- sensorów,
- układu sterowania (procesory i oprogramowanie).
System mechatroniczny rejestruje sygnały (sensory),
przetwarza je (układ sterowania) i wydaje sygnały, które
przetwarza w siły i ruchy (aktory), które poprzez układ
mechaniczny wpływają na realizowany proces techniczny.
Rozwój systemów technicznych
Rozwój elektroniki
• 1943-46 – komputer ENIAC
• 1947 – tranzystor - Bell Telephone Lab.
• 1969 – sterowniki PLC w GM
• 1971 – mikroprocesor 4004
• 1976 – video VHS – JVC
• 1982 – płyty CD
• 1997 – płyty DVD
• 2002 – płyty BlueRay (2008) – HD-DVD
• 2006 – TV HD w Polsce – platforma N
• 2012 – naziemna TV cyfrowa DVB (mpeg4)
Rozwój mikroprocesorów Intela
1971 – intel 4004 (4 bitowy do kalkulatorów)
1972 – intel 8008 (8 bitowy)
1974 – intel 8080 (8 bitowy)
1978 – intel 8088/8086 (16 bitowy) – IBM PC
1982 – intel 80286 – IBM PC AT
1985 – intel386 (32 bitowy)
1989 – intel486
1993 – intel Pentium
1997 – intel Pentium II
1999 – intel Pentium III
2000 - intel Pentium 4
2002 - intel Dual Core
Charakterystyka produktów uzyskanych na drodze projektowania mechatronicznego:
- podstawowe funkcje można zrealizować tylko przez współdziałanie komponentów mechanicznych, elektronicznych i informatycznych,
- występuje w tych układach przemieszczenie funkcji z mechaniki w kierunku, elektroniki i przetwarzania informacji,
- właściwości takich produktów są w dużej mierze określone przez elementy niematerialne (oprogramowanie)
Powstawanie układów
mechatronicznych
Powstawanie układów
mechatronicznychPrzyczyny rozwoju mechatroniki:
- zastosowanie układów półprzewodnikowych (tranzystory, diody...) zamiast układów lampowych,
- opracowanie i rozwój układów scalonych,
Przyczyny rozwoju mechatroniki cd.:
- rozwój i zastosowanie w przetwarzaniu sygnałów technik
cyfrowych,
- powstanie układów programowalnych,
- powstanie i rozwój technik mikroprocesorowych
Powstawanie układów
mechatronicznych
1969 – pojęcie MECHATRONICS zostało zdefiniowane
przez firmę Yasakwa Electric Corporation
1971 – 1982 - chronione jako nazwa handlowa
1982 – dostępne dla wszystkich
1987 – mechanotronika – pierwsza polska próba definicji
MECHAnika+elekTRONIKA
1995 – przyjęcie oficjalnej definicji Komisji
Unii Europejskiej
2006/7 – utworzenie kierunku studiów mechatronika
Powstawanie mechatroniki
Mechatronika - definicje
1 Integracja naturalnie różnych systemów konstrukcyjnych: mechanizmów,obwodów elektrycznych i oprogramowania. Ta konieczność integracji jestjasno widoczna w robotach. [ISHII 1983]
2. Zastosowanie mikroelektroniki w inżynierii mechanicznej. [Oryginalnadefinicja Japońskiego Ministerstwa Przemysłu i Handlu (MITI)]
3. System, w którym rozwinięty ruch i rozwinięte sterowanie łączone sąsystematycznie w celu otrzymania systemu o wysokiej wartości, który możewykonywać rozwinięte funkcje zamierzone. [KAJITANI 1986]
4. Interdyscyplinarny obszar nauk inżynierskich, który wspiera się na klasycznychdyscyplinach budowy maszyn, elektrotechniki i informatyki. Typowy systemmechatroniczny odbiera sygnały, przetwarza je i wydaje sygnały, które z koleiprzetwarza np. w siły i ruchy. [SCHWEITZER 1989]
5. Programowalne urządzenia i systemy mechaniczne z sensoryka, aktoryką ikomunikacją. [HANSON 1994]
5. Synergiczna integracja inżynierii mechanicznej z elektroniką i
inteligentnym sterowaniem komputerowym w projektowaniu i
wytwarzaniu produktów i procesów. [komisja Wspólnoty Europejskiej,
wg KING 1995]
6. Projektowanie i wytwarzanie produktów i systemów wykazujących
zarówno funkcjonalność mechaniczną jak i zintegrowane sterowanie
algorytmiczne. [HEWIT 1995, KING 1995]
7. Projektowanie maszyn inteligentnych. [HEWIT 1995]
Mechatronika - definicje
Synergiczna integracja inżynierii mechanicznej z elektroniką
inteligentnym sterowaniem komputerowym (informatyką) w
projektowaniu i wytwarzaniu produktów i procesów.
Mechatronika jest interdyscyplinarna i obejmuje następujące dziedziny:
- mechanikę (mechanikę techniczną, budowę maszyn, mechanikę
precyzyjną)
- elektronikę/elektrotechnikę (mikroelektronikę, elektronikę siłową,
technikę pomiarów, aktorykę)
- informatykę (teorie systemów, przetwarzanie informacji,
przetwarzanie danych procesowych, sztuczną inteligencję)
Mechatronika - definicje
41
MechatronikaSynergiczna integracja inżynierii mechanicznej z elektroniką i inteligentnym sterowaniem komputerowym w projektowaniu i wytwarzaniu produktów i procesów
[komisja Unii Europejskiej].
MechanikaElektronika
Informatyka
Mechatronika
Ogólny model Mechatroniki
Zastosowania urządzeń
mechatronicznych
- zastępowanie konwencjonalnych urządzeń
mechanicznych,
- dołączanie elektronicznych urządzeń
sterowniczych do maszyn konwencjonalnych,
- tworzenie nowych rozwiązań układów
mechatronicznych,
Układ mechaniczny i mechatroniczny
Układy mechatroniczne -
przykłady
Waga – klasyczna i elektroniczna
Układy mechatroniczne -
przykłady
Układy poziomowania wody
Układy mechatroniczne -
przykłady
Mechatronika - nauka
• uczy jak integrować urządzenia mechaniczne
ze sterowanie komputerowym
• zajmuje się badaniem i rozwojem nowych
systemów mechaniczno-elektronicznych
cechujących się pewnym stopniem
inteligencji – możliwość rozstrzygania
• uczy projektowania zespołowego
Mechatronika - projektowanie
Klasyczny sposób projektowania – szeregowy.
Projektowanie w ujęciu mechatronicznym –
zespołowe, równoległe.
Mechatronika – obszar zastosowania
• produkty techniczne (zegarki, komputery, telefony, agd, rtv, samochody, samoloty, ...)
• urządzenie wytwórcze (obrabiarki numeryczne, roboty, systemy wytwórcze, systemy magazynowe,...)
• zespoły i elementy maszyn (sensory, silniki, elektryczne, elementy pomiarowe, wyświetlacze,...)
Powody stosowania układów
meechatronicznych w maszynach
1) Poszerzenie charakterystyk (konstrukcja mech. bez zmian – nowe sterowanie – lepsza wydajność dokładność, szybkość, elastyczność, niezawodność – np. silnik samochodowy)
2) Uproszczenie złożonych mechanizmów (modułowy układ mechatron. zastępuje kilka złożonych mechanizmów - np. obrabiarka numeryczna, maszyny offsetowe drukarskie,...)
3) Inowacyjność (możliwość tworzenia układów, które bez elektroniki byłyby niemożliwe –układy analizy wizji, sztuczna inteligencja ...)
Pozatechniczna rola Mechatroniki
• Moda – jako przyczyna rozwoju mechatroniki
• Rozwój potrzeb konsumenckich – wideo, kamery, pralki
automatyczne, ...
• Konkurencja na rynku – potrzeba ciągle nowych
produktów
Recommended