mecatronica Curs1

  • View
    65

  • Download
    1

Embed Size (px)

Text of mecatronica Curs1

  • Curs 1

  • Termenul mecatronic (MECAnic + elecTRONIC) a fost conceput n 1969de un inginer al firmei japoneze Yaskawa Electric i protejat pn n 1982 camarc a acestei firme. Se referea iniial la complectarea structurilor mecanicedin construcia aparatelor cu componente electronice.

    IEEE/ASME Transactions on Mechatronics (1996) mecatronica a fostdefinit astfel: Mechatronics is the synergetic integration of mechanicalengineering with electronic and intelligent computer control in the design

    Mecatronic

    engineering with electronic and intelligent computer control in the designand manufacturing products and processes., n traducere: Mecatronic esteintegrarea sinergetic a ingineriei mecanice cu controlul electronic i celinteligent cu calculatoare n proiectarea i fabricaia produselor iproceselor..

    Termenul sinergetic impune o detaliere. n Mic Dicionar Enciclopedic (Ed. Enciclopedic Romn, 1972) termenul sinergieeste definit astfel:

    - gr. Synergia (conlucrare) s.f. (FIZIOL.) Asociaie a mai multor organe sau esuturi pentru ndeplinirea aceleiai funciuni.

  • Conceptul de sistem mecatronic Un sistem mecatronic este un sistem

    tehnic care integreaz, ntr-o configuraie flexibil, componente mecanice, electronice i de comand cu sisteme electronice i de comand cu sisteme numerice de calcul, pentru generarea unui control inteligent al micrilor, n vederea obinerii unei multitudini de funcii.

  • Ce este mecatronica?

  • Diagram de detaliu a subsistemelor ce concura la realizarea unui sistem mecatronic

  • Fig. 1 Diagrame pentru ilustrarea noiunii de mecatronic: a) Conceptul Universitii Stanford; b) Conceptul Universitii Missouri-Rolla; c) Conceptul Universitii Purdue

  • Sisteme mecatronice n industrie: Lagre magnetice; Elemente constructive ale mainilor, cu

    electron; Sisteme de injecie electronice ; Sisteme automate pentru comanda vehiculelor; Maini unelte cu comand numeric; Roboi industriali; Roboi mobili i pitori, de diferite tipuri i con; Vehicule cu ghidare automat; Avioane militare autonome; Rachete autoghidate; Sisteme pentru condiionarea aerului; Imprimante laser i plottere; Sisteme pentru citirea/scrierea informaiei etc.

    n vehicule civile i militare: automobile, trenuri de mare vitez, avioane, rachete etc.

    n agricultur - Roboi agricoli; Roboi pentru industria alimentar; Maini agricole autonome; Sisteme pentru irigaii comandate prin calculator;

    n medicin i biomecanic - Roboi medicali; Organe artificiale; Dispozitive chirurgicale; Aparate pentru investigaii medicale complexe etc.

    PRODUSE MICRO-MECATRONICE - Micro-Mechanic-Electro-Systems (MEMS); Micro-actuatori; Micro-senzori; Microsisteme

  • Evoluia sistemelor mecanice, electrice i mecatronice

  • Clasificarea sistemelor mecatronice O imagine asupra diversitii i complexitii domeniilor care sunt incluse n vasta noiune de Mecatronic poate fi furnizat de tematica seciunilor primei conferine IFAC (International Conference of Automatic Control) de Sisteme Mecatronice, organizat ntre 18 i 20 septembrie 2000 la Darmstadt (Germania):

    Seciunea A Sisteme mecatronice, incluznd vehicule mecatronice, motoare i maini mecatronice, trenuri mecatronice i sisteme spaiale mecatronice;

    Seciunea B - Componente mecatronice, cu temele actuatori i dispozitive mecatronice i lagre magnetice; dispozitive mecatronice i lagre magnetice;

    Seciunea C Roboi i maini pitoare, cuprinznd roboi mecatronici, sisteme robotice mobile, maini pitoare;

    Seciunea D Proiectarea sistemelor mecatronice a avut ca centre de greutate: modelarea i identificarea; instrumente software; simularea n timp real i hardware-in-the-loop;

    Seciunea E Controlul automat al sistemelor mecatronice, s-a concentrat asupra metodelor de control, a controlului micrii i vibraiilor i a sistemelor mecatronice pentru detectarea i diagnosticarea erorilor.

  • Diagrama bloc a unui sistem mecatronic

  • Sistem mecatronic

  • Designul unui produs integrat

  • Proiectarea sistemelor mecatronice Proiectarea clasica: prima etap, ingineri mecanici proiectau structura mecanic de baz; a doua faz a proiectrii, inginerii de profil electric i electronic complectau aceast structur cu senzorii i actuatorii

    necesari; ultima etap era realizat de ingineri automatiti, al cror rol consta n implementarea unei structuri de control i a unui

    algoritm adecvat funcionrii ntregului ansamblu.

    Proiectare actuala:

    Modelul proiectrii simultane (concurente) - mecatronica are la baz principiile ingineriei concurente, impunnd, nc din momentul demarrii proiectrii unui produs, munca ingineriei concurente, impunnd, nc din momentul demarrii proiectrii unui produs, munca ntr-o echip, care include att ingineri de diferite specializri, ct i reprezentani ai compartimentelor de fabricaie, marketing, din domeniul financiar etc.

  • Diferene principiale ntre proiectarea convenional i cea mecatronic

  • Succesiunea etapelor de proiectare1. Funcii ale sistemului mecatronic

    Proiectarea sistemului mecanic de baz: simplificare; mprirea funciilor ntre mecanic i electronic; Performane n funcionare: precizie, domenii mari de lucru, funcionarea n apropierea

    limitelor extreme; Funcii noi: controlul mrimilor care nu pot fi msurate, generarea unor comportamente

    dinamice speciale, sisteme adaptive, detectarea timpurie a erorilor n funcionare i diagnosticarea erorilor;

    Vehicule drive-by-wire, avioane fly-by-wire: tolerante la erori, componente redundante, propieti influenate de software;

    Noi senzori (micro-mecatronic), senzori inteligeni; Noi actuatori: electro-mecanici, piezo-electici, electro-reologici. Noi actuatori: electro-mecanici, piezo-electici, electro-reologici.

    2. Forme de integrare Integarea componentelor (integrarea hardware, integrarea senzorilor, actuatorilor i a

    microelectronicii n structura mecanic a sistemului); Integrarea prin procesarea informaiei (integrarea software, bazat pe cunoaterea

    modelului i a procesului, metode algortmice). 3. Componente electronice

    Lan de prelucrare a informaiei: senzori microcalculatoare actuatori; Microelectronic dedicat (embedded); Microprocesoare, microcontrollere, DSP-uri, ASIC; Magistrale i protocoale de comunicaie: CAN-, PROFI-, SERCO-Bus; Structuri redundante: arhitecturi duble i triple pentru funciile critice pentru sigurana

    sistemului.

  • Succesiunea etapelor de proiectare (Continuare)4. Operare: noi interfee om-main

    Pedale electronice sau manete cu reacie haptic; Tele-manipulare; Noi tipuri de sisteme de afiare.

    5. Metode de proiectare Instrumente software pentru modelare i simulare; Instrumente software pentru proiectarea i construcia sistemelor mecanice i

    electronice; electronice; Simulare n timp real (simulare hardware-in-the-loop, prototipare a

    controlului). 6. Efecte sinergetice

    Noi efecte prin integrarea hardware i software; Reducerea componentelor mecanice, prin mbinarea componentelor mecanice

    i electronice.

  • Arhitectura de principiu:

    Sistem central de comanda

    Sistem c-da(uP, distribuita)

    SenzoriC-da axa 1 C-da axa n

    ..

    ..Actionareaxa 1

    Actionareaxa nSistem

    mecanic

  • Sistemul mecanic - compus din mecanisme, care asigur micarea efectorului final n siturile sale pe traiectoria programat.

    - preia forele generalizate ce acioneaz din mediu.

    Sistemul de acionare impune micarea relativ a elementelor mecanismelor sistemului mecanicare ca i componente cte un element de acionare pentru fiecare cupl cinematic conductoare a mecanismelor sistemului mecanic.

    Sistemul de comand prelucreaz informaiile despre starea mediului (externo - percepie) i despre starea interioar a sistemului (proprio - percepie) i emite , n conformitate cu aceste informaii i propriul program, comenzi ctre sistemul de acionare. Senzorii i traductoarele sunt elemente de inteligen artificial ce culeg informaii (senzori culeg informaii care nu sunt legate de deplasri provenite din mediu, iar traductoarele culeg informaii legate de deplasri ale subsistemelor cel compun.

  • Sistemul de conducere reunete sistemul de comand, sistemul de acionare elementele de inteligent artificial.

    Sarcina principal a sistemului de comand este de a transpune programele de aplicaie n micri relative al elementelor cuplelor cinematice conductoare ale dispozitivului de ghidare.

  • EXEMPLU DE SISTEM MECATRONICMECATRONIC

  • ROBOT INDUSTRIAL: un sistem integrat mecano-electrono-informational, utilizat inprcesul de productie in scopul realizarii unor functii de manipulare analoage cu celerealizate de mana omului, conferind obiectului manipulat orice miscare programataliber, in cadrul unui proces tehnologic ce se desfasoara intr-un mediu specific.

    Robot industrialRobot industrialExecuta miscari dupa un

    ManipulatorManipulatorInstalatie automata care

    executa operatiuni repetitive, miscarile realizandu-se dupa Executa miscari dupa un program flexibil, modificabil, in

    functie de sarcinile de productie si de conditiile de

    mediu

    miscarile realizandu-se dupa un program fix, rigid

    Trebuie sa posede elemente dereglaj, care sa permita reglarea inlimite restranse sau mai largi, a unorparametri cinematico-functionali saude precizie.

  • Clasificare Dup informaia de intrare i modul de nvare al echipamentului:

    Manipulator manual, care este acionat direct de ctre om; Robot secvenial, care are anumii pai ce asculta