Что такое мехатроника и робототехника

Мехатроника и робототехника

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.

мехатроника и робототехника

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.

системы мехатроники

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.

кем работать по специальности мехатроника и робототехника

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

Источник

Мехатроника

Мехатроника — это название для частных случаев построения электрических приводов (см. электрический привод), где основной упор делается на обеспечение требуемого движения, прежде всего, высокоточного, а не на его энергетические характеристики. Для мехатроники характерно стремление к полной интеграции механики, электрических машин, силовой электроники, микропроцессорной техники и программного обеспечения.

Содержание

О термине

В СССР, современной России начиная c 30-х годов 20 века и некоторых зарубежных странах (см. департамент Drive Technology фирмы Siemens) для названия систем обеспечения требуемых движений посредством электричества применяется термин электрический привод (сокращенно электропривод).

С развитием электрических приводов и возможностей их применения в станках, в первую очередь с ЧПУ и обрабатывающих центрах, а также в робототехнике, стала очевидна необходимость полной интеграции составляющих элементов электропривода: механики, электрических машин, силовой электроники, микропроцессорной техники и программного обеспечения для наиболее полного использования возможностей электропривода и обеспечения им прецизионного движения.

Так как наиболее полное развитие данные тенденции получили в Японии, а с термином «электрический привод» как самостоятельной технической системой там знакомы не были, для описания данных систем в Японии был введен термин «мехатроника». Непосредственным автором является японец Тецуро Мориа (Tetsuro Moria), старший инженер компании Yaskawa Electric, а сам термин появился в 1969 году.

Термин состоит из двух частей — «меха», от слова механика, и «троника», от слова электроника. Сначала данный термин был торговой маркой (зарегистрирована в 1972 году), но после его широкого распространения компания отказалась от его использования в качестве зарегистрированного торгового знака.

Из Японии мехатроника распространилась по всему миру. Из иностранных изданий термин «мехатроника» попал в Россию и стал широкоизвестен.

Сейчас под мехатроникой понимают системы электропривода с исполнительными органами относительно небольшой мощности, обеспечивающие прецизионные движения и имеющие развитую систему управления. Сам термин «мехатроника» используется, прежде всего, для отделения от общепромышленных систем электропривода и подчеркивания особых требований к мехатронным системам. Именно в таком смысле мехатроника как область техники известна в мире.

Связанные понятия

Стандартное определение (1995):

Мехатронный модуль — это функционально и конструктивно самостоятельное изделие для реализации движений с взаимопроникновением и синергетической аппаратно-программной интеграцией составляющих его элементов, имеющих различную физическую природу.

К элементам различной физической природы относят механические, электротехнические, электронные, цифровые, пневматические, гидравлические, информационные и т. д. компоненты.

Мехатронная система — совокупность нескольких мехатронных модулей и узлов, синергетически связанных между собой, для выполнения конкретной функциональной задачи.

Обычно мехатронная система является объединением собственно электромеханических компонентов с силовой электроникой, которые управляются с помощью различных микроконтроллеров, ПК или других вычислительных устройств. При этом система в истинно мехатронном подходе, несмотря на использование стандартных компонентов, строится как можно более монолитно, конструкторы стараются объединить все части системы воедино без использования лишних интерфейсов между модулями. В частности, применяя встроенные непосредственно в микроконтроллеры АЦП, интеллектуальные силовые преобразователи и т. п. Это уменьшает массу и размеры системы, повышает ее надёжность и дает некоторые другие преимущества. Любая система, управляющая группой приводов может считаться мехатронной.

Иногда система содержит принципиально новые с конструкторской точки зрения узлы, такие как электромагнитные подвесы, заменяющие обычные подшипниковые узлы. К сожалению, такие подвесы дороги и сложны в управлении и в нашей стране применяются редко (на 2005 г.). Одной из областей применения электромагнитных подвесов являются турбины, перекачивающие газ по трубопроводам. Обычные подшипники здесь плохи тем, что в смазку проникают газы — она теряет свои свойства.

Мехатроника сегодня

Многие современные системы являются мехатронными или используют элементы мехатроники, поэтому постепенно мехатроника становится «наукой обо всём». Мехатроника применяется во многих отраслях и направлениях, например: робототехника, автомобильная, авиационная и космическая техника, медицинское и спортивное оборудование, бытовая техника.

Примеры мехатронных систем

Типичная мехатронная система — тормозная система автомобиля с АБС (антиблокировочной системой).

Персональный компьютер также является мехатронной системой: ЭВМ содержит много мехатронных составляющих: жёсткие диски, оптические приводы.

См. также

Литература

Ссылки

Полезное

Смотреть что такое «Мехатроника» в других словарях:

Мехатроника — область науки и техники, основанная на системном объединении узлов точной механики, датчиков состояния внешней среды и самого объекта, источников энергии, исполнительных механизмов, усилителей, вычислительных устройств (ЭВМ и микропроцессоры).… … Официальная терминология

мехатроника — [Интент] Тематики роботы промышленные EN mechatronics … Справочник технического переводчика

мехатроника — mechatronika statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. mechatronics vok. Mechatronik, f rus. мехатроника, f pranc. mécatronique, f … Automatikos terminų žodynas

Лукьянов, Евгений Анатольевич — В Википедии есть статьи о других людях с фамилией Лукьянов. Евгений Анатольевич Лукьянов Дата рождения: 1958 год(1958) Место рождения: Ростов на Дону Страна … Википедия

Тугенгольд, Андрей Кириллович — Андрей Кириллович Тугенгольд Дата рождения: 1937 год(1937) Место рождения: Москва Страна … Википедия

Уральский государственный университет путей сообщения — У этого термина существуют и другие значения, см. Уральский государственный университет (значения). Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС) … Википедия

Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики — Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет) (МИРЭА) Девиз Лучший среди равных равный среди лучших! Optimus inter pares par inter optimos! Год основания … Википедия

Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики — Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет) (МИРЭА) Девиз Лучший среди равных равный среди лучших! Optimus inter pares par inter optimos! Год основания … Википедия

Московский институт радиотехники, электроники и автоматики — Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет) (МИРЭА) Девиз Лучший среди равных равный среди лучших! Optimus inter pares par inter optimos! Год основания … Википедия

Робототехника — Рука робота Робототехника (от робот и техника; англ. robotics) прикладная … Википедия

Источник

Почему мехатроника в настоящее время набирает популярность?

Аннотация: Статья включает в себя понятие мехатроники, ее цели и методы, историю возникновения, применение и профессии будущего.

Ключевые слова: мехатроника, робототехника, синергетическая интеграция, электропривод, роботы, станки с ЧПУ.

Что окружает нас вокруг? Автомобили, бытовая техника, производство. А знаем ли мы благодаря чему все это создается? В основе производства лежат знания научно-технической отрасли. В век высоких технологии всё большую популярность набирают мехатронные станции. Развитие мехатроники осуществляется на базе объединения сведений из ряда областей: прецизионной механики, электротехники, микроэлектроники, информационных технологий, силовой электроники и других научно-технических дисциплин. Перспективы развития в этой среде достаточно большие, так как в данное время все стремятся автоматизировать не только производство, но и повседневный быт. А что же такое мехатроника?

Мехатроника– это научно-техническая отрасль, которая работает над созданием и обслуживанием машин с компьютерным управлением движения. Она базируется на знаниях в области электромеханики, электроники, автоматики, микропроцессорной техники, а также ІТ-технологий.

Цель мехатроники состоит в создании интеллектуальных машин и физико-технических систем и процессов различного назначения, обладающих качественно новыми функциями и свойствами.

Метод мехатроники основан на системном сочетании таких ранее обособленных естественнонаучных и инженерных направлении, как точная механика, микроэлетроника, электротехника, компьютерное управление и информатика на всех этапах жизненного цикла изделий, начиная с маркетинга и проектирования и продолжая на этапах реализации, эксплуатации и утилизации Основой метода мехатроники является синергетическая интеграция структурных элементов, технологий, энергетических и информационных потоков для достижения единой цели. Одним из примеров мехатронной системы являются роботы и манипуляторы. Их все больше используют для различных видов работ на производстве и в быту.

Начиная c 1930-х годов в некоторых зарубежных странах и СССР для названия систем обеспечения требуемых движений посредством электричества применяется термин электрический привод (сокращенно электропривод). С развитием электрических приводов и возможностей их применения в индустриально-производственных и транспортных системах, стала очевидна необходимость полной интеграции составляющих элементов электропривода: механики, электрических машин, силовой электроники, микропроцессорной техники и программного обеспечения для наиболее полного использования возможностей электропривода и обеспечения им прецизионного движения. Так как наиболее полное развитие данные тенденции получили в Японии, а с термином «электрический привод» как самостоятельной технической системой там знакомы не были, для описания данных систем в Японии был введен термин «мехатроника». Непосредственным автором является японец Тецуро Мори, старший инженер компании Yaskawa Electric, а сам термин появился в 1969 году. Термин состоит из двух частей — «меха-», от слова механика, и «-троника», от слова электроника. Сначала данный термин был торговой маркой (зарегистрирована в 1972 году), но после его широкого распространения компания отказалась от его использования в качестве зарегистрированного торгового знака. Из Японии мехатроника распространилась по всему миру. Из иностранных изданий термин «мехатроника» попал в Россию и стал широко известен.

Многие современные системы являются мехатронными или используют ее элементы, поэтому постепенно мехатроника становится «наукой обо всём». Она применяется во многих отраслях и направлениях, например: робототехника, автомобильная, авиационная и космическая техника, медицинское и спортивное оборудование, бытовая техника, экзоскелеты. Мехатроника тесно связана с робототехникой. Почему? Все просто: роботехника – самое популярное направление в мехатронике. А название специальности говорит о том, что специалист будет работать над созданием роботов, станков с ЧПУ и подобных устройств. Популярность роботов и другой умной техники говорит о том, что мехатроника – очень популярная сфера деятельности. Если вы решили посвятит себя этой науке, то работать мехатроником можно, получив образование: инженера-электроника, программиста, электротехника, конструктора, кибернетика, робототехника.

Рассуждать о мехатронике можно долго, это набирающая популярность отрасль, которая является неотъемлемой частью нашего будующего. Сегодня мехатронику можно встретить во всем, начиная от земледелия, заканчивая космосом. Можно смело заявить о том, что за мехатроникой как профессией стоит будущее, и уже не такое далёкое.

2. Исии Х., Иноуэ Х., Симояма И. «Мехатроника», 1988

4. Парушев Г.Е.»Уровни интеграции мехатронных систем», 2015

5. Пелипко Н.Р.»История развития мехатроники»,2015

Источник

Что такое мехатроника, мехатронные элементы, модули, машины и системы

Далее последовали разработки, касаемые первых аппаратных систем ЧПУ. А в 1972 году здесь же был зарегистрирован бренд «Мехатроника». Вскоре компания сильно преуспела в развитии техники электропривода. Позже от слова «Мехатроника», как от торговой марки, в компании решили отказаться, поскольку термин получил очень широкое распространение как в Японии, так и по всему миру.

В любом случае, именно Япония является родиной наиболее активного становления такого подхода в технике, когда для реализации высокоточного управления электроприводом стало необходимым объединить механические элементы, электрические машины, силовую электронику, микропроцессоры и ПО.

Распространенным графическим символом мехатроники стала диаграмма с вебсайта RPI (Rensselaer Polytechnic Institute, NY,USA):

Мехатроника – это одно из новейших инженерных направлений в мире, которое, по данным ЮНЕСКО, входит в десятку самых перспективных и востребованных.

В общих чертах термину “Мехатроника” можно дать следующее определение – это область науки и техники, основанная на системном объединении узлов точной механики, электротехники, электроники, микропроцессорной техники, различных источников энергии, исполнительных электро-, гидро- и пневмоприводов, а также интеллектуального управления ими, ориентированная на создание и эксплуатацию агрегатов современных автоматизированных производственных систем.

Мехатроника — это компьютерное управление движением.

Есть очень много систем управления движением во всевозможных вещах, которыми мы владеем, о которых мы, вероятно, даже не подозреваем:

Эти системы управления движением являются распространенными технологиями в современном мире.

Привод мехатронного модуля

Цель мехатроники — создание качественно новых модулей движения, мехтронных модулей движения, интеллектуальных мехатронных модулей, а на их основе — движущихся интеллектуальных машин и систем.

Исторически мехатроника развилась из электромеханики и, опираясь на ее достижения, идет дальше путем системного объединения электромеханических систем с компьютерными устройствами управления, встроенными датчиками и интерфейсами.

Схема мехатронной системы

Обобщенная структура мехатронных систем

Электронные, цифровые, механические, электротехнические, гидравлические, пневматические и информационные элементы — могут входить в состав мехатронной системы, как изначально элементы разной физической природы, однако собранные вместе для получения от системы качественно нового результата, которого невозможно было бы достичь от каждого элемента как от отдельного исполнителя.

Отдельный шпиндельный двигатель не сможет сам выдвинуть лоток DVD-плеера, но под управлением схемы с ПО на микроконтроллере, да будучи правильно соединенным с винтовой передачей — все легко получится, и выглядеть будет так, словно это — простая монолитная система. Тем не менее, несмотря на внешнюю простоту, одна мехатронная система по определению включает в себя несколько мехатронных узлов и модулей, связанных друг с другом, и совместно взаимодействующих для выполнения конкретных функциональных действий, для решения какой-то определенной задачи.

Один мехатронный модуль — это самостоятельное изделие (конструктивно и функционально), предназначенное для осуществления движений с взаимопроникновением и одновременной целенаправленной аппаратно-программной интеграцией его составляющих.

Типичная мехатронная система представляет собой объединенные друг с другом электромеханические компоненты и компоненты силовой электроники, которые в свою очередь управляются ПК или микроконтроллерами.

При проектировании и построении такой мехатронной системы, стараются избежать лишних узлов и интерфейсов, стремятся сделать все лаконично и как можно более цельно, не только для того чтобы улучшить массо-габаритные характеристики устройства, но и для повышения надежности системы в целом.

Иногда инженерам приходится непросто, они вынуждены находить очень необычные решения именно в силу того, что разные узлы находятся в разных рабочих условиях, делают совершенно разное. Например, кое-где обычный подшипник не подойдет, и его заменяют на электромагнитный подвес (так сделано, в частности, в турбинах, качающих газ по трубам, поскольку обычный подшипник быстро вышел бы здесь из строя из-за проникновения в его смазку газа).

Схема иерархии уровней интеграции в мехатронике

Первый уровень интеграции образуют мехатронные устройства и их элементы. Второй уровень интеграции образуют интегрированные мехатронные модули. Третий уровень интеграции образуют интеграционные мехатронные машины. Четвертый уровень интеграции образуют комплексы мехатронных машин. Пятый уровень интеграции образуют на единой интеграционной платформе комплексы мехатронных машин и роботы, которые предполагают формирование реконфигурируемых гибких производственных систем.

Сегодня мехатронные модули и системы находят широкое применение в следующих областях:

станкостроение и оборудование для автоматизации, технологических процессов в машиностроении;

промышленная и специальная робототехника;

авиационная и космическая техника;

военная техника, машины для полиции и спецслужб;

электронное машиностроение и оборудование для быстрого прототипирования;

автомобилестроение (приводные модули «мотор-колесо», антиблокировочные устройства тормозов, автоматические коробки передач, системы автоматической парковки);

нетрадиционные транспортные средства (электромобили, электровелосипеды, инвалидные коляски);

офисная техника (например, копировальные и факсимильные аппараты);

периферийные устройства компьютеров (например, принтеры, плоттеры, дисководы CD-ROM);

медицинское и спортивное оборудование (биоэлектрические и экзоскелетные протезы для инвалидов, тонусные тренажеры, управляемые диагностические капсулы, массажеры и т. д.);

бытовая техника (стиральные, швейные, посудомоечные машины, автономные пылесосы);

микромашины (для медицины, биотехнологии, средств связи и телекоммуникации);

контрольно-измерительные устройства и машины;

лифтовое и складское оборудование, автоматические двери в отелях и аэропортах; фото- и видеотехника (проигрыватели видеодисков, устройства фокусировки видеокамер);

тренажеры для подготовки операторов сложных технических систем и пилотов;

железнодорожный транспорт (системы контроля и стабилизации движения поездов);

интеллектуальные машины для пищевой и мясомолочной промышленности;

интеллектуальные устройства для шоу-индустрии, аттракционы.

Соответственно возрастает потребность в кадрах, владеющих мехатронными технологиями.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник