К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы, страница 228

Зги мехатронные устройства, в которых осуществляется устранение фрикционннх пар, создаются на основе использования пространственной интеграции микро- и наномехатронных модулей, выполняющих функции размерной само- установки, самоперемещения и самодеформируемостн, и характеризуются максимальным приближением в перспективе к предельно возможным требованиям экологии, эргономики, энергосбережения и надежности. В мехатронных устройствах пятого поколения произойдет замещение числового программного управления с помощью традиционных компьютерных и программных средств нейрочипами и нейрокомпьютерами, основанными на принципах работы мозга и способных к целесообразной деятельности в меняющейся внешней среде без программного обеспечения. Создаваемые модели нейронов дяя использования в нейросетях мехатронных систем пятого поколения будут функционировать на основе предполагаемых внугриклеточных химических реакций, продукты которых накапливаются при распознавании управляющих сигналов и прогнозировании возможных утй МЕХАТРОНИКА ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И УРОВНИ МЕХАТРОННЫХ СИСТЕМ последствий для принятия решений о перестройке возбудимости нейрона Нейрон, построенный на этих принципах, в отличие от традиционной нейронный сети имеет единственный бинарный выход, а роль физических овязей мехду нейронами выполняют внутри- клеточные химические связи.

Прогнозируемый дизайн перопекгивных мехагронных систем, альтернативных традиционным системам машин, исипочает привычные архаичные формы и будет зависеп только от эргономических потребностей человека и требований к экологии окрухающей среды. Начиная с пятого поколении мехатронной техники начнет осушествлпъся качественный переход техносферы на уровень фунвлионирования и развития при слабых энергетичеокнх взаимодействиях ее компонентов, характерных шш объектов мюсромира хивой и не- хивой природы. Переход мехатронной техно- сферы на новый энерштический уровень слабых взаимодействий предотвратит эколопнескую катастрофу на планете на период времени нового витка развития техносферы.

Создание мехатронных систем и их эксплуатация требуют создания мехатро иной производственной техносреды, состоящей из мехатронного производства, оснащенного многофункциональными и универсальными мехатронными производственными модулями нового поколения, и нового адаптированного поколения специалистов, воспитанных в духе перманентных инноваций и способных к инте~рнрованному применению всего блока дисциплин по мехатронике и программно- вычислительным средопам и подходов к решению конструкторско-технологических задач. Стоимость создания мехатронных производств в 5 - 10 раз превышает стоимосп, традиционных щюизводств (см.

Рис. П1.6), однако быстро окупается благодаря нх максимально возможной гибкости по сравнению со всеми известными типами автоматизированных производств, т.е, возможностью вьпгуска единичных изделий, являющихся по уровню техники изобретениями, а по качеству конструкции превьппающих серийные образцы. Сверхгнбкость мехшронных производств обусловлена их способностью к самосовершенствованюо и самовоспроизводству, которыми не обладают традиционные автоматизированные производства.

Поэтому при наличии интеллектуальных реоурсов, взаимодействующих с мехатронной техносредой, гибкие мехатронные производства оказываются вне конкуренции и вьпесняют все другие типы апоматизированных производств. пгж пкгспкктнвнык мкхатгонцыв модз ли Мехатронный модуль - это универсальное, унифицированное, перепрограммируемое мехатронное устройство, предназначенное для выполнения определенного набора функций с качественно-количеспюнным преобладанием 'определенных свойств, например, размерная самоустановка„самоперемещение, самодеформируемость. Мехатронный производственный модульэто функциональное законченное изделие, обеспечивающее технологически замкнутый цикл выполнения операций, определяемых алгоритмом управления встроенной ЭВМ. Мехатронные производственные модули состоят из унифицированных мехатронных компонентов, которые благодаря своей универсальности и многофункциональности могут быть использованы лля комплектования как аналогичных производственных систем, так н производственно-технологических систем другого назначения.

Например, транспортноманипу)шционный модуль может быль использован как дзя козашектования технологической линии сборки видеомагнитофонов, так и в конструкции самого видеомагнитофона илн еще где-либо при согласовании допустимых и требуемых функций и параметров данного производственного модули. На рис. П1.7 приведены схемы двюкительного модуля, работающего по принципу линейного шагового двигателя с перезацепляюшимися гибкими зубьями а и б, управляеыыми с помощью катушек индуктивности и, нанесенными печатным способом на гибкую ленточную основу, сплетенную в легко деформируемую эластичную конструкцию (сечения А - А, В - В, Г - Г и Д - Д). Шаг позиционирования кратен толщине ленточной основы, а точность позиционирования соответствует погрешности толщины основы. При подаче электрических потенциалов на соответствующие катушки м эластичная конструкция из двух сплетенных гирлянд А и В приводится в дискение. Миниатюризация такого конструктива может достигать сотых и тысячных долей миллиметра, если вместо эффекта индукгивности использовать эффекты маппгго- илн злектрострикпин при соответствующем выборе материала основы.

На рис. П1.8 приведены схемы агрегатнровання линейных двнжительнмх модулей (дм) или в протяженную ннп, илн в жгут из нескольких протяженных нитей, а также схемы располохения модулей в поперечном сечении жгута и вариант пространственной схемы агрегирования. Многофункциональные технологические комплексы на базе мехатронных движительных модулей и сканирующих туннельных микроскопов позвоипот изпповлять отдельные мехатроиные компоненты, квантовые интегральные модули, терабнтные запоминающие устройства и другие наномехатронные системы. Базовый конструктив мехатронных компонентов и мехатронные модулей обеспечивает интегрируемосп в любые производственнотехнологнческне системы на основе сквозной— МЕХАТРОНИКА ОСНОВНЫЕ ПОНЙТИЯ И УРОВНИ МЕХАТРОННЫХ СИСТЕМ 723 й Г ГГ ГГ Рае.

П1.7. Схеим иетатрюммге яаюаатеяааега мазуяа (аааеяамй ааяеаия макреааагатеаь) 0~01 0 заюснутой информационной и конструктивно- технологической сопрягаемости ююгофункциональных микро-наномехатронных модулей и компонентов, предназначенных для универсального использования как в производственно-технологических системах машин у производителя, так и в системах машин отраслевого назначения у потребителя, например, в станкостроении, приборостроении, автосельхоэ- Г ГГ Г ГГ Г Г Г ГГ Г Г машиностроении, медицинском оборудовании и протезостроеиии, электротехническом, тяиелом, транспортном, энергетическом машиностроении и других отраслях.

Транспортные, манипуляционные и трансмиссионные мехатронные модули создаютая с использованием наноприводов на основе магнито- и электрострикции, электростатических н электромагнитных эффектов, эф- 124 ьтпхлтртжнк~. Оснттйпып 11тгндтпд н уродин ьтпхлтронньтх снстбьт д8ипиртельныв модули 0 О П" Сь", Й О О 1 ° ° ° ! ы ! Ф Ф ~.! й)а~р ~й дрч др4 00000 ааааа а 0 а п а~ ди 0 0 д 0 П»П -П 0 тт м а — -- -а — -- -а---- -0 О ю ьт О б — — — — ш-- — — й — -- — акт О б-"----й= Рве. П1.В. Схемм атрептреааааа лвяытэих хеажвтелмаы невувеа фектов памяти формы и микрогидраалнческих эффекптв, а также схем механизмов парюппльной струк~уры о упрутогибкими связями, в которых полностью отсутствуют традиционные шарнирные соединения и подюскные с проасшьзынанием кинемэтические пары, что обусловлено требованиями микро- и нанотехнологии, ще масштабньтй фактор приводит к преобладанию сил межмолекулярного юаимодейсппш.

Модификации движнтелъных мехатронных модулей могут быть условно следующими: "точный" Т, "быстрый" Б и "оильнмй" С. На рис. И1.9 изобрюкены возможные варианты использования однотипных конструктивов для реализации этих модификаций на примере стержневых редукторов, выполненных целиком из злектрострикционното материала либо со встроенными пьезодвигателями рз (см. рис. 01.9, а, Р) и соответствующие им условные обозначения и кинематические схемы стержневых редукторов: В зависимости от схемы подключения электрического потенциала реализуется одна из функциональных модификаций; "быстрый" - Б или "сильный" - С На рис. 111.9, е — е изображены варианты схем агрегирования плоскостных движительных модулей пленочного типа в различные структуры, обладающие свойствами С, БС, 4Б, 2С, 4С дал динам«ясского преобразования пространспюииых форм и поверхносюй в результате самодсформнрования отдельных компонентов на локвльнык участках образованной структуры.