К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 227
Текст из файла (страница 227)
Мехатроника, как перспекпшное направление развития технологии производства и оснащения техники новых поколений, базируется на существующих закономерностях развития производственной техносреды, техники, технологии и органиэации произведены: циклическое, колебательное изменение потенциалов развития всех видов техники; иерархическое н ннтезрационное развитие потенциалов производапю, конкурирующих и диверсифнцирующихся между собой; модульность и специализация предприятий машиностроения; организационно-йхнопогический баланс потенциалов Разюпия продукции н производства; глобализация информационного н интеллектуального потенциалов развития.
Интеграционное взаимодействие компонентов, образующих мехатроннку, и потенциалов развипи пршюдит к появлению микромехатронных компонентов устройств, наномехатронных и субнаномехатронных структур и сред на основе молекулярной и атомной декомпозиции и синтеза материалов с использованием энергетики слабых взаимодействий микромира.
МЕХАТРОНИКА ОСНОВНЫЕ ПОНЛТИЯ И УРОВНИ МЕХАТРОННЫХ СИСТЕМ 719 Г.щ((ина Обраб0(йь(8ае його 0)еберсаиц рррр 10 10- 10 1О 50 50 50 1 Рас. П1.5. Првмеаееме махре- в яаяетехаеаепэа дэа раэмеряел ебрабетая5 1 — механлческэа обработка; 2- элехтрелятнческаа обработка; 3 - абраэявнаа обработка; 4- пребввха; 5 - элехтрерээрадная обработал 6 - фототраахеляе; 7 - полно-лучевая обработка; 8 - область микретехнеаапю; 9- область обработки БИС; 10- область лэнетехнолегле В мехатронных устройствах первого поколения интеграция функций его компонентов по управлению и непосредственному осуществлению производственното процесса происхолнт на уровне компоновки машин, комплектуемых силовыми и иополнительными а5регатами и автоматическими управляющими системами, оонащенными арсеналом средств, необходимых для автономного функционщювания (роботы различною назначении, энбкие производственные системы, бьповые приборы- видеомагнитофоны, музыкальные центры, различные кухонные комбайны и др.).
Мехатронное устройство может вюпочать в себя источники энергии, чужтвительные злементьь исполнительные механизмы, средства числовото проэраммного управления и ЭВМ, средства связи. Сопэасование работы всех компонентов мехшронноэо устройства осущестющется посредством компьютеров и создания оригинальных алгоритмов адаптации, слежения, обучения и других задач.
Практическое использование таких алгоритмов сущеспюнно упрощает конструкцию компонентов мехатронных устройств, что в условиях возможности реализации микро- и нанотехнологии по размерной обработке деталей (рис. П1.5) позволяет совмещать и комбинировать сочетания различных функций сто компонентов и находить совершенно неожиданные пути миниатюризации мехатронных устройств. В реалъных условиях проектировании роботов устройства обработки информации имеют определенную массу, которая в общем случае возрастает с увеличением обрабаты- лающей способности.
До тех пор, пока уровень миниатюризации превышал некоторый технический уровень, использование упомянутых вычислительных средств приводило к увеличению масоы, чэо затрудняло управление и требовало введения дополнительных устройств обработки информации, а это вновь приводило к увеличению массы, и т.д. по замкнутому кругу до тех пор, пока не бьшо достигнуто неош5одимое криюриааьное соотношение (П1.1), после изменеши которопэ на ФМЕ > С появились оистемы, относящиеся к мехатронным. Мнвилпериэацил, мнкромилиазэоризацил, ланемияиатю(иаэлня отрюкают важнейшую тенденцию развипи техносферы и обусловливают повышение ее эффективности, так как подавляющая часть расходуемых ресурсов (материалов, энертли и информации) приходится на реализацию простой передаточной функции перемещения объектов из одной точки щюстранства в другую.
Стоимость затрат определяется не столько компонентами системы, сколъко соединениями и передаточными устройствами между ними, то есть чем больше размер системы, тем длиннее соединения между компонентами, тем болъше требуется материалов и тем она дороже. Благодаря миниатюризации возрастание числа взаимодействующих компонентов на несколько порядков (см. Рис. П1.2) не привело к пропорциональному возрастанию относителъных объемов вложений в производство, например вычислительной техники, а составило по укрупненным оценкам в среднем пятикратное увеличение объемов этих вложений в мире (рис. П1.6).
тте мвхлтроникл. основныв понятия и уровни мвхлтронных систвм б-е поколение' В-В поколение трубиииоилые , йелдлооллие 6 пропойц ба: проиеВодснВа р +-е поколение и 3-е поколение ! 1990 19ВО Рве. 1ПЛ. Уаруевеавая еаеаав раепреыаеюю ебмиаа аревзаевства аеяюююю аичаслвгеаьвев техввкв а варе ш.з.
ПОколкиия мкхьтРОВНОВ тзиниви и твхиологий Мехягронная функция - интегральная функция всех щрегатов и составлюощих компонентов систем машин, щхействованных в ювюмлибо производственном коыплексе, молочая перемещение в пространстве и выползюние рабочих операций, энергообесгючение, овязь, обеспечение беюпасности, управление, контроль состояния, эксплуатационное обслужюиние, реновацию, уппизацию отходов. В общем случае мехатронное устройство выполняет функции очув стеле пня, привода исполнительного органа, обработки информации и управления. Проблемой создания меха- тронных устройств остаются энергообеспечение и привод исполнзпельных органов из-за больших габаритов и массы этих функциональных мехатронных компонентов, чем у электронных информационно-упраюшющих мехатронных компонентов.
Мехатронный компонент - это заюпоченный в корпусе нли находящийся на платформе самостоятельный блок (деталь, узел, мреют или часть) мехатронного устройства или мехатронной системы, снабженный унифицированными стандартными узлами подсоединения к другим компонентам и выполняющий одну или несколько функций этого устройства или системы. В мехатронном устройстве первого похоления, например в современном автмобиле, мехатронная функция сющлывается из функций ее компонентов, в том числе систем управления: силовым ырегатом, ходовой ча- стью, оборудованием салона, включающим кондиционер воздуха, электронную панель приборов, многофункциональную информационную систему, навипщионную систему и другие системы, обеспечивающие комфортное и безопасное передвижение и транспортирование.
В мехатронном устройстве второго поколения мехатронная функция интегрируется на уровне компонентов машин, приборов, их деталей и узлов, например, мультимедийные системы компьютеров последних поколений, мехатронные устройспа медицинского назначения (искусственные органы жизнедеятельности организма - почка, сердце и др.). Проблемой создания мехатронных устройств первого и второго поколений остается недостаточная степень уплотненности исполнительных механизмов, которая значительно нике чем у электронных компонентов.
В промьппленных и бытовых роботах первых поколений степень угпотненности исполнительных механизмов значительно отличается от степени уплотненности остальных частей привода и системы управления, при этом соотношение размеров и массы сильноточной и слаботочной частей прююда и управления примерно тахая же, как у механической и электрической частей. Для третьего и четвертого поколений мехатронных устройств, появившихся в 90-х годах, и будущих похолений характерно применение технолопгй изготовления наномехатронных и субнаномехатронных структур и МЕХАТРОНИКА ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И УРОВНИ МЕХАТРОННЫХ СИСТЕМ 711 сред, использующих сверхточные компоненты элементной базы и такие базовые мехатронные технологии: суб микро и кую (электронную, ультрафиолетовую, рентгеновскую, ионную) литографию; ионные и жидкостные ориентационные методы прецизионного травления тонкой керамики (кремний, арсеиид галлия и др.); лазерные и плазменные методы травления и осаждения из газовой фазы; быструю тепловую обработку (фотонные, электронные импульсные пучки); прецизионную имплантацню; лазерные технологии микроформообразовання на основе групповых методов локального анизотропного, направленного и селектнвного удаления и наращивания материалов, вюпочая молекулярные и атомные декомпозицию и синтез как новых материалов, так и законченных конструкций различных изделий, а также групповых методов соединения отдельных микродеталей из однородных и разнородных материалов.
Мехатронные устройства третьего поколения — это мнкрокомпоненты: микродегали, микроинструменты, микроманипулвторы, микродозаторы, микронасосы, мнкроразъемы, микро переключатели, микрор еле и другие контактные коммутирующие микроустройстаа, динамические микроконденсаторы, микрокорпуса, микроустройства, микромеханизмы, микродвигатели и микромашины, а тюске микросенсоры и микроакпоаторы широкой номенюгатуры для регистрации, измерения н преобразования физических, химических и биояопгческих параметров на основе результатов исследований принципов, явлений и эффектов, материалов и технологий, пршодных яля мехатронных сенсоров и актюаторов (см.
подразд. 5.2.3). К ним относятся тиске меха- тронные компоненты, создаваемые на основе эффекта инерционного пьезодвигателя - пьезодатчики и пьезоактюаторы сканирующих туннельных микроскопов или микроскопов атомных снл, а также михромехатронных технологических комплексов: обрабатывшощих, контрольно-измерительных и сборочных.
Мехатронные устройства четвертого поколения - это компоненты, которые характеризуются наличием интеллектуальных меха- тронных устройств с применением оптосенсориых и биосенсорных систем, контрольноизмерительных систем и обрабатывающих станков субмикронной точности, которые определяют развитие манипуляцнонных систем повышенной надежности дяя работы в экстремальных условиях с использованием конструкций механизмов параллельной структуры, создаваемых на базе естественных и синтезированных кристаллических решеток и конструкций композиционных материалов.
Зги устройства также характеризуются применением мультнсенсорных станций, исполнительных мехатронных мнхромеханизмов, ингегриро- ванных с микроэлектронными устройствами управления, миароминиатюрными источниками энергии, генераторами энергии с высокой объемной плотностью, микрообьемными конструктивами ввода и вывода энергии в пьезосистемы и мапгитосистемы. Мехатронные устройства четвертого поколения включают информационно-измерительные н упраюгяющие мехатронные микро- системы и микророботы, предназначенные для использования во всех сферах человеческой деятельности: здравоохранении, образовании, охране окружающей среды, науке, искусстве, производстве и быту. Они могут проникать по сосудам внугрь организма, чтобы бороться с раком, атерооклерозом, или оперировать поврежденные органы и ткани; их можно использовать дяя обнаружении и ремонта трещин и других дефектов внутри ядерных реакторов и космических летательных аппаратов, а таске веще, где пребывание человека с арсеналом традиционных инструментальных средств невозможно нли нежелательно.
Моделирование автоколебательных процессов поверхностных и внутренних волн деформации в пьезопленках и пьезоволокнах, а так'ке процессов взаимодействия на синтетических циклических бинарных полимерах с сегнетоэлектрическими свойствами, аналогичных процессам взаимодействия белковых молекул при мышечных сокрашениях, позволило вплотную подойти к созданию мехатронных устройств пятого поколения - биороботов. Прогнозируемые мехатронные устройства пятого поколения альтернативны локализованным системам автоматического управления и традиционным машинам и механизмам.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
