Introducere In Mecatronica

Introducere in mecatronica

Termenul “mecatronică” apare în anul 1969 în Japonia și este un concept nou realizat de un inginer al firmei Yashawa Electric.Acest concept reprezintă un domeniu al cercetării obținut prin interferența unor domenii tradiționale. Mecanica,electronica,informatica sunt principalele domenii care stau la baza acestui concept.Inițial,se referea la complectarea structurilor mecanice din construcția aparatelor cu componente electronice.În prezent,termenul definește o știință inginerească interdisciplinară,care se bazează pe îmbinarea armonioasă a elementelor din construcția de mașini, electrotehnică și informatică,propunându-și îmbunătățirea performanțelor și funcționarii sistemelor tehnice.

Până în anul 1900 au apărut sisteme pur mecanice,printre acestea amintim mașina cu abur,motorul Otto și motorul Daimler.După apariția motorului de curent continuu și curent alternativ în anii 1870,respectiv 1889 apar primele sisteme mecanice cu acționare electrică: mașini unelte,pompe.Apariția ulterioară a releelor electrice,amplificatoarelor și regulatoarelor duce la îmbunătățirea acestor sisteme făcându-le să poată fi controlate automat.Acest plus adus sistemelor mecanice duce la apariția în anii ’30 a avioanelor,automobilelor,turbinelor cu abur.Dezvoltarea acestora cu ajutorul tranzitorilor,circuitelor integrate și microprocesoarelor le simplifică controlul,astfel apar sisteme mecanice cu control electronic analogic,control secvențial și numeric.Câteva exemple de astfel de sisteme sunt lifturi cu control automat,mașini unelte cu comandă numerică,roboți industriali și periferice de calculator.Anul 1980 marchează apariția microcontrollerului și al PC-ului putem vorbi despre sisteme mecatronice care implică o integrare mecanică,electronică și informatică:roboți mobili,linii flexibile,controlul electronic al automobilului(ABS,ESP),unități CD-ROM

Succinta prezentare a evoluției sistemelor tehnice,de la sisteme pur mecanice la sisteme mecatronice permite evidențierea următoarelor concluzii:integrarea electronicii și a tehnicii de calcul a condus la simplificarea substanțială a componentelor mecanice și la sisteme mai ieftine;părți mecanice au fost înlocuite cu componente electronice mai ieftine,mai fiabile și mai ușor de întreținut,întrucât pot facilita auto-diagnoză.Aceste sisteme sunt mai precise,întrucât precizia lor nu se bazează pe rigiditatea și stabilitatea mecanică,ci pe sisteme electronice de măsurare și reglare.Simplificarea construcției mecanice a fost facilitată și de comanda descentralizată,cu ajutorul microcalculatoarelor și a acționarilor electrice.În perspectiva unor constructii mai ușoare,s-au realizat sisteme relativ elastice,cu o amortizare mecanică redusă,dar la care o comandă cu reacție adecvată,bazată pe electronică,senzori și actuatori adecvați,asigura o amortizare electronică.

Astfel, mecatronica a avut și are un impact major într-o largă varietate de ramuri industriale: industria automobilismului, cea a produselor de larg consum, în industria aparaturii casnice, în biomedicină, robotică și sisteme de control și de telecomunicații, etc. De asemenea ea a deservit o știință extrem de populară în universități atât sub aspectul ponderii de cercetare științifică cât și în ceea ce privește aspectul educațional. Marile universități și-au dezvoltat puternice centre de cercetare în acest domeniu iar specializările în acest profil au cunoscut o largă audiență la noile generații de studenți.

Fig 1.1

In figura 1.1 se prezinta caracterul interdisciplinar al mecatronicii.

Aflată la intersecția unor domenii ale științei cu performanțe de vârf în implementarea noilor tehnologii, mecatronica abordează concepte și sisteme noi în ingineria micro și nano senzorilor și sistemelor de acționare, materiale și compozite pretabile pentru implementări la scară celulară sau atomică, structuri celulare și rețele neuronale, sisteme ce prefigurează conceptele de nanoelectronică capabile să producă viitoarele nano-procesoare, noi concepte ale inteligenței artificiale privind adaptibilitatea, capacitatea de a raționa, capacitatea de instruire, noi sisteme de conducere axându-se în special pe controlul robust, tolerant la defecte, adaptiv, inteligent, sisteme expert.

Un sistem mecatronic reprezintă un sistem care înglobează componente mecanice, electronice și de comandă în vederea obținerii unei multitudini de funcții.Sistemele mecatronice trebuie să asigure multifuncționalitate,flexibilitate,posibilitatea actionarii de la distanță,evoluție continuă adaptată cerințelor pieței și adaptabilitate.

Acestea se împart în 4 clase:

-clasa I:produse mecanice cu electronică încorporată realizate în scopul măririi capacităților funcționale;ele sunt definite prin servotehnologie,electronică de putere și teoria controlului(mașini unelte cu comandă numerică)

-clasa II:sisteme mecanice tradiționale la care componentă electronică este modernizată, interfață cu utilizatorul rămânând neschimbată;ele sunt remarcabile prin utilizarea componentelor cu capabilități speciale(sisteme automate)

-clasa III:sisteme care mențin funcționalitatea sistemelor mecanice tradiționale,dar mecanismele interne sunt înlocuite cu un sistem electronic adecvat;ele sunt caracterizate prin înlocuirea sistemelor mecanice cu circuite integrate și microprocesoare(ceas electronic,subler electronic)

-clasa IV:produse proiectate cu tehnologie mecanică și electronică integrate complet;ele sunt produse mecatronică datorită integrării celor 3 tehnologii:mecanică,electronică, informatică (roboți)