Основы мехатроники и робототехники Кафедра М 6 -КФ

Основы мехатроники и робототехники Кафедра М 6 -КФ «Мехатроника и робототехника» Калуга, 2013

Список литературы 1. Подураев Ю. В. Основы мехатроники: Учебн. пособие. – М. : МГТУ “СТАНКИН”, 2000 – 80 с. 2. Зенкевич С. Л. , Ющенко А. С. Основы управления манипуляционными роботами: Учебник для ВУЗов. – 2 -е изд. , исправ. и доп. М. : МГТУ, 2004. – 480 с.

Историческая справка 1969 – фирмой Yaskawa Electric введен термин «Мехатроника» ("Mechatronics") 1972 – термин зарегистрирован как торговая марка

Происхождение термина МЕХ Аник а МЕХАТРОНИК А элек. ТРО НИКА

Определение мехатроники Мехатpоника – это новая область науки и техники, посвященная созданию и эксплуатации машин и систем с компьютерным управлением движением, которая базируется на знаниях в области механики, электроники и микpопpоцессоpной техники, информатики и компьютерного управления движением машин и агрегатов.

Сущность мехатронных систем интеграция трех элементов необходимое условие построения мехатронной системы.

Предмет мехатроники Мехатроника изучает синергетическое объединение узлов точной механики с электронными, электротехническими и компьютерными компонентами с целью проектирования и производства качественно новых модулей, систем, машин и комплексов машин с интеллектуальным управлением их функциональными движениями.

синергетическая интеграция особый методологический подход введение интегрированных мехатронных модулей параллельное проектирование назначение – реализация заданного движения методы интеллектуального управления

Части мехатронной системы Механическая часть Электронная часть Компьютерная часть

Структура мехатронной системы

Функции УКУ Управление движением мехатронного модуля Организация управления функциональными движениями мехатронной системы Взаимодействие с человекомоператором Организация обмена данными

Преимущества мехатронных систем 1. относительно низкая стоимость; 2. высокое качество реализации сложных и точных движений; 3. высокая надежность, долговечность и помехозащищенность; 4. конструктивная компактность модулей; 5. улучшенные массогабаритные и динамические характеристики; 6. возможность комплексирования модулей в сложные системы.

Уровни интеграции мехатронных систем 1. 2. 3. 4. Мехатронные модули первого уровня; Мехатронные модули второго уровня; Мехатронные модули третьего уровня; Мехатронные комплексы.

Классификация мехатронных модулей 1. Мехатронные модули типа «мотор-редуктор» ; 2. Мехатронные модули вращательного движения на базе высокомоментных двигателей; 3. Мехатронные модули линейного движения; 4. Мехатронные модули типа «двигатель-рабочий орган» ; 5. Интеллектуальные мехатронные модули движения;

Мехатронные модули типа «мотор-редуктор» Преимущества: 1. сокращение габаритных размеров; 2. снижение стоимости; 3. улучшенные эксплуатационные свойства.

Мехатронные модули вращательного движения на базе высокомоментных двигателей Недостаток: Снижение показателя мощность/цена Преимущества: 1. компактность и модульность конструкции; 2. повышенные точностные характеристики; 3. уменьшение погрешности позиционирования.

Мехатронные модули линейного движения Преимущества: 1. повышение максимальной скорости движения; 2. высокая точность реализации движения.

Мехатронные модули типа "двигатель - рабочий орган" Преимущества: 1. снижение материалоемкости и трудоемкости изготовления; 2. уменьшение массогабаритных показателей.

Интеллектуальные мехатронные модули движения Основные направления: 1. развитие интегрированных интерфейсов, связывающих управляющий контролер с компьютером; 2. создание интеллектуальных силовых модулей управления; 3. разработка интеллектуальных сенсоров мехатронных модулей.

Особенности постановки задач управления мехатронными системами Объекты: 1. комплексы машиностроения; 2. технологическое оборудование. Цель: управление координированными функциональными движениями машин Задача управления: исполнении желаемого движения рабочего органа, под действием возмущающего воздействия внешней среды

Структурная схема управления мехатронной системой 1. 2. 3. 4. комплекс исполнительных приводов механическое устройство с рабочим органом блок сенсоров объект работ, с которым взаимодействует рабочий орган.

Специфические особенности мехатронных систем 1. движение рабочего органа обеспечивается взаимосвязанными перемещениями нескольких исполнительных звеньев; 2. задача управления мехатронной системой должна быть решена в и во времени; 3. для многих задач параметры внешних и возмущающих воздействий заранее не определены; 4. сложность построения адекватных математических моделей мехатронных систем.

Организация обратных связей Достоинства: • техническая простота установки Недостатки: • вычисления в реальном времени • построения адекватной модели системы Достоинства: • решение проблемы модели Недостатки: • сложность реализации

Трудности при построении математической модели

Отличительные особенности систем интеллектуального управления Признаки систем интеллектуального управления: 1. способность к самообучению; 2. способность автономно принимать решения о поведении системы; 3. оценка качества работ, выполняемых в реальном времени; 4. эффективное взаимодействие с человекомоператором; 5. иерархичность структуры; 6. гибкое взаимодействие распределенных подсистем; 7. повышенные показатели качества управления.

Принципы иерархии управления Интеллектуал ьный уровень Стратегический уровень Тактический уровень Исполнительный уровень принятие решений о движении механической системы планирование движений мехатронной системы преобразование команд в программу управления расчет и выдача управляющих сигналов на блок приводов