9
В функциональной схеме мехатронной системы отсутствуют
блоки СПУ – силового электронного устройства, питающего электро-
двигатель, ЭДУ – электродвигательного устройства, ПМ – передаточ-
ного механизма. Это возможно лишь в том случае, если выполня-
ющие их
функции блоки сосредоточены в мехатронном модуле. Это
обстоятельство ограничивает предел мощности мехатронных систем,
т. к. создание мехатронных модулей мощностью в сотни и тысячи
кВт весьма затруднительно. Таким образом, системы электро-
привода, выпускаемые в диапазоне мощности от долей Ватт до
десятков тысяч кВт являются более широким классом электроме-
ханических систем (ЭМС), к которым следует отнести и мехатрон-
ные системы (МС), которые, однако, в
силу своих особенностей,
достоинств и сфер применения следует рассматривать как специаль-
ный класс ЭМС. Следовательно, системы электропривода и меха-
троники относятся к одному классу управляемых электромеха-
нических систем.
Исторически, вышеуказанные свойства МС были обусловлены
тем, что в период, начиная с 60-х годов ХХ века, шло быстрое
развитие средств электроники, полупроводниковых преобразователь-
ных устройств, компьютерной техники, программирования и
интеллектуальных методов управления. Это, в свою очередь,
обеспечило условия создания автоматических систем управления с
широкими
функциональными возможностями. При этом в полупро-
водниковой технике происходило увеличение преобразуемой одним
элементом электрической мощности, улучшались динамические
характеристики полупроводниковых приборов: быстродействие,
управляемость. В компьютерной технике возможности управления
необычайно расширило появление микропроцессорных устройств,
сокращение их веса и габаритов при одновременном повышении
быстродействия и объемов памяти.
Развитие программного обеспечения и совершенствование
компьютерной техники позволило реализовать интеллектуальные
методы управления: нечеткая логика, нейронные сети, а также
генетические алгоритмы.
Развитие техники создало предпосылки для объединения
(интеграции) вышеуказанных устройств (полностью или частично) в
едином конструктивном исполнении мехатронного модуля. Такое
10
исполнение обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с
традиционной раздельной компоновкой электрических приводов:
уменьшаются габариты, вес, протяженность электрических и механи-
ческих связей, исключаются промежуточные интерфейсы, сокраща-
ются производственные площади, повышается надежность работы.
Важным достоинством в ряде случаев является также повышение
жесткости упругих кинетических звеньев вследствие сокращения их
длины, что, в свою очередь,
способствует снижению динамических
нагрузок и повышению точности отработки координат движения.
Вышеуказанное дает основание говорить о
синергетическом
эффекте интегрального исполнения устройства, при котором поло-
жительный эффект умножается по сравнению с раздельным исполне-
нием тех же компонентов.
Наиболее ярко синергетический эффект проявился при соз-
дании определенных видов машин и механизмов, определивших
направления широкого использования мехатронных систем:
– роботы и робототехнические комплексы;
– технологические машины-гексаподы;
– транспортные мехатронные системы.
Далее в пособии (гл. 3) более подробно будут описаны мехат-
ронные системы различных видов. Отметим лишь, что в процессе их
развития они нашли широкое применение во многих отраслях про-
мышленности: машиностроительной, электротехнической, горнодо-
бывающей, текстильной, строительстве, и др., а также здраво-
охранении.
Наиболее ярким примером мехатронных устройств являются
роботы и манипуляторы, нашедшие благодаря гибкости и приспо-
собляемости к технологическим процессам, широкое применение в
сварочном, лакокрасочном производстве, в выполнении сборочных
операций, пайке электронных плат, выборке и комплектации изде-
лий, прокладке труб, укладке текстиля, лазерной, ножевой и водной
порезке материала, шлифовании, складировании, исследовании морс-
кого дна, космических исследованиях и др.
В настоящее время активные широкомасштабные работы по их
разработке и производству осуществляются в основном в трех
странах, на которые приходится 77% всего мирового выпуска
(Япония – 38%, США – 26%, Германия – 10%).