¿Qué es la mecatrónica?

La mecatrónica apareció por primera vez en el suplemento de la revista japonesa "Mechanical Design" en 1971. Con el rápido desarrollo de la tecnología mecatrónica, el concepto de mecatrónica ha sido ampliamente aceptado y utilizado comúnmente. Con el rápido desarrollo y la aplicación generalizada de la tecnología informática, la tecnología mecatrónica ha logrado un desarrollo sin precedentes. La tecnología mecatrónica actual es una tecnología que integra estrechamente las tecnologías mecánica y microelectrónica. Su desarrollo hace que las máquinas de frío sean humanizadas e inteligentes. La base técnica de la mecatrónica proviene de la fabricación mecánica y la electrónica, y se combina con el software informático, por lo que es una tecnología multidisciplinar que integra maquinaria, electrónica, motores, informática y otros campos relacionados. El principal objetivo de la investigación de la mecatrónica es combinar orgánicamente la tecnología mecánica con la tecnología microelectrónica y la tecnología de la información para lograr la optimización de todo el sistema. La mecatrónica puede aprovechar al máximo las respectivas fortalezas y características de la tecnología mecánica, la tecnología microelectrónica y la tecnología de la información, y promover la mejora de los productos mecánicos. El sistema mecatrónico se compone principalmente de cuerpo mecánico, sensores, procesamiento de información y actuadores. Los sistemas de nivel superior no solo tienen hardware, sino que también se puede utilizar la tecnología de software correspondiente para realizar funciones que son difíciles de lograr con hardware, lo que hace que el sistema mecánico sea más flexible. Los sistemas mecánicos y electrónicos típicos incluyen máquinas herramienta CNC, centros de mecanizado, robots industriales, etc. Además de la transformación técnica de máquinas individuales, equipos o sistemas de producción en general, la tecnología mecatrónica también se utiliza en sistemas de fabricación flexibles, sistemas de fabricación integrados por ordenador, automatización de fábricas, ofimática, domótica, etc. Contenido específico de la tecnología mecatrónica (1) Tecnología mecánica La tecnología mecánica es la base de la mecatrónica El enfoque de la tecnología mecánica es cómo adaptarse a la tecnología mecatrónica, utilizando otras tecnologías nuevas y avanzadas para actualizar conceptos y realizar cambios estructurales y materiales en el rendimiento y el rendimiento. cumplir con los requisitos de reducción de peso, reducción de volumen, mejora de la precisión, aumento de la rigidez y mejora del rendimiento. En el proceso de fabricación de sistemas mecatrónicos, las teorías y procesos mecánicos clásicos deben contar con el apoyo de tecnología asistida por computadora, mientras que la inteligencia artificial y los sistemas expertos deben usarse para formar una nueva generación de tecnología de fabricación mecánica. (2) Tecnología informática y de la información Entre ellos, el intercambio de información, el acceso, el cálculo, el juicio y la toma de decisiones, la tecnología de inteligencia artificial, la tecnología de sistemas expertos y la tecnología de redes neuronales pertenecen a la tecnología de procesamiento de información informática. (3) Tecnología del sistema La tecnología del sistema utiliza un concepto general para organizar y aplicar varias tecnologías relacionadas desde la perspectiva general y los objetivos del sistema, el conjunto se descompone en varias unidades funcionales interrelacionadas es un aspecto importante de la tecnología del sistema. Asegurar la conexión orgánica de todas las partes del sistema. (4) La tecnología de control automático tiene una amplia gama bajo la guía de la teoría del control, se llevan a cabo el diseño del sistema, la simulación del sistema posterior al diseño y la depuración en el sitio. La tecnología de control incluye control de posicionamiento de alta precisión, control de velocidad y control adaptativo. , autodiagnóstico y corrección, Compensación, reproducción, recuperación, etc. (5) Tecnología de detección y detección La tecnología de detección y detección es el receptor del sistema y un vínculo clave para realizar el control y el ajuste automáticos. Cuanto más potente sea, mayor será el programa de automatización del sistema. La ingeniería moderna requiere que los sensores obtengan información de forma rápida y precisa y que resistan la prueba de entornos hostiles. Es la garantía para que el sistema mecatrónico alcance un alto nivel. (6) La tecnología de servotransmisión incluye varios tipos de dispositivos de transmisión, como eléctricos, neumáticos e hidráulicos. El servosistema es un dispositivo y componente que convierte señales eléctricas en acciones mecánicas y tiene un impacto decisivo en el rendimiento dinámico y la calidad del control. y funcionamiento del sistema. Composición del sistema mecatrónico 1. Cuerpo mecánico El cuerpo mecánico incluye el marco, las conexiones mecánicas, la transmisión mecánica, etc. Es la base de la mecatrónica y desempeña el papel de soportar otras unidades funcionales del sistema y transmitir movimiento y potencia. En comparación con los productos puramente mecánicos, el rendimiento técnico y las funciones de los sistemas mecatrónicos han mejorado, lo que requiere que el cuerpo mecánico pueda adaptarse a él en términos de estructura mecánica, materiales, tecnología de procesamiento y dimensiones geométricas, y sea eficiente, multifuncional, confiable y Ahorro de energía, pequeño, ligero y hermoso. 2. Parte de detección y detección La parte de detección y detección incluye varios sensores y sus circuitos de detección de señales. Su función es detectar cambios en los parámetros relacionados con el propio sistema mecatrónico y el entorno externo durante el proceso de trabajo, y transmitir la información a la electrónica. unidad de control. La unidad de control emite el control correspondiente al actuador basándose en la información detectada.

3. Unidad de control electrónico La unidad de control electrónico, también conocida como ECU (Unidad de control eléctrico), es el núcleo del sistema mecatrónico y es responsable de concentrar, almacenar, calcular y analizar las señales de detección de varios sensores y comandos de entrada externos. y procesar los resultados de acuerdo con la información, emitir las instrucciones correspondientes de acuerdo con un cierto grado y ritmo, y controlar todo el sistema para que proceda de manera determinada. 4. Actuador La función del actuador es impulsar el movimiento de los componentes mecánicos según las instrucciones de la unidad de control electrónico. Los actuadores son piezas móviles, generalmente accionadas por energía eléctrica, neumática y hidráulica. 5. Fuente de energía La fuente de energía es la parte de suministro de energía del producto mecatrónico. Su función es proporcionar energía y potencia al sistema mecánico de acuerdo con los requisitos de control del sistema para garantizar el funcionamiento normal del sistema. Las formas de suministro de energía incluyen la energía eléctrica, la energía neumática y la energía hidráulica, siendo la energía eléctrica la principal. Los cuatro principios principales de la tecnología mecatrónica constituyen los cinco elementos principales del sistema mecatrónico. Deben seguir los cuatro principios principales de acoplamiento estructural, transmisión de movimiento, control de información y conversión de energía internamente y entre ellos. 1. Acoplamiento de interfaz Entre dos enlaces que requieren intercambio y transmisión de información, debido a diferentes modos de información (cantidad digital y cantidad analógica, código de serie y código paralelo, pulso continuo y pulso de secuencia, etc.), no se puede transmitir ni intercambiar directamente. y debe pasarse a través de Se implementa el acoplamiento de interfaz. Los dos enlaces con intensidades de señal muy diferentes también deben acoplarse a través de interfaces antes de que puedan coincidir. Para que las señales transformadas y amplificadas se intercambien y transmitan de manera confiable, rápida y precisa entre los dos enlaces, deben seguir tiempos, formatos de señal y especificaciones lógicas consistentes. Por lo tanto, el acoplamiento de interfaz debe tener una función de control lógico para garantizar. información Permitir que la información sea intercambiada y transmitida de acuerdo con patrones prescritos. 2. Conversión de energía Entre dos enlaces que requieren transmisión e intercambio, la energía no se puede convertir e intercambiar directamente debido a que se deben realizar diferentes modos. La conversión de energía incluye actuadores, variadores y sus diferentes métodos y principios de conversión de energía. . 3. Control de la información En el sistema, la denominada unidad de control del sistema de componentes inteligentes, con la garantía de software y hardware, completa la recolección, transmisión, almacenamiento, análisis, cálculo, juicio y toma de decisiones de la información para lograr el finalidad del control de la información. Los sistemas de control de información con un alto grado de inteligencia también incluyen funciones basadas en el conocimiento, como la adquisición de conocimientos, mecanismos de razonamiento y funciones de autoaprendizaje. 4. Transmisión de movimiento La transmisión de movimiento permite la transformación y transmisión de diferentes tipos de movimiento entre los componentes del sistema mecatrónico y la optimización para el control del movimiento. Desarrollo de la mecatrónica: la optomecatrónica se basa en el rápido desarrollo de la tecnología microelectrónica representada por la tecnología láser y las microcomputadoras, la rápida penetración en el campo de la industria electromecánica y la profunda integración con la tecnología electromecánica en la industria moderna. Aplicar tecnologías grupales como la tecnología mecánica. tecnología microelectrónica, tecnología de la información, tecnología de control automático, tecnología de control de detección, tecnología de electrónica de potencia, tecnología de interfaz y tecnología de programación de software, desde un punto de vista del sistema, basado en objetivos funcionales del sistema y objetivos de estructura organizacional optimizados, basados ​​en los componentes de la inteligencia, potencia, estructura, movimiento y percepción, es una tecnología de ingeniería de sistemas que realiza la combinación de múltiples funciones técnicas en el sentido de alta funcionalidad, alta calidad, alta precisión, alta confiabilidad y bajo consumo de energía. La tecnología de integración optomecánica y eléctrica es una tecnología emergente que combina la tecnología mecánica con la microelectrónica láser y otras tecnologías. En comparación con los productos mecánicos tradicionales, tiene principalmente las siguientes características: 1. La optomecatrónica integral y sistemática es una ciencia de vanguardia interdisciplinaria. Es una combinación de tecnología láser, tecnología microelectrónica, tecnología informática, tecnología de la información y alta tecnología integral. Esta integración de múltiples tecnologías y la combinación de múltiples partes hace que la tecnología y los productos de integración optomecánica y eléctrica sean más sistemáticos, completos y científicos. Sus diversos componentes, como la tecnología mecánica, la tecnología microelectrónica, la tecnología de control automático, la tecnología de la información, la tecnología de detección, la tecnología de la electrónica de potencia, la tecnología de interfaz, la tecnología de intercambio analógico y digital y la tecnología de software, interactúan entre sí para formar un sistema completo de cooperación. tiene requisitos estrictos, lo que requiere aprender de las fortalezas de cada uno y desarrollarse constantemente en una dirección ideal. Como resultado, varias tecnologías se han vuelto más razonables al aprovechar sus fortalezas y evitar sus debilidades. 2. Cobertura amplia y multinivel La mecatrónica óptica es una ideología rectora técnica general, que no sólo se refleja en algunos productos mecatrónicos independientes, sino que también se extiende a través del diseño de sistemas de ingeniería.

Desde un simple producto integrado óptico, mecánico y eléctrico hasta un sistema de procesamiento flexible en la industria moderna; desde una simple visualización de un solo parámetro hasta un complejo control multiparámetro y multinivel desde una línea de producción de tratamiento térmico automático continuo para piezas mecánicas; Una variedad de modernas líneas de producción automatizadas de maquinaria pesada de alta velocidad, etc., la tecnología de integración óptica, mecánica y eléctrica tienen diferentes niveles y una amplia cobertura de campos de aplicación. En el caso de los sistemas de ingeniería, es necesario desarrollarlos y fabricarlos en juegos completos. Para productos (equipos) independientes integrados ópticos, mecánicos y eléctricos, se debe adoptar un enfoque de desarrollo multinivel que enfatice tanto los productos simples y tradicionales como los productos de alto y bajo nivel. Puede desarrollar productos de bajo nivel con funciones adicionales; también puede desarrollar productos de nivel medio con funciones sustitutas; también puede desarrollar productos de alta gama con integración electromecánica, convirtiéndose en una nueva generación de productos sin precedentes; 3. Estructura simplificada y fácil operación. La tecnología opto-mecatrónica puede reemplazar varias partes de acción relevantes conectadas por cadenas de transmisión mecánica en el pasado y, en su lugar, usar varios motores para impulsarlas por separado, o usar dispositivos electrónicos de potencia o dispositivos electrónicos de control. controlar las acciones relevantes para lograrlo. Por lo tanto, la estructura mecánica se simplifica enormemente y algunas estructuras mecánicas incluso "renacen", lo que resulta en cambios cualitativos. La tecnología de integración optomecánica y eléctrica permite a los operadores deshacerse del estilo de trabajo anterior de tener que realizar operaciones monótonas y repetitivas con frecuencia y nerviosismo de acuerdo con procedimientos o ritmos operativos prescritos, y pueden controlar y cambiar de manera flexible y conveniente los procedimientos operativos de producción según sea necesario. Las acciones y coordinación funcional de cada mecanismo de transmisión relevante de cualquier dispositivo o sistema opto-mecatrónico pueden ser comandadas paso a paso por un sistema de control electrónico a través de programas preestablecidos, como máquinas herramienta CNC, sistemas de mecanizado flexible (FMS), etc. Algunos dispositivos de integración óptica, mecánica y eléctrica pueden lograr operaciones totalmente automatizadas, como robots industriales, perforadoras de alta velocidad CNC con placas de circuito impreso, etc. Algunos sistemas optomecatrónicos más avanzados también pueden encontrar aleatoriamente los mejores procedimientos de trabajo, el grado y la velocidad de los movimientos y las relaciones de coordinación a través de modelos matemáticos de objetos controlados y cambios en varios parámetros externos en cualquier momento para lograr los mejores resultados. operaciones, como el sistema de control automático de medición del espesor de la placa de acero del laminador continuo en caliente controlado por microcomputadora, el sistema de control del grupo de ascensores, robots inteligentes, etc. 4. Precisión mejorada y mayores funciones. La tecnología de integración opto-mecánica y eléctrica reduce los componentes de la transmisión mecánica, reduciendo así en gran medida los errores de acción causados ​​por el desgaste mecánico y los espacios de ajuste. Al mismo tiempo, debido al uso de tecnología electrónica, el nivel de retroalimentación. El control se mejora y se puede llevar a cabo El procesamiento de alta velocidad puede utilizar el sistema de control automático electrónico para mover con precisión el mecanismo correspondiente de acuerdo con la cantidad preestablecida. Los errores causados ​​por varios factores de interferencia pueden ser autodiagnosticados, corregidos y compensados ​​por el sistema automático. Sistema de control para lograr lo que no se puede lograr con métodos mecánicos simples. Por lo tanto, los productos integrados optomecánicos y eléctricos tienen una amplia gama de aplicaciones y pueden satisfacer fácilmente diversas necesidades. La introducción de la tecnología electrónica ha provocado grandes cambios en la apariencia de los productos. Los dispositivos electrónicos pueden realizar control automático, detección automática, recopilación y procesamiento de información, ajuste, corrección, compensación, autodiagnóstico, protección automática y registro y visualización automáticos. e imprimir según la intención del usuario. Al cambiar el contenido del software, como programas e instrucciones, la función del producto se puede cambiar sin cambiar la parte del hardware, lo que hace que la determinación y el cambio del contenido de la función de control mecánico sean más "basados ​​en software" e "inteligentes". Fiabilidad, alta estabilidad y alta vida útil. Las partes móviles de los dispositivos mecánicos tradicionales generalmente van acompañadas de errores de movimiento causados ​​por el desgaste y holgura de las partes móviles, y sonido (ruido) causado por la fricción, impacto, vibración, etc. afecta la vida útil del dispositivo, estabilidad y confiabilidad. La aplicación de tecnología de integración óptica, mecánica y eléctrica reduce la cantidad de partes móviles del dispositivo y reduce en gran medida el desgaste. Por ejemplo, el interruptor de proximidad integrado no tiene partes móviles ni mecánicas. Por lo tanto, la vida útil del dispositivo se reduce considerablemente. Al aumentar, se reduce la tasa de fallas, mejorando así la confiabilidad y estabilidad del producto. Algunos productos opto-mecatrónicos incluso no requieren mantenimiento o tienen funciones de autodiagnóstico. -desarrollo intensivo de productos opto-mecatrónicos A menudo involucra muchas disciplinas y conocimientos profesionales, como matemáticas, física, química, acústica, ingeniería mecánica, electrónica de potencia, ingeniería eléctrica, ingeniería de sistemas, óptica, cibernética, teoría de la información, informática y. otras disciplinas, así como conocimientos profesionales en diversas categorías. Por ejemplo, las conocidas fotocopiadoras electrostáticas, impresoras a color, etc. son productos nuevos que están diseñados a partir de una combinación de disciplinas y tecnologías mecánicas, eléctricas, ópticas, magnéticas, químicas y otras. El personal técnico y de ingeniería ha planteado requisitos más nuevos y más altos para su propia estructura de conocimientos. La tecnología moderna requiere talentos modernos para dominarla y desarrollar equipos avanzados que realicen múltiples funciones deben estar dotados de una variedad de conocimientos y sabiduría.