Современную жизнь невозможно представить без автомобилей, а движение в городском режиме должно происходить максимально комфортно для водителя. Удобство управления автомобилем обеспечивается при помощи различных трансмиссий (АКПП, роботизированной КПП).
Значительной популярностью пользуется роботизированная коробка из-за плавности движения и экономичного расхода топлива, наличия ручного режима, позволяющего подстроить манеру вождения под нужды водителя.
Принцип работы КПП ДСГ
DSG – механическая КПП, оснащенная автоматическим приводом для смены ступеней, и имеющая в составе две корзины сцепления.
Коробка ДСГ связана с двигателем через два сцепления, располагающихся поосно. Нечетные и задняя ступени функционируют через одно сцепление, а четные – через другое. Такое устройство обеспечивает плавную смену ступеней без снижения и прерывания мощности, осуществляя непрерывную передачу вращающего момента от мотора к ведущей оси колес.
Во время разгона на первой ступени, шестеренки второй передачи уже находятся в зацеплении. Когда блок управления передает команду смены ступеней, гидравлические приводы КПП осуществляют отпускание одного сцепления и зажим второго, производя переход вращающего момента от мотора с одной ступени на другую.
Таким образом, процесс происходит до крайней ступени. При снижении скорости и изменении других условий процедура осуществляется в обратном порядке. Смена ступеней происходит с помощью синхронизаторов.
Смена ступеней в коробке ДСГ осуществляется с высокой скоростью, недоступной даже профессиональным гонщикам.
Что такое мехатроник в АКПП
Управление обоими сцеплениями и сменой ступеней происходит при помощи блока управления, состоящего из гидравлического и электронного узлов, датчиков. Этот блок называется Мехатроник и располагается в картере КПП.
Датчики встроенные в Мехатроник, осуществляют контроль состояния КПП и отслеживают работу основных деталей и узлов.
Параметры, контролируемые датчиками Мехатроника:
- количество оборотов на входе и выходе коробки;
- давление масла;
- уровень масла;
- температура рабочей жидкости;
- расположение вилок включения ступеней.
На последних моделях коробок ДСГ устанавливается ЕСТ (электронная система, управляющая сменой ступеней).
Помимо вышеперечисленных параметров ЕСТ контролирует:
- скорость транспортного средства;
- степень открытия дросселя;
- температуру мотора.
Считывание этих параметров продляет срок службы КПП и двигателя.
Виды трансмиссии прямого переключения
В настоящий момент существует две разновидности коробок ДСГ:
- шестиступенчатая (DSG-6);
- семиступенчатая (DSG-7).
DSG 6
Первой преселективной (роботизированной) КПП являлась шестиступенчатая DSG, которая была разработана в 2003г.
Конструкция DSG-6:
- два сцепления;
- два ряда ступеней;
- картер;
- Мехатроник;
- дифференциал КПП;
- главная передача.
В DSG-6 используется два сцепления мокрого типа, которые неизменно находятся в трансмиссионной жидкости, обеспечивающей смазывание механизмов и охлаждение дисков сцепления, тем самым продляя эксплуатационный период КПП.
Два сцепления передают вращающий момент на ряды ступеней коробки. Ведущий диск КПП соединяется с муфтами маховиком специальной ступицы, объединяющей ступени.
Основные компоненты Мехатроника (электрогидравлического модуля), расположенного в корпусе КПП:
- золотники распределения КПП;
- мультиплексор, вырабатывающий управляющие команды;
- электромагнитные и регулировочные клапана КПП.
При изменении положения селектора включаются распределители КПП. Ступени изменяются при помощи электромагнитных клапанов, а корректирование положения фрикционных муфт происходит при помощи клапанов давления. Эти клапаны являются «сердцем» КПП, а Мехатроник – «мозгом».
Мультиплексор КПП осуществляет управление гидравлическими цилиндрами, которых в такой КПП 8 штук, но одновременно функционирует не более 4-х клапанов КПП. В различных режимах КПП работают разные цилиндры, в зависимости от необходимой ступени.
Передачи в DSG-6 сменяются циклически. Одновременно задействованы два ряда ступеней, только один из них не используется – находится в режиме ожидания. При изменении передаточного момента сразу задействуется второй ряд, переходя в активный режим. Такой механизм функционирования КПП обеспечивает смену передач менее чем за доли секунды, движение транспорта при этом происходит плавно и равномерно, без медлительности и рывков.
DSG-6 является более мощной роботизированной КПП. Крутящий момент мотора автомобиля с такой КПП порядка 350 Нм. Весит такая коробка под 100 килограмм. Трансмиссионного масла для DSG-6 требуется более 6 литров.
На данный момент DSG-6 в основном устанавливается на следующие транспортные средства:
- Seat (Alhambra, Toledo);
- Skoda (Octavia, SuperB);
- Audi (TT, Q3, А3);
Коробки ДСГ оснащаются Типтроником, осуществляющим перевод коробки в режим ручного управления.
DSG 7
DSG-7 была разработана в 2006 году специально для автомобилей эконом-класса. Коробка DSG весит 70-75 кг. и содержит объем масла менее 2-х литров. Данная КПП устанавливается на бюджетные машины с крутящим моментом двигателя не более 250 Нм.
На сегодняшний момент DSG-7 в основном устанавливается на следующие автомобили:
- Audi (TT, Q3, А3);
- Seat (Leon, Ibiza, Altea);
- Skoda (Octavia, Fabia, SuperB);
- Volkswagen (Tiguan, Golf, Jetta, Passat).
Основным отличием ДСГ-7 от ДСГ-6 является присутствие 2-х сухих дисков сцепления, не находящихся в трансмиссионной жидкости. Такие изменения позволили уменьшить расход топлива, снизить стоимость сервисного обслуживания.
Достоинства и недостатки роботизированной АКПП
Роботизированная КПП имеет свои достоинства и недостатки в сравнении с другими трансмиссиями.
Достоинства коробки ДСГ:
- уменьшенный расход топливной смеси (до 10-20%);
- возможность ручного управления, похожее на ;
- отсутствие потери мощности при смене ступеней;
- плавность движения автомобиля;
- высокие динамические характеристики автомобиля, оснащенного коробки ДСГ;
- уменьшение времени, необходимого для разгона;
- возможность автоматического и ручного выбора передач;
- комфортное управление автомобилем, оснащенного такой КПП;
- отсутствие педали сцепления и привычный рычаг селектора, что не вызывает сложностей при переходе с автомобиля с классической ;
Недостатки коробки ДСГ:
- высокая стоимость автомобиля с ДСГ по сравнению с машинами, оборудованными другими видами трансмиссий;
- эпизодически робот подтормаживает и не успевает за динамичным разгоном автомобиля, осуществляя смены ступеней с небольшой задержкой;
- мехатроник является одним из слабых мест в коробке ДСГ, периодически возникает неисправности в этом блоке;
- при возникновении неисправности в мехатронике требуется его замена, так как он не подлежит ремонту;
- уменьшенный ресурс КПП;
- неисправности мехатроника способствуют частые перепады температур, что особенно актуально в зимнее время;
- срок службы ДСГ-7 и ее компонентов заметно меньше, чем в ДСГ-6;
- повышенный нагрев коробки из-за непрерывной активности преселектора;
- увеличение стоимости обслуживания роботизированной КПП;
- сложность ремонта роботизированной коробки, который могут осуществить не многие СТО;
- не устанавливается на внедорожники и другие мощные автомобили;
- дороговизна ремонта, в некоторых случаях приходится полностью менять DSG.
- своевременное техническое обслуживание КПП ДСГ (замена трансмиссионной жидкости по регламенту – не более 60000 километров, устранение неисправностей);
- прогревание роботизированной КПП путем кратковременного нахождения автомобиля после запуска в стоящем положении;
- плавность движения после прогрева на протяжении 1-5 километров с момента начала движения;
- избегание пробуксовывания колес;
- при остановках более 1 минуты рекомендуется переводить селектор коробки ДСГ в режим нейтрали;
- при вождении по снегу и льду рекомендовано включение режима «снежинка», при его наличии;
- при динамичной езде и быстрых разгонах желательно переводить рычаг селектора в положение «спорт»;
- при прохождении каждого технического обслуживания необходимо проводить диагностику коробки ДСГ и производить инициализацию;
- педаль акселератора необходимо выжимать плавно, даже на ручном режиме;
- разгон желательно осуществлять в ручном режиме, а плавную езду и торможение – в автоматическом;
- постановка автомобиля с коробки ДСГ на стоянку в положении селектора «нейтраль» с обязательным включением стояночного тормоза (ручника).
Роботизированная коробка является, по сути, усовершенствованной МКПП, переключение ступеней в которой происходит при помощи мехатроника на основании различных параметров, считываемых датчиками. При соблюдении определенных рекомендаций можно существенно продлить срок службы роботизированной коробки.
Мехатроника
Мехатроника - это название для частных случаев построения электрических приводов (см. электрический привод), где основной упор делается на обеспечение требуемого движения, прежде всего, высокоточного, а не на его энергетические характеристики. Для мехатроники характерно стремление к полной интеграции механики, электрических машин, силовой электроники, микропроцессорной техники и программного обеспечения.
О термине
Термин состоит из двух частей - «меха», от слова механика, и «троника», от слова электроника. Сначала данный термин был торговой маркой (зарегистрирована в 1972 году), но после его широкого распространения компания отказалась от его использования в качестве зарегистрированного торгового знака.
Из Японии мехатроника распространилась по всему миру. Из иностранных изданий термин "мехатроника" попал в Россию и стал широкоизвестен.
Сейчас под мехатроникой понимают системы электропривода с исполнительными органами относительно небольшой мощности, обеспечивающие прецизионные движения и имеющие развитую систему управления. Сам термин "мехатроника" используется, прежде всего, для отделения от общепромышленных систем электропривода и подчеркивания особых требований к мехатронным системам. Именно в таком смысле мехатроника как область техники известна в мире.
Связанные понятия
Стандартное определение (1995):
Мехатронный модуль - это функционально и конструктивно самостоятельное изделие для реализации движений с взаимопроникновением и синергетической аппаратно-программной интеграцией составляющих его элементов, имеющих различную физическую природу.
К элементам различной физической природы относят механические, электротехнические, электронные, цифровые, пневматические, гидравлические, информационные и т. д. компоненты.
Мехатронная система - совокупность нескольких мехатронных модулей и узлов, синергетически связанных между собой, для выполнения конкретной функциональной задачи.
Обычно мехатронная система является объединением собственно электромеханических компонентов с силовой электроникой, которые управляются с помощью различных микроконтроллеров , ПК или других вычислительных устройств. При этом система в истинно мехатронном подходе, несмотря на использование стандартных компонентов, строится как можно более монолитно, конструкторы стараются объединить все части системы воедино без использования лишних интерфейсов между модулями. В частности, применяя встроенные непосредственно в микроконтроллеры АЦП , интеллектуальные силовые преобразователи и т. п. Это уменьшает массу и размеры системы, повышает ее надёжность и дает некоторые другие преимущества. Любая система, управляющая группой приводов может считаться мехатронной.
Иногда система содержит принципиально новые с конструкторской точки зрения узлы, такие как электромагнитные подвесы, заменяющие обычные подшипниковые узлы . К сожалению, такие подвесы дороги и сложны в управлении и в нашей стране применяются редко (на г.). Одной из областей применения электромагнитных подвесов являются турбины, перекачивающие газ по трубопроводам. Обычные подшипники здесь плохи тем, что в смазку проникают газы - она теряет свои свойства.
Мехатроника сегодня
Многие современные системы являются мехатронными или используют элементы мехатроники, поэтому постепенно мехатроника становится «наукой обо всём». Мехатроника применяется во многих отраслях и направлениях, например: робототехника , автомобильная, авиационная и космическая техника , медицинское и спортивное оборудование, бытовая техника .
Примеры мехатронных систем
Типичная мехатронная система - тормозная система автомобиля с АБС (антиблокировочной системой).
Персональный компьютер также является мехатронной системой: ЭВМ содержит много мехатронных составляющих: жёсткие диски, оптические приводы.
См. также
Литература
- Мехатроника: Пер с япон. / Исии Х., Иноуэ Х., Симояма И. и др. - М.: Мир, 1988. - С. 318. - ISBN 5-03-000059-3
- Подураев Ю. В. Мехатроника. Основы, методы, применение. - 2-е изд., перераб и доп. - М.: Машиностроение, 2007. - 256 с. - ISBN 978-5-217-03388-1
- Введение в мехатронику: В 2-х кн. Учебное пособие / А. К. Тугенгольд, И. В. Богуславский, Е. А. Лукьянов и др. Под ред. А. К. Тугенгольда. - Ростов н/Д : Издательский центр ДГТУ, 2004. - ISBN 5-7890-0294-3
- Карнаухов Н. Ф. Электромеханические и мехатронные системы. - Ростов н/Д : Феникс, 2006. - 320 с. - (Высшее образование). - 3000 экз. - ISBN 5-222-08228-8
- Егоров О. Д., Подураев Ю. В. Конструирование мехатронных модулей. - М.: Издательство МГТУ «Станкин», 2004. - 368 с.
Ссылки
- «Теоретические и практические проблемы развития мехатроники»
| Робототехника | |
|---|---|
| Основные статьи | Робот Мехатроника |
| Типы роботов | Промышленный робот Сельскохозяйственный робот Бытовой робот (робот-пылесос) Боевой робот Андроид (гиноид) Персональный робот Социальный робот БПЛА Планетоход Наноробот |
| Известные роботы | ASIMO AIBO Roomba Pleo Aiko PackBot BigDog QRIO TOPIO HRP |
| Связанные термины | Групповая робототехника Устройство телеприсутствия Киборг Шагоход Мех (бронетехника) |
Wikimedia Foundation . 2010 .
- Грозозащита
- Гесс, Виктор Франц
Смотреть что такое "Мехатроника" в других словарях:
Мехатроника - область науки и техники, основанная на системном объединении узлов точной механики, датчиков состояния внешней среды и самого объекта, источников энергии, исполнительных механизмов, усилителей, вычислительных устройств (ЭВМ и микропроцессоры).… … Официальная терминология
мехатроника - [Интент] Тематики роботы промышленные EN mechatronics … Справочник технического переводчика
мехатроника - mechatronika statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. mechatronics vok. Mechatronik, f rus. мехатроника, f pranc. mécatronique, f … Automatikos terminų žodynas
Лукьянов, Евгений Анатольевич - В Википедии есть статьи о других людях с фамилией Лукьянов. Евгений Анатольевич Лукьянов Дата рождения: 1958 год(1958) Место рождения: Ростов на Дону Страна … Википедия
Тугенгольд, Андрей Кириллович - Андрей Кириллович Тугенгольд Дата рождения: 1937 год(1937) Место рождения: Москва Страна … Википедия
Уральский государственный университет путей сообщения - У этого термина существуют и другие значения, см. Уральский государственный университет (значения). Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС) … Википедия
МИРЭА
Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет) (МИРЭА) Девиз Лучший среди равных равный среди лучших! Optimus inter pares par inter optimos! Год основания … Википедия
Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики - Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет) (МИРЭА) Девиз Лучший среди равных равный среди лучших! Optimus inter pares par inter optimos! Год основания … Википедия
Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет) (МИРЭА) Девиз Лучший среди равных равный среди лучших! Optimus inter pares par inter optimos! Год основания … Википедия
08.04.2017
Мехатроник в России
Уровень средней зарплаты за последние 12 месяцев
На гистограмме изображено изменение уровня средней заработной платы профессии Мехатроник в России.
Распределение вакансии Мехатроник по областям России
Как видно на диаграмме, в России наибольшее количество вакансий профессии Мехатроник открыто в Ленинградской области. На втором месте - Республика Татарстан, а на третьем - Московская область.
Рейтинг областей России по уровню зарплаты для профессии Мехатроник
По статистике нашего сайта, профессия Мехатроник является наиболее высокооплачиваемой в Московской области. Уровень средней заработной платы составляет 60000 руб. Следом идут Приморский край и Самарская область.
Количество вакансий профессии Мехатроник в % по диапазонам зарплаты в России
По состоянию на 05.08.17, по профессии Мехатроник в России открыто 8 вакансий. Для 100% открытых вакансий, работодатели указали заработную плату в размере 49500 руб. 0% объявлений с зарплатой 47500 - 48000 руб, и 0% с зарплатой 48000 - 48500 руб
1. Описание профессии
Мехатроник объединяет в себе знания и компетенции, присущие четырем разным отдельным специальностям: слесарь, , слесарь , электроник.
В своей работе специалист обычно имеет дело с механизмами, электрическими сетями и специальным оборудованием. Специалист в этой области занимается как интеллектуальным, так и ручным трудом. Его основная задача правильно собрать мехатронную систему, опираясь на чертежи и разработки инженеров. Специалист должен отлично разбираться в устройстве мехатронных систем, которые ему также приходится обслуживать.
2. О профессии
Современный электронный механизм по своему строению очень похож на живое существо: его «мозг» - это электронное устройство (компьютер, программируемый логический контроллер), которое получает сигналы с датчиков и кнопок управления, обрабатывает их и посылает на исполнительное устройство (привод, сигнальное устройство и т.п.); «мышцы» такого механизма составляют электро-, гидро- и пневмоприводы, обеспечивающие механические движения; «органы чувств» - датчики и путевые выключатели, собирающие информацию о состоянии механизмов или параметров технической (мехатронной) системы и посылающие их в виде входных сигналов обратно на электронное устройство. Такое строение характерно для любого механизма, начиная от космической или военной техники и заканчивая обычной бытовой вроде стиральной машинки или холодильника.
Создание электронных механизмов, которыми можно управлять с помощью программируемых команд, лежит в такой области науки и техники, как мехатроника. Само слово «мехатроника» образовалось за счет слияния двух слов: механика и электроника – и изначально использовалось для обозначения механизмов, приводящихся в движение с помощью электричества.
С развитием технологий, когда появились микропроцессоры, которые стали «мозгами» машин, машины стали программируемыми, мехатроникой стали называть уже целую область знаний, которая объединяет в себе электронику, механику и информатику. Мехатроника занимается разработкой и созданием компьютерно-контролируемых и программируемых механических систем с заданными функциями, которые каким-либо образом взаимодействуют с окружающей средой. Мехатроника разбирается в вопросах объединения механической части устройства с электрической, которая приводит механизм в движение. Мехатронику можно назвать компьютерным управлением движением.
Мехатронными называют механизмы, выполняющие какие-либо заданные действия, запрограммированные заранее, иначе говоря – роботов. Ярким примером мехатронной системы является антиблокировочная тормозная система автомобиля – ABS – которая не дает колесам автомобиля блокироваться (то есть они продолжают крутиться) при длительном нажатии на педаль тормоза при резком торможении. Обычный ноутбук или ПК – это тоже мехатронная система со множеством мехатронных составляющих: жесткий диск, оптический привод и т.д.
Сегодня мехатроника – один из основных направлений развития современной науки и техники. Как в России, так и в мире мехатронные технологии являются приоритетными для разработки. Развитие мехатроники связано с появлением новых технологий, увеличением скоростей работы электроники, поиском новых технических решений.
3. Функционал
Занимается обслуживанием, наладкой, ремонтом и созданием мехатронных систем, т.е. систем, которые получают, запоминают, преобразуют и передают энергию и информацию.
В профессиональной деятельности специалист обычно решает следующие задачи:
4. Знания
Физика. Знание основных законов физики, механизмов физических явлений, физических закономерностей.
Ремонт и обслуживание техники.
Знание принципов ремонта и обслуживания оборудования, техники или других видов обслуживаемых механизмов.
Электроника и электротехника.
Знание физических законов электричества, устройства электронных приборов, принципов составления и работы с электрическими схемами.
Радиотехника. Знание принципов работы, конструирования, ремонта и обслуживания радиотехники.
Материаловедение. Знание всех основных материалов, использующихся в профессиональной деятельности, техник работы с разными материалами, принципов их использования для решения различных профессиональных задач.
Иностранный язык. Знание лексики и грамматики одного или нескольких иностранных языков на необходимом для работы уровне.
Профессиональное оборудование и инструменты.
Знание принципов работы с инструментами и оборудованием, их ремонта и обслуживания.
Математика. Знание основных математических законов и закономерностей, теорий, формул и аксиом.
Программирование. Знание одного или нескольких языков программирования, фреймворков, необходимых для решения профессиональных задач.
Механика. Знание машин и инструментов, в том числе их конструкций, правил использования, ремонта и технического обслуживания.
Робототехника. Знание принципов робототехники, проектирования и создания роботов и роботизированных систем.
Инжиниринг и инженерное проектирование. Знание принципов проектирования зданий, конструкций, механизмов и проч., основ работы с чертежами и схемами, правил их составления и оформления.
5. Навыки
Взаимодействие с компьютерами.
Использование компьютеров и компьютерных систем (в том числе оборудование и программного обеспечения). Настройка, ввод данных, отслеживание функционирования системы.
Оценка качества работы.
Умение дать объективную оценку результатам своей работы и скорректировать свои действия по результатам оценки
Контроль точности работы оборудования.
Умение быстро и многократно корректировать работу оборудования для достижения результата.
Проектирование и конструирование.
Навыки создания проекта какого-либо механизма или здания, создание прототипа, макета или чертежа.
Работа со схемами и чертежами.
Умение составлять и/или читать различные чертежи, схемы, планы и т.д., навыки восприятия графической информации.
Программирование.
Навыки написания программного кода и его отладки.
Ручной труд.
Умение создавать своими руками новые механизмы и вещи, используя различные материалы.
Комплексный подход к решению проблем. Умение видеть проблему комплексно, в контексте и, исходя из этого, подбирать необходимый пул мер для ее решения.
Техника и оборудование. Навыки работы со специализированной техникой и оборудованием, умение правильно его настраивать для решения профессиональных задач.
Установка, ремонт и обслуживание оборудования. Навыки подключения и установки специализированного оборудования, программного обеспечения или прокладки сетей.
6. Способности
- Обучаемость. Способность быстро усваивать новую информацию, применять ее в дальнейшей работе
- Аналитическое мышление. Способности к проведению анализа и прогнозированию ситуации, получению выводов на основе имеющихся данных, установлению причинно-следственных связей
- Критическое мышление. Способность мыслить критически: взвесить все "за" и "против", слабые и сильные стороны каждого подхода к решению проблемы и каждого возможного результата
- Внимательность к деталям. Способность концентрироваться на деталях при выполнении задач
- Техническое мышление. Способность разбираться в технике, принимать решения, требующие понимания технической и инженерной стороны вопроса, техническая смекалка
- Изобретательность. Способность быстро находить решения в самых разных ситуациях с помощью нестандартных методов
О том, что такое мехатроник не знают не только многие владельцы машин, но и представители некоторых СТО. Хотя с изучения именно этого агрегата стоит начинать знакомство с «роботами».
Роль мехатроника в ДСГ
Мехатронный модуль - важнейший элемент в системе трансмиссии. В список его задач входит все, что связано с управлением коробкой передач. Кроме того, агрегат является устройством контроля и связующим звеном. Однако его главная функция - своевременное переключение ступеней. Благодаря работе мехатрона, в коробках ДСГ этот процесс происходит крайне быстро и без потери мощности.
Собирая данные со всех систем автомобиля, модуль:
- Определяет момент переключения передач;
- Подает сигнал на узел сцепления;
- Задействует исполнительные механизмы, для управления другими элементами КПП;
- Контролирует успешность переключения.
Естественно, при выходе агрегата их строя, трансмиссия начинает работать некорректно. Неполадки могут проявляться в виде рывков при разгоне, посторонних шумах и вибрациях, задержках при включении ступеней. При наличии признаков поломки, эксплуатация машины затруднена и небезопасна.
Немного о конструкции
Mechatronic находится прямо в картере коробки передач. Несмотря на сложность устройства, его размеры довольно компактны. Условно, в конструкции можно выделить следующие элементы:
- Электронный блок управления, являющийся «мозгом». Программное обеспечение ЭБУ - это сложные алгоритмы, согласно котором и происходит управление РКПП;
- Гидравлический блок, имеющий отдельный масляный контур. Прибор регулирует подачу масла, тем самым изменяя силу давления на поршни толкателей и приводов;
- Исполнительные устройства. Механизмы, отвечающие непосредственно за переключение;
- Входные датчики. Аппаратура, снимающая показания: скорости вращения валов, оборотов двигателя, температуры масла, уровня давления и других параметров. Данные в режиме реального времени передаются на ЭБУ.
Чем отличаются мехатроники?
Каждая поколение DSG имеет свою версию мехатрона. Это не универсальный узел, который можно просто переставить с одной машины на другую. На заводе, в процессор прибора вносятся уникальные данные по конкретному автомобилю - особенности его двигателя, передаточные числа КПП и т.д.
Для корректной работы на «неродном» авто, модуль также должен пройти настройку и перепрошивку. Грамотно выполнить эту процедуру готовы мастера нашего техцентра.
Позвоните нам, если заинтересованы в профессиональном ремонте, диагностике или замене mechatronic.
], область науки и техники, основанная на синергетическом объединении узлов точной механики с электронными, электротехническими и компьютерными компонентами, обеспечивающая проектирование и производство качественно новых модулей, систем и машин с интеллектуальным управлением их функциональными движениями. Термин «Мехатроника» (англ. «Mechatronics», нем. «Mechatronik») был введён японской фирмой « Yaskawa Electric Corp. » в 1969 году и зарегистрирован как торговая марка в 1972 году. Отметим, что в отечественной технической литературе ещё в 1950-х гг. использовался подобным же образом образованный термин – «механотроны» (электронные лампы с подвижными электродами, которые применялись в качестве датчиков вибраций и т. п.). Мехатронные технологии включают проектно-конструкторские, производственные, информационные и организационно-экономические процессы, которые обеспечивают полный жизненный цикл мехатронных изделий.
Предмет и метод мехатроники
Главная задача мехатроники как направления современной науки и техники состоит в создании конкурентоспособных систем управления движением разнообразных механических объектов и интеллектуальных машин, которые обладают качественно новыми функциями и свойствами. Метод мехатроники заключается (при построении мехатронных систем) в системной интеграции и использовании знаний из ранее обособленных научных и инженерных областей. К их числу относятся прецизионная механика, электротехника, гидравлика, пневматика, информатика, микроэлектроника и компьютерное управление. Мехатронные системы строятся путём синергетической интеграции конструктивных модулей, технологий, энергетических и информационных процессов, начиная со стадии их проектирования и заканчивая производством и эксплуатацией.
В 1970–80-х гг. три базисных направления – оси мехатроники (точная механика, электроника и информатика) интегрировались попарно, образовав три гибридных направления (на рис. 1 показаны боковыми гранями пирамиды). Это электромеханика (объединение механических узлов с электротехническими изделиями и электронными блоками), компьютерные системы управления (аппаратно–программное объединение электронных и управляющих устройств), а также системы автоматизированного проектирования (САПР) механических систем. Затем – уже на стыке гибридных направлений – возникает мехатроника, становление которой как нового научно-технического направления начинается с 1990-х гг.
Элементы мехатронных модулей и машин имеют различную физическую природу (механические преобразователи движений, двигатели, информационные и электронные блоки, управляющие устройства), что определяет междисциплинарную научно-техническую проблематику мехатроники. Междисциплинарные задачи определяют и содержание образовательных программ по подготовке и повышению квалификации специалистов, которые ориентированы на системную интеграцию устройств и процессов в мехатронных системах.
Принципы построения и тенденции развития
Развитие мехатроники является приоритетным направлением современной науки и техники во всём мире. В нашей стране мехатронные технологии как основа построения роботов нового поколения включены в число критических технологий РФ.
К числу актуальных требований к мехатронным модулям и системам нового поколения следует отнести: выполнение качественно новых служебных и функциональных задач; интеллектуальное поведение в изменяющихся и неопределённых внешних средах на основе новых методов управления сложными системами; сверхвысокие скорости для достижения нового уровня производительности технологических комплексов; высокоточные движения с целью реализации новых прецизионных технологий, вплоть до микро- и нанотехнологий; компактность и миниатюризация конструкций на основе применения микромашин; повышение эффективности многокоординатных мехатронных систем на базе новых кинематических структур и конструктивных компоновок.
Построение мехатронных модулей и систем основывается на принципах параллельного проектирования (англ. – concurrent engineering), исключения многоступенчатых преобразований энергии и информации, конструктивного объединения механических узлов с цифровыми электронными блоками и управляющими контроллерами в единые модули.
Ключевым принципом проектирования является переход от сложных механических устройств к комбинированным решениям, основанным на тесном взаимодействии более простых механических элементов с электронными, компьютерными, информационными и интеллектуальными компонентами и технологиями. Компьютерные и интеллектуальные устройства придают мехатронной системе гибкость, поскольку их легко перепрограммировать под новую задачу, и они способны оптимизировать свойства системы при изменяющихся и неопределённых факторах, действующих со стороны внешней среды. Важно отметить, что за последние годы цена таких устройств постоянно снижается при одновременном расширении их функциональных возможностей.
Тенденции развития мехатроники связаны с появлением новых фундаментальных подходов и инженерных методов решения задач технической и технологической интеграции устройств различной физической природы. Компоновка нового поколения сложных мехатронных систем формируется из интеллектуальных модулей («кубиков мехатроники»), объединяющих в одном корпусе исполнительные и интеллектуальные элементы. Управление движением систем осуществляется с помощью информационных сред для поддержки решений мехатронных задач и специального программного обеспечения, реализующего методы компьютерного и интеллектуального управления.
Классификация мехатронных модулей по структурным признакам представлена на рис. 2.
Модуль движения – конструктивно и функционально самостоятельный электромеханический узел, включающий в себя механическую и электрическую (электротехническую) части, который можно использовать как сепаратный блок, так и в различных комбинациях с другими модулями. Главным отличием модуля движения от общепромышленного электропривода является использование вала двигателя в качестве одного из элементов механического преобразователя движения. Примерами модулей движения являются мотор-редуктор, мотор-колесо , мотор-барабан, электрошпиндель станка.
Мотор-редукторы являются исторически первыми по принципу своего построения мехатронными модулями, которые стали серийно выпускать, и до настоящего времени находят широкое применение в приводах различных машин и механизмов. В мотор-редукторе вал является конструктивно единым элементом для двигателя и преобразователя движения, что позволяет исключить традиционную соединительную муфту, добиваясь таким образом компактности; при этом существенно уменьшается количество присоединительных деталей, а также затраты на установку, отладку и запуск. В мотор-редукторах в качестве электродвигателей наиболее часто используют асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и регулируемым преобразователем частоты вращения вала, однофазные двигатели и двигатели постоянного тока. В качестве преобразователей движения применяются зубчатые цилиндрические и конические, червячные, планетарные, волновые и винтовые передачи. Для защиты от действия внезапных перегрузок устанавливают ограничители вращающего момента.
Мехатронный модуль движения – конструктивно и функционально самостоятельное изделие, включающее в себя управляемый двигатель, механическое и информационное устройства (рис. 2). Как следует из данного определения, по сравнению с модулем движения, в состав мехатронного модуля движения дополнительно встроено информационное устройство. Информационное устройство включает датчики сигналов обратных связей, а также электронные блоки для обработки сигналов. Примерами таких датчиков могут служить фотоимпульсные датчики (энкодеры), оптические линейки, вращающиеся трансформаторы, датчики сил и моментов и т. д.
Важным этапом развития мехатронных модулей движения стали разработки модулей типа «двигатель-рабочий орган». Такие конструктивные модули имеют особое значение для технологических мехатронных систем, целью движения которых является реализация целенаправленного воздействия рабочего органа на объект работ. Мехатронные модули движения типа «двигатель-рабочий орган» широко применяют в станках под названием мотор-шпиндели.
Интеллектуальный мехатронный модуль (ИММ) – конструктивно и функционально самостоятельное изделие, построенное путём синергетической интеграции двигательной, механической, информационной, электронной и управляющей частей.
Таким образом, по сравнению с мехатронными модулями движения, в конструкцию ИММ дополнительно встраиваются управляющие и силовые электронные устройства, что придаёт этим модулям интеллектуальные свойства (рис. 2). К группе таких устройств можно отнести цифровые вычислительные устройства (микропроцессоры, сигнальные процессоры и т. п.), электронные силовые преобразователи, устройства сопряжения и связи.
Применение интеллектуальных мехатронных модулей даёт мехатронным системам и комплексам ряд принципиальных преимуществ: способность ИММ выполнять сложные движения самостоятельно, без обращения к верхнему уровню управления, что повышает автономность модулей, гибкость и живучесть мехатронных систем, работающих в изменяющихся и неопределённых условиях внешней среды; упрощение коммуникаций между модулями и центральным устройством управления (вплоть до перехода к беспроводным коммуникациям), что позволяет добиваться повышенной помехозащищённости мехатронной системы и ее способности к быстрой реконфигурации; повышение надёжности и безопасности мехатронных систем благодаря компьютерной диагностике неисправностей и автоматической защите в аварийных и нештатных режимах работы; создание на основе ИММ распределённых систем управления с применением сетевых методов, аппаратно-программных платформ на базе персональных компьютеров и соответствующего программного обеспечения; использование современных методов теории управления (адаптивных, интеллектуальных, оптимальных) непосредственно на исполнительном уровне, что существенно повышает качество процессов управления в конкретных реализациях; интеллектуализация силовых преобразователей, входящих в состав ИММ, для реализации непосредственно в мехатронном модуле интеллектуальных функций по управлению движением, защите модуля в аварийных режимах и диагностики неисправностей; интеллектуализация сенсоров для мехатронных модулей позволяет добиться более высокой точности измерения, программным путём обеспечив в самом сенсорном модуле фильтрацию шумов, калибровку, линеаризацию характеристик вход/выход, компенсацию перекрёстных связей, гистерезиса и дрейфа нуля.
Мехатронные системы
Мехатронные системы и модули вошли как в профессиональную деятельность, так и в повседневную жизнь современного человека. Сегодня они находят широкое применение в самых различных областях: автомобилестроение (автоматические коробки передач, антиблокировочные устройства тормозов, приводные модули «мотор-колесо», системы автоматической парковки); промышленная и сервисная робототехника (мобильные, медицинские, домашние и другие роботы); периферийные устройства компьютеров и офисная техника: принтеры, сканеры, CD-дисководы, копировальные и факсимильные аппараты; производственное, технологическое и измерительное оборудование; домашняя бытовая техника: стиральные, швейные, посудомоечные машины и автономные пылесосы; медицинские системы (например, оборудование для робото-ассистированной хирургии, коляски и протезы для инвалидов) и спортивные тренажёры; авиационная, космическая и военная техника; микросистемы для медицины и биотехнологии; лифтовое и складское оборудование, автоматические двери в отелях аэропортах, вагонах метро и поездов; транспортные устройства (электромобили, электровелосипеды, инвалидные коляски); фото- и видеотехника (проигрыватели видеодисков, устройства фокусировки видеокамер); движущиеся устройства для шоу-индустрии.
Выбор кинематической структуры является важнейшей задачей при концептуальном проектировании машин нового поколения. Эффективность её решения во многом определяет главные технические характеристики системы, её динамические, скоростные и точностные параметры.
Именно мехатроника дала новые идеи и методы для проектирования движущихся систем с качественно новыми свойствами. Эффективным примером такого решения стало создание машин с параллельной кинематикой (МПК) (рис. 3).
В основе их конструктивной схемы лежит обычно платформа Гью-Стюарта (разновидность параллельного манипулятора, имеющая 6 степеней свободы; используется октаэдральная компоновка стоек). Машина состоит из неподвижного основания и подвижной платформы, которые соединены между собой несколькими стержнями с управляемой длиной. Стержни соединены с основанием и платформой кинематическими парами, которые имеют соответственно две и три степени подвижности. На подвижной платформе устанавливается рабочий орган (например, инструментальная или измерительная головка). Программно регулируя длины стержней с помощью приводов линейного перемещения, можно управлять перемещениями и ориентацией подвижной платформы и рабочего органа в пространстве. Для универсальных машин, где требуется перемещение рабочего органа как твёрдого тела по шести степеням свободы, необходимо иметь шесть стержней. В мировой литературе такие машины называются «гексаподы» (от греч. ἔ ξ – шесть).
Основными преимуществами машин с параллельной кинематикой являются: высокая точность исполнения движений; высокие скорости и ускорения рабочего органа; отсутствие традиционных направляющих и станины (в качестве несущих элементов конструкции используются приводные механизмы), отсюда и улучшенные массогабаритные параметры, и низкая материалоёмкость; высокая степень унификации мехатронных узлов, обеспечивающая технологичность изготовления и сборки машины и конструктивную гибкость.
Повышенные точностные показатели МПК обусловлены следующими ключевыми факторами:
в гексаподах, в отличие от кинематических схем с последовательной цепью звеньев, не происходит суперпозиции (наложения) погрешностей позиционирования звеньев при переходе от базы к рабочему органу;
стержневые механизмы обладают высокой жесткостью, так как стержни не подвержены изгибающим моментам и работают только на растяжение-сжатие;
применяются прецизионные датчики обратной связи и измерительные системы (например, лазерные), а также используются компьютерные методы коррекции перемещений рабочего органа.
Благодаря повышенной точности МПК могут применяться не только как обрабатывающее оборудование, но и в качестве измерительных машин. Высокая жёсткость МПК позволяет применять их на силовых технологических операциях. Так, на рис. 4 показан пример гексапода, выполняющего гибочные операции в составе технологического комплекса «HexaBend» для производства сложных профилей и труб.
Компьютерное и интеллектуальное управление в мехатронике
Применение ЭВМ и микроконтроллеров, реализующих компьютерное управление движением разнообразных объектов, является характерной особенностью мехатронных устройств и систем. Сигналы от разнообразных датчиков, несущие информацию о состоянии компонентов мехатронной системы и приложенных к этой системе воздействий, поступают в управляющую ЭВМ. Компьютер перерабатывает информацию в соответствии с заложенными в него алгоритмами цифрового управления и формирует управляющие воздействия на исполнительные элементы системы.
Компьютеру отводится ведущая роль в мехатронной системе, поскольку компьютерное управление даёт возможность достичь высокой точности и производительности, реализовать сложные и эффективные алгоритмы управления, учитывающие нелинейные характеристики объектов управления, изменения их параметров и влияние внешних факторов. Благодаря этому мехатронные системы приобретают новые качества при увеличении долговечности и снижении размеров, массы и стоимости таких систем. Достижение нового, более высокого уровня качества систем благодаря возможности реализации высокоэффективных и сложных законов компьютерного управления позволяет говорить о мехатронике как о возникающей компьютерной парадигме современного развития технической кибернетики.
Характерным примером мехатронной системы с компьютерным управлением является прецизионный следящий привод на основе бесконтактной многофазной электрической машины переменного тока с векторным управлением. Наличие группы датчиков, в том числе высокоточного датчика положения вала двигателя, цифровых методов обработки информации, компьютерной реализации законов управления, преобразований, основанных на использовании математической модели электрической машины, и быстродействующего контроллера позволяет построить прецизионный быстродействующий привод, обладающий сроком службы до 30–50 тысяч часов и более.
Компьютерное управление оказывается весьма эффективным при построении многокоординатных нелинейных мехатронных систем. В этом случае ЭВМ анализирует данные о состоянии всех компонентов и внешних воздействиях, производит вычисления и формирует управляющие воздействия на исполнительные компоненты системы с учётом особенностей её математической модели. В результате достигается высокое качество управления согласованным многокоординатным движением, например, рабочего органа мехатронной технологической машины или мобильного робота.
Особую роль в мехатронике играет интеллектуальное управление, которое является более высокой ступенью развития компьютерного управления и реализует различные технологии искусственного интеллекта. Они дают возможность мехатронной системе воспроизводить в той или иной мере интеллектуальные способности человека и на этой основе принимать решения о рациональных действиях для достижения цели управления. Наиболее эффективными технологиями интеллектуального управления в мехатронике являются технологии нечёткой логики, искусственных нейронных сетей и экспертных систем.
Применение интеллектуального управления даёт возможность обеспечить высокую эффективность функционирования мехатронных систем при отсутствии подробной математической модели объекта управления, при действии различных неопределённых факторов и при опасности возникновения непредвиденных ситуаций в работе системы.
Преимущество интеллектуального управления мехатронными системами состоит и в том, что часто для построения таких систем не требуются их подробная математическая модель и знание законов изменения действующих на них внешних воздействий, а управление строится на основе опыта действий высококвалифицированных специалистов-экспертов.