Apa itu mekatronika, elemen mekatronika, modul, mesin, dan sistem

Kata "mekatronika" dibentuk dari dua kata - "mekanika" dan "elektronik". Istilah ini diusulkan pada tahun 1969 oleh seorang pengembang senior di Yaskawa Electric, seorang Jepang bernama Tetsuro Mori. Pada abad ke-20, Yaskawa Electric berspesialisasi dalam pengembangan dan peningkatan penggerak listrik dan motor DC dan oleh karena itu mencapai sukses besar ke arah ini, misalnya, motor DC angker cakram pertama dikembangkan di sana.

Ini diikuti oleh perkembangan mengenai sistem CNC perangkat keras pertama. Dan pada tahun 1972 merek Mekatronika didaftarkan di sini. Perusahaan segera membuat langkah besar dalam pengembangan teknologi penggerak listrik. Perusahaan kemudian memutuskan untuk menghapus kata "Mekatronika" sebagai merek dagang, karena istilah tersebut digunakan secara luas baik di Jepang maupun di seluruh dunia.

Bagaimanapun, Jepang adalah rumah bagi pengembangan paling aktif dari pendekatan teknologi semacam itu, ketika diperlukan untuk menggabungkan elemen mekanis, mesin listrik, elektronika daya, mikroprosesor, dan perangkat lunak untuk mengimplementasikan kontrol penggerak listrik presisi tinggi.

Simbol grafik umum untuk mekatronika adalah diagram dari situs web RPI (Rensselaer Polytechnic Institute, NY, USA):

Mekatronika adalah salah satu bidang teknik terbaru di dunia, yang menurut UNESCO merupakan salah satu dari sepuluh bidang yang paling menjanjikan dan diminati.

Secara umum, istilah "mekatronika" dapat diberikan definisi berikut - ini adalah bidang sains dan teknologi yang didasarkan pada kombinasi sistematis unit untuk mekanik presisi, teknik elektro, elektronik, teknologi mikroprosesor, berbagai sumber daya, listrik, hidrolik dan penggerak pneumatik, serta kontrol cerdasnya, berfokus pada pembuatan dan pengoperasian blok sistem produksi otomatis modern.

Mekatronika adalah kontrol gerak terkomputerisasi.

Tujuan mekatronika adalah untuk membuat modul gerak baru secara kualitatif, modul gerak mekatronika, modul mekatronika cerdas dan, atas dasar itu, menggerakkan mesin dan sistem cerdas.

Secara historis, mekatronika berevolusi dari elektromekanik dan, mengandalkan pencapaiannya, melangkah lebih jauh dengan menggabungkan sistem elektromekanis secara sistematis dengan perangkat kontrol komputer, sensor tertanam, dan antarmuka.

Diagram sistem mekatronika

Struktur umum sistem mekatronika

Elemen elektronik, digital, mekanis, elektrik, hidrolik, pneumatik, dan informasi — dapat menjadi bagian dari sistem mekatronik, sebagai elemen awalnya dari sifat fisik yang berbeda, namun, disatukan untuk mendapatkan hasil sistem yang baru secara kualitatif, yang tidak dapat dicapai oleh setiap elemen sebagai oleh pemain terpisah.

Motor spindel terpisah tidak akan dapat mengeluarkan baki pemutar DVD dengan sendirinya, tetapi di bawah kendali sirkuit dengan perangkat lunak mikrokontroler dan terhubung dengan benar ke roda gigi cacing, semuanya akan bekerja dengan mudah dan terlihat seperti sistem monolitik sederhana. Namun, terlepas dari kesederhanaan eksternal, sistem mekatronika menurut definisi mencakup beberapa unit dan modul mekatronik yang saling berhubungan dan berinteraksi bersama untuk melakukan tindakan fungsional tertentu untuk menyelesaikan tugas tertentu.

Modul mekatronik adalah produk independen (secara struktural dan fungsional) yang dirancang untuk melakukan gerakan dengan interpenetrasi dan integrasi perangkat keras dan perangkat lunak yang bertujuan secara simultan dari komponen-komponennya.

Sistem mekatronika tipikal terdiri dari komponen elektromekanis dan daya yang saling berhubungan yang pada gilirannya dikendalikan oleh komputer atau mikrokontroler.

Saat merancang dan membangun sistem mekatronik seperti itu, mereka mencoba menghindari node dan antarmuka yang tidak perlu, mencoba membuat semuanya ringkas dan semulus mungkin, tidak hanya untuk meningkatkan karakteristik ukuran massal perangkat, tetapi juga untuk meningkatkan keandalan dari sistem secara umum.

Terkadang tidak mudah bagi para insinyur, mereka terpaksa menemukan solusi yang sangat tidak biasa justru karena unit yang berbeda berada dalam kondisi kerja yang berbeda, melakukan hal yang sama sekali berbeda. Misalnya, di beberapa tempat bantalan konvensional tidak akan berfungsi, dan diganti dengan suspensi elektromagnetik (ini dilakukan, khususnya, pada turbin yang memompa gas melalui pipa, karena bantalan konvensional akan cepat rusak akibat penetrasi gas ke dalam pelumasnya).

Dengan satu atau lain cara, mekatronika saat ini telah menembus segala sesuatu mulai dari peralatan rumah tangga hingga robotika konstruksi, senjata, dan ruang angkasa. Semua mesin CNC, hard drive, kunci elektrik, sistem ABS di mobil Anda, dll. — di mana pun, mekatronika tidak hanya berguna, tetapi juga diperlukan. Sekarang jarang Anda dapat menemukan kontrol manual, semuanya bermuara pada fakta bahwa Anda menekan tombol tanpa fiksasi atau hanya menyentuh sensor - Anda mendapatkan hasilnya - ini mungkin contoh paling primitif dari mekatronika saat ini.

Diagram hierarki tingkat integrasi dalam mekatronika

Tingkat integrasi pertama dibentuk oleh perangkat mekatronik dan elemen-elemennya. Integrasi tingkat kedua dibentuk oleh modul mekatronik terintegrasi. Integrasi tingkat ketiga dibentuk oleh integrasi mesin mekatronika. Tingkat integrasi keempat dibentuk oleh kompleks mesin mekatronika. Tingkat integrasi kelima dibentuk pada satu platform integrasi kompleks mesin dan robot mekatronika, yang menyiratkan pembentukan sistem produksi fleksibel yang dapat dikonfigurasi ulang.

Saat ini, modul dan sistem mekatronika banyak digunakan di bidang berikut:

• peralatan teknik mesin dan otomasi, proses teknologi dalam teknik mesin;

• robotika industri dan khusus;

• teknologi penerbangan dan antariksa;

• perlengkapan militer, kendaraan untuk polisi dan dinas khusus;

• teknik elektronik dan peralatan pembuatan prototipe cepat;

• industri otomotif (modul penggerak roda motor, rem anti-lock, transmisi otomatis, sistem parkir otomatis);

• kendaraan nontradisional (mobil listrik, sepeda listrik, kursi roda);

• peralatan kantor (misalnya mesin fotokopi dan faks);

• periferal komputer (misalnya printer, plotter, drive CD-ROM);

• peralatan medis dan olahraga (prostesis bioelektrik dan eksoskeleton untuk orang cacat, pelatih toning, kapsul diagnostik terkontrol, pemijat, dll.);

• peralatan rumah tangga (mencuci, menjahit, mesin pencuci piring, penyedot debu independen);

• mesin mikro (untuk kedokteran, bioteknologi, komunikasi dan telekomunikasi);

• alat dan mesin kontrol dan pengukur;

• peralatan lift dan gudang, pintu otomatis di hotel dan bandara; peralatan foto dan video (pemutar videodisc, perangkat pemfokusan kamera video);

• simulator untuk melatih operator sistem teknis dan pilot yang kompleks;

• transportasi kereta api (kontrol kereta api dan sistem stabilisasi);

• mesin cerdas untuk industri makanan, daging, dan susu;

• mesin cetak;

• perangkat pintar untuk industri pertunjukan, atraksi.

Sejalan dengan itu, kebutuhan akan personel dengan teknologi mekatronika semakin meningkat.