Мехатроника философиясы
Кіріспе.......................
Мехатроника
мен философияның байланысы.....................
Мехатрондық
объектілердің беріліс
Мехатрондық
қозғалыс модульдері....................
Пневматикалық
МҚМ...........................
Электромеханикалық
МҚМ...........................
Электрогидравликалық
МҚМ...........................
Қорытынды………………………………………………………
Глоссарий……………………….……………………………
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі………………………………………....……22
ҚОСЫМША.......................
Кіріспе
Мехатроника – басқа салаларға қарағанда бір-екі саты артта қалып келеді. Бірақ дамуы баяу емес, қарқынды болып келе жатыр. Электроника, электротехника, механика және роботтарды зерттейтін робототехника саласының өзі жеке дамып, өзінің сүбелі үлесін қосып келеді.
Ал
енді бұл жұмыстың тақырыбы мехатрониканың
философиямен байланысты болуы, екеуінің
сол өздерінің орталарында
Философия
– барлық қоғамдық ғылымдардың түп атасы.
Бұл анықтамадан білетініміз, мехатроника
да ғылым саласы, осы жағына жақын болуы
мүмкін. Ол - үнемі дамып, адмзат ақыл-ойының
жетістіктерімен толықтырылып отыратын
ғылым. Ал енді нағыз жетістіктерге жететін
техникалық ғылымдар, соның ішінде мехатрониканың
өркендей түсетіні белгілі. Бұл ғылымдардың
дамуымен, философия да толықтырылып отырады
делініп отыр. Яғни екі ғылымның бір-біріне
байланысы осы анықтамалардан жақындай
түскен секілді.
Мехатроника мен философияның байланысы
Философия (philio-сүйемін, sophia-даналық) – деген екі сөзден құралып, яғни даналықты сүйетін ғылым екендігін білдіріп отыр.
Философия – адамзат дамуының қайнарынан бастау алатын ғылым.
Философия – дін мен ғылым
екеуінің арасындағы дәнекер
дейтін көзқараста та
Сонымен, философия дегеніміз – материя мен сана, таным мен болмыс, адам мен қоғам жайлы адамзат ой-cанасының дамуы барысында жинақталған, жүйеленген ғылыми ой-п-пікірдің теориялық жиынтығы.
Философияның
техникалық салалармен қатысы бар ма,
қаншалықты бір-біріне жақын? Техникалық
салалар дамыған сайын
Мехатроника —түрлі ашылуларға, эксплуатациялық машиналар және компьютермен басқарылатын жүйелердің қозғалысының ғылым мен техникадағы саласы. Механика, электроника және микропроцессорлық техника, ақпараттану және компьютерлік басқару білімдерімен машиналар мен агрегаттардың қозғалысының басқарылуы.
Альтернативтік анықтама:
Мехатроника – электротехникалық және компьютерлік компоненттермен, электрондық механика синергетикалық бірлестіктерге негізделген ғылым мен техниканың саласы. Олар жаңа модульдердің, жүйелердің, машиналар мен кешендік машиналардың жобалануы мен өндірілуін интеллектуалды басқаруы мен функционалды қозғалыстармен бірге жүруін қамтамасыз етеді.
Меха́ника (грекше μηχανική — машина құрастыру өнері) — материалдық объектілер мен олардың арасындағы өзара байланысты зерттейтін физиканың саласы.
Мехатроника ғылым саласы, философия да ғылым саласы болып табылады. Бірақ екеуінің бағыттары әртүрлі болып келеді. Бұл екеуі әртүрлі салаларда оқытылып, жүргізіледі. Мехатрониика философияға қарағанда көбірек қолданылады.
Қоғам өмірін тарихи процесс ретінде бейнелеу үшін қолданылатын ұғымдардың бірі – прогресс ұғымы (лат. – ілгері қозғалу, табыс деген сөзден алынған).
Прогресс – қоғамның материалдық күш-қуатының артуы, оның қатынастарының кемелдене түсуі, қоғам мүшелерінің жан-жақты жетілуіне қажетті мүмкіндіктердің молаюы, яғни қоғамның ұдайы төменнен жоғарыға қарай өрлей дамуының түрі, сипаты.
Адамзат қоғамының қалыптасып, одан әрі өсіп-өркендеуінде, тарихи сатылармен ілгерілеуінде ғылымның атқаратын рөлі айрықша екені белгілі. Екінші жағынан, ғылым – қоғамның өзі дүниеге келтірген, оның өркендеуінде жағдай туғызған құбылыс. Біз ғылымның дүниені танып, игерудің, данышпандық пен зерделіліктің қайнар көзі екенін жақсы білеміз. Сонда ғылым деген не? Ғылым және білім деген түсініктер бір мағынада ма?
Білім дегеніміз – материалдық және рухани құбылыстар туралы шынайы әрі нақты мәліметтер жиынтығы, олардың адам санасында дұрыс, объективті бейнеленуі.
Сөйтіп, ғылым дегеніміз – заттардың, құбылыстар мен процестердің ішкі болмысын, табиғатын ашып көрсететін, олардың даму заңдылықтарын, байланыстарын ашып, даралап тұжырымдайтын шынайы, ақиқат, жүйеленген, қисынға келтірілген білім және объективтік шындық.
Ғылымның
негізгі ерекшеліктеріне
Ғылымды математикаландыру, ғылым мен техниканың дамуында есептеу техникасы мен информатиканы кеңінен қолдану, адам қызметінің көптеген саласына компьютерлік техниканың еркін енуі – қазіргі ғылым ерекшеліктерінің бірі.
Ғылымды техникамен және өндіріспен байланыстыратын қажетті буын – қолданбалы зерттеулер мен технологиялық ізденістер. Болашақ жаңа технология мен техниканың жалпы нұсқасы мен іргетасы нақ осында қаланады.
Қазіргі ғылыми-техникалық прогресті жеделдету жағдайында іргелі және қолданбалы зерттеулер арасындағы байланысты анықтау ғылыми жұмысты тиімді жоспарлау мен ұйымдастырудың қажетті шарты болып отыр. Ғылым жетістіктері негізінде жаңа техника мен технология жасалып, содан кейін олар өндірісте қолданылады. Ғылым саласында өндірістің жаңа құралдары мен технологиялық процестері, өнеркәсіптің мүлде жаңа салалары мен бағыттары пайда болып отыр. Оған инженерлік орталықтар, ғылыми—өндірістік бірлестіктер, салааралық ғылыми-техникалық кешендер жатады. Сөйтіп, ғылым мен өндірістің арасында белгілі бір формалар қалыптасуда. Инженерлік академиялар өмірге келді. Ядролық физика бойынша кезінде жүргізілген ғылыми-зерттеу жұмыстарына байланысты өнеркәсіптің жаңа саласы – ядролық энергетика, сол сяқты қатты дене, қиын балқыту физикасы мен жоғары қысым физикасына сәйкес жартылай өткізгішті аспаптар мен жасанды алмастар, биотехнология пайда болды. Осыған орай радио-технологиялық құрылымдыр және робот техника түрлері қолданылатын өнеркәсіп орындарында сапалық өзгерістер, сондай-ақ ультрадыбыс, қалдықсыз технология әдістерін өндіру жолға қойылуда.
Қазіргі кездегі ғылымның дамуы, осы заманғы ғылыми-теориялық ойдың қалыптасуы мен өрістеуі, жалпы алғанда, диалектиканың заңдары мен категорияларына сүйене отырып, оларды ғылыми теорияны қалыптастыру мен дамыту процестеріне тікелей қолданады. Диалектикалық логика – біртұтас философиялық ғылым.
Жаратылыстанудағы
ең жаңа революциялық табыстарға байланысты
философия категорияларының (материя,
қозғалыс, кеңістік, уақыт, т.б.) мазмұны,
соған сәйкес материализмнің мәні өзгерістерге
ұшырады. Ескі классикалық физикадан
жаңа физикаға (яғни салыстырмалылық
теориясы мен микрофизика) өтуге
орай метафизикалық методологияның
диалектикалық материализм
1-сурет. Мехатрониканы құрайтын ғылым салалары
Мехатрондық объектілердің беріліс механизмдерінің кинематикасы
Беріліс механизмдері (БМ) барлық мехатрондық объектілерде болады. Олар қозғалтқыш және атқарушы орган немесе атқарушы механизм буынының (манипулятордың) арасында орналасады.
Беріліс
механизмі функционалдық
БМ-нің негізгі кинематикалық сипаттамасы беріліс қатынасы болып табылады. БМ-нің беріліс қатынасы кіріс буынының сызықтық (бұрыштық) жылдамдығының шығыс буынындағы сызықтық жылдамдығына қатынасына тең. Беріліс қатынасымен қатар БМ-нің маңызды кинематикалық сипаттамасы беріліс дәлдігі болып келеді.
Беріліс механизмдерін таңдау және салыстыру үшін шусыз, жатық, қатаңдық, пайдалы әсер коэффиценті (ПӘК) сияқты динамикалық қасиетке негізделген сипаттамалар қолданылады.
БМ ретінде бір түрлі қозғалысты келесіге түрлендіру үшін бұрама және төрткілдеш (реечный) берілістер қолданылады. Бір айналмалы қозғалысты басқа айналмалы қозғалысқа түрлендіру үшін қозғалмайтын өсті тісті берілістер (цилиндрлік, конустық, гипоидты доңғалақты), планетарлық, қозғалмалы өсті дифференциал берілістер, сонымен қатар, иілгіш тісті доңғалақты толқынды беріліс қолданылады. Айналмалы қозғалысты қашықтыққа беру үшін белдікті, шынжырлы, арқанды, таспалы, тросты берілістерді қолданады. Иінтіректі және жұдырықшалы механизмдер БМ-нің функциясын атқара алатынын ескеру қажет.
Роботтардың атқарушы механизмдерінде және жетектерінде айналмалы қозғалысты кеңістікте әртүрлі берілген екі өстер арасында қайта болдыру үшін механизмдер кең қолданылады. Екі қозғалмайтын өстер арасындағы берілген беріліс қатынастарын қайта болдыру үшін қолданатын қарапайым механизм үшбуынды механизм болып табылады. Бұл жағдайда тісті доңғалақ тістер ілінісі ішкі және сыртқы цилиндрлі тісті болып келетін берілісті құрайды. Егер бірліктер өсьтері қиылысса, онда тісті доңғалақтар конустық беттік түрге ие және ереже бойынша конустық берілісті болып келеді. Егер бірліктер осьтері айқастырылған болса, онда тісті доңғалақтар гиперболоидты тісті беріліс береді. Гиперболоидты берілістен практикада бұрандалы, гипоидты, бұрамалы тісті берілістер қолданыс тапты.
Кинематикалық
көзқараспен тісті
2-сурет. Мехатрониканың жұмыс сферасы
БМ-ның
маңызды кинематикалық
Егер доңғалақтар әртүрлі бағытта айналса, беріліс қатынасын теріс таңбамен алу шартталған. Сондықтан, екі доңғалақтың сыртқы ілінісінде берілістік қатынасы теріс санды, ал ішкі ілінісінде – оң санды болады.
Беріліс қатынасын геометриялық өлшемдер арқылы және доңғалақтың тістер саны арқылы өрнектеуге болады. Кинематикалық көзқарас тұрғысынан алады.
Практикада көбінесе шамасы бойынша беріліс қатынасын қайта болдыру талап етіледі. Бұл жағдайда қарапайым үш буынды механизм жеткіліксіз болып шығады, сондықтан көпсатылы тісті механизмдерді қолданады.
Егер
БМ-ның жетекші буыны жетектегі буынға
қарағанда үлкен бұрыштық жылдамдыққа
ие болса, онда мұндай механизм редуктор
деп аталатынын ескеру қажет. Редуктор
бұрыштық жылдамдықты төмендетеді. Егер,
керісінше жетекші доңғалақ жетектігімен
салыстыррғанда кіші бұрышты жылдамдыққа
ие болса, онда мұндай БМ мультипликатор
деп аталады. Мультипликатор бұрыштық
жылдамдықты жоғарылатады.
Мехатрондық қозғалыс модульдері
МЖ-гі орындаушы құрылғылар
3-сурет.
Мехатронды қозғалыс
модулінің блок-схемасы
МҚМ құрамы жағынан МЖ құрамында да, немесе өздігінше техникалық құрылғы ретінде және әртүрлі машиналарда қолданылуы мүмкін.
Ескерте
кететін бір жай, әдебиеттерде кездесетін
әртүрлі терминалогиялық
МҚМ МЖ-нің базалық функционалдық элементі болып табылады, ол МЖ-нің барлық қасиеттері мен мүмкіндіктерін анықтайды.Әрине, қоғамның және байланыстың жоғары даму кезінде, жоғары технология элементі болғандықтан МЖ және МҚМ-ге әртүрлі көрсеткіштері бойынша жоғары талаптар қойылады. Осылайша ,мысалы, МҚМ айнымалы динамикалық сипаттамалар шартында жұмыс істеуі қажет. Және де олар кері факторларға әсер етпеуі тиіс. Үлкен жүктеме кезінде МҚМ осы жүктеменің демпфирлеумен қамтамасыз ету қажет.
МҚМ-ге
қойылатын маңызды шарттардың бірі
салмаққа қуаттың үлкен қатынасы.
Жалпы салмақты және өлшемдерді кішірейту
МҚМ-дің сипатты үрдісі болып
табылады.МҚМ қозғалысты басқаруды
орындайтын мехникалық энергияны түрлендіретіндіктен,
МҚМ-ге келесідей талаптар қойылады
жылдамдық, қозғалыс байсалдығы, жоғары
жүктемелік қасиеті, дірілдің болмауы.
Пайдалану кезінде МҚМ нақты
берілген қозғалыспен қамтамасыздандыру
қажет, жоғары шу көздері болмауы
керек, пайдалануда қауіпсіз және ыңғайлы
болу керек. Нарық талаптарына сәйкес
МҚМ төмен бағалы, сәйкес үлгіжобасы,
және ыңғайлы адам-машиналық
Практикада көптеген белгілермен ерекшеленетін арнауы әртүрлі МҚМ кездеседі. Негізгі ерекше белгісі мехникалық энергияны түрлендіретін қорек көзі болып табылады. Осы белгілері бойынша МҚМ пневматикалық, электрогидравликалық және электрлік болып бөлінеді. Кейбір МЖ құрамына әртүрлі белгілері бар МҚМ кіреді. Осы МҚМ әр қайсысына толық тоқталайық.
Пневматикалық МҚМ
Пневматикалық
МҚМ-де мехникалық энергияны түрлендіруші
пневмоқозғалтқыштар сызықты (пневмоцилиндр)
және айналмалы қозғалысты(
4-сурет. Пневматикалық МҚМ
Пневмоцилиндрдің
сояуыш күйі потенциометрлмен өлшенеді(П),
оның сигналы қорек көзінен
Пневматикалық МҚМ негізгі ерекшеліктері:
- жылдамдығы;
- шығысында күшті басқару мүмкіншілігі;
- қосымша мехникалық берілісті талап еткізбейтін қарапайым құрылысты;
- пайдалануда қарапайымдылығы;
- от және жарылу қауіпсіздігі;
- ағымды автоматиканы қолдану мүмкіншілігі.
Алайда
пневматикалық МҚМ-ді қолдануды
шектейтін себептері де бар. Пневматикалық
МҚМ-дің мәнді
Электромеханикалық МҚМ
Әртүрлі аумақтарда
- магнитті электрлік,оларда магниттік өріс тұрақты магнитпен жасалады;
- қозу орамы жеке қорек көзінен қоректенетін, тәуелсіз қозатын электромагнитті;
- якорь және қозу орамы бір қорек көзімен паралеллель жалғанатын паралелльді қозуы бар электромагнитті;
- якорь және қозу орамы қорек көзіне тізбектей қосылған тізбекті қозуы бар элетромагнитті;
- аралас қозуы бар электромагнит, мұнда қорек көзіне якроь мен қозу орамы екі схемамен қосылады;
- қысқатұйықталған ротормен;
- фазалық ротормен;
- электромагнитті;
- магнитоэлектрлік;
- белгілі полюсті (магниттік қатынаста симметриялы емес)
- белгісіз полюсті- (магниттік қатынаста симметриялы).
5-сурет.
Біріктіру сұлбалары
МҚМ басқару үшін қорек көзі мен электрлік қозғалтқыш арасында күштік түрлендіргіш құрылғысы бар. Күштік түрлендіргіштер жұмыс істеу принципі бойынша келесі топқа бөлінеді:
- енді-ипульсті түрлендіргіштер(ЕИТ);
- басқарылатын түзеткіштер (БТ);
- басқарылмайтын түзеткіштер(Т);
- автономды инверторлар (АИ);
- жиілікті тікелей түрлендіргіш (ЖТТ).
Функционалды
түрде ЕИТ шығыста қорек
Басқарылатын түзеткіш f = 50 Гц жиіліктегі айнымалы кернеуді тұрақты кернеуге түрлендіреді.
Автономды инвертор тұрақты кернеудің жиілігі реттелетін айнымалы кернеуге түрлендіреді.
Жиілікті тікелей түрлендіргіші f = 50 Гц жиілікті айнымалы кернеудің жиілігі реттелетін айнымалы кернеуге түрлендіреді.
Ескерте
кетейік, айынамлы тоқ қозғалтқыш бағасы
тұрақты тоқ қозғалтқыштан
Тұрақты тоқ қозғалтқышты МҚМ-де тәуелсіз қозуы бар және электромагниттік қозғалтқыштар көп қолданылады. Түрлендіргіш ретінде сызықты мехникалық көрсеткішпен және кең реттеу диапазонмен қамтамасыз ететін кең импульсті түрлендіргіштер қолданылады. Мысалы, 100000:1 дейін жылдамдықты реттеу диапазоны бар, 100 Гц өткізу жолағы бар және 10есе аса жүктеу қасиеті бар электроқозғалтқыштар белгілі.
Микропроцессорық
басқару құрылғысының шығыс порттарының
қуаты төмен екені белгілі (100
мВт), сондықтан олар тікелей орындаушы
құрылғыны басқара алмайды. Енді-импульс
түрлендіргіштерін пайдалана
6-сурет.
ЕИТ басқару жүйесі
ЕИТ-тің басқару жүйесі генератордан(Г), аратәріздес кернеу генераторы(АТГ), салыстыру схемасы (СС), импульстарды үлестіруші(ИҮ) және күшейткіштен (К) тұрады. Үлкен қуаттарды басқару кезінде (>100 Вт) БҚ мен ЕИТ арасында тікелей электрлік байланысы болмауы қажет. Себебі, біріншіден ЕИТ бөгет көзі ретінде БҚ әсер етпеуі қажет, екіншіден тесіліп өту кезінде электрлік байланыс арқылы қорек көзінің жоғары кернеуі БҚ зақымдау мүмкін. Бұл мәселені шешу үшін ИҮ пен Т арасына галваникалық түйінді енгізеді, мысалы, басқару сигналдары оптотранзисторлар арқылы беріледі.
Жұмыс кезінде қауіпсіздік пен сенімділікпен
қамтамасыз ету үшін, ЕИТ электрлік схемаларды
құрастырған кезде қуатты жоғалтудан
сақтануды алдын-ала ескереді. Бұл схемада
ТК1-ТК4 транзисторлық кілттері бар(суретте
олар штрих-пунктирлі сызықпен қоршалған).Транзисторлық
кілттер VT1 – VT4 транзисторлардан және
оларға паралелльді VD1-VD4 диодтар қосылған,
олар кілт жабылған кезде тоқтың ағымдық
контурын жасау үшін және асажүктеуден
сақтандыру үшін қажет. ТК басқарудың
екі түрі бар: симметриялы және симметриялы
емес. Симметриялы әдіс кезінде ТК1,
ТК4 және ТК2, ТК3 жұпталып және фазаға қарсы
жұмыс істейді. Симметриялы емес әдіс
кезінде ТК3 және ТК4 фазалық топтың транзисторлық
кілттері қайта қосылады, ТК1 кілті ашық
және қаныққан, ал ТК2 кілті жабық. ТК3 және
ТК4 транзисторлық кілттері қарсы фазада
қайта қосылады. Симметриялы әдіс шығысында
екіполярлы өзгеріспен қамтамасыз етіледі.
Симметриялы емес басқару керісінше жүктемеде
бірполярлы кернеуді береді. Енді-импульс
реттеуі кезінде қозғалтқыш якорінің
кернеуінің Uс орта мәні,
амплитуданың өзгеріссіз мәні U кезінде
оң(t1) және кері (t2)
импульстардың ұзақтығы арқылы реттеледі.Осыдан:
мұнда Т = t1+ t2 –кернеудің өзгеру аралығы.
Егер біркелкі қосу ұзақтығын g
Бұдан шығатыны, g=0,5 кезінде якордің орта кернеуі нольге тең.
g>0,5 кезінде кернеу Uc>0 болады, яғни t1 үлкен және якорь үймегі оң бағытта айналады.
g<0,5кезінде кернеу Uc<0болады, яғни кернеу абсолюттік мәні бойынша t2 үлкен болады және якорь үймегі қарама-қарсы бағытта айналып реверс жасайды.
Ескерте кетейік, түрлендіргіштер туралы әдебиеттер өте көп(8-30).
Электромеханикалық МҚМ-ден қадамдық қозғалтқыштарды ерекшелеуге болады. Ең көп таралған қадамдық МҚМ екі түрі бар. Бірінші МҚМ қозғалтқышында тұрақты магнитті роторы бар.Бұл жағдайда статор орамынан шыққан магнитік өріс пен ротордың қозу өрісінің әсерлесу нәтижесі қолданылады.
Қадамдық
МҚМ-нің екінші түрінде магниттік
кедергінің ауалық саңылау бойындағы
айнымалысы және қозбаған роторы бар
қозғалтқыш қолданылады. Осыдан магнитті
жұмсақ темірден жасалған қозбаған ротордан
және статордың орамының арасынан шыққан
магниттік өрістерге соленоидті
өзара әсер ету қағидасы қолданылады.
Қадамдық қозғалтқыштың негізгі
ерекшеліктерінің бірі аз жиілікте жұмыс
істеген кезде позициялану
МҚМ
үшін қадамдық қозғалтқышты таңдау
кезінде импульс жиілігі 300 имп/с
аспаған жағдайда активті қозғалтқыш
түрі нақты бекітумен қамтамасыз
етеді. Айнымалы магнитті кедергісі
бар қадамдық қозғалтқыштың басқа
түрі нақты бекітуді қажет етпеген
жағдайда және импульс жиілігінің
саны 1200 имп/с аспаған жағдайда
қолданылады..

- Мехатронные системы
- Мехатронные устройства на примере накопителя на магнитных дисках типа «винчестер»
- Мехатронные устройства на примере накопителя на магнитных дисках типа “винчестер"
- Меховая одежда
- Меховая одежда: история и современные тенденции
- Меховое пальто из красной лисы
- Меховые головные уборы
- Механосинтез и нанофабрики
- Механотерапия
- Механотерапия
- Механоэлектрические (электрогенераторы) и электромеханические (электродвигатели) преобразователи
- Мехатрондық жүйелерді ендірудің әлеуметтік мәселелері.
- Мехатроника
- Мехатроника