Qu'est-ce que la mécatronique, les éléments mécatroniques, les modules, les machines et les systèmes

Le mot "mécatronique" est formé de deux mots - "mécanique" et "électronique". Ce terme a été proposé en 1969 par un développeur senior de Yaskawa Electric, un japonais du nom de Tetsuro Mori. Au XXe siècle, Yaskawa Electric s'est spécialisée dans le développement et l'amélioration des entraînements électriques et des moteurs à courant continu et a donc obtenu un grand succès dans cette direction, par exemple, le premier moteur à courant continu à armature de disque y a été développé.

Cela a été suivi par des développements concernant les premiers systèmes CNC matériels. Et en 1972, la marque Mechatronics a été enregistrée ici. L'entreprise a rapidement fait de grands progrès dans le développement des technologies d'entraînement électrique. La société a ensuite décidé d'abandonner le mot "Mechatronics" en tant que marque, car le terme était largement utilisé au Japon et dans le monde.

Dans tous les cas, le Japon abrite le développement le plus actif d'une telle approche technologique, lorsqu'il est devenu nécessaire de combiner des éléments mécaniques, des machines électriques, de l'électronique de puissance, des microprocesseurs et des logiciels pour mettre en œuvre une commande d'entraînement électrique de haute précision.

Un symbole graphique courant pour la mécatronique est un diagramme du site Web du RPI (Rensselaer Polytechnic Institute, NY, USA) :

La mécatronique est l'un des domaines d'ingénierie les plus récents au monde, qui, selon l'UNESCO, est l'un des dix plus prometteurs et recherchés.

D'une manière générale, le terme "mécatronique" peut avoir la définition suivante — c'est un domaine de la science et de la technologie basé sur une combinaison systématique d'unités pour la mécanique de précision, l'électrotechnique, l'électronique, la technologie des microprocesseurs, diverses sources d'énergie, électriques, hydrauliques et les entraînements pneumatiques, ainsi que leur contrôle intelligent, axés sur la création et le fonctionnement de blocs de systèmes de production automatisés modernes.

La mécatronique est le contrôle de mouvement informatisé.

L'objectif de la mécatronique est de créer des modules de mouvement qualitativement nouveaux, des modules de mouvement mécatroniques, des modules mécatroniques intelligents et, sur leur base, des machines et des systèmes intelligents en mouvement.

Historiquement, la mécatronique a évolué à partir de l'électromécanique et, fort de ses acquis, est allée plus loin en associant systématiquement des systèmes électromécaniques à des dispositifs de contrôle informatique, des capteurs embarqués et des interfaces.

Schéma du système mécatronique

Structure généralisée des systèmes mécatroniques

Éléments électroniques, numériques, mécaniques, électriques, hydrauliques, pneumatiques et d'information - peuvent faire partie du système mécatronique, en tant qu'éléments initialement de nature physique différente, cependant, réunis pour obtenir un résultat qualitativement nouveau du système, qui ne peut être atteint par chaque élément comme par un interprète distinct.

Un moteur de broche séparé ne pourra pas éjecter le plateau du lecteur DVD par lui-même, mais sous le contrôle d'un circuit avec un logiciel de microcontrôleur et correctement connecté à un engrenage à vis sans fin, tout fonctionnera facilement et ressemblera à un simple système monolithique. Cependant, malgré la simplicité externe, un système mécatronique comprend par définition plusieurs unités et modules mécatroniques interconnectés et interagissant ensemble pour effectuer des actions fonctionnelles spécifiques pour résoudre une tâche spécifique.

Un module mécatronique est un produit indépendant (structurellement et fonctionnellement) conçu pour effectuer des mouvements avec interpénétration et intégration matérielle et logicielle ciblée simultanée de ses composants.

Un système mécatronique typique se compose de composants électromécaniques et de puissance interconnectés qui sont à leur tour contrôlés par un ordinateur ou des microcontrôleurs.

Lors de la conception et de la construction d'un tel système mécatronique, ils essaient d'éviter les nœuds et les interfaces inutiles, essaient de tout rendre concis et aussi transparent que possible, non seulement pour améliorer les caractéristiques de taille de masse de l'appareil, mais aussi pour augmenter la fiabilité du système en général.

Parfois, ce n'est pas facile pour les ingénieurs, ils sont obligés de trouver des solutions très inhabituelles précisément en raison du fait que différentes unités se trouvent dans des conditions de travail différentes, faisant des choses complètement différentes. Par exemple, à certains endroits, un roulement conventionnel ne fonctionnera pas et il est remplacé par une suspension électromagnétique (cela se fait, en particulier, dans les turbines pompant du gaz à travers des tuyaux, car un roulement conventionnel tomberait rapidement en panne en raison de la pénétration de gaz dans son lubrifiant).

D'une manière ou d'une autre, la mécatronique a aujourd'hui imprégné tout, des appareils électroménagers à la robotique de construction, aux armes et à l'aérospatiale. Toutes les machines CNC, les disques durs, les serrures électriques, le système ABS de votre voiture, etc. — partout, la mécatronique est non seulement utile, mais aussi nécessaire. Il est maintenant rare de trouver un contrôle manuel, tout se résume au fait que vous avez appuyé sur le bouton sans fixation ou simplement touché le capteur - vous avez obtenu le résultat - c'est peut-être l'exemple le plus primitif de ce qu'est la mécatronique aujourd'hui.

Schéma hiérarchique des niveaux d'intégration en mécatronique

Le premier niveau d'intégration est formé par les dispositifs mécatroniques et leurs éléments. Le deuxième niveau d'intégration est formé par les modules mécatroniques intégrés. Le troisième niveau d'intégration est formé par les machines mécatroniques d'intégration. Le quatrième niveau d'intégration est formé par les complexes de machines mécatroniques. Le cinquième niveau d'intégration est formé sur une plate-forme d'intégration unique de complexes de machines mécatroniques et de robots, ce qui implique la formation de systèmes de production flexibles reconfigurables.

Aujourd'hui, les modules et systèmes mécatroniques sont largement utilisés dans les domaines suivants :

• équipements de génie mécanique et d'automatisation, procédés technologiques en génie mécanique;

• robotique industrielle et spéciale;

• technologie aéronautique et spatiale;

• matériel militaire, véhicules de la police et des services spéciaux ;

• matériel d'ingénierie électronique et de prototypage rapide;

• industrie automobile (modules d'entraînement des roues motorisées, freins antiblocage, transmissions automatiques, systèmes de stationnement automatiques);

• véhicules non traditionnels (voitures électriques, vélos électriques, fauteuils roulants);

• matériel de bureau (par exemple photocopieurs et télécopieurs);

• périphériques d'ordinateur (par exemple imprimantes, traceurs, lecteurs de CD-ROM) ;

• équipements médicaux et sportifs (prothèses bioélectriques et exosquelettes pour handicapés, appareils de tonification, capsules de diagnostic contrôlé, appareils de massage, etc.) ;

• appareils électroménagers (lavage, couture, lave-vaisselle, aspirateurs indépendants);

• micromachines (pour la médecine, la biotechnologie, les communications et les télécommunications);

• appareils et machines de contrôle et de mesure;

• équipements d'ascenseurs et d'entrepôts, portes automatiques dans les hôtels et les aéroports ; matériel photo et vidéo (lecteurs de vidéodisques, dispositifs de mise au point de caméscopes);

• simulateurs pour la formation des opérateurs de systèmes techniques complexes et des pilotes ;

• transport ferroviaire (systèmes de contrôle et de stabilisation des trains);

• machines intelligentes pour l'industrie alimentaire, de la viande et laitière ;

• machines d'impression;

• appareils intelligents pour l'industrie du spectacle, attractions.

En conséquence, le besoin de personnel doté de technologies mécatroniques augmente.