Что такое компьютерная мехатроника

Обновлено: 25.11.2022

Что окружает нас вокруг? Автомобили, бытовая техника, производство. А знаем ли мы благодаря чему все это создается? В основе производства лежат знания научно-технической отрасли. В век высоких технологии всё большую популярность набирают мехатронные станции. Развитие мехатроники осуществляется на базе объединения сведений из ряда областей: прецизионной механики, электротехники, микроэлектроники, информационных технологий, силовой электроники и других научно-технических дисциплин. Перспективы развития в этой среде достаточно большие, так как в данное время все стремятся автоматизировать не только производство, но и повседневный быт. А что же такое мехатроника?

Мехатроника– это научно-техническая отрасль, которая работает над созданием и обслуживанием машин с компьютерным управлением движения. Она базируется на знаниях в области электромеханики, электроники, автоматики, микропроцессорной техники, а также ІТ-технологий.

Цель мехатроники состоит в создании интеллектуальных машин и физико-технических систем и процессов различного назначения, обладающих качественно новыми функциями и свойствами.

Область применения интеллектуальных мехатронных механизмов различна и обширна. Развитие микропроцессорных технологий позволяет усовершенствовать функционал и создавать новые возможности для техники. Конвейерная роботизированная сборка автомобилей, строительство и различные работы, управление производством и станками, работа электрика и слесаря КИПиА, компьютеризация и внедрение малоразмерных технических объектов и высокочувствительных систем, программирование летательных аппаратов – вот лишь малая часть областей применения практической мехатроники.

Начиная c 1930-х годов в некоторых зарубежных странах и СССР для названия систем обеспечения требуемых движений посредством электричества применяется термин электрический привод (сокращенно электропривод). С развитием электрических приводов и возможностей их применения в индустриально-производственных и транспортных системах, стала очевидна необходимость полной интеграции составляющих элементов электропривода: механики, электрических машин, силовой электроники, микропроцессорной техники и программного обеспечения для наиболее полного использования возможностей электропривода и обеспечения им прецизионного движения. Так как наиболее полное развитие данные тенденции получили в Японии, а с термином «электрический привод» как самостоятельной технической системой там знакомы не были, для описания данных систем в Японии был введен термин «мехатроника».

Многие современные системы являются мехатронными или используют ее элементы, поэтому постепенно мехатроника становится «наукой обо всём». Она применяется во многих отраслях и направлениях, например: робототехника, автомобильная, авиационная и космическая техника, медицинское и спортивное оборудование, бытовая техника, экзоскелеты. Мехатроника тесно связана с робототехникой. Почему? Все просто: роботехника – самое популярное направление в мехатронике. А название специальности говорит о том, что специалист будет работать над созданием роботов, станков с ЧПУ и подобных устройств. Популярность роботов и другой умной техники говорит о том, что мехатроника – очень популярная сфера деятельности.

Прогрессивное развитие и потребность в совершенствовании технологий ведёт к кадровому голоду на промышленных предприятиях. Мехатроника становится отдельной областью знаний и приоритетным направлением развития не только за рубежом, но и в России. Новые технические решения требует определённого уровня знаний и опыта, который достигается только с помощью практики. Учебные классы по мехатронике включают в себя научно-теоретические материалы и лабораторные комплексы для изучения и работы специалистов. Профессия мехатроника является востребованной и всё более популярной, но в то же время диктует жёсткие требования для тех, кто её выбрал.

Можно смело заявить о том, что за мехатроникой как профессией стоит будущее, и уже не такое далёкое. Необходимость приобретения и внедрения учебных комплексов в систему образования объясняется высоким спросом на практические умения специалиста и его квалификацию.

1. Готлиб Б.М., Вакалюк А.А."Введение в специальность "мехатроника и робототехника" , 2012

2. Камлюк В. С., Камлюк Д. В. "Мехатронные модули и системы в технологическом оборудовании для микроэлектроники: учебное пособие" , 2016

Современные бесколлекторные двигатели постоянного тока

Благодаря существенному прогрессу в области полупроводниковой электроники и в технологии создания мощных неодимовых магнитов, широкое распространение получили сегодня бесколлекторные двигатели постоянного тока. Они применяются в стиральных машинах, пылесосах, вентиляторах, дронах и т. д. И хотя идея касательно принципа работы бесколлекторного двигателя высказывалась еще в начале 19 века, она ждала своего часа до начала полупроводниковой эры, когда технологии стали готовы к практической реализации этой интересной и эффективной концепции .

Роботы

Автоматизация, робототехника, полностью автономные производственные линии, роботизированные транспортные средства, все более мощные компьютерные технологии. Постоянно совершенствуются станки, системы управления, системы распознавания, повышается производительность вычислительных блоков. Созданные руками человека машины становятся все более сложными и проникают почти во все отрасли человеческой деятельности, от производства до медицины, от управления дорожным движением до индустрии развлечений. Эта статья об истории робототехники .

Машинное зрение на производстве

Понимание того, как работает машинное зрение, поможет вам определить, решает ли машинное зрение конкретные прикладные проблемы в производстве или обработке. Люди часто не понимают, что машинное (компьютерное, искусственное) зрение может и не может сделать для производственной линии или процесса. Понимание того, как это работает, может помочь людям решить, решит ли он проблемы в данном приложении. Так что же такое компьютерное зрение и как оно на самом деле работает? Искусственное зрение - это современная технология, которая включает инструменты для получения, обработки и анализа .

Применение гидравлики и пневматики в промышленности

Испокон веков люди старались использовать свойства жидкостей и газов накапливать, сохранять и передавать механическую энергию от ее источника к какому-нибудь механизму, который бы выполнял полезную работу. Первыми такими машинами выступали мельницы. Водяные и ветряные мельницы работали на плотинах, способных накапливать воду, сохранять ее потенциальную энергию, чтобы затем человек мог бы использовать эту энергию для своих нужд. Можно вспомнить гидравлические винодельческие прессы - машины для производства исходного виноматериала из гроздей винограда .

Как работает токовая петля 4-20 мА

«Токовая петля» начала применяться в качестве интерфейса передачи данных еще в 50-е годы. Сначала рабочий ток интерфейса составлял 60 мА, а позже, начиная с 1962 года, широкое распространение в телетайпе получил 20 миллиамперный интерфейс токовой петли. В 80-е, когда началось обширное внедрение в технологическое оборудование разнообразных датчиков, средств автоматики и исполнительных устройств, интерфейс «токовая петля» сузил диапазон своих рабочих токов, - он стал составлять от 4 до 20 мА. Дальнейшее распространение «токовой петли» стало замедляться .

Аналоговые, дискретные и цифровые сигналы

Аналоговым называется такой сигнал, который может быть представлен непрерывной линией из множества значений, определенных в каждый момент времени относительно временной оси. Значения аналогового сигнала произвольны в каждый момент времени, поэтому он может быть в принципе представлен как некая непрерывная функция (зависящая от времени как от переменной) либо как кусочно-непрерывная функция времени. Аналоговым сигналом можно назвать, например, звуковой сигнал, генерируемый обмоткой электромагнитного микрофона или ламповым акустическим усилителем .

Шина I2C - назначение, устройство, передача данных, адресация

Создавая электронную схему, многие разработчики сталкиваются с необходимостью применения большого количества промежуточных микросхем для согласования, выборки и адресации отдельных ее блоков. Чтобы свести количество вспомогательных микросхем к минимуму, компания Филипс еще в 80-е годы предложила использовать сетевой последовательный интерфейс с двухпроводной двунаправленной шиной I2C, предназначенную специально для управления несколькими микросхемами в рамках одного устройства. Сегодня одна только компания Филипс выпускает более сотни I2C-совместимых устройств .

Аннотация: Статья включает в себя понятие мехатроники, ее цели и методы, историю возникновения, применение и профессии будущего.

Ключевые слова: мехатроника, робототехника, синергетическая интеграция, электропривод, роботы, станки с ЧПУ.

Что окружает нас вокруг? Автомобили, бытовая техника, производство. А знаем ли мы благодаря чему все это создается? В основе производства лежат знания научно-технической отрасли. В век высоких технологии всё большую популярность набирают мехатронные станции. Развитие мехатроники осуществляется на базе объединения сведений из ряда областей: прецизионной механики, электротехники, микроэлектроники, информационных технологий, силовой электроники и других научно-технических дисциплин. Перспективы развития в этой среде достаточно большие, так как в данное время все стремятся автоматизировать не только производство, но и повседневный быт. А что же такое мехатроника?

Мехатроника– это научно-техническая отрасль, которая работает над созданием и обслуживанием машин с компьютерным управлением движения. Она базируется на знаниях в области электромеханики, электроники, автоматики, микропроцессорной техники, а также ІТ-технологий.

Цель мехатроники состоит в создании интеллектуальных машин и физико-технических систем и процессов различного назначения, обладающих качественно новыми функциями и свойствами.

Предметом мехатроники являются методы и процессы проектирования и производства качественно новых модулей и машин, а на их основе - интеллектуальных исследовательских и промышленных самоорганизующихся и самоуправляемых технических систем.

Метод мехатроники основан на системном сочетании таких ранее обособленных естественнонаучных и инженерных направлении, как точная механика, микроэлетроника, электротехника, компьютерное управление и информатика на всех этапах жизненного цикла изделий, начиная с маркетинга и проектирования и продолжая на этапах реализации, эксплуатации и утилизации Основой метода мехатроники является синергетическая интеграция структурных элементов, технологий, энергетических и информационных потоков для достижения единой цели. Одним из примеров мехатронной системы являются роботы и манипуляторы. Их все больше используют для различных видов работ на производстве и в быту.

Многие современные системы являются мехатронными или используют ее элементы, поэтому постепенно мехатроника становится «наукой обо всём». Она применяется во многих отраслях и направлениях, например: робототехника, автомобильная, авиационная и космическая техника, медицинское и спортивное оборудование, бытовая техника, экзоскелеты. Мехатроника тесно связана с робототехникой. Почему? Все просто: роботехника – самое популярное направление в мехатронике. А название специальности говорит о том, что специалист будет работать над созданием роботов, станков с ЧПУ и подобных устройств. Популярность роботов и другой умной техники говорит о том, что мехатроника – очень популярная сфера деятельности. Если вы решили посвятит себя этой науке, то работать мехатроником можно, получив образование: инженера-электроника, программиста, электротехника, конструктора, кибернетика, робототехника.

Рассуждать о мехатронике можно долго, это набирающая популярность отрасль, которая является неотъемлемой частью нашего будующего. Сегодня мехатронику можно встретить во всем, начиная от земледелия, заканчивая космосом. Можно смело заявить о том, что за мехатроникой как профессией стоит будущее, и уже не такое далёкое.

1. Готлиб Б.М., Вакалюк А.А."Введение в специальность "мехатроника и робототехника" , 2012

2. Исии Х., Иноуэ Х., Симояма И. "Мехатроника", 1988

3. Камлюк В. С., Камлюк Д. В. "Мехатронные модули и системы в технологическом оборудовании для микроэлектроники: учебное пособие" , 2016

Мехатроника и робототехника: что изучают и кем работать

Последние десятилетия были крайне продуктивными в развитии роботизированных систем и умной техники. Это сказалось не только на самих устройствах, которые стали более совершенными и функциональными, но и на ситуации на рынке труда. Все больше людей стали рассматривать свою специальность и профессию сквозь призму актуальности ее в будущем. Одним из самых перспективных направлений сегодня считается мехатроника. Что изучает и кем работать – дальше в статье.

Связь с робототехникой

Очень часто их можно встретить вместе. Почему так? Дело в том, что робототехника – это самое перспективное направление мехатроники, которое может развиваться исключительно в её рамках. Здесь необходимо сделать небольшое отступление. Дело в том, что сейчас мехатроника занимается автомобильной, авиационной, космической, бытовой, медицинской и спортивной техникой. Но чтобы изготавливать предметы этого типа существуют отдельные специальности. И специально, чтобы акцентировать внимание на том, что студенты будут заниматься проектированием роботов, станков с численно-программным управлением и подобных устройств, а также их созданием, направление подготовки и называется «мехатроника и робототехника».

Примеры мехатроники в реальной жизни

мехатроника кем работать

Где можно найти подобные системы около нас? Для этого предлагаю взглянуть на такие области людской деятельности:

  1. Станкостроение и изготовление оборудования для проведения автоматизации технологических процессов.
  2. Робототехника.
  3. Военная, космическая и авиационная техника.
  4. Автомобилестроение (так, мехатронными системами является стабилизация движения, автоматическая парковка и подобные разработки).
  5. Различные нестандартные средства передвижения и транспортировки (электророллеры, грузовые тележки, инвалидные коляски, электровелосипеды).
  6. Контрольно-измерительные машины и устройства.
  7. Офисная техника (факсимильные и копировальные аппараты).
  8. Медицинское оборудование (реанимационное, реабилитационное, клиническое).
  9. Бытовая техника (швейные, посудомоечные, стиральные и иные машины подобного типа).
  10. Тренажеры для подготовки операторов, водителей, пилотов.
  11. Системы светового и звукового оформления.
  12. Микромашины (активно применяются в медицине, биотехнологиях, средствах телекоммуникации).

Продолжать этот список можно ещё очень долго.

Заключение

мехатроника и робототехника вузы

Все профессии важны, все они нужны. Не преувеличивая, можно сказать, что описанная нами - одна из специальностей будущего. Спрос на работников умственного труда такого профиля постоянно растёт. Этот факт, а также хороший уровень денежного обеспечения позволяет говорить нам о том, что в это направление станет значительно популярней в ближайших десятилетиях. Возможно, что специальности юристов, экономистов и управленцев отойдут на задний план, и вперёд выйдет мехатроника. Что это такое, мы уже знаем, а с пониманием важности данной научной дисциплины будет приходить и согласие с данными словами.

Высшее образование: мехатроника и робототехника

факультет мехатроники и робототехники

Вузы предлагают возможность обучения широкому спектру профессиональных умений. Этот список может быть очень длинным, но постараемся сделать его как можно короче:

  1. Проводить оценку актуальности, перспективности и значимости проектов.
  2. Разрабатывать информационные, электромеханические, электрогидравлические, электронные и микропроцессорные макеты модулей систем.
  3. Создавать программное обеспечение, чтобы при необходимости осуществлять управление мехатронными приборами.
  4. Составлять проектные документы, в которых будет описываться конструкция и процесс изготовления отдельных деталей.
  5. Контролировать разработки на предмет соответствия стандартам.
  6. Изготавливать, собирать и испытывать проектируемую технику.
  7. Составлять патентные и лицензионные паспорта.
  8. Делать модернизацию и отладку мехатронных систем.
  9. Подготавливают инструкцию по использованию устройства.

Вот что может предоставить своим студентам любой лицензированный министерством образования факультет мехатроники и робототехники. Их мало, в основном существуют отдельные кафедры, но и на них можно получить необходимое образование.

Основные функции мехатронных систем

мехатроника и робототехника специальность

  1. Управление процессом механического движения в режиме реального времени с одновременной обработкой информации, что поступают с их сенсоров.
  2. Соорганизация своих действий с внешними источниками влияния.
  3. Взаимодействие с человеком посредством специального интерфейса в автономном режиме или в реальном времени.
  4. Организация обмена данными между сенсорами, периферийными устройствами и другими составляющими элементами системы.

Что же такое мехатроника?

Не можешь остановить хаос – возглавь его. В адаптированном под наш случай варианте можно сказать: не можешь остановить роботизацию – изучай мехатронику, и создавай роботов.

Мехатроника — наука, объединившая в себе знания точной механики с электронными, компьютерными и электротехническими элементами, которые позволяют создавать, эксплуатировать и обслуживать новые виды машин, устройств и механизмов.
Сам термин был введен в 1969 году, как объединенный вариант «механики» и «электроники».

Направления будущего: мехатроника и робототехника

Неоднократно различные печатные и интернет-издания составляли списки ТОП- перспективных специальностей. Между собой они отличались объемом, критериями подбора и временными рамками. Однако, несмотря на разрозненность критериев, практически в каждом из них будет мехатроника (в том или ином виде). Сфера использования продуктов мехатроники настолько велика, что нередко эту дисциплину называют «наукой обо всем».

Мехатроника и робототехника: почему используется в «связке»?

Часто эти понятия используются вместе. Причина тому проста: робототехника считается самым востребованным направлением мехатроники. Кроме того, такое название специальности дает понимание того, что специалист будет заниматься разработкой роботов и роботизированных систем, станков с ЧПУ и аналогичных устройств.

инженер мехатроник

Какие зарплаты?
В связи с популярностью роботов и прочей умной техники, а также популярностью создателей этих устройств, будущие студенты выбирают мехатронику, не только как перспективную, но и как хорошо оплачиваемую отрасль. Так ли это, и какие зарплаты у мехатроников? В связи с тем, что мехатроника и робототехника – широкое понятие, то и применение навыков специалистов может быть в разных сферах и на различных этапах производственных процессов.

инженер мехатроник создает роботов

Можно работать над созданием новым никому еще не известных систем и развивать собственные идеи, создав стартап (о стабильной заработной плате на начальных этапах говорить не приходится), или стать частью команды (частного или государственного предприятия).

Так, к примеру, специалист по наладке станков с ЧПУ может рассчитывать на заработную плату от 300 до 500 долларов в странах со слабо развитым направлением роботизированных систем, и от 700 дол. в государствах, где специальность считается престижной. Японские IT-робототехники получают среднюю заработную плату в районе 3,5-4 тысяч долл., опытные южнокорейские инженеры получают от 1000 до 3500 долл., виртуозные американские коллеги могут рассчитывать на оплату до 10 тыс. долл. ежемесячно.

ХХ век был очень плодотворным на возникновение новых наук, одной из которых является мехатроника. Кем работать после освоения данной дисциплины? Что она представляет собой и чем занимается? Насколько она важна в современной жизни? Какие она открывает нам перспективы? Кем работают люди, которые изучают данную дисциплину в университетах и самостоятельно? Вот неполный список вопросов, на которые будет дан ответ в статье.

Преимущество мехатронного подхода при решении реальных задач

основы мехатроники

  1. Относительно низкая стоимость систем, что достигается благодаря значительной интеграции, стандартизации и унификации всех составляющих интерфейсов и элементов.
  2. Возможность реализации точных и сложных движений благодаря методам интеллектуального управления.
  3. Высокий уровень надежности, долговечности и помехозащищенности.
  4. Компактность используемых модулей, что позволяет обходиться меньшей площадью. Также их можно относительно легко совмещать для достижения возможности выполнения конкретных задач.
  5. Благодаря упрощению кинематических цепей машины обладают хорошими динамическими и массогабаритными характеристиками.

Вот благодаря чему развивается мехатроника и робототехника. Специальность в данном случае позволяет получить уже отобранные и готовые у изучению данные, тогда как при самообразовании придётся всё искать самому.

Что такое мехатроника?

мехатроника что это такое

Данный термин был получен при соединении слов «механика» и «электроника». Впервые он был применён в 1969 году. На данный момент времени мехатроника – это наука, которая посвящена созданию и целенаправленной эксплуатации машин и систем, движение которых определяется электронно-вычислительной техникой. Она базируется на знаниях механики, микропроцессорной техники, информатики, электроники и компьютерном управлении движения агрегатов и машин. Изучить основы мехатроники можно при желании, поскольку научно-образовательной литературы по этому направлению достаточно. Для большего придётся приложить значительные усилия, чтобы найти необходимый материал. Хотя можно, теоретически, и самому додуматься, что представляет собой мехатроника. Что это такое мы уже выяснили, давайте перейдём к отдельным аспектам.

Самореализация человека, которому известна мехатроника и робототехника: кем работать?

Где можно будет трудоустроиться после получения образования? Специалисты данного профиля создают и конструируют робототехнические системы промышленного и бытового использования. Также они могут разрабатывать программное обеспечение, чтобы обеспечить управление ими и удобную эксплуатациею. После получения образования обычно начинают работать на должности помощников конструкторов, программистов и техников, хотя перспективы дальнейшего места работы очень широкие, ведь облегчение труда человека и улучшение его результата – вот конечная задача, которую имеет мехатроника. Что это такое, мы уже изучили. И напоследок хотим сообщить, что потенциально можно будет заниматься одним из таких видов деятельности:

  1. Научно-исследовательской.
  2. Проектно-конструкторской.
  3. Эксплуатационной.
  4. Организационно-управленческой.

Особенностью данной специальности является то, что ощущается значительная нехватка кадров. Поэтому не редкостью являются факты трудоустройства даже самоучек, которые смогли продемонстрировать значительный уровень умений и практических навыков.

Общее описание практической составляющей

мехатроника специальность

Что нам даёт мехатроника? Что это такое с точки зрения практики создания? Давайте рассмотрим общую схему построения машин, которые имеют компьютерное управление и ориентированы на то, чтобы автоматизировать производственные и бытовые задачи. Внешней средой для них является технологическое окружение, с которым будет происходить взаимодействие. Когда мехатронная система выполняет свои функции, то это происходит благодаря рабочим органам. Следует отметить, что данное научное направление является довольно молодым, в нём много неточностей и расплывчатых формулировок даже в научной литературе, поэтому со временем некоторые теоретические принципы могут поменяться. Мехатронные системы формируются из трех частей, которые связаны между собой информационными и энергетическими потоками:

  1. Электромеханической. Сюда относят механические звенья, передачи, электродвигатели, сенсоры, рабочий орган, дополнительные электротехнические элементы, сенсоры. Все составляющие применяются для того, чтобы обеспечить необходимые движения. Особую важность для корректного выполнения поставленных задач имеют сенсоры. Они собирают данные про состояние объекта работ и внешней среды, непосредственно мехатронного устройства и его составляющих.
  2. Электронный. Сюда относят микроэлектронные устройства, силовые преобразователи и измерительные цепи.
  3. Компьютерной. Сюда относятся микроконтроллеры и электронно-вычислительные машины высшего уровня.

Задача мехатроники

Они должна решать проблему преобразования входной информации, что поступает с верхнего уровня управления в необходимые механические движения. При этом, как правило, используется принцип обратной связи. В проектировании эта задача выражается в том, что происходит интеграция в один функциональный модуль нескольких элементов, что имеют разную природу – в этом специфичность, которую имеет мехатроника. Специальность людей, которые занимаются выполнением данных целей может быть самой разной. В идеале при предоставлении планируемой информации будет получаться желаемый результат. Помочь в этой аппаратной составляющей должно программное обеспечение.

Практическое применение мехатроники

Мехатроника звучит как некое абстрактное понятие, результаты работы специалистов которой, также туманны. Но на самом деле, все более чем осязаемо:

  • изготовление оборудования и станков для автоматизации технологических процессов;
  • создание новых роботов;
  • разработка космической, военной, авиационной техники (такой, как тренажеры для пилотов);
  • в автомобилестроении используются мехатронные системы (стабилизации движения, автоматическая парковка и другие).
  • специалисты направления участвуют в разработках микромашин (биотехнологии и медицина);
  • мехатроника используется для создания практически любой современной бытовой техники: от стиральной до швейной машины.

Специалист, а это техник-мехатроник, занимается проектированием и исследованием автоматических машин и автоматизированных систем, которые используются на различных промышленных и производственных предприятиях.

мехатроника

Самыми востребованными профессиями мехатроники являются: инженер-электроник, сервисный инженер, педагог (школы, ВУЗы, курсы), электротехник, программист, робототехник, кибернетик, конструктор.

В связи с популярностью направления получить образование можно как в высших учебных заведениях и техникумах, так и на специализированных курсах. Подготовка специалистов сводится к достижению некоторых основных умений:

  • разработка информационных, электромеханических, электрогидравлических и микропроцессорных макетов модулей систем;
  • написание ПО для осуществления контроля над мехатронными устройствами;
  • создание мехатронных систем, их отладка и модернизация;
  • составление сопутствующей документации (инструкция, лицензионные паспорта и прочее).
    Безусловно, не каждый сможет стать столь универсальным и широкопрофильным специалистом, но овладение даже несколькими из перечисленных навыков, поможет занять свое место в направлении: наладчики ЧПУ станков, механики, проектно-конструкторская деятельность и другие.

Читайте также: