Физика | Мехатроника және робот техника

Мазмұны
Кіріспе............................................................................................3
1. Анықтама және Мехатроника пәні....................................................................................4
2. ММД пен электрогидравликалықтар...............................................................................5
3. Робот паралельді манипуляторлармен..............................................................................7
КОРЫТЫНДЫ........................................................................................................................10
Техникалық терминдердің тізімі..........................................................................................11
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі..............……....…………………………………..........21
Пікір...........................................................................................................................................22
КІРІСПЕ
Басқаруға арналған электрондық құралдар транспорттық машиналарда кең қолданылады, мысалы, автомобильдерде, ұшақтарда, поездерде және жік көтергіш лифтілерде. Қозғалыспен бақару электрондық құралдарсыз замандас технологиялық машиналарды елестету қиын, станоктар сияқты, крандар, өнеркәсіпті роботтар, сонымен қатар энергетикалық машинаны, қайсыларға турбиналар, іштен жанатын қозғалтқыштар, электр қозғалтқыштары жатады. Тек көлік пен өндірісте ғана емес, сонымен қатар ғарыш пен су астында, медицина мен спортта, жарнама мен офиста – барлық жерде техникалық құралдар және машиналар қолданылады. Олар берілген функциялар қозғалысының орындалуына арналған, ішке қарай салынған электрон ¬мен микроэлектрон аспаптар және компьютерлік (микропроцессорлық) басқару арқасында белгілі ақыл қасиеттері бар.
Жоғарыда келтірілген техникалық құралдар өз ¬құрамында мехатрондық жүйе бар немесе тікелей мехатрондық құралдар болып келеді.
Сайып келгенде, мехатрондық құралдар бұл техникалық жүйелер, қозғалыс функцияларының ойдағыдай орындауға арналған әртүрлі электрондық құралдар қолданылады.
Мехатрондық құралдардың талдауы және синтезімен шұғылданған ғылым, мехатроника деп аталады.
Мехатроника бұл ғылыми - техникалық екі бағыттардың жиынтығы. Жеңіл байқауға болады, МЕХАТРОНИКА термині осы бағыттардың аттарынан пайда болып шығады: МЕХАника және элекТРОНИКА. Мехатрониканың негізгі ойларының қалыптасуы әдеттегі техникалық жүйелердің құрамына электрондық құралдардың енгізуінен басталды.
Тарихи қалыптасуына байланысты, мехатрониканың пайда болуына аз емес дәрежеде роботтытехниканың дамуы жағдай жасады.
Роботтытехника бұл ғылыми бағыт, зерттеу объектісі – ¬робот болып табылады.
Алғашқы рет "робот" сөзі чех жазушысы Карел Чапектің пьесасында 1920г. пайда болды. Пьесада робот адам сияқты (антропоморфтық) машинаны ұсынды¬. "Робот" сөзі чехше работа (жұмыс) сөзінен пайда болды. Қиялдан ақиқатқа өту үшін, қомақты уақыт керек болды, яғни әдеби тұлғалар мен адамға ұқсас ойыншықтардан қазіргі заманда өмір суретін роботқа дейін. ¬ «Робот» ұғымының әртүрлі анықтамалары бар, бірақ төменде келтірілген белгілі жапон ғалымы Э. Наканоның анықтамасы жарамдылыққа ең лайықты деп есептеуге болады.
Робот бұл механикалық құрал, өзінің сезім мүшелері мен ақыл көмегімен қандай болмасын жұмысты орындау қабілетті. Оның адаммен немесе кейбір басқа тірі жәндіктермен сыртқы немесе функционал ұқсастығы бар.
Көрсетілгендей, робот түрлерінің бірі – өнеркәсіптік роботтар (ӨР) болып табылады. Және де өнеркәсіптік роботтың астында автоматикалық машина, стационарлық немесе қозғалатын, бірнеше дәрежелі қозғалтқыштық, және қайта бағдарламалы құрал басқару бағдарламасы бар, олар өндіріс процессінде адамның кейбір функцияларын орындалуға арналған. Қайта бағдарламалау өнеркәсіптік роботтарда автоматты (жетілгенірек роботтар ішінде) жетеді немесе адам - оператор көмегімен.
Роботтытехника ғылымның дербес бөлімі болып табылады, ол тікелей роботтарға арналған. Роботтытехника Мехатроникаға қарағанда, ғылыми бағыт сияқты ертерек құралғаннан, Мехатроника негіздері Роботтытехникадан басталады деп айтуға болады.
1. Анықтама және Мехатроника пәні
«Жүйе» ұғымы әртүрлі контекстіде қолданылады және де әртүрлі ғылым облыстарында көп таралған ұғым болып табылады. Мұнда жүйе астында өзара белгілі қалыппен байланысқан құрамдас бөліктердің жиынтығы түсініледі, ¬айқын әрекетті бірлесіп орындай алған, осы әрекеттің нәтижесінде зат, энергия, ақпарат орын ауыстырады, қамданады. Кейде жүйенің құрама бөлімдерінде әртүрлі табиғаты болады, мысалы, электр, химикалық, механикалық немесе биологиялық.
Мысалы, компьютерлерде сыртқы жады ретінде қатты магнитті дискілерде жинақтағыштар (ҚМДЖ) – винчестерлер қолданылады. ҚМДЖ техникалық жүйе болып табылады, әр түрлі табиғаты бар элементтер жиынтығынан тұрады, атап айтқанда:
 алюминий қорытпаларынан немесе керамикадан жасалған, ферролакпен жабылған диск;
 кішкене бастардың магниттік блогынан;
 дисктің айналуына және кішкене бастармен басқаруға арналған электрқозғалтқыштан;
 электрондық басқару блогынан (контроллерден).
Осы жүйеде энергия мен ақпараттың өзгертуі өтеді. Шынында, электр энергия механикалық энергияға қайта құрылады, дисктің және кішкене бастардың қозғап жіберуіне әкеледі, сонымен қатар бір уақытта мына қозғалыстарды жүзеге асыруға арналған ақпараттың берілісі мен өзгертуі жүреді. Мына жүйенің ақпаратты сақтауға, жазуға және салыстырып оқуға мүмкіндігі бар. Жылулық энергияны да алуға болады, өйткені жұмыс кезінде ҚМДЖ – тың корпусы қыздырылады.
Микроэлектроника мен электрондық аспаптардың дайындалу технологиясының дамуына байланысты қозғалыспен басқаруға арналған микроэлектрониканы және есептеуіш құралдар техникасын қолдануы мүмкін болды. Бұл жағдай мехатроникалық жүйелерді жасауға мүмкіндік туғызды, екі құрама бөлімдерді біріктіретін - механикалық және электрондық, басқарылатын қозғалыстардың орындалуы олардың мақсаты болып табылады. ¬ Жоғарыды айтылған ҚМДЖ мехатрондық аспаптың үлгісі болып табылады.
Мехатрондық жүйелердің жасауымен, компьютерлік басқару машиналардың қанауымен шұғылданған ғылым облысы - «Мехатроника» деп аталады. Мехатроника пәнін келесі қисынға келтіруге болады: Жаңа модульдерді, жүйелерді, машиналардың және машиналардың кешендерінің ақылды басқарумен олардың функционал қозғалыстарын жобалау және өндіріс мақсатымен мехатроника дәлдік механика түйіндерінің электрондық, электротехникалық және компьютерлік компоненттердің синергетикалық бірлестігін зерттейді.
Ақылмен басқарылу астында, басқару жасанды ақыл теорияларынан, осы заманның аппараттық және бағдарламалық есептеуіш құралдар техникасынан құрылады¬.
Демек осы анықтамадан, Мехатроника техникалық жүйелердің құруында жаңа методологиялық әдіс-амал ұсынады, атап айтқанда: энергетикалық және ақпараттық¬ селдердің бары мен өзара байланысын еске алынуы. Анықтамада синергетикалық сипаттама айрықша атап көрсетіледі. Синергия – бұл бірінғай әрекет, жалпы мақсат жетістіктеріне бағытталған. Мехатроникада, энергетикалық және ақпараттық селдердің ¬ берілген қозғалыс орындауға бағытталғаны қараластырылады. Мехатрондық жүйенің жобалануы, басынан бастап синергетикалық әдіс-амал таралауынан шығады. Мехатрониканың негіздік объектілері бұл мехатрондық модульдер, әдеттегіше, қозғалысты бір басқарылатын координатамен орындайтын.
2. Қозғалыстың электрогидравликалық мехатроникалық модулі
Электрогидравликалық қозғалыстың мехатроникалық модулінде (ҚММ) механикалық энергияны өндіретін көзі ретінде сызықтық (гидравликалық цилиндрлар) және айналдыратын қозғалысты (айналдыратын гидроқозғалтқыштар және гидромоторлар) гидроқозғалтқыштар қолданылады .
Электрогидравликалық ҚММ күрделі жүйе болып табылады, сондықтан төменде тек қысқаша құрылымы, қимылдың қағидасы ¬және электрогидравликалық ҚММ айырмалық ерекшеліктері қарастырылған. Электрогидравликалық ҚММ атқару бөлімі немесе күш беретін бөлім гидроқозғалтқыштардың көлемді және дроссельді реттелетін үлестірімдік құрылғылардан, қорғайтын клапандардан, сүзгіштерден, гидронасостардан ¬ және басқа қосалқы құрылғылардан тұрады. Электрогидравликалық ҚММ құрылысты функционал схемасы 1 суретте ұсынылды. Кіру сигналы u, жоғары орналасқан иерархиялық ¬ басқару жүйесінен түскен, атқару деңгейдің басқарушы жүйесіне (УС) беріледі. Содан соң бұл сигнал бағдарламалық сигналдың салыстыру құрылғыларынан (ИУ) және ақпараттың күш датчигінен (ДУ) өтеді және кернеу түрінде, жылдамдық (ДС), жағдай (ДП) датчиктерден ақпаратты салыстыру құрылы (ЭУ) арқылы беріледі және күшейткеннен кейін кернеу түрінде түседі келесі құрылғыға (ЭГУ МУ) түседі. Бұл құрылғы электр сигналдарды барабар сұйықтық селіне айналдыратын, электрондық немесе механикалық түрлендіргіш болып келеді. Селдің ¬ шығыны гидрожетектің (ГП) жөнге салуына арналған.
Гидрожетектің блогі көлемді немесе дроссельді реттелетін құрылғылардан және гидроқозғалтқыштан (ГД), жалпыланған күшті нығайтатын (Од). Гидроқозғалтқыш механикалық түрлендіргішке(МП) немесе тікелей реттелу объектісіне (ОР) әсер ете алады. Қосымша 1 суретте сыртқы қоректену көзінің кірулері және, механикалық түрлендіргішке әсер ететін, жалпыланған күш көрсетілген.
Гидрожетектікке берілетін сұйықтық селін жөнге салуына арналған, көлемді басқарылатын насостарды және дроссельді үлестірушілерді қолданады. Реттелетін жұмыс көлеммен насостар аксиаль - поршеньді кеңдік механизмдарды ұсынады. Дроссельді үлестірушілер екі түр болып қолданылады: золотникті үлкен қуатты гидрожетектерге арналған және сорғалап ағатындар. Дроссельді басқарылатын гидрожетектер тұрақты көлем гидронасосымен ¬ әдетте аз қуатттарда қолданады. Үлкен және тым үлкен жүктеулер мен қуаттарда өзгергіш реттелетін көлемді насоспен дроссельді басқарылатын гидрожетектер қолданылады.
Электрогидравликалық ҚММ келесі құндылығы бар:
- үлкен энергиялық сыйымдылығы;
- тез әрекетті;
- жеңіл конструкция және құрастыру мен жиыстыру кезінде агрегаттық - модульдік принципті қолдану мүмкіншілігі;
- жұмыс сұйықтық аз сығылатын қабілетінен статикалық жүктеу сипаттамалардың қатандығы¬;
- қозғалыс механикалық түрлендіргіштердің қажеті жоқ, өйткені ол жүйенің пайдалы әсер коэффициентін азайтады.
Сурет 1. Электрогидравликалық ҚММ
Бірақ электрогидравликалық ҚММ-дың маңызды жетіспеушіліктері бар, атап айтқанда:
- арнайы көздің қолдануын талап етеді, қайсылардан жұмыс сұйықтығы түсуі тиіс (насосты станция, гидрорезервуарлар);
- сұйықтық қасиеттері (жабысқақтық) температурадан тәуелді болады. Мысалы, ҚММ-дың жұмысы кезінде сұйықтық қыздырылады және оның қасиеттері ¬өзгереді, бұл бүкіл жүйенің динамикалық сипаттамаларына әсер етеді.
- жұмыс сұйықтықтың кемуі мүмкін болады, экологиялық проблемаларды тұғызады, сонымен қатар ҚММ-дің эксплуатацилық сипаттамаларына әсер етеді.
- призиондық жұптың бары қосалқы құрылғылардың дәлдік даярлауына жоғары талаптарды сұратады (золотниктерді, гидроцилиндрлерді және т.б.).
Әйткенмен, көптеген облыстарда электрогидравликалық ҚММ¬ басқалармен салыстырғанда айқын артықшылықтарды бар, мысалы, 10 кВт көп биік жүктеулерде, жарылыс қауіпті жұмысқа арналған. Гидрожетектер жабдықтарды қызмет ететін өнеркәсіптік роботтар үшін қолданылады. Сонымен жабдықтардың бірлесуі, механикалық энергияны өндіретін, көзбен жетістікке жетеді,.
3. Паралель манипуляторлы робот
Қазіргі уақытта көптеген манипуляциялық роботтардың, адымдаушы аппараттардың, бағдарлайтын үстелдердің атқарушы механизмдерінде, тұйықсыз кинематикалық шынжырлармен бірге, тұйық ¬кинематикалық шынжыр кең қолданылады. Тұйық контурлары бар механизмдардың төменде қысқаша шолуы беріледі. Бағыттау объектісіне керекті (екіден алтыға дейін) еркіндік дәрежесін робот - бағыттаушылар қамтамасыз етеді. Робот – бағыттаушылардың атқарушы механизмдерінде негізінде орналасқан қозғалтқыш кинематикалық жұптары бар. Бағыттаушы олармен кеңдік кинематикалық шынжырлар арқылы қосылады. Сонымен робот - бағыттаушының атқарушы механизмі көпқозғалғытқыш кеңдік механизмді ұсынады, оның үш және одан да көп тұйықты кинематикалық шынжырлары бар. 2 суретте алты ¬ еркіндік дәрежелі робот - бағыттаушының атқару механизмының құрылымы көрсетілген.
Қозғалтқыш¬ кинематикалық жұптарда 1-0,2-0,3-0,4-0,5-0,6-0 бағыттаушының 13 элементарлық сызықтық орын ауыстыру таңдаған координаталардың осьтерінің бойлай және бұрыштық орын ауыстыру координат осьтерін айнала ¬ бірінғай қозғалыспен жүзеге асады, сонымен қатар кинематикалық шынжырлар мен буындар арқасында 1-12-13,2-11-13,3-8-13,4-7-13,5-9-13,6-10-13. Робот – бағыттаушылардың басқарылатын механизмінде алты тұйық кинематикалық шынжырлар бар (алты контур). Мысалы, кинематикалық шынжыр, 0-3-8-7-4-0 буындардан тұратын тұйық контурды құрастырады. Робот – бағыттаушыларда қозғалтқыш кинематикалық жұптар тікелей негізінде орналасқан. Қозғалтқыш буындар негізбен ілгерілемелі немесе айналмалы қозғалтқыш кинематикалық жұптарды құрастыра алады. Атқарушы механизмдердің құрылым ерекшеліктерінің арқасында, роботтар - бағыттаушылар¬ үлкен қатандыққа, бағытталудың дәлдігіне және үлкен жүк көтерімділігіне ие болады. Олардың жетіспеушіліктеріне ¬ қызмет ету айумағының шектелуі, тура және кері кинематикалық есебтерінің мағыналас түрде шешім қиындығы жатады.
Сурет 2. Робот – бағыттаушының атқарушы механизмнің кинематикалық сұлбасы
Шығар буын (платформа) табанмен ¬бірнеше кинематикалық шынжырлар арқылы байланысқан және әрбір шынжырдың жетегі болатын немесе шығар буынға бірнеше байланыс санын салатын механизм, паралельді құрылым механизмі немесе паралельді манипулятор деп аталады.
Анықтамадан, паралельді манипулятордың механизмдері көпконтурлы көпжылжымалы кеңістік механизмдері болып табылады¬.
Бұл механизмдерде буындардың жылжымалылығы көршілес кинематикалық шынжырлардың бір біріне ықпалы зор. Сондықтан шығар буынның берілген орын ауыстыруын орындау үшін, ¬әртүрлі кинематикалық шынжырларда жетектік кинематикалық жұптардың келісілген орын ауыстырулар қамтамасыз ету қажет.
Осы механизмдердің басқа да аттары кездеседі: параллельді топологиясымен, параллельді жетектермен, платформалық түрі, паралельді жоғары классты. Басқарылатын механизмдердің бірінші өкілі бұл параллельді құрылыммен Стюарт платформасы (3 сурет).
Стюарт платформасында платформа (3) болады алты кинематикалық шынжырлар (2) арқылы негізбен (1) қосылған.
Сурет 3. Стюарт платформасы
6 ілгерілемелі қозғалыс жетек арқасында платформада 6 еркіндік дәрежелі кеңдік қозғалысы бар.
Қазіргі уақытта паралельді құрылыммен механизмдер классы тұрақты кеңейеді. Мысалы, паралельді құрылыммен будан механизмдер деп аталатын, олардың кинематикалық шынжырлары тұйық контур құрастыратын буындармен қатар, жүйелі қосылған буындар, тұйықсыз кинематикалық шынжырды құрастыратын жасалынды. Манипуляторлардың басқа классына паралельді құрылыммен молшылық манипуляторлары жатады. Олардың құрылымында, буындар қозғалысының өзара ықпалын шығару үшін, қосымша кинематикалық жұптар қосылады. Осы механизмдердің барлығы көпконтурлы кеңдік ¬ көпжылжымалы механизмдерге апаруға болады. Ортақ қозғалыспен байланысқан буындардың көп саны, механизмдердің талдауы мен синтезін маңызды күрделендіреді.
Көпжылжымалы бірконтурлы кеңдік басқарылатын механизмдер ұсынылған. Оларда, тұйықсыз кинематикалық шынжырмен көпжылжымалы механизмдерге және параллельді манипуляторлар механизмдеріне тән, ¬ көптеген жетіспеушіліктері жоқ. 4 суретте КазНТУ роботтың кинематикалық сұлбасы келтірілген.
Сурет 4. КазНТУ роботтың сұлбасы
Механизм екі екіжылжымалы кинаматикалық шынжырлардан (1), (3) және байланыс буыннан (2) тұрады. Екі ілгерілемелі қозғалыстар әрбір кинаматикалық шынжырлардың параллельді жазықтықтарында (І және ІІ) орындалады, ал буынның 4 ілгерілемелі қозғалыстары платформаға 2 шартты, жазықтықтарды (І және ІІ) қиюшы бағыттарда орындалады. КазНТУ роботтың басқарылатын алтыжылжымалы механизмі манипуляциялау объектісіне алты еркіндік дәрежелерді қамтамасыз етеді. Осы механизмнің ерекшеліктерінің бірі бұл, оның байланыс буынында призмалық 2-5 байланысы арқылы өзгергіш ұзындықты пайда болады, ал қармау құрылымы айналыс мүмкіндігімен топсалар орталықтарының аралығында (А мен В), және сыртында орналаса алады.
Осы класстың көпжылжымалы бірконтурлі механизмнің негізгі артықшылықтары осындай: жүк массасының робот массасына қатынасы үлкен, үлкен қатандығы бар, энергосыйымдылығы кемірек және бағдарламалық қозғалыстың синтезін жеткілікті жүзеге асыруға рұқсат етеді, осы механизмдерде түзу және кері есептері бір мағыналы түрде шешіледі.
ҚОРЫТЫНДЫ
Осы заман денгейінің техникалық алға басудың ерекше айырмашылықтардың бірі бұл адам ісінің көптеген сфераларында техника қолданылады. Ол техника электроника және микроэлектроника құралдарының арқасында басқарылады. "Ақылды" кибернетикалық машиналардың пайдалануы қазір кунделікті нәрсеге айналды. Шынында, асханалық комбайнның, ыдыс-аяқ және кір жуатын машиналардың берілген бағдарлама бойынша жұмыс істеуі тұрмыста дағдылы нәрсе болды. Балалар дистанциялық басқарылатын ойыншықтармен ойнайды, олардың әртүрлі қызықты функцияларды орындау мүмкіншілігі бар.
Қазақстанда роботтар механикасының пайда болуына және дамуына ¬ академик У. А. Джолдасбеков үлкен үлес салды.
Роботтар техникалық жүйелерді ұсынады, өз құрамында қозғалыспен басқаруға арналған электрондық құралдары бар. Сондықтан роботтар типтік мехатрондық құралдарға жатады.
1984 г. жапон инженерлер - механиктардың қоғамы мехатроникаға арналған жетітомдық басылым шығарған соң, мехатроника ғылыми бағыт сияқты бекітілді деп айтуға болады.
Жапон болжауларына сәйкес болашақта барлық машиналар - аппараттар мехатроникалық болады, «мехатрондық құралдар кең сұраныс затқа айналады, адамдар әдеттегі аспаппен өз қызметтінде пайдаланады».....