M.Gawrysiak - Mechatronika i projektowanie mechatroniczne.pdf
(
1009 KB
)
Pobierz
Microsoft Word - Mechatronika _Gawrysiak 1997_.doc
Marek Gawrysiak
Mechatronika
i
projektowanie mechatroniczne
Wprowadzenie
Białystok 1997
1
Wydanie publikacji dofinansowane
przez Komitet Badań Naukowych
R e c e n z e n c i :
prof. nadzw. dr hab. inż. Bogdan Branowski
prof. nadzw. dr hab. inż. Tadeusz Uhl
Opracowanie redakcyjne –
Jadwiga Żukowska
Skład komputerowy i rysunki –
Marek Gawrysiak
Korekta –
Marek Gawrysiak
ISSN 0867–096X
Drukowano w Dziale Wydawnictw i Poligrafii Politechniki Białostockiej. Nakład 500 egz. Ark. wyd.
7,0. Ark. druk. 8,0. Format B5. Oddano do druku we wrześniu 1997 roku. Druk ukończono
w październiku 1997 roku. Zam. 101/97.
2
Przedmowa
Bezprecedensowy rozwój techniki mikroprocesorowej doprowadził do nowego
spojrzenia na procesy przepływu informacji w maszynach. Zalety mikroprocesora
– olbrzymie możliwości obliczeniowe, łatwość programowania, miniaturowe roz-
miary, coraz niższa cena – spowodowały, że zaczęto go wykorzystywać do stero-
wania maszyn. Tak narodziła się mechatronika – interdyscyplinarny obszar nauk
technicznych, próbujący zintegrować mechanikę, budowę maszyn, automatykę,
elektrotechnikę, elektronikę i technikę komputerową. Dziś trudno sobie wyobrazić
nowoczesną maszynę bez mikroprocesora. Stał się on standardowym elementem
maszyny, takim jak łożysko, sprzęgło, przekładnia itp.
Mechatronika pokazuje jak integrować klasyczne urządzenia mechaniczne ze ste-
rowaniami mikroprocesorowymi (komputerowymi). Zajmuje się badaniem i
rozwojem nowych zintegrowanych systemów mechaniczno-elektronicznych, które
wykazują się pewnym stopniem „inteligencji”, polegającej przede wszystkim na
samodzielności podejmowania decyzji. Układ (system) mechatroniczny jest
w stanie – za pomocą czujników (sensorów) – odbierać ze swego otoczenia
sygnały; przetwarzać je za pomocą mikroprocesora i, na tej podstawie, reagować –
za pomocą elementów wykonawczych (aktorów) – odpowiednio do sytuacji. Przez
to jest elastyczny i może być stosowany w różnorodnych zadaniach. Chodzi więc
o programowalne urządzenia i systemy mechaniczne z sensoryką, aktoryką i ko-
munikacją.
Podstawowym celem mechatroniki jest optymalne sterowanie ruchem urządzeń
mechanicznych. Osiąga się to przez: (1) fizyczne integrowanie mikroelektroniki
z częściami mechanicznymi oraz (2) podział urządzenia na moduły, które realizują
funkcje częściowe. Mechatronika oferuje konstruktorom nowy sposób realizacji
tych modułów: nie muszą one mieć tradycyjnej postaci mechanicznej, lecz mogą
być rozwiązaniem mechatronicznym – z sensorami, aktorami i sterowaniem mikro-
procesorowym.
Skąd się wzięła ta monografia?
U źródeł tej monografii legła potrzeba unowocześnienia kształcenia na wydziałach
mechanicznych wyższych szkół technicznych. Potrzeba ta przed pięcioma laty była
jednym z powodów zaangażowania się autora w utworzenie kierunku studiów „au-
tomatyka i robotyka” na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej. Do-
prowadziło to do „odkrycia” mechatroniki i zainteresowania się nią jako jedną z
najważniejszych dróg rozwoju techniki nowoczesnych maszyn. Monografia ta jest
efektem paroletniego studiowania literatury robotycznej i mechatronicznej, a także
3
pierwszych prób wprowadzenia aspektów mechatronicznych do dydaktyki budowy
maszyn i prac badawczych. Nie bez znaczenia był tu udział autora w międzynaro-
dowych konferencjach poświęconych metodycznym zagadnieniom konstruowania
maszyn (ICED'91, '93, '95) oraz miesięczny staż w Loughborough University of
Technology (jedno z angielskich centrów kształcenia mechatronicznego), odbyty w
1995 roku w ramach indywidualnego grantu programu TEMPUS.
Czym jest ta monografia?
Jest to wprowadzenie w nowy, interdyscyplinarny obszar nauk technicznych, a nie
systematyczne przedstawienie jego podstaw. Wprowadzać w mechatronikę można
różnie. Niekoniecznie trzeba zaczynać od jej postaw teoretycznych: mechaniki
teoretycznej, teorii obwodów i teorii sterowania. Można zaczynać od okoliczności
w jakich mechatronika powstała, od jej praktycznych zastosowań, korzyści z tego
wynikających, czy od nietypowych rozwiązań konstrukcyjnych. Ta druga droga
jest zwykle ciekawsza, bardziej zachęcająca do poznania. I na tej ciekawości po-
znawczej, której z reguły nie ma systematyczne przedstawianie podstaw, polega
właśnie istota wprowadzenia. Nie oznacza to wcale, że autor nie omawia podsta-
wowej wiedzy mechatronicznej. Oznacza tylko, że celem tej monografii jest: po
pierwsze – w miarę przystępne
zapoznanie
czytelnika z pojęciem i istotą mechatro-
niki, oraz z tym, co można nazwać podejściem mechatronicznym w projektowaniu
i konstruowaniu maszyn; po drugie zaś –
zachęcenie
do stosowania tego podejścia.
Czy autorowi się to udało, osądzi czytelnik.
Dla kogo przeznaczone jest ta monografia?
Przede wszystkim dla studentów wyższych lat wydziałów mechanicznych; szcze-
gólnie tych, którzy specjalizują się w konstrukcji maszyn. Drugą grupą adresatów
są nauczyciele akademiccy i oczywiście konstruktorzy we wszystkich branżach
przemysłu, którzy pragną poznać bliżej istotę działania i projektowania nowocze-
snych maszyn.
Co jest w tej monografii i w jaki sposób jest to przedstawiane?
Monografia składa się z siedmiu rozdziałów. W pierwszym próbujemy odpowie-
dzieć na pytanie: dlaczego mechatronika? W drugim pokażemy istotę podejścia
mechatronicznego i wynikającą stąd ogólną strukturę urządzenia mechatroniczne-
go. Kolejne rozdziały poświęcone są właśnie tej strukturze, jej analizie (elemen-
tom) i syntezie (projektowaniu i konstruowaniu). I tak rozdział trzeci poświęcony
jest sensoryce, czwarty aktoryce, piąty napędowi mechatronicznemu a szósty –
największy – projektowaniu mechatronicznemu. Rozdział siódmy jest podsumo-
waniem całości opracowania.
4
Zakres i forma przedstawienia treści charakteryzuje się następującymi cechami:
• Jest podporządkowana podstawowym zasadom dydaktycznym przystępności
i stopniowania trudności: od znanego do nieznanego, od bliskiego do dalekiego, od
konkretnego do abstrakcyjnego. Ponieważ jest to opracowanie skierowane do me-
chaników, zasady te należy rozumieć jako: od klasycznego rozwiązania mecha-
nicznego do rozwiązania mechatronicznego. Dotyczy to szczególnie drugiego roz-
działu, poświeconego istocie podejścia mechatronicznego. Każdy rozdział – oprócz
pierwszego, wprowadzającego – zaczyna się krótkim wprowadzeniem a kończy
podsumowaniem.
• Podstawowe rozdziały odpowiadają najważniejszym elementom mechatronicz-
nym, bezpośrednio sąsiadującym z klasycznymi elementami maszyn, oraz związa-
nymi z nimi zagadnieniom (sensoryka, aktoryka, napęd mechatroniczny, metodyka
projektowania).
• Zagadnienia bezpośrednio związane z techniką mikroprocesorową są potrakto-
wane na tyle szeroko, na ile było to konieczne z punktu widzenia sensoryki i akto-
ryki.
Monografia ta dotyczy różnych dyscyplin nauk technicznych. Specjalistów z za-
kresu tych dyscyplin chciałbym prosić o wyrozumiałość, gdy napotkają pojęcia lub
uproszczenia odbiegające od kanonów ich dyscypliny. Wytłumaczeniem może być
to, że różnorodne materiały, z których korzystałem podczas opracowywania poniż-
szego tekstu, nie były często materiałami źródłowymi, ale interpretacjami mający-
mi na celu pobudzić przedstawiciela innej dyscypliny do własnego spojrzenia na
nowe zagadnienie, co zresztą miało miejsce w moim przypadku. W tym miejscu
chciałbym podziękować recenzentom za krytykę i bardzo cenne uwagi. Ich
uwzględnienie podniosło niewątpliwie wartość pierwotnej wersji opracowania.
Będę bardzo wdzięczny za wszelkie uwagi krytyczne, dotyczące tej monografii.
Marek Gawrysiak
Białystok, w czerwcu 1997
5
Plik z chomika:
WildShukaku
Inne pliki z tego folderu:
M.Gawrysiak - Mechatronika i projektowanie mechatroniczne.pdf
(1009 KB)
Gronowicz, Miller - Mechanizmy.pdf
(7989 KB)
A.Gronowicz - Podstawy analizy układów kinematycznych.pdf
(7591 KB)
Inne foldery tego chomika:
Algebra liniowa
Analiza matematyczna
Chemia
Fizyka
Grafika inżynierska
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin