เมคคาทรอนิกส์คืออะไร องค์ประกอบเมคคาทรอนิกส์ โมดูล เครื่องจักร และระบบ

คำว่า "เมคคาทรอนิกส์" เกิดจากคำสองคำ - "กลศาสตร์" และ "อิเล็กทรอนิกส์" คำนี้ถูกเสนอในปี 1969 โดยนักพัฒนาอาวุโสของ Yaskawa Electric ชาวญี่ปุ่นชื่อ Tetsuro Mori ในศตวรรษที่ 20 Yaskawa Electric เชี่ยวชาญด้านการพัฒนาและปรับปรุงไดรฟ์ไฟฟ้าและมอเตอร์กระแสตรง จึงประสบความสำเร็จอย่างมากในแนวทางนี้ ตัวอย่างเช่น มีการพัฒนามอเตอร์กระแสตรงแบบกระดองดิสก์ตัวแรกที่นั่น

ตามมาด้วยการพัฒนาเกี่ยวกับระบบ CNC ฮาร์ดแวร์ระบบแรก และในปี 1972 แบรนด์เมคคาทรอนิกส์ได้รับการจดทะเบียนที่นี่ ในไม่ช้า บริษัทก็มีความก้าวหน้าอย่างมากในการพัฒนาเทคโนโลยีขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า ต่อมาบริษัทตัดสินใจเลิกใช้คำว่า "เมคคาทรอนิกส์" เป็นเครื่องหมายการค้า เนื่องจากคำนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายทั้งในญี่ปุ่นและทั่วโลก

ไม่ว่าในกรณีใด ญี่ปุ่นเป็นประเทศที่มีการพัฒนาแนวทางดังกล่าวในด้านเทคโนโลยีอย่างแข็งขันที่สุด เมื่อจำเป็นต้องรวมองค์ประกอบเชิงกล เครื่องจักรไฟฟ้า อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง ไมโครโปรเซสเซอร์ และซอฟต์แวร์ เพื่อใช้การควบคุมไดรฟ์ไฟฟ้าที่มีความแม่นยำสูง

สัญลักษณ์กราฟิกทั่วไปสำหรับเมคคาทรอนิกส์คือไดอะแกรมจากเว็บไซต์ RPI (Rensselaer Polytechnic Institute, NY, USA):

เมคคาทรอนิกส์เป็นหนึ่งในสาขาวิศวกรรมใหม่ล่าสุดของโลก ซึ่งจากข้อมูลของ UNESCO เป็นหนึ่งในสิบสาขาที่มีแนวโน้มและเป็นที่ต้องการมากที่สุด

โดยทั่วไปแล้ว คำว่า "เมคคาทรอนิกส์" สามารถให้คำจำกัดความได้ดังต่อไปนี้ — เป็นสาขาวิชาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่อาศัยการรวมกันอย่างเป็นระบบของหน่วยสำหรับกลไกความแม่นยำ วิศวกรรมไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์ เทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์ แหล่งพลังงานต่างๆ ไฟฟ้า ไฮดรอลิก และ ไดรฟ์นิวเมติกส์รวมถึงการควบคุมอัจฉริยะนั้นมุ่งเน้นไปที่การสร้างและการทำงานของบล็อกของระบบการผลิตอัตโนมัติที่ทันสมัย

เมคคาทรอนิกส์คือการควบคุมการเคลื่อนไหวด้วยคอมพิวเตอร์

เป้าหมายของเมคคาทรอนิกส์คือการสร้างโมดูลการเคลื่อนไหวใหม่เชิงคุณภาพ โมดูลการเคลื่อนที่ของเมคคาทรอนิกส์ โมดูลเมคคาทรอนิกส์อัจฉริยะ และบนพื้นฐานของการเคลื่อนย้ายเครื่องจักรและระบบอัจฉริยะ

ในอดีต เมคคาทรอนิกส์พัฒนามาจากระบบเครื่องกลไฟฟ้า และอาศัยผลสำเร็จของมัน ไปไกลกว่านั้นโดยการรวมระบบเครื่องกลไฟฟ้าเข้ากับอุปกรณ์ควบคุมคอมพิวเตอร์ เซ็นเซอร์แบบฝังตัว และอินเทอร์เฟซอย่างเป็นระบบ

แผนผังของระบบเมคคาทรอนิกส์

โครงสร้างทั่วไปของระบบเมคคาทรอนิกส์

องค์ประกอบทางอิเล็กทรอนิกส์ ดิจิทัล เครื่องกล ไฟฟ้า ไฮดรอลิก นิวแมติก และสารสนเทศ สามารถเป็นส่วนหนึ่งของระบบเมคคาทรอนิกส์ได้ เนื่องจากองค์ประกอบเริ่มแรกที่มีลักษณะทางกายภาพแตกต่างกัน นำมารวมกันเพื่อให้ได้ผลลัพธ์เชิงคุณภาพใหม่ของระบบ ซึ่งไม่สามารถทำได้ โดยแต่ละองค์ประกอบโดยแยกนักแสดง

มอเตอร์แกนแยกจะไม่สามารถดีดถาดเครื่องเล่น DVD ออกได้ด้วยตัวเอง แต่ภายใต้การควบคุมของวงจรด้วยซอฟต์แวร์ไมโครคอนโทรลเลอร์และเชื่อมต่อกับเฟืองตัวหนอนอย่างเหมาะสม ทุกอย่างจะทำงานได้อย่างง่ายดายและดูเหมือนระบบเสาหินที่เรียบง่าย อย่างไรก็ตาม แม้จะมีความเรียบง่ายภายนอก ระบบเมคคาทรอนิกส์ตามคำนิยามประกอบด้วยหน่วยและโมดูลเมคคาทรอนิกส์หลายหน่วยที่เชื่อมต่อระหว่างกันและโต้ตอบกันเพื่อดำเนินการตามหน้าที่เฉพาะเพื่อแก้ปัญหาเฉพาะ

โมดูลเมคคาทรอนิกส์เป็นผลิตภัณฑ์อิสระ (ทั้งโครงสร้างและหน้าที่) ออกแบบมาเพื่อดำเนินการเคลื่อนไหวด้วยการแทรกสอดและการรวมฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่มีจุดประสงค์พร้อมๆ กันของส่วนประกอบต่างๆ

ระบบเมคคาทรอนิกส์ทั่วไปประกอบด้วยส่วนประกอบเครื่องกลไฟฟ้าและไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกันซึ่งควบคุมโดยคอมพิวเตอร์หรือไมโครคอนโทรลเลอร์

เมื่อออกแบบและสร้างระบบเมคคาทรอนิกส์ พวกเขาพยายามหลีกเลี่ยงโหนดและส่วนต่อประสานที่ไม่จำเป็น พยายามทำทุกอย่างให้กระชับและราบรื่นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ไม่เพียงเพื่อปรับปรุงลักษณะขนาดมวลของอุปกรณ์ แต่ยังเพิ่มความน่าเชื่อถืออีกด้วย ของระบบโดยทั่วไป

บางครั้งไม่ใช่เรื่องง่ายสำหรับวิศวกร พวกเขาถูกบังคับให้ต้องค้นหาวิธีแก้ปัญหาที่ผิดปกติอย่างมากเนื่องจากหน่วยงานต่างๆ อยู่ในสภาพการทำงานที่แตกต่างกัน ทำสิ่งที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ตัวอย่างเช่น ในบางสถานที่ตลับลูกปืนแบบเดิมจะไม่ทำงาน และจะถูกแทนที่ด้วยระบบกันสะเทือนแบบแม่เหล็กไฟฟ้า (โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกังหันที่สูบก๊าซผ่านท่อ เนื่องจากตลับลูกปืนแบบธรรมดาจะล้มเหลวอย่างรวดเร็วเนื่องจากการแทรกซึมของก๊าซเข้าไป น้ำมันหล่อลื่น)

ไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง ทุกวันนี้ เมคคาทรอนิกส์ได้แทรกซึมอยู่ในทุกสิ่งตั้งแต่เครื่องใช้ในครัวเรือนไปจนถึงหุ่นยนต์ก่อสร้าง อาวุธ และอวกาศ เครื่อง CNC ทั้งหมด, ฮาร์ดไดรฟ์, ล็อคไฟฟ้า, ระบบ ABS ในรถของคุณ ฯลฯ — ในทุกที่ เมคคาทรอนิกส์ไม่เพียงแต่มีประโยชน์เท่านั้น แต่ยังจำเป็นอีกด้วย ในปัจจุบัน หาได้ยากที่คุณจะพบการควบคุมด้วยตนเอง ทุกอย่างจบลงด้วยการที่คุณกดปุ่มโดยไม่ต้องตรึงหรือเพียงแค่สัมผัสเซ็นเซอร์ - คุณก็ได้ผลลัพธ์แล้ว - นี่อาจเป็นตัวอย่างดั้งเดิมที่สุดของเมคคาทรอนิกส์ในปัจจุบัน

แผนภาพลำดับชั้นของระดับบูรณาการในเมคคาทรอนิกส์

การรวมระดับแรกนั้นเกิดจากอุปกรณ์เมคคาทรอนิกส์และองค์ประกอบต่างๆ การรวมระดับที่สองนั้นเกิดจากโมดูลเมคคาทรอนิกส์แบบบูรณาการ ระดับที่สามของการรวมเกิดจากเครื่องจักรเมคคาทรอนิกส์ในการรวม การรวมระดับที่สี่นั้นเกิดจากคอมเพล็กซ์ของเครื่องจักรเมคคาทรอนิกส์ การผสานรวมระดับที่ห้าเกิดขึ้นบนแพลตฟอร์มการผสานรวมเดียวของคอมเพล็กซ์ของเครื่องจักรเมคคาทรอนิกส์และหุ่นยนต์ ซึ่งบ่งบอกถึงการก่อตัวของระบบการผลิตที่ยืดหยุ่นซึ่งกำหนดค่าใหม่ได้

ทุกวันนี้ โมดูลและระบบเมคคาทรอนิกส์ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในด้านต่อไปนี้:

• วิศวกรรมเครื่องกลและอุปกรณ์อัตโนมัติ กระบวนการทางเทคโนโลยีทางวิศวกรรมเครื่องกล

• หุ่นยนต์อุตสาหกรรมและหุ่นยนต์พิเศษ

• เทคโนโลยีการบินและอวกาศ

• ยุทโธปกรณ์ทางทหาร ยานพาหนะสำหรับตำรวจและบริการพิเศษ

• วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์และอุปกรณ์สร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว

• อุตสาหกรรมยานยนต์ (โมดูลขับเคลื่อนล้อมอเตอร์, เบรกป้องกันล้อล็อก, ระบบเกียร์อัตโนมัติ, ระบบจอดรถอัตโนมัติ);

• ยานพาหนะที่ไม่ใช่แบบดั้งเดิม (รถยนต์ไฟฟ้า รถจักรยานไฟฟ้า รถเข็น)

• อุปกรณ์สำนักงาน (เช่น เครื่องถ่ายเอกสารและเครื่องแฟกซ์)

• อุปกรณ์ต่อพ่วงคอมพิวเตอร์ (เช่น เครื่องพิมพ์ พล็อตเตอร์ ไดรฟ์ซีดีรอม)

• อุปกรณ์ทางการแพทย์และกีฬา (ขาเทียมไฟฟ้าชีวภาพและโครงกระดูกภายนอกสำหรับผู้พิการ เทรนเนอร์ปรับสี แคปซูลวินิจฉัยควบคุม เครื่องนวด ฯลฯ)

• เครื่องใช้ในครัวเรือน (ซักผ้า, จักรเย็บผ้า, เครื่องล้างจาน, เครื่องดูดฝุ่นอิสระ);

• ไมโครแมชชีน (สำหรับการแพทย์ เทคโนโลยีชีวภาพ การสื่อสารและโทรคมนาคม);

• อุปกรณ์ควบคุมและการวัดและเครื่องจักร

• อุปกรณ์ลิฟต์และคลังสินค้า ประตูอัตโนมัติในโรงแรมและสนามบิน อุปกรณ์ถ่ายภาพและวิดีโอ (เครื่องเล่นแผ่นวิดีโอ, อุปกรณ์โฟกัสกล้องวิดีโอ);

• เครื่องจำลองสำหรับผู้ดำเนินการฝึกอบรมระบบทางเทคนิคที่ซับซ้อนและนักบิน

• การขนส่งทางรถไฟ (ระบบควบคุมรถไฟและการทรงตัว);

• เครื่องจักรอัจฉริยะสำหรับอุตสาหกรรมอาหาร เนื้อสัตว์ และผลิตภัณฑ์นม

• เครื่องพิมพ์;

• อุปกรณ์อัจฉริยะสำหรับอุตสาหกรรมการแสดง สถานที่ท่องเที่ยว

ทำให้มีความต้องการบุคลากรด้านเทคโนโลยีเมคคาทรอนิกส์เพิ่มมากขึ้น