Sistem mekatronik transportasi jalan. Penerapan sistem mekatronika dalam transportasi mobil, air dan udara Komputer dan kontrol cerdas dalam mekatronika

Ada pandangan bahwa teknologi mekatronika mencakup teknologi material dan komposit baru, mikroelektronika, fotonik, mikrobionik, laser, dan teknologi lainnya.

Namun, dalam hal ini ada substitusi konsep dan alih-alih teknologi mekatronika yang diimplementasikan berdasarkan penggunaan benda-benda mekatronika, karya-karya ini berurusan dengan teknologi pembuatan dan perakitan benda-benda tersebut.

Sebagian besar ilmuwan saat ini percaya bahwa teknologi mekatronika hanya membentuk dan mengimplementasikan hukum yang diperlukan dari gerakan eksekutif dari mekanisme yang dikendalikan komputer, serta unit yang didasarkan padanya, atau menganalisis gerakan ini untuk memecahkan masalah diagnostik dan prognostik.

Dalam pemesinan, teknologi ini ditujukan untuk memberikan presisi dan produktivitas yang tidak dapat dicapai tanpa penggunaan objek mekatronik, yang prototipe-nya adalah peralatan mesin dengan sistem CNC terbuka. Secara khusus, teknologi semacam itu memungkinkan untuk mengkompensasi kesalahan yang timbul karena getaran alat relatif terhadap benda kerja.

Namun, pertama-tama harus dicatat bahwa teknologi mekatronika mencakup langkah-langkah berikut:

Pernyataan teknologi masalah;

Pembuatan model proses untuk mendapatkan hukum gerakan eksekutif;

Pengembangan perangkat lunak dan dukungan informasi untuk implementasi;

Melengkapi manajemen informasi dan basis desain dari objek mekatronika tipikal yang mengimplementasikan teknologi yang diusulkan, jika perlu.

Cara adaptif untuk meningkatkan ketahanan getaran mesin bubut.

Di bawah kondisi penggunaan berbagai alat pemotong, benda kerja dengan bentuk kompleks dan berbagai bahan mesin dan alat, kemungkinan osilasi sendiri dan hilangnya ketahanan getaran dari sistem teknologi alat mesin meningkat tajam.

Ini memerlukan pengurangan intensitas pemrosesan atau investasi modal tambahan di proses teknologi. Cara yang menjanjikan untuk mengurangi tingkat osilasi sendiri adalah dengan mengubah kecepatan potong selama pemrosesan.

Metode ini cukup sederhana diimplementasikan secara teknis dan memiliki efek yang efektif pada proses pemotongan. Sebelumnya, metode ini diterapkan sebagai peraturan apriori berdasarkan perhitungan awal, yang membatasi penerapannya, karena tidak memungkinkan untuk mempertimbangkan keragaman penyebab dan variabilitas kondisi terjadinya getaran.

Jauh lebih efektif adalah sistem kontrol kecepatan potong adaptif dengan kontrol operasional gaya potong dan komponen dinamisnya.

Mekanisme membaca tingkat osilasi sendiri selama pemesinan dengan kecepatan potong variabel dapat direpresentasikan sebagai berikut.

Biarkan sistem teknologi berada dalam kondisi osilasi sendiri saat memproses bagian dengan kecepatan potong V 1 . Dalam hal ini, frekuensi dan fase osilasi pada permukaan mesin bertepatan dengan frekuensi dan fase osilasi dari gaya potong dan pemotong itu sendiri (osilasi ini dinyatakan sebagai penghancuran, kekasaran dan kekasaran).

Saat beralih ke kecepatan V 2, osilasi pada permukaan mesin bagian relatif terhadap pemotong selama putaran berikutnya (saat memproses "di jalur") terjadi dengan frekuensi dan sinkronisasi osilasi yang berbeda, yaitu, kebetulan fase mereka dilanggar . Karena itu, dalam kondisi pemrosesan "on the trail", intensitas osilasi diri berkurang, dan harmonik frekuensi tinggi muncul dalam spektrumnya.

Seiring berjalannya waktu, frekuensi resonansi alami mulai mendominasi spektrum, dan proses osilasi diri kembali meningkat, yang membutuhkan perubahan berulang dalam kecepatan pemotongan.

Oleh karena itu, parameter utama dari metode yang dijelaskan adalah besarnya perubahan kecepatan potong V, serta tanda dan frekuensi perubahan ini. Keefektifan pengaruh perubahan kecepatan pemotongan pada kinerja pemrosesan harus dievaluasi dengan durasi periode pemulihan osilasi sendiri. Semakin besar, semakin lama tingkat osilasi diri yang berkurang dipertahankan.

Pengembangan metode untuk kontrol kecepatan potong adaptif melibatkan simulasi proses ini berdasarkan model matematis osilasi sendiri, yang harus:

Mempertimbangkan dinamika proses pemotongan;

Mempertimbangkan pemrosesan "on the trail";

Jelaskan secara memadai proses pemotongan dalam kondisi osilasi sendiri.

], bidang sains dan teknologi yang didasarkan pada kombinasi sinergis unit mekanik presisi dengan komponen elektronik, listrik, dan komputer, yang memastikan desain dan produksi modul, sistem, dan mesin baru secara kualitatif dengan kontrol cerdas atas gerakan fungsionalnya. Istilah "Mekatronika" (Inggris "Mekatronika", Jerman "Mekatronika") diperkenalkan oleh perusahaan Jepang Yaskawa Electric Corp. » pada tahun 1969 dan terdaftar sebagai merek dagang pada tahun 1972. Perhatikan bahwa dalam literatur teknis domestik di tahun 1950-an. istilah serupa digunakan - "mekatron" (tabung elektronik dengan elektroda bergerak, yang digunakan sebagai sensor getaran, dll.). Teknologi mekatronika meliputi desain, produksi, informasi, dan proses organisasi dan ekonomi yang menyediakan siklus hidup penuh produk mekatronika.

Subjek dan metode mekatronika

Tugas utama mekatronika sebagai pengarahan sains modern dan teknologi adalah menciptakan sistem kontrol gerak yang kompetitif untuk berbagai objek mekanis dan mesin cerdas yang memiliki fungsi dan sifat baru secara kualitatif. Metode mekatronika adalah (ketika membangun sistem mekatronika) dalam integrasi sistem dan penggunaan pengetahuan dari bidang ilmiah dan teknik yang sebelumnya terisolasi. Ini termasuk mekanika presisi, teknik elektro, hidrolika, pneumatik, ilmu komputer, mikroelektronika dan kontrol komputer. Sistem mekatronika dibangun dengan integrasi sinergis dari modul struktural, teknologi, proses energi dan informasi, dari tahap desain hingga produksi dan operasi.

Pada 1970-an–80-an. tiga arah dasar - sumbu mekatronika (mekanika presisi, elektronik, dan informatika) diintegrasikan secara berpasangan, membentuk tiga arah hibrida (ditunjukkan pada Gambar 1 di sisi muka piramida). Ini adalah elektromekanik (kombinasi komponen mekanis dengan produk listrik dan komponen elektronik), sistem kontrol komputer (kombinasi perangkat keras dan perangkat lunak perangkat elektronik dan kontrol), serta sistem desain berbantuan komputer (CAD) untuk sistem mekanis. Kemudian - sudah di persimpangan area hibrida - mekatronika muncul, yang pembentukannya sebagai arah ilmiah dan teknis baru dimulai pada 1990-an.

Elemen modul dan mesin mekatronik memiliki sifat fisik yang berbeda (konverter gerak mekanis, motor, informasi dan blok elektronik, perangkat kontrol), yang menentukan masalah ilmiah dan teknis interdisipliner mekatronika. Tugas interdisipliner juga menentukan isi program pendidikan untuk pelatihan dan pelatihan lanjutan spesialis yang berfokus pada integrasi sistem perangkat dan proses dalam sistem mekatronik.

Prinsip konstruksi dan tren perkembangan

Perkembangan mekatronika merupakan bidang prioritas ilmu pengetahuan dan teknologi modern di seluruh dunia. Di negara kita, teknologi mekatronika sebagai dasar pembuatan robot generasi baru termasuk di antara teknologi kritis Federasi Rusia.

Di antara persyaratan saat ini untuk modul dan sistem mekatronika generasi baru adalah: kinerja layanan baru secara kualitatif dan tugas fungsional; perilaku cerdas dalam lingkungan eksternal yang berubah dan tidak pasti berdasarkan metode baru dalam mengelola sistem yang kompleks; kecepatan sangat tinggi untuk mencapai tingkat kinerja kompleks teknologi yang baru; gerakan presisi tinggi untuk menerapkan teknologi presisi baru, hingga teknologi mikro dan nano; kekompakan dan miniaturisasi struktur berdasarkan penggunaan mesin mikro; meningkatkan efisiensi sistem mekatronika multi-koordinat berdasarkan struktur kinematik baru dan tata letak struktural.

Pembangunan modul dan sistem mekatronik didasarkan pada prinsip-prinsip desain paralel (Bahasa Inggris - teknik bersamaan), pengecualian transformasi multi-tahap energi dan informasi, kombinasi konstruktif unit mekanis dengan unit elektronik digital dan pengontrol kontrol menjadi modul tunggal .

Prinsip desain utama adalah transisi dari perangkat mekanis yang kompleks ke solusi gabungan berdasarkan interaksi erat elemen mekanis yang lebih sederhana dengan komponen dan teknologi elektronik, komputer, informasi, dan cerdas. Komputer dan perangkat cerdas memberikan fleksibilitas sistem mekatronik, karena mudah diprogram ulang untuk tugas baru, dan mampu mengoptimalkan sifat sistem di bawah faktor yang berubah dan tidak pasti yang berasal dari lingkungan eksternal. Penting untuk dicatat bahwa untuk tahun-tahun terakhir harga perangkat semacam itu terus menurun sambil memperluas fungsinya.

Tren perkembangan mekatronika dikaitkan dengan munculnya pendekatan fundamental baru dan metode rekayasa untuk memecahkan masalah integrasi teknis dan teknologi perangkat dari berbagai sifat fisik. Tata letak generasi baru sistem mekatronika kompleks dibentuk dari modul cerdas ("kubus mekatronika") yang menggabungkan elemen eksekutif dan cerdas dalam satu wadah. Kontrol gerak sistem dilakukan dengan bantuan lingkungan informasi untuk mendukung solusi masalah mekatronika dan perangkat lunak khusus yang menerapkan metode kontrol komputer dan cerdas.

Klasifikasi modul mekatronika menurut fitur struktural ditunjukkan pada gambar. 2.

Modul gerak adalah rakitan elektromekanis independen secara struktural dan fungsional, yang mencakup bagian mekanik dan listrik (elektroteknik), yang dapat digunakan sebagai unit terpisah atau dalam berbagai kombinasi dengan modul lain. Perbedaan utama antara modul gerak dan penggerak listrik industri umum adalah penggunaan poros motor sebagai salah satu elemen konverter gerak mekanis. Contoh modul gerak adalah motor-reducer, motor-roda, motor-drum, sebuah mesin electrospindle.

Motor roda gigi secara historis merupakan modul mekatronik pertama dalam hal desainnya, yang mulai diproduksi secara massal, dan masih banyak digunakan dalam penggerak. berbagai mesin dan mekanisme. Pada peredam motor, poros secara struktural merupakan elemen tunggal untuk motor dan konverter gerak, yang menghilangkan tradisional kopel, sehingga mencapai kekompakan; ini secara signifikan mengurangi jumlah komponen penghubung, serta biaya pemasangan, debugging, dan start-up. Pada motor roda gigi, motor listrik yang paling umum digunakan adalah motor asinkron dengan rotor sangkar tupai dan konverter kecepatan poros yang dapat disesuaikan, motor satu fasa dan motor DC. Gear silinder dan bevel, worm, planetary, wave dan screw digunakan sebagai konverter gerak. Untuk melindungi dari aksi beban berlebih yang tiba-tiba, pembatas torsi dipasang.

Modul gerak mekatronik adalah produk yang independen secara struktural dan fungsional yang mencakup mesin yang dikendalikan, perangkat mekanis dan informasi (Gbr. 2). Sebagai berikut dari definisi ini, dibandingkan dengan modul gerak, perangkat informasi juga diintegrasikan ke dalam modul gerak mekatronika. Perangkat informasi termasuk sensor untuk sinyal umpan balik, serta blok elektronik untuk pemrosesan sinyal. Contoh sensor tersebut adalah sensor photopulse (encoder), penggaris optik, transformator berputar, sensor gaya dan momen, dll.

Tahap penting dalam pengembangan modul gerak mekatronik adalah pengembangan modul tipe "badan kerja mesin". Modul konstruktif semacam itu sangat penting untuk sistem mekatronika teknologi, yang tujuannya adalah untuk menerapkan dampak yang ditargetkan dari badan kerja pada objek pekerjaan. Modul gerak mekatronika dari tipe "badan kerja mesin" banyak digunakan dalam peralatan mesin yang disebut motor-spindle.

Modul mekatronik cerdas (IMM) adalah produk independen secara struktural dan fungsional yang dibangun dengan integrasi sinergis dari komponen motor, mekanik, informasi, elektronik, dan kontrol.

Jadi, dibandingkan dengan modul gerak mekatronika, kontrol dan perangkat elektronik daya juga dibangun ke dalam desain IMM, yang memberikan sifat intelektual modul ini (Gbr. 2). Kelompok perangkat tersebut termasuk perangkat komputasi digital (mikroprosesor, prosesor sinyal, dll.), Konverter daya elektronik, antarmuka dan perangkat komunikasi.

Penggunaan modul mekatronika cerdas memberi sistem mekatronika dan kompleks sejumlah keuntungan mendasar: kemampuan IMM untuk melakukan gerakan kompleks secara mandiri, tanpa menggunakan tingkat kontrol atas, yang meningkatkan otonomi modul, fleksibilitas dan kemampuan bertahan mekatronik sistem yang beroperasi dalam kondisi lingkungan yang berubah dan tidak pasti; penyederhanaan komunikasi antara modul dan unit kontrol pusat (hingga transisi ke komunikasi nirkabel), yang memungkinkan untuk mencapai peningkatan kekebalan kebisingan dari sistem mekatronika dan kemampuannya untuk mengkonfigurasi ulang dengan cepat; meningkatkan keandalan dan keamanan sistem mekatronika karena diagnosa kesalahan komputer dan perlindungan otomatis dalam mode operasi darurat dan tidak normal; pembuatan sistem kontrol terdistribusi berdasarkan IMM menggunakan metode jaringan, platform perangkat keras dan perangkat lunak berdasarkan komputer pribadi dan perangkat lunak terkait; penggunaan metode teori manajemen modern (adaptif, cerdas, optimal) langsung di tingkat eksekutif, yang secara signifikan meningkatkan kualitas proses manajemen dalam implementasi tertentu; intelektualisasi konverter daya, yang merupakan bagian dari IMM, untuk penerapan langsung dalam modul mekatronika fungsi cerdas untuk mengontrol gerakan, melindungi modul dalam mode darurat dan pemecahan masalah; Intelektualisasi sensor untuk modul mekatronika memungkinkan untuk mencapai akurasi pengukuran yang lebih tinggi dengan menyediakan pemfilteran noise secara terprogram, kalibrasi, linearisasi karakteristik input / output, kompensasi cross-talk, histeresis, dan penyimpangan nol dalam modul sensor itu sendiri.

Sistem Mekatronika

Sistem dan modul mekatronik telah memasuki kegiatan profesional dan kehidupan sehari-hari manusia modern. Saat ini mereka banyak digunakan di berbagai bidang: industri otomotif (transmisi otomatis, rem anti-lock, modul penggerak roda motor, sistem parkir otomatis); robotika industri dan layanan (robot seluler, medis, rumah, dan lainnya); periferal komputer dan peralatan kantor: printer, pemindai, drive CD, mesin fotokopi, dan mesin faks; peralatan produksi, teknologi dan pengukuran; peralatan rumah tangga: mesin cuci, mesin jahit, mesin pencuci piring, dan penyedot debu otonom; sistem medis (misalnya, peralatan untuk operasi dengan bantuan robot, kursi roda dan prostesis untuk orang cacat) dan peralatan olahraga; peralatan penerbangan, luar angkasa dan militer; mikrosistem untuk kedokteran dan bioteknologi; peralatan lift dan gudang, pintu otomatis di hotel bandara, kereta bawah tanah dan gerbong kereta; alat transportasi (mobil listrik, sepeda listrik, kursi roda); peralatan foto dan video (pemutar disk video, perangkat pemfokus kamera video); perangkat bergerak untuk industri pertunjukan.

Pilihan struktur kinematik adalah tugas terpenting dalam desain konseptual mesin generasi baru. Efektivitas solusinya sangat menentukan karakteristik teknis utama sistem, parameter dinamis, kecepatan, dan akurasinya.

Mekatronikalah yang memberikan ide dan metode baru untuk merancang sistem bergerak dengan properti baru secara kualitatif. Contoh efektif dari solusi semacam itu adalah pembuatan mesin dengan kinematika paralel (MPK) (Gbr. 3).

Desain mereka biasanya didasarkan pada platform Hugh-Stewart (sejenis manipulator paralel dengan 6 derajat kebebasan; susunan rak oktahedral digunakan). Mesin terdiri dari alas tetap dan platform bergerak, yang dihubungkan satu sama lain oleh beberapa batang dengan panjang yang terkontrol. Batang dihubungkan ke alas dan platform dengan pasangan kinematik, yang masing-masing memiliki dua dan tiga derajat kebebasan. Badan kerja (misalnya, alat atau kepala pengukur) dipasang pada platform bergerak. Dengan menyesuaikan panjang batang secara terprogram menggunakan penggerak perpindahan linier, dimungkinkan untuk mengontrol gerakan dan orientasi platform bergerak dan benda kerja di ruang angkasa. Untuk mesin universal, di mana diperlukan untuk menggerakkan benda kerja sebagai benda kaku sepanjang enam derajat kebebasan, diperlukan enam batang. Dalam literatur dunia, mesin seperti itu disebut "hexapoda" (dari bahasa Yunani. ἔ ξ - enam).

Keuntungan utama mesin dengan kinematika paralel adalah: akurasi eksekusi gerakan yang tinggi; kecepatan tinggi dan percepatan benda kerja; tidak adanya pemandu tradisional dan alas (mekanisme penggerak digunakan sebagai elemen struktural), karenanya parameter berat dan ukuran ditingkatkan, dan konsumsi bahan rendah; penyatuan unit mekatronika tingkat tinggi, memberikan kemampuan manufaktur dan perakitan mesin dan fleksibilitas desain.

Akurasi MPC yang meningkat disebabkan oleh faktor kunci berikut:

di hexapoda, tidak seperti skema kinematik dengan rangkaian rantai penghubung, tidak ada superposisi (superposisi) kesalahan dalam penempatan tautan selama transisi dari pangkalan ke badan kerja;

mekanisme batang memiliki kekakuan yang tinggi, karena batang tidak mengalami momen lentur dan hanya bekerja dalam tegangan-kompresi;

sensor presisi digunakan masukan dan sistem pengukuran (misalnya, laser), serta metode komputer untuk mengoreksi gerakan benda kerja.

Karena akurasi yang meningkat, MPC dapat digunakan tidak hanya sebagai peralatan pemrosesan, tetapi juga sebagai mesin pengukur. Kekakuan MPC yang tinggi memungkinkannya digunakan dalam operasi teknologi daya. Jadi, dalam gambar. Gambar 4 menunjukkan contoh hexapod yang melakukan operasi pembengkokan sebagai bagian dari kompleks teknologi HexaBend untuk produksi profil dan pipa yang kompleks.

Kontrol komputer dan cerdas dalam mekatronika

Penggunaan komputer dan mikrokontroler yang menerapkan kontrol komputer terhadap pergerakan berbagai objek merupakan ciri khas perangkat dan sistem mekatronik. Sinyal dari berbagai sensor yang membawa informasi tentang keadaan komponen sistem mekatronika dan dampak yang diterapkan pada sistem ini dikirim ke komputer kontrol. Komputer memproses informasi sesuai dengan algoritme kontrol digital yang tertanam di dalamnya dan menghasilkan tindakan kontrol pada elemen eksekutif sistem.

Komputer memainkan peran utama dalam sistem mekatronika, karena kontrol komputer memungkinkan untuk mencapai akurasi dan produktivitas tinggi, menerapkan algoritme kontrol yang kompleks dan efisien yang memperhitungkan karakteristik nonlinier objek kontrol, perubahan parameternya, dan pengaruh eksternal. faktor. Karena itu, sistem mekatronika memperoleh kualitas baru sambil meningkatkan daya tahan dan mengurangi ukuran, berat, dan biaya sistem tersebut. Mencapai baru, lebih banyak level tinggi Kualitas sistem karena kemungkinan penerapan hukum kontrol komputer yang sangat efisien dan kompleks memungkinkan kita untuk berbicara tentang mekatronika sebagai paradigma komputer yang muncul dari perkembangan modern sibernetika teknis.

Contoh khas dari sistem mekatronik dengan kontrol komputer adalah penggerak servo presisi yang didasarkan pada mesin listrik AC multi-fase non-kontak dengan kontrol vektor. Kehadiran sekelompok sensor, termasuk sensor posisi poros motor presisi tinggi, metode pemrosesan informasi digital, implementasi hukum kontrol komputer, transformasi berdasarkan penggunaan model matematika mesin listrik, dan pengontrol kecepatan tinggi memungkinkan Anda untuk membangun drive berkecepatan tinggi presisi dengan masa pakai hingga 30-50 ribu jam atau lebih.

Kontrol komputer ternyata sangat efektif dalam pembangunan sistem mekatronika nonlinier multi-koordinat. Dalam hal ini, komputer menganalisis data tentang keadaan semua komponen dan pengaruh eksternal, melakukan kalkulasi dan menghasilkan tindakan kontrol pada komponen eksekutif sistem, dengan mempertimbangkan fitur model matematisnya. Sebagai akibat, kualitas tinggi kontrol gerakan multi-koordinat yang terkoordinasi, misalnya, badan kerja mekatronika mesin teknologi atau robot mobil.

Peran khusus dalam mekatronika dimainkan oleh kontrol cerdas, yang merupakan tahap lebih tinggi dalam pengembangan kontrol komputer dan mengimplementasikan berbagai teknologi kecerdasan buatan. Mereka memungkinkan sistem mekatronik untuk mereproduksi sampai batas tertentu kemampuan intelektual seseorang dan, atas dasar ini, membuat keputusan tentang tindakan rasional untuk mencapai tujuan kontrol. Teknologi kontrol cerdas yang paling efektif dalam mekatronika adalah teknologi logika fuzzy, jaringan syaraf tiruan, dan sistem pakar.

Penggunaan kontrol cerdas memungkinkan untuk memastikan efisiensi tinggi dari fungsi sistem mekatronika tanpa adanya model matematika terperinci dari objek kontrol, di bawah pengaruh berbagai faktor yang tidak pasti dan dengan risiko situasi tak terduga dalam operasi sistem.

Keuntungan dari kontrol cerdas sistem mekatronika terletak pada kenyataan bahwa seringkali informasi terperinci mereka tidak diperlukan untuk pembangunan sistem semacam itu. model matematika dan pengetahuan tentang hukum perubahan pengaruh eksternal yang bekerja padanya, dan manajemen didasarkan pada pengalaman spesialis-ahli yang berkualifikasi tinggi.

Modul mekatronika semakin banyak digunakan di berbagai sistem transportasi.

Mobil modern secara keseluruhan adalah sistem mekatronik yang mencakup mekanika, elektronik, berbagai sensor, komputer terpasang yang memantau dan mengatur aktivitas semua sistem mobil, memberi tahu pengguna, dan membawa kendali dari pengguna ke semua sistem. Industri otomotif pada tahap perkembangannya saat ini adalah salah satu bidang yang paling menjanjikan untuk pengenalan sistem mekatronika karena meningkatnya permintaan dan peningkatan motorisasi populasi, serta adanya persaingan antar produsen individu.

Jika diklasifikasikan mobil modern menurut prinsip kontrol, itu milik perangkat antropomorfik, tk. pergerakannya dikendalikan oleh manusia. Sekarang kita dapat mengatakan bahwa di masa mendatang industri otomotif, kita harus mengharapkan munculnya mobil dengan kemungkinan kontrol otonom, yaitu. dengan sistem kontrol lalu lintas yang cerdas.

Persaingan sengit untuk pasar otomotif memaksa spesialis di bidang ini untuk mencari teknologi canggih baru. Saat ini, salah satu masalah utama pengembang adalah menciptakan perangkat elektronik "pintar" yang dapat menekan angka kecelakaan lalu lintas (RTA). Hasil pekerjaan di area ini adalah terciptanya sistem keamanan kendaraan terintegrasi (SCBA), yang mampu menjaga jarak tertentu secara otomatis, menghentikan mobil di lampu lalu lintas merah, dan memperingatkan pengemudi bahwa ia melewati belokan di kecepatan lebih tinggi dari yang diizinkan oleh hukum fisika. Bahkan sensor kejut dengan perangkat pensinyalan radio telah dikembangkan, yang ketika mobil menabrak rintangan atau tabrakan, memanggil ambulans.

Semua perangkat pencegahan kecelakaan elektronik ini terbagi dalam dua kategori. Yang pertama mencakup perangkat di dalam mobil yang beroperasi secara independen dari sinyal apa pun dari sumber informasi eksternal (mobil lain, infrastruktur). Mereka memproses informasi yang berasal dari radar udara (radar). Kategori kedua adalah sistem berdasarkan data yang diterima dari sumber informasi yang terletak di dekat jalan raya, khususnya dari suar, yang mengumpulkan informasi lalu lintas dan mengirimkannya melalui sinar infra merah ke mobil yang lewat.

SKBA telah menyatukan generasi baru dari perangkat yang tercantum di atas. Ia menerima sinyal radar dan sinar infra merah dari suar "berpikir", dan selain fungsi utama, ia menyediakan lalu lintas tanpa henti dan tenang bagi pengemudi di persimpangan jalan dan jalan yang tidak diatur, membatasi kecepatan pergerakan di tikungan dan di daerah pemukiman dalam batas kecepatan yang ditetapkan. Seperti semua sistem otonom, SCBA mengharuskan kendaraan dilengkapi dengan sistem rem anti-lock (ABS) dan transmisi otomatis.

SKBA menyertakan pengintai laser yang secara konstan mengukur jarak antara mobil dan rintangan apa pun di sepanjang jalan - bergerak atau diam. Jika kemungkinan terjadi tabrakan, dan pengemudi tidak melambat, mikroprosesor menginstruksikan untuk mengurangi tekanan pada pedal akselerator, lakukan rem. Layar kecil di panel instrumen menampilkan peringatan bahaya. Atas permintaan pengemudi, komputer terpasang dapat mengatur jarak aman tergantung pada permukaan jalan - basah atau kering.

SCBA (Gbr. 5.22) mampu mengendarai mobil, dengan fokus pada garis putih marka permukaan jalan. Tetapi untuk ini, mereka harus jelas, karena terus-menerus "dibaca" oleh kamera video di papan. Pemrosesan gambar kemudian menentukan posisi alat berat dalam hubungannya dengan garis, dan sistem elektronik bekerja pada kemudi sesuai dengan itu.

Penerima sinar infra merah SCBA terpasang beroperasi di hadapan pemancar yang ditempatkan pada interval tertentu di sepanjang jalur lalu lintas. Balok menyebar dalam garis lurus dan dalam jarak pendek (hingga sekitar 120 m), dan data yang dikirimkan oleh sinyal kode tidak dapat macet atau terdistorsi.

Beras. 5.22. Sistem keamanan kendaraan terintegrasi: 1 - penerima inframerah; 2 - sensor cuaca (hujan, kelembaban); 3 - berkendara katup throttle sistem tenaga; 4 - komputer; 5 - katup solenoid tambahan di penggerak rem; 6 - ABS; 7 - pengintai; 8 - transmisi otomatis; 9 - sensor kecepatan kendaraan; 10 - katup solenoid kemudi tambahan; 11 - sensor akselerator; 12 - sensor kemudi; 13 - tabel sinyal; 14 - komputer penglihatan elektronik; 15 - kamera televisi; 16 - layar.

Pada ara. 5.23 menunjukkan sensor cuaca Boch. Tergantung pada modelnya, LED inframerah dan satu atau tiga detektor foto ditempatkan di dalamnya. LED memancarkan sinar tak terlihat pada sudut tajam ke permukaan kaca depan. Jika di luar kering, semua cahaya dipantulkan kembali dan mengenai fotodetektor (begitulah sistem optik dirancang). Karena sinar dimodulasi oleh pulsa, sensor tidak akan bereaksi terhadap cahaya asing. Namun jika ada tetesan atau lapisan air pada kaca, kondisi pembiasan berubah, dan sebagian cahaya lolos ke angkasa. Ini dideteksi oleh sensor dan pengontrol menghitung operasi penghapus yang sesuai. Sepanjang jalan, perangkat ini dapat menutup sunroof elektrik, menaikkan jendela. Sensor memiliki 2 fotodetektor lagi, yang terintegrasi ke dalam rumahan umum dengan sensor cuaca. Yang pertama dirancang untuk menyalakan lampu depan secara otomatis saat hari gelap atau mobil memasuki terowongan. Yang kedua, mengganti lampu "jauh" dan "dicelupkan". Apakah fungsi ini diaktifkan tergantung pada model kendaraan tertentu.

Gambar 5.23. Prinsip pengoperasian sensor cuaca

Sistem pengereman anti-lock (ABS), komponen yang diperlukan adalah sensor kecepatan roda, prosesor elektronik (unit kontrol), katup servo, pompa hidrolik yang digerakkan secara elektrik, dan akumulator tekanan. Beberapa ABS awal adalah "tri-channel", yaitu. mengontrol mekanisme rem depan satu per satu, tetapi sepenuhnya melepaskan semua mekanisme rem belakang pada awal pemblokiran salah satu roda belakang. Ini menghemat sejumlah biaya dan kerumitan, tetapi menghasilkan efisiensi yang lebih rendah dibandingkan dengan sistem empat saluran penuh di mana setiap mekanisme rem dikontrol secara individual.

ABS memiliki banyak kesamaan dengan sistem kontrol traksi (SBS), yang tindakannya dapat dianggap sebagai "ABS terbalik", karena SBS bekerja berdasarkan prinsip mendeteksi momen ketika salah satu roda mulai berputar cepat dibandingkan dengan yang lain. (momen dimulainya selip) dan memberi sinyal untuk mengerem roda ini. Sensor kecepatan roda bisa jadi generik dan oleh karena itu sebagian besar metode efektif untuk mencegah roda penggerak tergelincir dengan mengurangi kecepatannya adalah dengan menerapkan aksi rem sesaat (dan jika perlu, berulang kali), impuls rem dapat diterima dari blok katup ABS. Faktanya, jika ABS tersedia, hanya ini yang diperlukan untuk menyediakan EBS juga - ditambah beberapa perangkat lunak tambahan dan unit kontrol tambahan untuk mengurangi torsi mesin atau mengurangi jumlah bahan bakar yang disuplai jika perlu, atau untuk campur tangan langsung dalam sistem kontrol pedal gas. .

Pada ara. 5.24 menunjukkan diagram sistem tenaga elektronik mobil: 1 - relai pengapian; 2- sakelar pusat; 3 - baterai; 4 - konverter gas buang; 5 - sensor oksigen; 6- penyaring udara; 7 - sensor aliran udara massal; 8 - blok diagnostik; 9 - pengatur bergerak menganggur; 10 - sensor posisi throttle; 11 - pipa throttle; 12 - modul pengapian; 13 - sensor fase; 14 - nosel; 15 - pengatur tekanan bahan bakar; 16 - sensor suhu cairan pendingin; 17 - lilin; 18 - sensor posisi poros engkol; 19 - sensor ketukan; 20 - saringan bahan bakar; 21 - pengontrol; 22 - sensor kecepatan; 23 - pompa bahan bakar; 24 - relai untuk menyalakan pompa bahan bakar; 25 - tangki bensin.

Beras. 5.24. Diagram sederhana dari sistem injeksi

Satu dari bagian penyusun SCBA adalah kantung udara (lihat Gbr.5.25.), yang elemen-elemennya terletak di berbagai bagian mobil. Sensor inersia yang terletak di bemper, di pelindung mesin, di rak atau di area sandaran tangan (tergantung model mobil), jika terjadi kecelakaan, mengirimkan sinyal ke unit kontrol elektronik. Di sebagian besar SCBA modern, sensor frontal dirancang untuk gaya tumbukan dengan kecepatan 50 km/jam atau lebih. Yang samping bekerja dengan dampak yang lebih lemah. Dari unit kontrol elektronik, sinyal mengikuti ke modul utama, yang terdiri dari bantal yang diletakkan rapat yang terhubung ke generator gas. Yang terakhir adalah tablet dengan diameter sekitar 10 cm dan ketebalan sekitar 1 cm dengan zat penghasil nitrogen kristal. Impuls listrik menyalakan squib di "tablet" atau melelehkan kabel, dan kristal berubah menjadi gas dengan kecepatan ledakan. Seluruh proses yang dijelaskan sangat cepat. Bantal "sedang" mengembang dalam 25 ms. Permukaan bantal standar Eropa melaju ke arah dada dan wajah dengan kecepatan sekitar 200 km / jam, dan yang Amerika - sekitar 300. Oleh karena itu, pada mobil yang dilengkapi airbag, pabrikan sangat menyarankan untuk memasang sabuk pengaman dan tidak duduk di dekat setir atau dasbor. Sistem paling "canggih" memiliki perangkat yang mengidentifikasi keberadaan penumpang atau tempat duduk anak dan, karenanya, melumpuhkan atau memperbaiki tingkat inflasi.

Gbr.5.25 Kantung udara mobil:

1 - pengencang sabuk pengaman; 2 - kantung udara; 3 - kantung udara; untuk pengemudi; 4 - unit kontrol dan sensor pusat; 5 – modul eksekutif; 6 - sensor inersia

Rincian lebih lanjut tentang MS otomotif modern dapat ditemukan di manual.

Selain mobil konvensional, banyak perhatian diberikan pada pembuatan kendaraan ringan (LTV) dengan penggerak listrik (terkadang disebut non-tradisional). Kelompok kendaraan ini meliputi sepeda listrik, skuter, kursi roda, kendaraan listrik dengan sumber tenaga otonom. Pengembangan sistem mekatronika tersebut dilakukan oleh Pusat Ilmiah dan Teknik "Mechatronika" bekerja sama dengan sejumlah organisasi. LTS adalah alternatif kendaraan bermesin pembakaran dalam dan saat ini digunakan di area yang bersih secara ekologis (kesehatan dan rekreasi, wisata, pameran, kompleks taman), serta di fasilitas ritel dan penyimpanan. Spesifikasi teknis prototipe sepeda listrik:

Kecepatan maksimum 20 km/jam,

Nilai daya penggerak 160 W,

Nilai kecepatan 160 rpm,

Torsi maksimum 18 Nm,

Berat mesin 4,7 kg,

Baterai isi ulang 36V, 6 Ah,

Mengemudi offline 20 km.

Dasar pembuatan LTS adalah modul mekatronik dari jenis "roda motor", yang biasanya didasarkan pada motor listrik torsi tinggi.

Transportasi laut. MS semakin banyak digunakan untuk mengintensifkan kerja awak kapal laut dan sungai yang terkait dengan otomatisasi dan mekanisasi kapal induk. sarana teknis, yang meliputi pembangkit listrik utama dengan sistem pelayanan dan mekanisme bantu, sistem tenaga listrik, sistem kapal umum, perangkat kemudi dan mesin.

Kompleks sistem otomatis Menjaga kapal pada lintasan tertentu (SUZT) atau kapal yang dimaksudkan untuk mempelajari Samudra Dunia pada garis profil tertentu (SUZP) adalah sistem yang menyediakan otomatisasi kontrol tingkat ketiga. Penggunaan sistem tersebut memungkinkan:

Meningkatkan efisiensi ekonomi transportasi laut dengan menerapkan lintasan, pergerakan kapal yang terbaik, dengan mempertimbangkan kondisi navigasi dan hidrometeorologis navigasi;

Untuk meningkatkan efisiensi ekonomi eksplorasi oseanografi, hidrografi, dan geologi kelautan dengan meningkatkan akurasi menjaga kapal pada garis profil tertentu, memperluas jangkauan gangguan gelombang angin yang memberikan kualitas kontrol yang diperlukan, dan meningkatkan kecepatan operasi kapal. kapal;

Memecahkan masalah mewujudkan lintasan kapal yang optimal saat menyimpang dari objek berbahaya; meningkatkan keselamatan navigasi di dekat bahaya navigasi melalui kontrol gerakan kapal yang lebih tepat.

Sistem kontrol gerak otomatis terintegrasi menurut program penelitian geofisika tertentu (ASUD) dirancang untuk secara otomatis membawa kapal ke garis profil tertentu, secara otomatis menjaga kapal geologi dan geofisika pada garis profil yang sedang diselidiki, dan bermanuver saat berpindah dari satu garis profil ke yang lain. Sistem yang sedang dipertimbangkan memungkinkan untuk meningkatkan efisiensi dan kualitas survei geofisika laut.

Dalam kondisi laut, tidak mungkin menggunakan metode konvensional eksplorasi pendahuluan (search party atau detail foto udara), oleh karena itu metode seismik penelitian geofisika telah menjadi yang paling banyak digunakan (Gbr. 5.26). Kapal geofisika 1 menarik senjata pneumatik 3, yang merupakan sumber getaran seismik, ludah seismografi 4, tempat penerima getaran seismik yang dipantulkan berada, dan pelampung ujung 5, pada kabel-kabel 2. Profil bawah adalah ditentukan dengan merekam intensitas getaran seismik yang dipantulkan dari lapisan batas 6 batuan yang berbeda.

Gambar 5.26. Skema survei geofisika.

Untuk mendapatkan informasi geofisika yang andal, kapal harus dijaga pada posisi tertentu relatif terhadap dasar (garis profil) dengan akurasi tinggi, meskipun kecepatannya rendah (3-5 knot) dan adanya perangkat penarik yang cukup panjang (hingga 3 km) dengan kekuatan mekanik terbatas.

Perusahaan "Anjutz" telah mengembangkan MS terintegrasi yang memastikan kapal tetap berada di lintasan tertentu. Pada ara. 5.27 menunjukkan diagram blok dari sistem ini, yang meliputi: gyrocompass 1; jeda 2; peralatan sistem navigasi, menentukan posisi kapal (dua atau lebih) 3; pilot otomatis 4; komputer mini 5 (5a - antarmuka, 5b - perangkat penyimpanan pusat, 5c - unit pemrosesan pusat); pembaca pita berlubang 6; komplotan 7; tampilan 8; papan ketik 9; mesin kemudi 10.

Dengan bantuan sistem yang sedang dipertimbangkan, dimungkinkan untuk secara otomatis membawa kapal ke lintasan terprogram, yang diatur oleh operator menggunakan keyboard yang menentukan koordinat geografis dari titik belok. Dalam sistem ini, terlepas dari informasi yang berasal dari salah satu kelompok instrumen kompleks navigasi radio tradisional atau perangkat komunikasi satelit yang menentukan posisi kapal, koordinat kemungkinan posisi kapal dihitung dari data yang disediakan oleh gyrocompass dan log.

Gambar 5.27. Diagram struktural MS terintegrasi untuk menjaga kapal pada lintasan tertentu

Kontrol jalur dengan bantuan sistem yang sedang dipertimbangkan dilakukan oleh autopilot, yang masukannya menerima informasi tentang nilai ψset jalur yang diberikan, dibentuk oleh komputer mini, dengan mempertimbangkan kesalahan pada posisi kapal. Sistem dirakit di panel kontrol. Di bagian atasnya terdapat tampilan dengan kontrol untuk mengatur gambar yang optimal. Di bawah, di bidang miring konsol, terdapat autopilot dengan pegangan kontrol. Di bidang horizontal konsol terdapat keyboard, dengan bantuan program yang dimasukkan ke komputer mini. Ada juga sakelar yang digunakan untuk memilih mode kontrol. Di bagian dasar panel kontrol terdapat komputer mini dan antarmuka. Semua peralatan periferal ditempatkan di dudukan khusus atau konsol lain. Sistem yang dimaksud dapat beroperasi dalam tiga mode: "Kursus", "Monitor", dan "Program". Dalam mode "Kursus", jalur yang diberikan dipertahankan dengan bantuan autopilot sesuai dengan pembacaan gyrocompass. Mode "Monitor" dipilih saat transisi ke mode "Program" sedang dipersiapkan, saat mode ini terputus, atau saat transisi melalui mode ini selesai. Mode "Kursus" dialihkan saat kegagalan fungsi komputer mini, sumber daya, atau kompleks navigasi radio terdeteksi. Dalam mode ini, autopilot beroperasi secara independen dari komputer mini. Dalam mode "Program", jalur dikontrol menurut data perangkat navigasi radio (sensor posisi) atau kompas giro.

Pemeliharaan sistem penahanan kapal di ST dilakukan oleh operator dari panel kontrol. Pilihan sekelompok sensor untuk menentukan posisi kapal dilakukan oleh operator sesuai dengan rekomendasi yang ditampilkan di layar tampilan. Di bagian bawah layar terdapat daftar semua perintah yang diizinkan untuk mode ini, yang dapat dimasukkan menggunakan keyboard. Menekan tombol terlarang secara tidak sengaja diblokir oleh komputer.

Teknologi penerbangan. Keberhasilan yang dicapai dalam pengembangan teknologi penerbangan dan luar angkasa, di satu sisi, dan kebutuhan untuk mengurangi biaya operasi yang ditargetkan, di sisi lain, mendorong pengembangan jenis teknologi baru - pesawat yang dikemudikan dari jarak jauh (RPV).

Pada ara. 5.28 menunjukkan diagram blok sistem kendali penerbangan jarak jauh UAV - HIMAT. Komponen utama dari sistem uji coba jarak jauh HIMAT adalah stasiun kendali jarak jauh darat. Parameter penerbangan UAV diterima oleh stasiun darat melalui tautan radio dari pesawat, diterima dan diterjemahkan oleh stasiun pemrosesan telemetri dan dikirim ke bagian darat dari sistem komputer, serta ke perangkat penampil informasi di kontrol darat stasiun. Selain itu, gambar tampilan luar yang ditampilkan oleh kamera televisi diterima dari RPV. Gambar televisi yang ditampilkan di layar tempat kerja darat operator manusia digunakan untuk mengontrol pesawat selama manuver udara, pendekatan pendaratan, dan selama pendaratan itu sendiri. Remote control ground kabin ( tempat kerja operator) dilengkapi dengan perangkat yang memberikan indikasi informasi tentang penerbangan dan keadaan peralatan kompleks RPV, serta sarana untuk mengendalikan pesawat. Secara khusus, operator manusia memiliki pegangan dan pedal untuk mengendalikan pesawat dalam gerakan roll dan pitch, serta pegangan kontrol mesin. Jika terjadi kegagalan sistem kontrol utama, perintah sistem kontrol diberikan melalui remote control khusus untuk perintah diskrit dari operator RPV.

Gambar 5.28. Sistem uji coba jarak jauh HIMAT RPV:

pembawa B-52; 2 - sistem kontrol cadangan pada pesawat TF-104G; 3 – jalur komunikasi telemetrik dengan tanah; 4 - HIMAT RPV; 5 - jalur komunikasi telemetrik dengan RPV; 5 - stasiun darat untuk uji coba jarak jauh

Sebagai mandiri sistem navigasi, yang memberikan perhitungan mati, kecepatan gerak Doppler dan pengukur sudut melayang (DPSS) digunakan. Sistem navigasi seperti itu digunakan bersama dengan sistem heading yang mengukur heading dengan sensor vertikal yang menghasilkan sinyal roll dan pitch, dan komputer on-board yang mengimplementasikan algoritma perhitungan mati. Bersama-sama, perangkat ini membentuk sistem navigasi Doppler (lihat Gambar 5.29). Untuk meningkatkan keandalan dan keakuratan pengukuran koordinat pesawat saat ini, DISS dapat digabungkan dengan pengukur kecepatan

Gambar 5.29. Diagram sistem navigasi Doppler

Miniaturisasi elemen elektronik, pembuatan dan produksi serial jenis sensor dan perangkat indikator khusus yang bekerja dengan andal dalam kondisi sulit, serta pengurangan tajam dalam biaya mikroprosesor (termasuk yang dirancang khusus untuk mobil) menciptakan kondisi untuk berbelok kendaraan menjadi MS level yang cukup tinggi.

kecepatan tinggi transportasi darat pada suspensi magnetik adalah contoh yang baik dari sistem mekatronika modern. Sejauh ini, satu-satunya sistem transportasi komersial di dunia semacam ini dioperasikan di Cina pada September 2002 dan menghubungkan Bandar Udara Internasional Pudong dengan pusat kota Shanghai. Sistem ini dikembangkan, diproduksi, dan diuji di Jerman, setelah itu gerbong kereta diangkut ke China. Jalur pemandu, yang terletak di jembatan tinggi, diproduksi secara lokal di China. Kereta berakselerasi hingga kecepatan 430 km/jam dan menempuh jarak 34 km dalam 7 menit (kecepatan maksimum dapat mencapai 600 km/jam). Kereta melayang di atas jalur pemandu, tidak ada gesekan di jalur, dan udara memberikan hambatan utama untuk bergerak. Oleh karena kereta diberi bentuk aerodinamis, sambungan antar gerbong ditutup (Gbr. 5.30).

Untuk memastikan bahwa kereta tidak jatuh ke jalur pemandu jika terjadi pemadaman listrik darurat, kereta ini dilengkapi dengan baterai yang kuat, yang energinya cukup untuk menghentikan kereta dengan mulus.

Dengan bantuan elektromagnet, jarak antara kereta dan jalur pemandu (15 mm) selama pergerakan dipertahankan dengan akurasi 2 mm, yang memungkinkan untuk sepenuhnya menghilangkan getaran gerbong bahkan pada kecepatan tertinggi. Jumlah dan parameter magnet pendukung adalah rahasia dagang.

Beras. 5.30. Kereta maglev

Sistem transportasi maglev dikendalikan sepenuhnya oleh komputer, karena dengan kecepatan setinggi itu seseorang tidak punya waktu untuk merespons situasi yang muncul. Komputer juga mengontrol akselerasi dan deselerasi kereta, juga memperhitungkan belokan lintasan, sehingga penumpang tidak merasa tidak nyaman saat berakselerasi.

Sistem transportasi yang dijelaskan dicirikan oleh keandalan yang tinggi dan akurasi yang belum pernah terjadi sebelumnya dalam pelaksanaan jadwal lalu lintas. Selama tiga tahun pertama beroperasi, lebih dari 8 juta penumpang diangkut.

Hingga saat ini, pemimpin teknologi maglev (singkatan yang digunakan di Barat untuk kata "magnetic levitation") adalah Jepang dan Jerman. Di Jepang, maglev mencetak rekor dunia untuk kecepatan transportasi kereta api - 581 km / jam. Tapi Jepang belum berkembang lebih jauh dari membuat rekor, kereta api hanya berjalan di sepanjang jalur percobaan di Prefektur Yamanashi, dengan total panjang sekitar 19 km. Di Jerman, teknologi maglev sedang dikembangkan oleh Transrapid. Meskipun versi komersial maglev tidak mengakar di Jerman sendiri, kereta tersebut dioperasikan di lokasi pengujian di Emsland oleh Transrapid, yang telah berhasil mengimplementasikan versi komersial maglev di China untuk pertama kalinya di dunia.

Sebagai contoh sistem mekatronika transportasi (TMS) yang sudah ada dengan kontrol otonom, kami dapat mengutip mobil robot VisLab dan laboratorium visi mesin dan sistem cerdas Universitas Parma.

Empat mobil robot telah menempuh jarak 13.000 kilometer yang belum pernah terjadi sebelumnya dari Parma di Italia ke Shanghai untuk kendaraan otonom. Eksperimen ini dimaksudkan untuk menjadi ujian berat bagi sistem penggerak otonom cerdas TMC. Tesnya berlangsung di lalu lintas kota, misalnya di Moskow.

Mobil robot dibuat berdasarkan minibus (Gambar 5.31). Mereka berbeda dari mobil biasa tidak hanya dalam kontrol otonom, tetapi juga dalam traksi listrik murni.

Beras. 5.31. Mobil self-driving VisLab

Panel surya ditempatkan di atap TMS untuk memberi daya pada peralatan penting: sistem robotik yang memutar roda kemudi dan menekan pedal gas dan rem, serta komponen komputer mesin. Sisa tenaga disuplai oleh colokan listrik selama perjalanan.

Setiap mobil robot dilengkapi dengan empat pemindai laser di depan, dua pasang kamera stereo yang menghadap ke depan dan ke belakang, tiga kamera yang mencakup bidang pandang 180 derajat di "belahan" depan dan sistem navigasi satelit, serta satu set komputer dan program yang memungkinkan mobil mengambil keputusan dalam situasi tertentu.

Contoh lain dari sistem transportasi mekatronika yang dikendalikan secara otonom adalah kendaraan listrik robotik RoboCar MEV-C dari perusahaan Jepang ZMP (Gbr. 5.32).

Gambar 5.32. Robot mobil listrik RoboCar MEV-C

Pabrikan memposisikan TMS ini sebagai mesin untuk pengembangan lanjutan lebih lanjut. Perangkat kontrol otonom mencakup komponen-komponen berikut: kamera stereo, sensor gerak nirkabel 9-sumbu, modul GPS, sensor suhu dan kelembaban, pengintai laser, Bluetooth, Wi-Fi dan chip 3G, serta protokol CAN yang mengoordinasikan kerja bersama semua komponen. RoboCar MEV-C berukuran 2,3 x 1,0 x 1,6 m dan berat 310 kg.

Perwakilan Modern sistem transportasi mekatronika adalah transscooter milik kelas kendaraan ringan dengan penggerak listrik.

Transscooter adalah jenis baru kendaraan darat multifungsi yang dapat diubah untuk penggunaan individu dengan penggerak listrik, terutama ditujukan untuk penyandang disabilitas (Gbr. 5.33). Dasar ciri khas keunggulan transscooter dari kendaraan darat lainnya adalah kemampuan untuk melewati penerbangan tangga dan penerapan prinsip multifungsi, dan karenanya dapat diubah dalam jangkauan yang luas.

Beras. 5.33. Penampilan salah satu sampel dari keluarga transscooter "Kangaroo"

Penggerak transscooter dibuat berdasarkan modul mekatronik dari tipe "roda motor". Fungsi dan konfigurasi yang disediakan oleh transscooter dari keluarga Kanguru adalah sebagai berikut (Gbr. 5.34):

- "Scooter" - gerakan dengan kecepatan tinggi di landasan yang panjang;

- "Kursi" - bermanuver di pangkalan pendek;

- "Keseimbangan" - gerakan berdiri dalam mode stabilisasi gyro pada dua roda;

- "Ringkas-vertikal" - gerakan sambil berdiri di atas tiga roda dalam mode stabilisasi giro;

- "Curb" - mengatasi trotoar langsung berdiri atau duduk (beberapa model memiliki fungsi tambahan "Slanting curb" - mengatasi trotoar dengan sudut hingga 8 derajat);

- "Ladder up" - menaiki tangga di depan, duduk atau berdiri;

- "Ladder down" - menuruni anak tangga di depan, sambil duduk;

- "Di meja" - pendaratan rendah, kaki di lantai.

Beras. 5.34. Konfigurasi utama transscooter pada contoh salah satu variannya

Transscooter memiliki rata-rata 10 penggerak listrik torsi tinggi kompak dengan kontrol mikroprosesor. Semua drive memiliki tipe yang sama - motor DC brushless yang dikendalikan oleh sinyal dari sensor Hall.

Untuk mengontrol perangkat semacam itu, sistem kontrol mikroprosesor multifungsi (CS) dengan komputer terpasang digunakan. Arsitektur sistem kontrol transscooter adalah dua tingkat. Level yang lebih rendah adalah pemeliharaan drive itu sendiri, level atas adalah operasi drive yang terkoordinasi sesuai dengan program yang diberikan (algoritma), menguji dan memantau pengoperasian sistem dan sensor; antarmuka eksternal - akses jarak jauh. Sebagai pengontrol tingkat atas ( komputer terpasang) menggunakan PCM-3350 dari Advantech, dibuat dalam format PC/104. Sebagai pengontrol tingkat rendah, mikrokontroler khusus TMS320F2406 dari Texas Instruments untuk mengendalikan motor listrik. Jumlah total pengontrol tingkat rendah yang bertanggung jawab atas pengoperasian masing-masing unit adalah 13: sepuluh pengontrol kontrol penggerak; pengontrol kepala kemudi, yang juga bertanggung jawab untuk menampilkan informasi yang ditampilkan di layar; pengontrol kapasitas sisa baterai; pengontrol pengisian dan pengosongan baterai. Pertukaran data antara komputer terpasang transscooter dan pengontrol periferal didukung oleh bis umum dengan antarmuka CAN, yang meminimalkan jumlah konduktor dan mencapai kecepatan nyata transfer data 1 Mbps.

Tugas komputer terpasang: kontrol penggerak listrik, perintah servis dari kepala kemudi; perhitungan dan tampilan sisa muatan baterai; memecahkan masalah lintasan untuk menaiki tangga; kemungkinan akses jarak jauh. Program individu berikut diimplementasikan melalui komputer on-board:

Akselerasi dan deselerasi skuter dengan akselerasi / deselerasi terkontrol, yang disesuaikan secara pribadi dengan pengguna;

Program yang mengimplementasikan algoritme pengoperasian roda belakang saat menikung;

Stabilisasi gyro longitudinal dan transversal;

Mengatasi trotoar naik turun;

Gerakan naik turun tangga

Adaptasi terhadap dimensi langkah;

Identifikasi parameter tangga;

Perubahan jarak sumbu roda (dari 450 menjadi 850 mm);

Pemantauan sensor skuter, drive control unit, baterai;

Emulasi berdasarkan pembacaan sensor radar parkir;

Akses jarak jauh untuk mengontrol program, mengubah pengaturan melalui Internet.

Transscooter memiliki 54 sensor yang memungkinkannya beradaptasi dengan lingkungan. Diantaranya: sensor Hall yang terpasang pada motor tanpa sikat; encoder mutlak sudut yang menentukan posisi komponen transscooter; sensor roda kemudi resistif; sensor jarak inframerah untuk radar parkir; inclinometer yang memungkinkan Anda menentukan kemiringan skuter saat mengemudi; akselerometer dan sensor kecepatan sudut, berfungsi untuk mengontrol stabilisasi gyro; penerima frekuensi radio untuk kendali jarak jauh; sensor perpindahan linier resistif untuk menentukan posisi kursi relatif terhadap rangka; shunt untuk mengukur arus motor dan sisa kapasitas baterai; pengontrol kecepatan potensiometri; sensor berat pengukur regangan untuk mengontrol distribusi berat peralatan.

Diagram blok umum dari sistem kontrol ditunjukkan pada Gambar 5.35.

Beras. 5.35. Diagram blok sistem kontrol untuk transscooter dari keluarga Kanguru

Konvensi:

RMC - sensor sudut absolut, DH - sensor Hall; BU - unit kontrol; LCD - indikator kristal cair; MKL - roda motor kiri; MCP - motor roda kanan; BMS - sistem manajemen daya; LAN - port untuk koneksi eksternal komputer terpasang untuk tujuan pemrograman, pengaturan, dll.; T - rem elektromagnetik.

Mekatronika muncul sebagai ilmu yang kompleks dari penggabungan bagian-bagian terpisah dari mekanika dan mikroelektronika. Ini dapat didefinisikan sebagai ilmu yang berurusan dengan analisis dan sintesis sistem kompleks yang menggunakan perangkat kontrol mekanis dan elektronik pada tingkat yang sama.

Semua sistem mekatronik mobil sesuai dengan tujuan fungsionalnya dibagi menjadi tiga kelompok utama:

• - sistem manajemen mesin;
• - sistem kontrol transmisi dan kaki-kaki kendaraan beroda;
• - sistem kontrol peralatan interior.

Sistem manajemen mesin dibagi lagi menjadi bensin dan mesin diesel. Dengan penunjukan, mereka monofungsional dan kompleks.

Pada sistem monofungsional, ECU hanya mengirimkan sinyal ke sistem injeksi. Penyuntikan dapat dilakukan secara terus menerus dan berdenyut. Dengan suplai bahan bakar yang konstan, jumlahnya berubah karena perubahan tekanan pada saluran bahan bakar, dan dengan pulsa, karena durasi pulsa dan frekuensinya. Saat ini, salah satu area yang paling menjanjikan untuk penerapan sistem mekatronika adalah mobil. Jika kita mempertimbangkan industri otomotif, maka pengenalan sistem semacam itu akan memungkinkan untuk mencapai fleksibilitas produksi yang memadai, untuk menangkap tren mode dengan lebih baik, untuk dengan cepat memperkenalkan perkembangan lanjutan para ilmuwan dan perancang, dan dengan demikian memperoleh kualitas baru bagi pembeli mobil. Mobil itu sendiri, terutama mobil modern, menjadi objek pertimbangan yang cermat dari segi desain. Penggunaan mobil modern membutuhkan peningkatan persyaratan untuk keselamatan berkendara, karena motorisasi negara yang terus meningkat dan pengetatan standar lingkungan. Ini terutama berlaku untuk wilayah metropolitan. Jawaban atas tantangan urbanisme saat ini adalah desain sistem pelacakan seluler yang mengontrol dan mengoreksi karakteristik pengoperasian komponen dan rakitan, mencapai indikator optimal untuk ramah lingkungan, keselamatan, dan kenyamanan pengoperasian mobil. Kebutuhan mendesak untuk melengkapi mesin mobil dengan lebih kompleks dan mahal sistem bahan bakar sebagian besar karena pengenalan persyaratan yang semakin ketat untuk konten zat berbahaya di gas buang, yang sayangnya baru mulai dikerjakan.

Dalam sistem yang kompleks, satu unit elektronik mengontrol beberapa subsistem: injeksi bahan bakar, penyalaan, timing katup, diagnosis mandiri, dll. Sistem kontrol elektronik mesin diesel mengontrol jumlah bahan bakar yang disuntikkan, waktu mulai injeksi, arus sumbat obor, dll. DI DALAM sistem elektronik kontrol transmisi, objek pengaturan terutama transmisi otomatis. Berdasarkan sinyal dari sensor sudut throttle dan kecepatan kendaraan, ECU memilih rasio transmisi optimal yang meningkat efisiensi bahan bakar dan pengelolaan. Kontrol sasis mencakup kontrol proses pergerakan, perubahan lintasan, dan pengereman mobil. Mereka mempengaruhi suspensi, kemudi dan sistem rem, pastikan kecepatan yang disetel dipertahankan. Manajemen peralatan interior dirancang untuk meningkatkan kenyamanan dan nilai konsumen dari mobil tersebut. Untuk tujuan ini, AC, panel instrumen elektronik, sistem informasi multifungsi, kompas, lampu depan, wiper intermiten, indikator lampu yang padam, alat pendeteksi hambatan selama pergerakan digunakan. kebalikan, perangkat anti-pencurian, peralatan komunikasi, penguncian sentral kunci pintu, jendela listrik, kursi yang dapat disesuaikan, mode keamanan, dll.

Bidang penerapan sistem mekatronika. Keuntungan utama perangkat mekatronika dibandingkan dengan alat otomasi tradisional meliputi: biaya yang relatif rendah karena tingginya integrasi penyatuan dan standarisasi semua elemen dan antarmuka; kualitas tinggi penerapan gerakan yang kompleks dan presisi karena penggunaan metode kontrol cerdas; keandalan tinggi, daya tahan, dan kekebalan kebisingan; kekompakan yang konstruktif dari modul hingga miniaturisasi dan mesin mikro yang lebih baik...

Jika karya ini tidak cocok untuk Anda, ada daftar karya serupa di bagian bawah halaman. Anda juga dapat menggunakan tombol pencarian

Kuliah 4. Bidang penerapan sistem mekatronika.

Keuntungan utama perangkat mekatronika dibandingkan dengan alat otomasi tradisional meliputi:

Biaya yang relatif rendah karena tingkat integrasi, penyatuan, dan standarisasi yang tinggi dari semua elemen dan antarmuka;

Kualitas tinggi penerapan gerakan yang kompleks dan presisi karena penggunaan metode kontrol cerdas;

Keandalan tinggi, daya tahan dan kekebalan kebisingan;

Kekompakan struktural modul (hingga miniaturisasi dan mesin mikro),

Peningkatan berat dan ukuran karakteristik dinamis mesin karena penyederhanaan rantai kinematik;

Kemampuan untuk mengintegrasikan modul fungsional ke dalam sistem dan kompleks mekatronik yang kompleks untuk tugas pelanggan tertentu.

Volume produksi perangkat mekatronika dunia meningkat setiap tahun, mencakup semua area baru. Saat ini, modul dan sistem mekatronika banyak digunakan di bidang berikut:

Pembuatan alat mesin dan peralatan untuk otomatisasi proses
proses;

Robotika (industri dan khusus);

peralatan penerbangan, luar angkasa dan militer;

industri otomotif (misalnya sistem rem anti-lock,
stabilisasi gerak kendaraan dan sistem parkir otomatis);

inkonvensional kendaraan(sepeda listrik, kargo
troli, skuter listrik, kursi roda);

peralatan kantor (misalnya, mesin fotokopi dan faks);

perangkat keras komputer (misalnya printer, plotter,
drive);

peralatan medis (rehabilitasi, klinis, layanan);

peralatan rumah tangga (mencuci, menjahit, mesin pencuci piring dan lainnya
mobil);

micromachines (untuk obat-obatan, bioteknologi, komunikasi dan
telekomunikasi);

alat dan mesin kontrol dan pengukur;

peralatan foto dan video;

simulator untuk melatih pilot dan operator;

Industri pertunjukan (sistem suara dan pencahayaan).

Tentu saja, daftar ini dapat diperluas.

Pesatnya perkembangan mekatronika di tahun 90-an sebagai arah ilmiah dan teknis baru disebabkan oleh tiga faktor utama:

Tren baru di dunia pengembangan industri;

Pengembangan basis fundamental dan metodologi mekatronika (basic
ide-ide ilmiah, teknis dan teknologi yang secara fundamental baru
solusi);

kegiatan spesialis dalam penelitian dan pendidikan
bola.

Tahap pengembangan teknik mesin otomatis di negara kita saat ini terjadi dalam realitas ekonomi baru, ketika ada pertanyaan tentang kelayakan teknologi negara dan daya saing produk manufaktur.

Tren perubahan berikut dalam persyaratan utama pasar dunia di area yang dipertimbangkan dapat dibedakan:

kebutuhan untuk memproduksi dan melayani peralatan sesuai dengan
sistem standar mutu internasional yang dirumuskan dalam
standar ISO 9000;

internasionalisasi pasar produk ilmiah dan teknis dan bagaimana
akibatnya, kebutuhan untuk pengenalan aktif ke dalam praktik bentuk dan metode
transfer teknik dan teknologi internasional;

meningkatkan peran usaha manufaktur kecil dan menengah di
ekonomi melalui kemampuan mereka untuk merespon dengan cepat dan fleksibel
untuk mengubah kebutuhan pasar;

Pesatnya perkembangan sistem dan teknologi komputer, fasilitas telekomunikasi (di negara-negara MEE pada tahun 2000, 60% dari pertumbuhan total
Produk Nasional terjadi justru karena industri-industri tersebut);
konsekuensi langsung dari kecenderungan umum ini adalah intelektualisasi
sistem kontrol untuk gerakan mekanis dan teknologi
fungsi mesin modern

Sebagai fitur klasifikasi utama dalam mekatronika, tampaknya tepat untuk mengambil tingkat integrasi elemen penyusunnya.Sesuai dengan fitur ini, sistem mekatronika dapat dibagi berdasarkan level atau generasi, jika kita mempertimbangkan kemunculannya di pasar produk intensif sains, secara historis modul mekatronika tingkat pertama hanya merupakan kombinasi dari dua elemen awal. Contoh umum dari modul generasi pertama adalah "motor roda gigi", di mana kotak roda gigi mekanis dan motor yang dikendalikan diproduksi sebagai elemen fungsional tunggal. Sistem mekatronika berdasarkan modul-modul ini telah menemukan aplikasi luas dalam pembuatan berbagai alat otomatisasi produksi yang kompleks (konveyor, konveyor, meja putar, manipulator tambahan).

Modul mekatronik tingkat kedua muncul di tahun 80-an sehubungan dengan perkembangan teknologi elektronik baru, yang memungkinkan pembuatan sensor miniatur dan unit elektronik untuk memproses sinyalnya. Kombinasi modul penggerak dengan elemen di atas telah menyebabkan munculnya modul gerak mekatronik, yang komposisinya sepenuhnya sesuai dengan definisi yang diperkenalkan di atas, ketika integrasi tiga perangkat yang berbeda sifat fisiknya tercapai: mekanik, elektrik, dan elektronik. Berdasarkan modul mekatronika kelas ini, mesin daya terkontrol (turbin dan generator), peralatan mesin, dan robot industri dengan kontrol numerik telah dibuat.

Pengembangan sistem mekatronika generasi ketiga disebabkan oleh munculnya mikroprosesor dan pengontrol yang relatif murah di pasaran dan ditujukan untuk intelektualisasi semua proses yang terjadi dalam sistem mekatronika, terutama proses mengendalikan gerakan fungsional dari mesin dan rakitan. Pada saat yang sama, prinsip dan teknologi baru untuk pembuatan unit mekanik presisi tinggi dan kompak sedang dikembangkan, serta jenis motor listrik baru (terutama brushless dan linear torsi tinggi), sensor umpan balik dan informasi. Sintesis dari teknologi intensif ilmu pengetahuan presisi, informasi, dan pengukuran memberikan dasar untuk desain dan produksi modul dan sistem mekatronik cerdas.

Di masa depan, mesin dan sistem mekatronika akan digabungkan dan kompleks mekatronika berdasarkan platform integrasi umum. Tujuan pembuatan kompleks semacam itu adalah untuk mencapai kombinasi produktivitas tinggi dan pada saat yang sama fleksibilitas lingkungan teknis dan teknologi karena kemungkinan konfigurasi ulangnya, yang akan memastikan daya saing dan kualitas produk yang tinggi.

Perusahaan modern yang memulai pengembangan dan produksi produk mekatronika harus menyelesaikan tugas utama berikut dalam hal ini:

Integrasi struktural subdivisi profil mekanis, elektronik, dan informasional (yang, biasanya, berfungsi secara mandiri dan terpisah) ke dalam tim desain dan produksi tunggal;

Pelatihan insinyur dan manajer "berorientasi mekatronik" yang mampu mengintegrasikan sistem dan mengelola pekerjaan spesialis yang sangat terspesialisasi dari berbagai kualifikasi;

Integrasi teknologi informasi dari berbagai bidang ilmiah dan teknis (mekanika, elektronik, kontrol komputer) ke dalam satu perangkat untuk dukungan komputer untuk tugas mekatronika;

Standarisasi dan penyatuan semua elemen dan proses yang digunakan dalam desain dan pembuatan MS.

Solusi dari masalah ini seringkali membutuhkan mengatasi tradisi manajemen yang telah berkembang di perusahaan dan ambisi manajer menengah yang terbiasa menyelesaikan hanya tugas profil sempit mereka. Itulah sebabnya perusahaan menengah dan kecil yang dapat dengan mudah dan fleksibel memvariasikan strukturnya lebih siap untuk beralih ke produksi produk mekatronika.