Mekatroniikka yhdistää mekaniikan ja elektroniikan

Kirjoitettu: heinäkuu 27, 2016 | Kuuluu aiheeseen: Tekniikka | Ei kommentteja »

 

Mekatroniikka on uudehko tieteenala, jossa yhdistyvät mekaaniset laitteet sekä jokin konetekniikka, kuten esimerkiksi elektroniikka, sähkötekniikka tai hydrauliikka. Terminä mekatroniikka on yhdistelmä mekaniikasta ja elektroniikasta.

Mekatroniikka syntyi jo 1970-luvulla Japanissa, mutta yleistyi maailmalla vasta 1980-luvulla, kun servo-ohjaukset sekä teollisuusrobotit kehittyivät. Kun elektroniikan koko pienentyi, niin tuli mahdolliseksi hajauttaa ohjaustekniikan älykkyyttä komponenttitasolle, jolloin ohjaustekniikka ja laitteen tekniset ratkaisut saatiin kiinteästi yhdeksi yksiköksi. Mekatroniikka yleistyi 2000-luvulla, kun kehitettiin erilaisia integroituja laiteratkaisuja sekä konejärjestelmiä. Nykyään tietokoneiden ja ohjelmistojen kehitys on mahdollistanut mekatronisen ajattelun joka puolella ja liittyen moneen eri alaan.

Mekatroninen laitesuunnittelu verrattuna perinteiseen suunnitteluun

Kun mekatronista laitetta suunnitellaan, niin jo suunnittelun alkuvaiheessa täytyy huomioida laitteen kytkökset eri tieteenaloihin ja miettiä niiden keskinäiset vuorovaikutukset. Mekatroninen suunnittelu eroaa hyvin paljon perinteisestä suunnittelutekniikasta. Perinteisessä suunnittelussa jokaisen koneen eri osan suunnittelee ja toiminnan optimoi kyseessä olevan alan insinööri. Lopulta osat kootaan yhteen ja laite muodostuu. Lopputulos ei kuitenkaan tällöin ole osiensa optimien summa, vaan tulos on useimmiten sitä huonompi. Mekatroniikassa puolestaan mekatroniikan asiantuntija ymmärtää laitteen kokonaisuuden sekä osajärjestelmien vuorovaikutukset, jolloin lopputulos on enemmän kuin osiensa summa. Mekatronisen laitteen suunnittelu tapahtuu yleensä tietokoneavusteisessa suunnitteluympäristössä. Nykyisin on kehitetty monia mekatroniikan suunnittelutyökaluja, esimerkiksi Product Life Cycle Management simulointityökalu, jotka helpottavat mekatronisten laitteiden suunnittelua sekä niiden luotettavuuden tarkastelua. Laite on pystyttävä mallintamaan laboratorio-olosuhteissa, jotta laitteen toimintaa sekä säätöjen vaikutusta laitteeseen pystytään tarkastelemaan. Laboratorio-olosuhteissa laitteen toiminnan optimointi on myös erittäin helppoa.

Mekatroniset laitteet

Mekatroninen laite koostuu useasta eri komponentista. Monta eri osaa sekä niiden toiminta laitetaan toimimaan saumattomasti yhteen. Usein mekatronisessa laitteessa on mekaaninen runko, toimilaitteet, signaalin siirto- ja muuntolaite, anturit, tietokone, ohjelmistot, käyttöliittymät sekä teholähde.

Mekatronisia arkielämästä tuttuja laitteita ovat esimerkiksi moottorit, hissit, kaupan kassalaitteistot, pullonpalautusautomaatit, nosturit, automaattitrukit sekä teollisuusrobotit.

Servomoottori – tyypillinen mekatroninen laite

Servomoottorissa yhdistyy monta eri tekniikkaa sekä laitetta ja yhteensä niistä muodostuu mekatroninen kokonaisuus. Servomoottori on moottori, jonka dynaamiset ominaisuudet ovat paljon paremmat kuin tavanomaisella oikosulkumoottorilla. Sen lisäksi servomoottorissa on vähintään asematakaisinkytkintä, mutta tavallisimmin moottorilta saadaan myös nopeus, kiihtyvyys sekä kiihtyvyyden muutos. Servomoottorit joita yleensä käytetään automaatiossa, ovat kestomagnetoituja vaihtovirtamoottoreita, joissa takaisinkytkentä on toteutettu resolverilla. Servomoottori tarvitsee aina säätimen, joka ohjaa moottoria. Yleensä säädin on yhdistetty kenttäväylään, josta voidaan myös lukea moottorin tiedot.

 



Leave a Reply