Mecatronica

ARGUMENT

Aparitia mecatronicii este rezultatul firesc al evolutiei in dezvoltarea tehnologica. Sistemele mecatronice sunt caracterizate de faptul ca stocheaza, proceseaza si analizeaza semnalele obtinute si executa sarcini adecvate.

Se considera ca primul utilaj complet din punct de vedere al conceptului mecatronic a fost masina-unealta comandata numeric (CNC) pentru productia elicelor de elicopter, construita la Massachusetts Institute of Technology din SUA, in 1952.

Dezvoltarea informaticii la inceputul anilor '70 a fost marcata de aparitia microprocesorului, caracterizat printr-o inalta fiabilitate si flexibilitate deosebita, oferind in acelasi timp gabarit si pret scazut; toate acestea au permis inlocuirea elementelor electronice analogice si de decizie clasice, sistemele electronice devenind astfel mai complexe dar in acelasi timp mai usor de utilizat.

Aceasta etapa poate fi numita a doua generatie a mecatronicii.

Mecatronica a inceput sa se dezvolte in mod dinamic dupa anii '80, perioada in care era deja proaspat definita, iar conceptul suferea permanent perfectionari. A fost o perioada de dezvoltare in directia obtinerii elementelor integrate, menite sa asigure pe deplin controlul utilajelor, masinilor si sistemelor complexe.

Acesta a fost inceputul celei de a treia generatii a mecatronicii, al carei obiect de interes sunt sistemele multifunctionale si cu o constructie complexa.

1.CONCEPTUL DE MECATRONICĀ

Termenul ,,mecatronica`` (mecanica+electronica) a fost conceput in anul 1965 de un inginer al firmei japoneze Yaskawa Electric si protejat pana in 1982 ca marca a acestei firme. Se referea initial la complectarea structurilor mecanice din constructia aparatelor cu componente electronice. In prezent termenul defineste o stiinta inginereasca interdisciplinara, care bazandu-se pe imbinarea armonioasa a elementelor din constructia de masini, electrotehnica si informatica, isi propune sa imbunatateasca performantele si functionalitatea acestor sisteme. Ca si in cazul altor domenii de mare complexitate, in literatura de specialitate nu exista o definitie unitara a notiunii de mecatronica.

In IEEE/ASME Transactions on Mechatronics (1996) mecatronica a fost definita astfel: mecatronica este integrarea sinergetica a ingineriei mecanice cu controlul electronic si cel inteligent cu calculatoare in proiectarea si fabricatia produselor si proceselor. Termenul ,,sinergetica`` impune o detaliere. In Mic Dictionar enciclopedic (editura Enciclopedica Romana, 1972), termenul ,,sinergetic`` este definit astfel: gr Synergia (,,conlucrare`` s.f. fiziol.): asociatie a mai multor organe sau tesuturi pentru indeplinirea aceleiasi functii.

Cele mai sugestive reprezentari ale mecatronicii sunt reprezentate prin intersectia a trei sau mai multor cercuri.

Reprezentari sugestive ale mecatronicii

In figura de mai jos se arata continutul celor 3 cercuri din figura de mai sus :

. Diagrama cu detalierea subsistemelor

2.EVOLUTIA SISTEMELOR TEHNICE DE LA SISTEME PUR MECANICE LA SISTEME MECATRONICE

Dezvoltarea mecatronicii si a produselor si tehnologiilor mecatronice reprezinta o etapa logica si concreta in evolutia stiintei si tehnologiei, iar revelatia inginerului de la Yaskawa era inevitabila, in conditiile in care electronica devenise o componenta care nu mai putea fi separata de sistemele mecanice.

Evolutia omenirii a fost insotita de o dezvoltare lenta a uneltelor, dispozitivelor si sistemelor create si realizate de om, incepand din paleolitic si apoi in secolul XVIII, cand odata cu inventarea masinii cu abur (james Watt 1788), care a marcat inceputul revolutiei industriale, sistemele tehnice au cunoscut o evolutie rapida. Masina cu abur s-a constituit intr-una dintre primele borne ale procesului de inlocuire a muncii fizice, prestate de oameni si animale, cu lucrul mecanic efectuat de masini.

Cateva repere importante de-a lungul acestui drum:

• 1775 – prima masina orizontala de gaurit si alezat tevile de tun (englezul John Wilkinson)

• 1784 – ciocanul mecanic cu abur

• 1795 – presa cu transmisie hidraulica

• Mijlocul sex XIX – locomotiva cu abur

Pe parcursul secolului al XX-lea apar si se dezvolta motoarele cu ardere interna, ca rezultat al preocuparii unor inventatori, de a realiza mijloace de transport rutier.

Caracteristica esentiala a sistemelor tehnice de pana in jurul anilor 1900 este aceea ca acestea erau pur mecanice.

Germenii unei ere noi apar odata cu dezvoltarea materialelor electrice – motorul de curent continuu in 1870 si cel de curent alternativ in 1889, care au permis realizarea, la inceputul secollului XX a unor sisteme mecanice cu actionare electrica (pompe, masini unelte etc). Electrotehnica a permis si saltul la realizarea unor sisteme mecanice cu control automat, bazate pe relee electrice, regulatoare PI, amplificatoare electrice, avand ca exponenti, avioanele, masinile unelte, turbine cu aburi, automobilele.

Perioada de dupa cel de-al doilea razboi mondial este caracterizat prin realizari stiintifice si strapungeri tehnologice remarcabile; primul calculator electronic numeric in 1945, tranzistorul cu germaniu in 1948, tranzistorul cu siliciu in 1952, tiristorul in 1958, primul circuit integrat in 1959, etc.

La inceputul anilor 1960 sunt realizati primii roboti industriali. Fabricarea si utilizarea robotilor a fost facilitata de rezolvarea anterioara a unor probleme tehnice, indispensabile pentru functionarea robotilor:

- problema manipularii pieselor la distanta, cu ajutorul mecanismelor articulate, denumite telemanipulatoare;

- problema automatizarii masinilor unelte, prin intermediul comenzii numerice

- problema automatizarii calculelor si a controlului cu ajutorul calculatoarelor electronice.

Cateva repere semnificative in evolutia roboticii:

1961 – instalarea primului robot industrial UNIMATE la General Motors;

1963 – Cercetatorii de la Rancho Los Amigos Hospital din California au construit ,,Rancho Arm`` pentru sprijinirea persoanelor handicapate. Avea 6 articulatii, dispunea de gradele de mobilitate ale mainii umane si a deschis drumul spre construirea robotilor antropomorfi.

Studentul in constructii de masini, Victor Scheinman, a realizat la Stanford Artificial Intelligence Laboratory, robotul Stanford pentru microchirurgie. Acesta a fost precursorul unor roboti industriali remarcabili, ca PUMA (Programmable Universal Manipulator for Assembly).

1973 – La Universitatea waeda din Tokyo a fost realizat primul robot umanoid in marime naturala, wabot-1. Alti roboti umanoizi creati de Japonezi: roboti P3 (Honda) , Asimo (Advanced Step in Innovative Mobility).