Структура, компоненты, электронная проводка, ремонтопригодность.

Объединение механики, электрики, программирования и систем управления — задача не из лёгких. Но интеграция технологических достижений и концентрация на этих пяти областях могут упростить процесс и обеспечить лёгкость разработки мехатроники.

Современные быстрые циклы разработки продукции и стремительное развитие технологий обусловили необходимость более широкого междисциплинарного подхода к проектированию. Если раньше инженер-механик мог сосредоточиться исключительно на аппаратном обеспечении, инженер-электрик – на электропроводке и печатных платах, а инженер-системотехник – на программном обеспечении и алгоритмическом программировании, то мехатроника объединяет эти области, создавая комплексное решение для управления движением. Достижения в этой области и интеграция всех трёх областей оптимизируют проектирование мехатроники.

Именно это упрощение является движущей силой прогресса в робототехнике и многоосевых декартовых системах для промышленного применения и производства, автоматизации потребительских рынков в киосках и системах доставки, а также быстрого принятия 3D-принтеров в массовую культуру.

Вот пять ключевых факторов, которые в совокупности упрощают проектирование мехатроники.

1. Интегрированные линейные направляющие и конструкция

В машиностроении подшипниковые узлы и линейные направляющие используются так давно, что механика системы движения часто рассматривается как нечто второстепенное. Однако достижения в области материалов, конструкции, характеристик и методов производства делают целесообразным рассмотрение новых вариантов.

Например, предварительно спроектированная система выравнивания, встроенная в параллельные рельсы на этапе производства, снижает стоимость за счёт меньшего количества компонентов, повышает точность и уменьшает влияние переменных факторов на длину рельса. Такие параллельные рельсы также упрощают монтаж, поскольку исключают необходимость в многочисленных крепёжных элементах и ручном выравнивании.

Раньше инженер практически гарантированно предполагал, что, какую бы систему линейных направляющих он ни выбрал, ему также придётся учитывать монтажные пластины, опорные рельсы или другие конструкции для обеспечения необходимой жёсткости. В новых компонентах опорные конструкции интегрированы в сам линейный рельс. Переход от проектирования отдельных компонентов к цельным конструкциям или интегрированным подузлам сокращает количество компонентов, а также снижает стоимость и трудозатраты.

2. Компоненты силовой передачи

Выбор правильного приводного механизма или компонентов силовой передачи также играет важную роль. Процесс выбора, включающий в себя поиск оптимального баланса между скоростью, крутящим моментом и точностью работы двигателя и электроники, начинается с понимания того, какие результаты может обеспечить каждый тип привода.

Подобно трансмиссии автомобиля, работающей на четвёртой передаче, ременные передачи подходят для применений, где требуются максимальные скорости при увеличенном ходе. На противоположном конце спектра производительности находятся шарико-винтовые передачи, которые больше похожи на автомобильные с мощными и отзывчивыми первой и второй передачами. Они обеспечивают хороший крутящий момент, превосходно справляясь с быстрыми стартами, остановками и сменой направления движения. На диаграмме показана разница между скоростью ремней и крутящим моментом винтов.

Подобно усовершенствованию линейных направляющих, предварительно спроектированная система выравнивания — ещё одна область, где конструкция ходового винта получила дальнейшее развитие, обеспечивая повышенную повторяемость в динамических приложениях. При использовании муфты обратите внимание на выравнивание двигателя и винта, чтобы исключить биение, снижающее точность и срок службы. В некоторых случаях муфту можно полностью исключить, а винт закрепить непосредственно на двигателе, что позволяет объединить механические и электрические компоненты, исключить ненужные компоненты, повысить жёсткость и точность, а также снизить стоимость.

3. Электроника и проводка

Традиционные конфигурации электроники для управления движением включают сложную проводку, а также шкафы и монтажное оборудование для сборки и размещения всех компонентов. В результате система часто оказывается неоптимизированной, а её сложно настраивать и обслуживать.

Новые технологии предлагают системные преимущества, размещая драйвер, контроллер и усилитель непосредственно на «умном» двигателе. Это не только сокращает пространство, необходимое для размещения дополнительных компонентов, но и сокращает общее количество компонентов, а также упрощает количество разъёмов и проводов, что снижает вероятность ошибок, а также экономит средства и трудозатраты.

4. Разработано для производства (DFM)

• Вынесение в скобки

Помимо упрощения сборки рельсовых направляющих в интегрированных конструкциях, опыт и новые технологии, такие как 3D-печать, расширяют ваши возможности по созданию прототипов мехатронных и роботизированных узлов в соответствии со стандартами DFM. Например, изготовление специальных соединительных кронштейнов для систем движения в инструментальном цехе или на сборочном производстве часто было дорогостоящим и занимало много времени. Сегодня 3D-печать позволяет создать CAD-модель, отправить её на 3D-принтер и получить готовую модель детали в разы быстрее и дешевле.

• Коннекторизация

Ещё одна область применения DFM, о которой мы уже говорили, — это использование интеллектуальных двигателей, в которых электроника размещается непосредственно на двигателе, что упрощает сборку. Кроме того, новые технологии, объединяющие разъёмы, кабели и систему управления кабелями в одном корпусе, упрощают сборку и устраняют необходимость в традиционных тяжёлых пластиковых кабельных лотках цепного типа.

5. Долгосрочная ремонтопригодность

Новые технологии и усовершенствования в проектировании влияют не только на технологичность производства, но и на удобство обслуживания системы в будущем. Например, размещение контроллера и привода на двигателе упрощает устранение любых возможных неисправностей. Доступ к двигателю и электронике становится простым и незатрудненным. Кроме того, многие системы теперь можно объединить в сеть, что позволяет осуществлять удалённую диагностику практически из любой точки.