Giáo trình Hệ thống cơ điện tử

pdf

85

3 MB

0

9

4.3 (
16 lượt)

853 MB

Nhấn vào bên dưới để tải tài liệu

Đang xem trước 10 trên tổng 85 trang, để tải xuống xem khá đầy đủ hãy nhấn vào bên trên

Chủ đề tương quan

Tài liệu tương tự

Nội dung

Giáo trình: Hệ Thống Cơ Điện Tử

Giáo Trình Hệ Thống Cơ Điện Tử
————————————————————————————————————-

PHẦN I
TỔNG QUAN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
CHƯƠNG 1
CƠ ĐIỆN TỬ VÀ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
I. CƠ ĐIỆN TỬ VÀ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

1.1. Mechantronic là gì?
Cơ điện tử là một hệ thống cơ cấu máy có thiết bị điều khiển đã được lập
trình và có khả năng hoạt động một cách linh hoạt. Ứng dụng trong sinh hoạt, trong
công nghiệp, trong lĩnh vực nghiên cứu như; máy lạnh, tủ lạnh, máy giặt, máy chụp
hình, modul sản xuất linh hoạt, tự động hóa quá trình sản xuất hoặc các thiết bị hổ trợ
nghiên cứu như các thiết bị đo các hệ thống kiễm tra …
Một số nhà khoa học nhà nghiên cứu đã định nghĩa cơ điện tử như sau:
Khái niệm của cơ điện tử được mở ra từ định nghĩa ban đầu của công ty Yasakawa
Electric: “thuật ngữ Mechantronics (Cơ điện tử) được tạo bởi (Mecha) trong
Mechanism (trong Cơ Cấu) và tronics trong electronics (Điện Tử). Nói cách khác,
các công nghệ và sản phNm ngày càng được phát triển sẽ ngày càng được kết hợp chặt
chẽ và hữu cơ thành phần điện tử vào trong các cơ cấu và rất khó có thể chỉ ra ranh
giới giữa chúng.
Một định nghĩa khác về cơ điện tử thường hay nói tới do Harashima,
Tomizukava và Fuduka đưa ra năm 1996: “ Cơ điện tử là sự tích hợp chặt chẽ của kỹ
thuật cơ khí với điện tử và điều khiển máy tính thông minh trong thiết kế chế tạo các
sản phNm và qui trình công nghiệp.”
Cùng năm đó Auslander và Kempf cũng đưa ra một định nghĩa khác như sau:
“ Cơ điện tử là sự áp dụng tổng hợp các quyết định tạo nên hoạt động của các hệ vật
lý.”
Năm 1997, Shetty lại quan niệm: “ Cơ điện tử là một phương pháp luận được
dùng để thiết kế Tối Ưu Hóa các sản phNm cơ điện.”

1

Giáo Trình Hệ Thống Cơ Điện Tử
————————————————————————————————————-

Và gần đây, Bolton đề xuất định nghĩa: “ Một hệ cơ điện tử không chỉ là sự kết
hợp chặt chẽ các hệ cơ khí điện và nó cũng không chỉ đơn thuần là một hệ điều
khiển, nó là sự tích hợp đầy đủ của tất cả các hệ trên.”
Tất cả những định nghĩa và phát biểu trên về Cơ điện tử đều xác đáng và giàu
thông tin, tuy nhiên bản thân chúng, nếu đứng riêng lẻ lại không định nghĩa được đầy
đủ thuật ngữ Cơ điện tử.”

Hình 1.1: Cơ điện tử kết hợp giữa robot và tin học
(giaoducvn.net/…/001hand_mechatronics.jpg)

Hình 1.2: Robot tự động làm việc trong phòng thí nghiệm
(iel.ucdavis.edu/…/chrobot/figures/workcell.png)
Hệ thống cơ điện tử là một lĩnh vực đa ngành của khoa học kỹ thuật hình
thành từ các ngành kinh điển như: Cơ khí, kỹ Thuật Điện – Điện tử và khoa học tính
toán tin học. Trong đó tổng hợp hệ thống các môn học như Truyền Động Điện,
Truyền Động Cơ, Thủy-Khí, Đo Lường Cảm Biến, Kỹ Thuật Vi Xử Lý, Lập

2

Giáo Trình Hệ Thống Cơ Điện Tử
————————————————————————————————————-

Trình PLC, kết hợp với cơ khí chế tạo máy, Khoa Học Tính Toán Tin Học, và Kỹ
Thuật Điện-Điện Tử, Mạng Truyền Thông Công Nghiệp…

Hình 1.3: Cơ Điện Tử
Khảo sát thực tiển mối quan hệ giữa dạy và học, học và ứng dụng ngành cơ
điện tử trong công nghiệp như sau:
Qua Khảo Sát Thực Tiển -> Nhu Cầu -> Nhân Lực

Làm Gì (Hoạt Động Nghề)

Đối Tượng Làm Việc

Công Việc

Cần Biết Gì Và Đào Tạo Gì?
Hình 1.4: Định hướng đào tạo ngành Cơ Điện Tử

3

Giáo Trình Hệ Thống Cơ Điện Tử
————————————————————————————————————-

1.2 Hệ thống Cơ điện tử là gì?
Cũng giống như cơ điện tử, có khá nhiều khái niệm khác nhau về hệ thống cơ
điện tử. Chúng ta hãy khảo sát một số quan điểm sau của Bradley, Okyay Kaynak,
Bolton, Shetty.
Sự thành công của các ngành công nghiệp trong sản xuất và bán hàng trên thị
trường thế giới phụ thuộc rất nhiều vào khả năng kết hợp của Điện-Điện Tử và công
nghệ tin học vào trong các sản phNm cơ khí và các phương thức sản xuất cơ khí. Đặc
tính làm việc của nhiều sản phNm hiện tại-xe ô tô, máy giặt, robot, máy công cụ…
cũng như việc sản xuất chúng phụ thuộc rất nhiều khả năng của ngành công nghiệp về
ứng dụng những kỹ thuật mới vào trong việc sản xuất sản phNm và các qui trình sản
xuất. Kết quả đã tạo ra một hệ thống rẻ hơn, đơn giản hơn, đáng tin cậy hơn và linh
hoạt hơn so với các hệ thống trước đây. Ranh gới giữa điện và điện tử, máy tính vá cơ
khí đã dần dần bị thay thế bởi sự kết hợp giữa chúng. Sự kết hợp này đang tiến tới một
hệ thống mới đó là : Hệ thống cơ điện tử.
Trên thực tế hệ thống cơ điện tử không có một định nghĩa rõ ràng. Nó được
tách biệt hoàn toàn ở các phần riêng biệt nhưng được kết hợp trong quá trình thực
hiện. Sự kết hợp này được trình bày ở hình 5, bao gồm các phần riêng biệt Điện-điện
tử, cơ khí và máy tính liên kết chúng lại trong các lĩnh vực giáo dục và đào tạo, công
việc thực tế, các ngành công nghiệp sản xuất thị trường.
Cơ khí

Điện – điện tử

GD & ĐT

Máy tính

CV thực tế

CN sản xuất

Thị trường

Hình 1.5: Sự liên kết của các thành phần trong Hệ Thống Cơ Điện Tử theo Bradley

4

Giáo Trình Hệ Thống Cơ Điện Tử
————————————————————————————————————-

• Quan điểm của Okyay Kaynak:
Theo quan điểm của Okyay Kaynak, giáo sư thổ nhi kỳ định nghĩa về Hệ
Thống Cơ Điện Tử như sau:
Mechantronics system
Cognition
Perception

Controlling
system

Executtion

——————-Sensor
Process monitoring
Visualiration

actuators

Controller
system

Mechanical process

Hình 1.6: Cấu trúc hệ thống cơ điện tử theo Okyay Kaynak
• Quan điểm của Bolton:
Theo Bolton thì cơ điện tử là một thuật ngữ của hệ thống. Một hệ thống có thể
được xem như một cái hộp đen má chúng có một đầu vào và một đầu ra. Nó là một cái
hộp đen vì chúng gồm những phần tử chứa đựng bên trong hộp, để thực hiện chức
năng liên hệ giữa đầu vào và đầu ra.
Ví dụ như: cái môtơ điện có đầu vào là nguồn điện và đầu ra là sự quay của một trục
động cơ.

Ngõ vào

Ngõ ra
Động cơ
Động cơ quay

Nguồn điện

Hình 1.7: Cấu trúc Hệ Thống Cơ Điện Tử theo Bolton

1.3 Cấu trúc hệ thống cơ điện tử.
Các phần tử cơ bản cấu thành nên hệ thống cơ điện tử:

5

Giáo Trình Hệ Thống Cơ Điện Tử
————————————————————————————————————-

• Hệ thống thông tin
• Hệ thống điện
• Hệ thống cơ khí
• Hệ thống máy tính
• Cảm biến
• Cơ cấu tác động
• Giao tiếp thời gian thực

Mô hình hóa
Mô phỏng
Cơ
Điện
Tử

=

Điều khiển
Tự động

Tối ưu hóa

Hệ cơ điện

+
Hệ
Thống
Cơ

Cơ cấu tác
động

Cảm biến

Giao tiếp thời gian

Hệ
Thống
Điện

D/A

Hệ
Thống
Máy
tính

A/D

Hệ thống thông tin
Hình 1.8: Các thành phần cơ bản của Hệ Thống Cơ Điện Tử
Giải pháp modun, thiết kế sản phNm cơ điện tử:
Giải pháp cơ điện tử trong thiết kế kĩ thuật liên quan đến việc cung cấp một cấu
trúc trong đó có sự tích hợp thành một hệ thống thống nhất của các công nghệ khác
nhau được thiết lập và đánh giá. Sơ đồ khối về hệ thống toàn bộ ( một sản phNm cơ
điện tử) như vậy trên cơ sở các khối xây dựng hoặc các modun thành phần được thể
hiện trong hình 1.9.

6

Giáo Trình Hệ Thống Cơ Điện Tử
————————————————————————————————————-

Modun Giao Diện
Interface module

Modun Phần Mềm
Software module

Modun Xử Lý
Processor module
Modun Truyền Thông
Comunication module

Modun Đo Kiểm
Mesurement module

Module Kích Truyền Động
Actuation module

Module Tập Hợp
Assembly module

Modun Môi Trường
Environment module

Hình 1.9: Sản phNm Cơ Điện Tử theo module
II. HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ ĐƯỢC SỬ DỤNG HIỆN NAY

2.1 Phân loại theo lĩnh vực sử dụng.
Sau đây là một số ví dụ phân loại sản phNm cơ điện tử theo lĩnh vực sử dụng:

2.2 Trong y học:
Các loại thiết bị cắt lớp, các thiết bị thí nghiệm về AND, nhân bản phôi,
các máy chiếu các loại tia chụp: X, lase, coban, các thiết bị mổ nội soi,…

7

Giáo Trình Hệ Thống Cơ Điện Tử
————————————————————————————————————-

2.3 Trong công nghiệp:
Các loại máy công nghiệp tự động được điều khiển theo chương trình,
FMS (hệ thống sản xuất linh hoạt), CAD-CAM, người máy, các hệ thống tự
động, kho tàng tự động, công cụ vận chuyển thông minh…

2.4 Trong văn phòng:
Đây là hệ thống mạng công tác, có sử dụng máy tính (như hệ thông tin
quản lí), các thiết bị văn phòng (máy tính, máy fax, máy in laser)…

2.5 Trong sinh hoạt gia đình:
Hệ thống thông tin về nhà cửa, sản phNm tiêu dùng (audio, thiết bị nghe
nhìn,máy giặt…) hệ thống bảo vệ nhà cửa, các loại robot phục vụ, ô tô, gara, ô
tô tự động…

2.6 Phân loại theo kỹ thuật hệ thống:
Sản phNm đơn là những sản phNm linh hoạt, thực hiện chức năng đứng
một mình như máy CNC, thiết bị vận chuyển thông minh, vật gia dụng thông
minh…

2.7 Hệ thống tổ hợp:
Các sản phNm cơ điện tử trong quá trình có quan hệ cụ thể nào đó như:
• Dây chuyền lắp ráp đồng hồ, lắp vỏ hộp động cơ, đóng bao gói…
• Dây chuyền sản xuất ti vi, máy nén khí …

2.8 Hệ thống tích hợp:
các sản phNm cơ điện tử thành phần có quan hệ mật thiết như:
• Tự động hóa sản xuất: hệ thống gia công linh hoạt (FMS), hệ thống sản xuất
tích hợp vi tính (CIM)…
• Tự động hóa công nghiệp dân dụng: thiết bị sản xuất và lắp ráp ô tô, tàu thông
minh, tòa nhà thông minh…

8

Giáo Trình Hệ Thống Cơ Điện Tử
————————————————————————————————————-

Như thể hiện ở trên, nội dung của Cơ Điện Tử là rất rộng. những vấn đề của
cơ điện tử trên quan điểm cơ khí được cho rằng là sự mở rộng và bổ sung các sensor
cho hệ thống cơ, các thành phần kích hoạt ( Cơ Cấu Chấp Hành) tiên tiến hơn so với
hệ cơ khí truyền thống và được điều khiển bằng máy tính. Khả năng truyền thông giữa
các hệ thống thành phần đã làm tăng cường đáng kể tính năng của sản phNm cơ điện
tử. Để thiết kế và chế tạo các sản phNm thế hệ mới, người thiết kế cần nắm rõ được các
thành phần cơ bản của một sản phNm cơ điện tử.
III NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA SẢN PHẪM CƠ ĐIỆN TỬ

3.1 Sản ph-m của cơ điện tử.
Những sản phNm trong công nghiệp như robot thông minh, robot vượt chướng
ngại vật, robot lau hồ bơi, robot lau kính…

Hình 1.10: Các sản phNm của hệ thống cơ điện tử

9

Source: https://bem2.vn
Category: Ứng dụng hay