구조, 구성요소, 전자 배선, 유지보수성.

기계, 전기, 프로그래밍, 제어 공학을 통합하는 것은 쉬운 일이 아닙니다. 하지만 기술 발전을 통합하고 이 다섯 가지 분야에 집중한다면 프로세스를 간소화하고 메카트로닉스를 더욱 쉽게 만들 수 있습니다.

오늘날 빠르게 진행되는 제품 개발 주기와 기술의 급속한 발전은 더욱 다학제적인 엔지니어링의 필요성을 더욱 부각시켰습니다. 한때 기계 엔지니어는 하드웨어, 전기 엔지니어는 배선 및 회로 기판, 제어 엔지니어는 소프트웨어 및 알고리즘 프로그래밍에만 집중할 수 있었지만, 메카트로닉스 분야는 이 세 분야를 통합하여 완벽한 모션 솔루션을 구축하는 데 중점을 두고 있습니다. 세 분야 모두의 발전과 통합은 메카트로닉스 설계를 간소화합니다.

산업용 및 제조용 로봇공학과 다축 데카르트 시스템, 키오스크와 배송 시스템의 소비자 시장 자동화, 3D 프린터가 주류 문화로 빠르게 수용되는 것을 촉진하는 것은 바로 이러한 단순화입니다.

메카트로닉스 설계를 보다 쉽게 ​​만들어주는 5가지 핵심 요소는 다음과 같습니다.

1. 통합 리니어 가이드 및 구조

기계 설계에서 베어링과 리니어 가이드 어셈블리는 오랜 세월 사용되어 왔기 때문에 모션 시스템의 역학은 종종 부차적인 문제로 여겨집니다. 하지만 소재, 설계, 기능 및 제조 방법의 발전으로 새로운 옵션을 고려해 볼 가치가 있습니다.

예를 들어, 제조 공정 중 평행 레일에 미리 설계된 정렬 방식을 적용하면 부품 수 감소, 정밀도 향상, 레일 길이에 따른 변수 감소로 인해 비용이 절감됩니다. 또한, 이러한 평행 레일은 여러 개의 고정 장치와 수동 정렬이 필요 없기 때문에 설치가 더욱 용이해집니다.

과거에는 엔지니어가 어떤 리니어 가이드 시스템을 선택하든 필요한 강성을 위해 장착판, 지지 레일 또는 기타 구조물을 고려해야 했습니다. 하지만 최신 부품은 리니어 레일 자체에 지지 구조물을 통합합니다. 개별 부품 설계에서 일체형 엔지니어링 설계 또는 통합 하위 어셈블리로의 전환은 부품 수를 줄이는 동시에 비용과 인력을 절감합니다.

2. 동력 전달 부품

적절한 구동 메커니즘이나 동력 전달 부품을 선택하는 것 또한 중요한 요소입니다. 모터 및 전자 장치와 적절한 속도, 토크, 정밀 성능의 균형을 맞추는 선택 과정은 각 유형의 구동 장치가 어떤 결과를 낼 수 있는지 이해하는 것에서 시작됩니다.

4단 기어로 작동하는 자동차의 변속기와 마찬가지로, 벨트 드라이브는 긴 스트로크 길이에 걸쳐 최고 속도가 요구되는 용도에 적합합니다. 성능 스펙트럼의 반대편에는 강력하고 반응성이 뛰어난 1단과 2단 기어를 갖춘 자동차와 유사한 볼 스크류와 리드 스크류가 있습니다. 빠른 시동, 정지 및 방향 전환에 탁월한 성능을 발휘하는 동시에 우수한 토크를 제공합니다. 차트는 벨트 속도와 스크류 토크의 차이를 보여줍니다.

선형 레일 어드밴스와 마찬가지로, 사전 설계된 정렬은 리드 스크류 설계가 발전하여 동적 응용 분야에서 더 높은 반복성을 제공하는 또 다른 분야입니다. 커플러를 사용할 때는 모터와 스크류 정렬에 주의를 기울여 정밀도와 수명을 저하시키는 "흔들림"을 방지해야 합니다. 경우에 따라 커플러를 완전히 제거하고 스크류를 모터에 직접 부착하여 기계 및 전기 장치를 직접 통합하고 부품을 제거하며 강성과 정밀도를 높이고 비용을 절감할 수 있습니다.

3. 전자 및 배선

모션 제어 애플리케이션의 전자 장치에 대한 기존 구성은 복잡한 배선, 모든 구성 요소를 조립하고 수용하기 위한 캐비닛 및 장착 하드웨어를 포함합니다. 이로 인해 시스템이 최적화되지 않고 조정 및 유지 관리가 어려워지는 경우가 많습니다.

신기술은 드라이버, 컨트롤러, 증폭기를 "스마트" 모터에 직접 배치함으로써 시스템 이점을 제공합니다. 추가 부품을 수용하는 데 필요한 공간이 줄어들 뿐만 아니라, 전체 부품 수가 줄어들고 커넥터와 배선의 수가 간소화되어 오류 발생 가능성이 줄어들고 비용과 인력도 절감됩니다.

4. 제조를 위해 설계됨(DFM)

• 괄호화

통합 설계의 레일 조립이 용이해지고, 3D 프린팅과 같은 신기술과 경험은 DFM 표준에 맞춰 프로토타입 메카트로닉스 및 로봇 어셈블리를 제작하는 능력을 향상시킵니다. 예를 들어, 모션 시스템용 맞춤형 커넥터 브래킷은 공구실이나 제작 공장에서 처리하는 데 많은 비용과 시간이 소요되었습니다. 오늘날 3D 프린팅을 사용하면 CAD 모델을 생성하고 3D 프린터로 전송하여 훨씬 짧은 시간과 비용으로 사용 가능한 모델 부품을 얻을 수 있습니다.

• 커넥터화

이미 다루어진 DFM의 또 다른 영역은 전자 장치를 모터에 직접 연결하여 조립을 용이하게 하는 스마트 모터의 활용입니다. 이 외에도 커넥터, 케이블, 케이블 관리 기능을 하나의 패키지로 통합하는 최신 기술은 조립을 간소화하고 기존의 무겁고 플라스틱 체인 타입 케이블 캐리어의 필요성을 제거합니다.

5. 장기 유지 보수성

최신 기술과 설계의 발전은 초기 제조 가능성뿐만 아니라 시스템의 지속적인 유지 보수 가능성에도 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 컨트롤러와 드라이브를 모터에 내장하면 필요한 문제 해결이 간소화됩니다. 모터와 전자 장치에 대한 접근이 간편하고 깔끔합니다. 또한, 이제 많은 시스템을 네트워크로 연결하여 거의 모든 위치에서 원격 진단을 수행할 수 있습니다.