Структура, компоненты, электронная проводка, ремонтопригодность.

Объединение механического, электрического, программирующего и управляющего инжиниринга — нелегкое дело. Но интеграция технологических достижений и сосредоточение на этих пяти областях может упростить процесс и гарантировать, что мехатроника станет легкой.

Сегодняшние быстрые циклы разработки продукции и стремительный прогресс в технологиях подтолкнули необходимость в более тесном междисциплинарном проектировании. Если раньше инженер-механик мог сосредоточиться исключительно на оборудовании, инженер-электрик — на проводке и печатных платах, а инженер по управлению — на программном обеспечении и алгоритмическом программировании, то область мехатроники объединяет эти области, создавая фокус для комплексного решения по движению. Достижения и интеграция всех трех областей вместе оптимизируют проектирование мехатроники.

Именно это упрощение является движущей силой прогресса в робототехнике и многоосевых декартовых системах для промышленного использования 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 структура

В машиностроении подшипниковые узлы и линейные направляющие существуют так долго, что часто механика системы движения рассматривается как нечто второстепенное. Однако достижения в области материалов, конструкции, функций и методов производства заставляют рассмотреть новые варианты

Например, предварительно спроектированное выравнивание, встроенное в параллельные рельсы в процессе производства, означает меньшую стоимость из-за меньшего количества компонентов, большую точность и меньшее количество переменных в игре по всей длине рельса. Такие параллельные рельсы также улучшают установку, поскольку устраняются многочисленные крепления и ручное выравнивание.

Раньше это было почти гарантией того, что какую бы линейную направляющую систему инженер ни выбрал, ему также придется рассмотреть монтажные пластины, опорные рельсы или другие конструкции для необходимой жесткости. Новые компоненты интегрируют опорные конструкции в саму линейную направляющую. Этот переход от индивидуальной конструкции компонента к спроектированным 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 является фактором. Процесс выбора, который включает в себя балансировку правильной скорости, крутящего момента и точности работы с двигателем и электроникой, начинается с понимания того, какие результаты может дать каждый тип привода.

Подобно трансмиссии в автомобиле, работающей на четвертой передаче, ременные приводы подходят для приложений, где требуются максимальные скорости при увеличенной длине хода. На противоположном конце спектра производительности находятся шариковые и ходовые винты, которые больше похожи на автомобиль с мощной отзывчивой первой и второй передачей. Они обеспечивают хороший крутящий момент, превосходя при быстром старте, остановке и смене направления. На диаграмме показаны различия между скоростью ремней и крутящим моментом винтов.

Подобно линейным рельсовым усовершенствованиям, предварительно спроектированное выравнивание является еще одной областью, где конструкция ходового винта продвинулась вперед, чтобы обеспечить большую повторяемость в динамических приложениях. При использовании муфты обратите внимание на выравнивание двигателя и винта, чтобы исключить «вибрацию», которая снижает точность и срок службы. В некоторых случаях муфту можно полностью исключить, а винт прикрепить непосредственно к двигателю, напрямую объединяя механическую и электрическую части, исключая компоненты, увеличивая жесткость и точность, при этом сокращая расходы.

3. Электроника и проводка

Традиционные конфигурации для электроники в приложениях управления движением включают сложную проводку, а также шкафы и монтажное оборудование для сборки и размещения всех компонентов. Результатом часто является система, которая не оптимизирована, а также сложна в настройке и обслуживании.

Новые технологии предлагают системные преимущества, размещая драйвер, контроллер и усилитель непосредственно на «умном» двигателе. Не только устраняется пространство, необходимое для размещения дополнительных компонентов, но и сокращается общее количество компонентов, а также упрощается количество разъемов и проводов, что снижает вероятность ошибок, экономя при этом затраты и трудозатраты.

4. Разработано для производства (DFM)

• Вынесение за скобки

Наряду с более простой сборкой рельсов интегрированных конструкций, опыт и новые технологии, такие как 3D-печать, повышают вашу способность создавать прототипы мехатронных и роботизированных сборок по стандартам DFM. Например, изготовление специальных соединительных кронштейнов для систем движения в инструментальном цехе или цехе часто было дорогостоящим и занимало много времени. Сегодня 3D-печать позволяет вам создать модель CAD, отправить ее на 3D-принтер и получить готовую модельную деталь за малую часть времени и за малую часть стоимости.

• Коннекторизация

Другая область DFM, которая уже была рассмотрена, — это использование интеллектуальных двигателей, которые размещают электронику непосредственно на двигателе, что упрощает сборку. В дополнение к этому, новые технологии, которые объединяют разъемы, кабели и управление кабелями в одном пакете, упрощают сборку и устраняют необходимость в традиционных, тяжелых, пластиковых цепных кабельных держателях.

5. Долгосрочная ремонтопригодность

Новые технологии и достижения в области проектирования не только влияют на начальную технологичность, но также могут влиять на текущую ремонтопригодность системы. Например, перемещение контроллера и привода на борт двигателя упрощает устранение любых неисправностей, которые могут потребоваться. Доступ к двигателю и электронике не перегружен и прост. Кроме того, многие системы теперь могут быть объединены в сеть, что позволяет осуществлять доступ практически из любого места для выполнения удаленной диагностики.