Конструкция, комплектация, электропроводка, ремонтопригодность.

Объединить механическую, электрическую, программную и управляющую инженерию непросто. Но интеграция технологических достижений и сосредоточение внимания на этих пяти областях могут упростить процесс и гарантировать, что мехатроника станет проще.

Сегодняшние быстрые темпы разработки продуктов и стремительное развитие технологий привели к необходимости более широкого междисциплинарного проектирования. Если раньше инженер-механик мог сосредоточиться исключительно на аппаратном обеспечении, инженер-электрик — на проводке и печатных платах, а инженер по управлению — на программном обеспечении и алгоритмическом программировании, то область мехатроники объединяет эти области, создавая комплексное решение для управления движением. Достижения и интеграция всех трех областей вместе упрощают проектирование мехатроники.

Именно это упрощение способствует развитию робототехники и многоосных декартовых систем для промышленного использования и производства, автоматизации потребительских рынков в киосках и системах доставки, а также быстрому принятию 3D-принтеров в массовую культуру.

Вот пять ключевых факторов, которые в совокупности приводят к упрощению проектирования мехатроники.

1. Встроенные линейные направляющие и конструкция.

В машиностроении узлы подшипников и линейных направляющих используются так долго, что механика системы движения часто рассматривается как второстепенная мысль. Однако достижения в материалах, дизайне, функциях и методах производства заставляют рассматривать новые варианты.

Например, предварительно спроектированное выравнивание, встроенное в параллельные рельсы во время производственного процесса, означает меньшие затраты из-за меньшего количества компонентов, большей точности и меньшего количества переменных, действующих по длине рельса. Такие параллельные направляющие также улучшают установку, поскольку устраняются необходимость использования многочисленных креплений и необходимости ручного выравнивания.

Раньше это было почти гарантией того, что какую бы систему линейных направляющих ни выбрал инженер, ему также придется учитывать монтажные пластины, опорные рельсы или другие конструкции для обеспечения необходимой жесткости. Новые компоненты интегрируют опорные конструкции в сам линейный рельс. Этот переход от проектирования отдельных компонентов к проектированию цельных конструкций или интегрированных узлов позволяет сократить количество компонентов, а также сократить затраты и трудозатраты.

2. Компоненты силовой передачи

Выбор правильного приводного механизма или компонентов передачи мощности также является важным фактором. Процесс выбора, который включает в себя балансировку правильной скорости, крутящего момента и прецизионных характеристик двигателя и электроники, начинается с понимания того, какие результаты может дать каждый тип привода.

Подобно трансмиссии автомобиля, работающей на четвертой передаче, ременные передачи подходят для применений, 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 и отзывчивой первой и второй передачей. Они обеспечивают хороший крутящий момент и превосходно справляются с быстрым запуском, остановкой и изменением направления. На диаграмме показана разница между скоростью ремней и крутящим моментом винтов.

Как и в случае с линейными рельсами, предварительно спроектированное выравнивание — это еще одна область, в которой конструкция ходового винта продвинулась вперед, чтобы обеспечить большую повторяемость в динамических приложениях. При использовании муфты обратите внимание на выравнивание двигателя и винта, чтобы исключить «шатание», которое снижает точность и срок службы. В некоторых случаях муфту можно полностью исключить и прикрепить винт непосредственно к двигателю, напрямую объединяя механическую и электрическую части, устраняя компоненты, увеличивая жесткость и точность и одновременно сокращая затраты.

3. Электроника и проводка

Обычные конфигурации электроники в приложениях управления движением включают сложную схему подключения, а также шкафы и монтажное оборудование для сборки и размещения всех компонентов. В результате часто получается система, которая не оптимизирована, а также ее сложно настраивать и обслуживать.

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 количество разъемов и проводов упрощается, что снижает вероятность ошибок и одновременно экономит затраты и трудозатраты.

4. Разработано для производства (DFM).

• Брекетинг

Наряду с более простой сборкой интегрированных конструкций, 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 нестандартных соединительных кронштейнов для систем движения часто бывает дорогостоящим и требует много времени для изготовления в инструментальном цехе или производственном цехе. Сегодня 3D-печать позволяет вам создать модель САПР, отправить ее на 3D-принтер и получить пригодную к использованию часть модели за короткое время и с меньшими затратами.

• Коннекторизация

Еще одна область DFM, которая уже рассматривалась, — это использование интеллектуальных двигателей, в которых электроника размещается непосредственно на двигателе, что упрощает сборку. В дополнение к этому, новые технологии, объединяющие разъемы, кабели и систему управления кабелями в одном корпусе, упрощают сборку и устраняют необходимость в традиционных тяжелых пластиковых цепных держателях кабелей.

5. Долгосрочная ремонтопригодность

Новые технологии и достижения в области проектирования не только влияют на первоначальную технологичность, но также могут влиять на постоянную ремонтопригодность системы. Например, перемещение контроллера и привода на двигатель упрощает поиск и устранение неисправностей, которые могут потребоваться. Доступ к двигателю и электронике беспрепятственный и простой. Кроме того, многие системы теперь могут быть объединены в сеть, что обеспечивает доступ практически из любого места для выполнения удаленной диагностики.