.
Mechatronika učebn ice Ladislav Maixner a kolektiv
Computer Press Brno 2006
Obsah
.
Predmluva Predmluva
l
Úwd Úvod
3 Ing. Gunnar Kunzel
1.
55
do mechatroniky
1.1 Vznik,vývoj a definice definicemechatroniky 1.1 Vznik,vývoj mechatroniky 1.2 Mechatronická soustava a její komponenty
obebez bez
55 9
1.3 Mechatronický systém a jeho struktura
II
1.4 Príklady a ukázky aplikací principu mechatroniky
14
1.5 Slovníček základních pojmu
14
1.6 Kontroiní 1.6 Kontroiní o otázky tázky a úlohy úlohy
16
Ing. Gunnar Kunzel
zašlete ete I
2. 2. ,
,( .ľ ,'-
Úvod
I
Mechatronický Mechatronický
výrobek výrobek
17
2.1 Mechatronický 2.1 Mechatronický výrobek výrobek mechatronického výrobku výrobku 2.1.1 Charakteristika 2.1.1 Charakteristikamechatronického
17 17
2.2 Metodickékroky prinávrhumechatronickéhovýrobku
19
2.3 Inteligentní materiály v mechatronice
19
2.4 Moderní technologie používané v mechatronice
26
2.5 Príklady a ukázky mechatronických výrobku
35
2.6 Kontroiní otázky a úlohy
36
2.7 Použitá literatura (kapitoly 1 a 2)
36
Bc.Jindfich Král
3.
Senzory
v mechatronických
3.1 Úvod 3.1 Úvod Definice senzoru 3.1.1 Definicesenzoru 3.1.1
soustavách
37 37 37 39 39
iii
Mechatronika
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.1.2
Inteligentní
3.1.3
Struktura
Senzory
senzoru
41 41
Optoelektronické
3.2.2
Kapacitní
senzory
3.2.3
Odporové
senzory
3.2.4
Dotykové
maticové
3.2.5
Indukčnostní
3.2.6
Magnetostrikční
3.2.7
Magnetické
3.2.8
Fluidní senzory
3.2.9
Ultrazvukové
42
senzory
56 59
I 61 '
senzory
senzory
63
senzory
65
senzory
66
senzory
70
teploty
71
3.3.1
Dotykové
3.3.2
Bezdotykové
3.3.3
Indikátory
senzory
teploty
senzory
(pyrometry)
3.4.1
Odporové
78
3.4.2
Deformační
tenzometry členy
Piezoelektrické
3.4.5
Optoelektronické
3.4.6
Senzory
3.4.7
Mechatronický
Senzory
80
senzory
81
senzory
82 vláknové
momentu
senzory
(OVS)
síly
82 83
prístup
83
zrychlení
84
3.5.1
Kapacitní
3.5.2
Rotační
3.5.3
Elektrodynamický
Senzory
akcelerometr
MEMS
akcelerometr
84 85
akcelerometr
prutoku
86 86
3.6.1
Objemové
senzory
86
3.6.2
Rychlostní
senzory
87
Nosek, CSc.
Elektromechanick~ 4.1.1
I
78 78
Kapacitní
I
76
Senzory síly, tlaku a hmotnosti
3.4.3
I
71
teploty
3.4.4
!
68
Akční členy mechatronických 4.1
iv
inteligentních
3.2.1
Senzory
40
polohy
Prof. Ing. Jaroslav
4.
senzory
soustav
akční členy
Akční členy s magnetickým
89 90
polem
91
.
...---
Obsah 40
4.1.2
Akční členy s elektrickým
41
4.1.3
Akční členy využívající
41
4.2
Pneumatické
42
4.3
Hydraulické
56
4.4
Srovnání elektromechanických, akčních člen u
59 6'l 63
4.5
Inteligentní
4.6
Použitá
polem vlastností
113 inteligen!ních
materiálu
akční členy
113 128
akční členy
129 pneumatických
a hydraulických 131
mikroelektromechanické
systémy
(MEMS)
literatura
133 135
65 66 68 70 71 71 76 78 78 78 80 81 82 82 83 83 84 84 85 86 86 86 87
89 90 91
Ing. Ladislav ,
5. 5.
$mejkal,
CSc.
Rízení mechatronických soustav, automatizace a fídicí systémy
137
5.1 Význam fídicí techniky
137
5.2 Rízení a automatizace 5.3 Programovatelnost
pro mechatroniku v našem živote
fídicích systému a její dusledky
5.4 Rídicí systém a komunikace
s okolím
5.5 Typy a algoritmy fízení 5.5.1 Rízená soustava 5.5.2 Algoritmus rízení
139 140 141 145
145
5.5.4 Číslicové, logické a hybridníalgoritmy 5.5.5 Statické a dynamické, kombinační a sekvenční systémy
146 146 148 149
5.5.6 Príkladyregulačních algoritmu 5.5.7 Logické fízení
149 151
5.5.3 Dopfednéa zpétnovazebnífízení
5.6 Distribuovanost a integrace v automatizaci 5.6.1 Distribuované systémy
154 154
5.6.2 Integrovanáa globálníautomatizace
154
5.7 Pfehled fídicích systému
156
5.7.1 Rídicísystém- úvahao terminologii
156
5.7.2 5.7.3 5.7.4 5.7.5 5.7.6 5.7.7
157 157 159 160 160 162
Rízená soustava Programovatelný automat, PLC(Programmable Logic Controller) SoftPLC Programovatelný logický modul, chytré relé Prumyslový počítač Distribuovanýrídicísystém
5.7.8 Operátorské rozhraní 5.7.9 Regulace a regulátory
162 163 v
Mechatronika 5.7.10 Distribuovaný regulační systém IRC
164
5.7.11 Regulátory pohonu
165
5.7.12 Systémy NC a CNC
166.
5.7.13 Rízení pohybu, polohy a dráhy v PLC Motion Control
168
Ing. Ladislav
6.
Šmejkal,
CSc.
Inteligentní fízení mechatronických soustav
171
6.1 Motivační úvod
171
6.2 Chytrost a inteligence
175
6.3 Minimum o fuzzy logice
176
6.3.1
Duvody pro fuzzy logiku
176
6.3.2 Zjednodušený výklad
178
6.3.3
Fuzzy zobecnení logických výrazu
179
6.3.4
Fuzzy diagnostický systém
180
6.3.5 Typický postup a struktura fuzzy systému
181
6.3.6
Fuzzy zobecnení AND, OR, NOT
182
6.3.7 Typické použitífuzzy algoritmu
184
6.4 Neuronové síte
184
6.4.1 Od prahových funkcí k neuronum
184
6.4.2 Umelé neuronové site
187
6.5 Genetické algoritmy
189
6.7 Použitá literatura (kapitoly 5 a 6)
191
Doc. Ing. Vladislav Singule, CSc., Doc. RNDr. Ing. Tomáš Brezina, CSc.
7.
Návrh mechatronické soustavy
193
7.1 Mechatronický
193
prístup k procesu návrhu sou stavy
7.1.1 Tradiční metodika konstruování strojních sou stav
194
7.1.2 Mechatronický zpusob konstruování strojních soustav
195
7.2 struktura mechatronických
soustav a základní principy jejich návrhu
7.2.1 Základní struktura
196
7.2.2 Modularizace a hierarchizace
198
7.2.3 Integrace činností a prostorová integrace
199
7.3 Speciál ní hlediska vývoje a konstruování mechatronických sou stav 7.3.1 Komunikace a kooperace mezi experty zjednotlivých oboru
. vi
196
200
200
.
,.--
Obsah Obsah 201 201
7.3.2 Vétší 7.3.2 Vétší složitost složitost sou soustavy stavy
164 165 166 168
.
202 202
7.4.2 Cyklus 7.4.2 Cyklus návrhu návrhu na na mikroúrovni mikroúrovni(mikrocyklus) (mikrocyklus)
202 202 202 202 203 203 204 204 206 206
7.3.3 Tvorba 7.3.3 Tvorba virtuálních virtuálních prototypu. prototypu 7.4 Metodika 7.4 Metodika mechatronického mechatronického návrhu návrhu Postup 7.4.1 Postup 7.4.1
7.4.3 Cyklus 7.4.3 Cyklus návrhu návrhu na na makroúrovni makroúrovni(makrocyklus) (makrocyklus) 171
7.4.4 Pracovní 7.4.4 Pracovní postup postup pro pro opakující opakující se pracovní pracovní kroky kroky
'
7.5 Návrh 7.5 Návrh sou sou stavy stavy založený založený na na modelu modelu
171
209 209
175
Modelování 7.5.1 Modelování 7.5.1
209 209
176 176 178 179 180 181
7.5.2 Postup 7.5.2 Postup návrhu návrhu soustavy soustavy založený založený na na modelu modelu
211 211
7.6 Nástroje 7.6 Nástroje
212 212
7.7 Príklady 7.7 Príklady návrhu návrhu mechatronických mechatronických soustav soustav
216 216
7.7.1 Návrh Návrh a optimalizace optimalizace konstrukce konstrukce humanoidního humanoidního robotu robotu 7.7.1 7.7.2 Návrh 7.7.2 Návrhvícesouradnicového vícesouradnicového pohonu pohonu
216 216 223 223
7.8 Slovník 7.8 Slovník pojmu pojmu
229 229
~82 184
7.9 Použitá 7.9 Použitá literatura literatura
231 231
~84 184
Ing.Jaroslav Ing. Jaroslav Svoboda Svoboda
~87 189 f91
8.
Mechatronické Mechatronické
systémy systémy
8.1 Uživatelé a klíčové trhy 8.1.1 Uživatelé 8.1.2
KIíčové trhy
8.2 Výrobní systém 8.2.1 Strojírenskávýroba a informačnítechnologie 8.2.2 Výrobnístroje ~8.2.2Výrobnístroje !93 194 i
I
~5
~6 ~6 &8 99 ~O
)0
233 233 233 233 233 234 234 236
8.3 Nevýrobní systém 8.3.1 Telekomunikace a síťové produkty 8.3.2 Lékarství 8.3.3 Technické 8.3.3 Technické vybavení vybavení budov budov 8.3.4 Spotrební 8.3.4 Spotrební zboží zboží
238 238 238
8.4 Dopravní 8.4 Dopravní systémy systémy silniční 8.4.1 Doprava 8.4.1 Doprava silniční 8.4.2 Doprava 8.4.2 Doprava kolejová, kolejová, lodní lodní a letecká letecká
242 242 242 242 247 247
8.5 Odborné 8.5 Odborné školství školství
247 247
239 239 241 241
vii
I
Mechatronika Doc. Ing. František
9.
Spolehlivost 9.1
9.2
9.3
9.4
Kelča, DrSc.
a diagnostika
mechatronických
soustav
253
Úvod 9.1.1
Definice
technické
9.1.2
Spolehlivost
9.1.3
Predpoveď
9.1.4
Význam
253 253
diagnostiky
253 poruch
- predikce
technické
diagnostiky
253 254
pro mechatroniku
Spolehlivost 9.2.1
Spolehlivost
9.2.2
Základy
pravdepodobnosti
9.2.3
Výpočet
spolehlivosti
Údržba
funkcí stroju, zarízení
254 254
a systému
a spolehlivosti
254
a pravdepodobnosti
257
stroju a zafízení
9.3.1
Zpusoby
9.3.2
Údržba
9.3.3
Údržba v plánovaném
9.3.4
Údržba
Metody
257 257
údržby a její organizace po poruše die skutečného
technické
258 258
čase času
259
diagnostiky
9.4.1
Metoda
provozní
9.4.2
Metoda
operativni
9.4.3
Metoda
preventivní
9.4.4
Diagnostika
261
diagnostiky
261
diagnostiky
262
diagnostiky
vibrační,
hluková,
262 264
tribo a thermo
9.5 Automatická diagnostika
9.6
9.5.1
Základní
9.5.2
Hardwarová
9.5.3
Softwarová
9.5.4
Sber dat
Technická 9.6.1
9.7
viii
268
principy automatická automatická
technická
diagnostika mechatronických
Diagnostika
mechatroniky
9.6.2
Diagnostika
rídících
9.6.3
Autodiagnostika
Expertní
technická
systémy
systému
pro technickou
9.7.1
Aplikace
principu
9.7.2
Predikce
9.7.3
Príklad expertního
9.7.4
Moderní
diagnostika a pružných
stroju
271 výrobních
systému
271 272 272
a ovládání
stroju
diagnostiku
umelé inteligence
268 270
diagnostika
(A. l.)
273 273 273 273 274
metody
systému údržby a technické
diagnostiky
' \
276 278
.
Obsah 9.8 Záver 9.8.1 Zhodnocení současného stavu 9.8.2 Smer dalšího vývoje 9.9 Použitá literatura
.
279 279 280 280
\
, r
ix
