2.1 Introducere

Domeniul mecatronicii este preocupat în principal de integrarea mecanicii și electronicii. Într-un produs mecatronic, componentele mecanice, electrice și electronice joacă un rol crucial. Acestea pot servi funcții de suport structural sau portant, mobilitate, transmisie de mișcare și putere sau energie, acționare, manipulare, detectare, comutare, condiționare semnal, circuite de acționare și control. Componentele mecanice trebuie să fie proiectate pentru a fi integrate cu electronică, comenzi și așa mai departe pentru a satisface caracteristici dezirabile precum acuratețe ridicată, greutate ușoară, rezistență ridicată, viteză mare, zgomot și vibrații reduse, durată lungă de viață, mai puține piese mobile, fiabilitate ridicată, producție și distribuție cu costuri reduse și întreținere nefrecventă și cu costuri reduse.

Chiar și într-un sistem electromecanic integrat, există motive întemeiate pentru care trebuie făcută o distincție între componentele mecanice și componentele electronice și de calculator (hardware și software). Un motiv este legat de conversia energetică (sau de putere). Tipurile de energie implicate vor fi diferite în aceste tipuri diferite de componente (sau atribuții). Nivelul de energie (sau putere) poate diferi foarte mult. De exemplu, circuitele electronice digitale și hardware-ul computerului utilizează de obicei niveluri scăzute de putere și tensiune. Dar, dispozitivele analogice, cum ar fi amplificatoare și surse de alimentare, pot găzdui tensiuni și puteri ridicate. Motoarele și alte actuatoare (de exemplu, motoarele AC și actuatoarele hidraulice, în special) pot primi niveluri ridicate de putere electrică și pot genera niveluri ridicate similare de putere mecanică. Conversia analogic-digitală (ADC) și conversia digital-analogică (DAC) implică niveluri relativ mici de putere. Dar, amplificatoarele de acționare ale motoarelor electrice, pompelor și compresoarelor sistemelor hidraulice și pneumatice se ocupă de obicei cu niveluri de putere mult mai mari. Rezultă că nivelul de putere necesar pentru o sarcină și natura conversiei de energie implicată pot separa componente mecanice de altele într-un sistem mecatronic.

O altă considerație importantă care separă o componentă mecanică de componentele electronice și de calcul (hardware/software) este lățimea de bandă (viteza, constanta de timp etc.). De obicei, componentele mecanice au constante de timp mai mici decât componentele electronice. În consecință, viteza lor de operare va diferi și, în plus, lățimea de bandă (conținutul de frecvență util) al semnalelor asociate va diferi. De exemplu, instalațiile de proces pot avea constante de timp de minute, iar dispozitivele robotice și mașinile-unelte au constante de timp în intervalul ms. Constantele de timp ale circuitelor electrice analogice pot fi destul de scăzute (gama μs). Dispozitivele computerizate bazate pe software pot genera în mod convențional acțiuni digitale în rate de kHz (adică, scala de timp ms). Dacă sunt necesare viteze mai mari, va trebui să mergeți pentru procesoare mai rapide, algoritmi de calcul eficienți și computere cu cicluri de operare mai rapide. Pentru a efectua controlul digital și alte acțiuni digitale la viteze mult mai rapide (viteza MHz, timpul ciclului μs), va trebui să se bazeze pe soluții hardware (nu software) folosind electronică analogică și digitală dedicată.

Acest capitol identifică mai întâi elementele de bază ale sistemelor mecanice, electrice și electronice. Apoi studiază câteva caracteristici și principii fundamentale ale componentelor mecanice, electrice și electronice.

2.2 Elemente mecanice