Εισαγωγή στη
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ
I
S
L
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Intelligent
Systems
Labοratory
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ
1
Εισαγωγή στη
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ
Θεωρητικό Μέρος - Σημειώσεις
• Περιεχόμενα
1. Εισαγωγή, η αναγκαιότητα της Μηχατρονικής
2. Η Μηχατρονική ως σύνθεση τεχνολογιών
3. Η Μηχατρονική ως μεθοδολογία
4. Το μάθημα της Μηχατρονικής στο Τμ. Αυτοματισμού
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ
2
1η Ενότητα: Εισαγωγή η αναγκαιότητα της
Μηχατρονικής
• τα χαρακτηριστικά των σύγχρονων
βιομηχανικών και τεχνολογικών συστημάτων
• η σύνθεση των τεχνολογιών και η ενσωμάτωση
της πληροφορικής
• ο ρόλος και η συμβολή των τεχνολογιών στην
οικονομική και κοινωνική ανάπτυξη
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ
3
Τα σύγχρονα τεχνολογικά συστήματα είναι
ευέλικτα και "έξυπνα"
Πλεονεκτήματα (απαιτήσεις?):
• πολλαπλές λειτουργίες (κύριες και βοηθητικές π.χ.
αυτο-διάγνωση)
• δυνατότητα λειτουργίας σε διαφορετικές συνθήκες
• επικοινωνία με το χειριστή, παροχή πληροφοριών
για την κατάσταση και τη λειτουργία
• διασύνδεση και συνεργασία μεταξύ συστημάτων
καθώς και με ευρύτερες δομές διαχείρισης και
συντονισμού (π.χ. σε τοπικά δίκτυα ή σε δίκτυα
μέσω του internet)
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
4
Τα ευέλικτα και ευφυή συστήματα κυριαρχούν
σε όλους τους τομείς
Æ
Βιομηχανικά και τεχνολογικά συστήματα σε όλους
τους τομείς της οικονομικής και της κοινωνικής ζωής
• καθημερινή χρήση: οικιακές και καταναλωτικές συσκευές και
μηχανές κλπ.,
• βιομηχανική παραγωγή: εργαλειομηχανές, ρομπότ, μηχανές
και διατάξεις συσκευασίας ή αποθήκευσης
• μεταφορές και δίκτυα: έξυπνα τραίνα και οχήματα, νέες
αεροδιαστημικές και ναυτικές εφαρμογές, αποδοτικά δίκτυα
παροχής (utilities)
• υπηρεσίες και τομείς δημόσιου ενδιαφέροντος: εθνική
άμυνα, υγεία και περίθαλψη, ασφάλεια χώρων και
εγκαταστάσεων
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
5
Σύνθεση κατασκευαστικών τεχνολογιών και
ενσωμάτωση της "πληροφορικής"
Χαρακτηριστικά:
Æ ενσωματώνουν δύο ή περισσότερες
διαφορετικές τεχνολογίες π.χ. συνδυάζουν
ηλεκτρονικά, ηλεκτρικά και υδραυλικά μέρη
Æ περιλαμβάνουν διατάξεις επεξεργασίας
πληροφορίας, συνήθως με τη μορφή
ολοκληρωμένου κυκλώματος (chip)
μικροεπεξεργαστή (μικροελεγκτή)
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
6
Κοινό συστατικό: η διάταξη επεξεργασίας της
πληροφορίας (μικροεπεξεργαστής)
Æ προγραμματιζόμενη
λογική ("ευελιξία")
Æ ταχεία επεξεργασία μεγάλης ποσότητας
πληροφοριών ("ευφυία")
Æ ταχύτατη εμπορική και τεχνολογική διάδοση
(δυνατότητες, τιμή)
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
7
Ευρύτατη διάδοση, ταχύτατη εξέλιξη,
συνεχής αναζήτηση νέων λύσεων...
Æ ένα
σύγχρονο αυτοκίνητο περιέχει 15-20
διαφορετικούς μικροεπεξεργαστές
- ενεργή ανάρτηση
- πέδηση αντι-εμπλοκής (ABS)
- κλιματισμός
- καύση
- ηχοσύστημα
- πορεία σταθερής ταχύτητας (cruise)
- ρύθμιση ύψους
- οδόμετρο
- ταχύμετρο
- μετάδοση
- τετρακίνηση
Æ αύριο... (και όχι μεθαύριο)
- drive by wire
- ενεργή απόσβεση θορύβου
- πλοήγηση
- αποφυγή συγκρούσεων
Æ ποσοστό
της συνολικής αξίας (15-20%!)
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
8
Ευρύτατη διάδοση, ταχύτατη εξέλιξη,
συνεχής αναζήτηση νέων λύσεων...
Æ σχεδόν
όλες οι σύγχρονες οικιακές συσκευές
περιλαμβάνουν έναν ή περισσότερους
μικροελεγκτές
–
–
–
–
–
–
–
–
–
ζυγαριά
πιεσόμετρο
βιντεοκάμερα
πλυντήριο ρούχων
κλματιστικό
φούρνος μικροκυμάτων
ψηφιακή φωτ. μηχανή
κουζίνα
...
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ηχοσυστήματα
ραπτομηχανή
τηλεόραση
τηλέφωνο
φυγείο
γραφομηχανή
βίντεο
πλυντήριο πιάτων
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
9
Ευρύτατη διάδοση, ταχύτατη εξέλιξη,
συνεχής αναζήτηση νέων λύσεων...
Æο
μεγαλύτερος όγκος παραγωγής
ολοκληρωμένων κυκλωμάτων (chip) αφορά
στοιχεία που ενσωματώνονται σε συσκευές,
διατάξεις κλπ. προϊόντα που παράγονται σε
μεγάλους όγκους
• μικροελεγκτές
• ηλεκτρικά εγγραφόμενες μνήμες (EPROM, EEPROM,
FLASH κλπ.)
• προγραμματιζόμενη λογική, χρονιστές κλπ. κυκλώματα
γιά εφαρμογές "πραγματικού χρόνου"
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
10
... ώστε να καλύπτονται οι απαιτήσεις της
οικονομίας και της κοινωνίας
Æ
Η τεχνολογία καλείται να ανταποκριθεί σε πάγιες
επιδιώξεις:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
υψηλότερες προδιαγραφές (αυξημένη "ποιότητα")
αυξημένη ασφάλεια για το χρήστη και το περιβάλλον
προσαρμοστικότητα και ευελιξία
αυξημένη αξιοπιστία και ευκολότερη συντήρηση
πλουσιότερη πληροφόρηση που να υποβοηθά αποφάσεις
και επιλογές
ανταπόκριση σε θεσμικούς περιορισμούς και κανόνες
αυξημένη οικονομική και παραγωγική απόδοση
μεγαλύτεροι όγκοι παραγωγής
πλουσιότερο περιεχόμενο υπηρεσιών - κινητοποίηση
περιορισμένο λειτουργικό κόστος και δαπάνη επενδύσεων
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
11
Οι νέες τεχνολογίες συμβάλλουν στη συνεχή
βελτίωση της προστιθέμενης αξίας
1980
προστιθέμενη αξία
1960
2000
???
λογισμικό
"γενικά" ηλεκτρικά
και ηλεκτρονικά
μηχανικά
χρόνος
[διάγραμμα: Yamazaki, 1990]
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ειδικά
κυκλώματα
firmware
???
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
12
Καλύτερα συστήματα = συνεχής τεχνολογική
ανάπτυξη και βελτίωση
• βελτίωση κάθε (υφιστάμενης ή νέας) τεχνολογίας
ξεχωριστά, συνυπολογίζοντας και τη συνεργασία
με τις άλλες τεχνολογίες
• ανάπτυξη νέων "διασταυρώσεων" τεχνολογιών,
π.χ. υδραυλικών και πιεζοηλεκτρικών στοιχείων
• αποτελεσματική εκμετάλλευση των υφιστάμενων
συστημάτων με νέες λύσεις αυτοματισμού και
πληροφορικής
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
13
Ο ρόλος των τεχνικών
τεχνολογικές υπηρεσίες (engineering):
• σχεδιασμός, η δοκιμή, η βελτίωση και οι άλλες
δραστηριότητες ανάπτυξης νέων συστημάτων,
συσκευών και διατάξεων, με βάση και την εμπειρία
της πρακτικής εφαρμογής τους
• πλήρης αξιοποίηση των δυνατοτήτων και των
επιδόσεων των συστημάτων σε πραγματικές
συνθήκες, δηλαδή οι δραστηριότητες
παραγωγικής εκμετάλλευσης
• διάγνωση, συντήρηση, αναβάθμιση κλπ.
δραστηριότητες επιμέλειας των συστημάτων
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
14
2η Ενότητα: Η Μηχατρονική
ως σύνθεση τεχνολογιών
• το τεχνολογικό περιεχόμενο της Μηχατρονικής
• η Μηχατρονική ως τέχνη των interfaces
• το πρότυπο "μηχατρονικό σύστημα"
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ
15
Τί σημαίνει Μηχατρονική;
MECHATRONICS=MECHAnics+elecTRONICS
(ελληνικά: ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ ή ΜΗΧΑΝΟΤΡΟΝΙΚΗ)
• ένα φάσμα από διαφορετικές τεχνολογίες που
μπορούν να συνδυασθούν
• οι εφαρμογές των τεχνολογιών αυτών σε
συσκευές, σε παραγωγικές διατάξεις, σε μηχανές
κλπ. "συστήματα"
• η προσέγγιση της συνδυασμένης αξιοποίησης
("σύνθεσης") αυτών των τεχνολογιών
• οι τεχνικές και οι μέθοδοι engineering που
διευκολύνουν ή οργανώνουν αυτή τη σύνθεση
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
16
Τί είναι η Μηχατρονική;
Ορισμοί (1/2):
• οι συσκευές και διατάξεις που συνδυάζουν
μηχανικά και ηλεκτρονικά μέρη [Yasukawa, 1969]
• η τεχνολογία που συνδυάζει μηχανικά και
ηλεκτρονικά μέρη με πληροφορική για να επιτύχει
λειτουργική και χωροταξική ολοκλήρωση σε
διατάξεις, εξαρτήματα, προϊόντα και συστήματα
[Buur, 1990]
• η εφαρμογή σύνθετων μεθόδων λήψης
αποφάσεων στη λειτουργία φυσικών συστημάτων
[Auslander, 1995]
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
17
Τί είναι η Μηχατρονική;
Ορισμοί (2/2):
• Η συνεργιστική ενσωμάτωση της μηχανολογίας με
τα ηλεκτρονικά και τον ευφυή ψηφιακό έλεγχο για
το σχεδιασμό και την κατασκευή βιομηχανικών
προϊόντων και διεργασιών [IEEE/ASME
Transactions on Mechatronics, 1996]
• Η συνεργιστική σύνθεση κατασκευών ακριβείας με
τα ηλεκτρονικά και την προσέγγιση των
συστημάτων για το σχεδιασμό προϊόντων και
βιομηχανικών διεργασιών [IRDAC-EU, 1997]
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
18
Σύνθεση τεχνολογιών + ευφυής συμπεριφορά
= η συνταγή της τεχνολογικής εξέλιξης
προστιθέμενη αξία
1960
1η γενιά
μηχατρονικής
τεχνολογίας
1980
2η γενιά
μηχατρονικής
τεχνολογίας
2000
3η γενιά
μηχατρονικής
τεχνολογίας
???
λογισμικό
"γενικά" ηλεκτρικά
και ηλεκτρονικά
ειδικά
κυκλώματα
firmware
???
μηχανικά
χρόνος
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
19
Η Μηχατρονική συνθέτει τεχνολογίες
Æ "Μηχατρονικές"
διαταξεις:
• Ηλεκτρονικά και ηλεκτρικά μέρη
• Μηχανικά, υδραυλικά, θερμικά, οπτικά κλπ.
στοιχεία
• Πληροφορική (ψηφιακή επεξεργασία με η/υ)
• Αυτοματισμοί (συστήματα ελέγχου)
Æ Ολοκληρωμένα
συστήματα:
• στοιχεία "Ισχύος" π.χ. για την εκτέλεση κινήσεων
• "Λογική" για την επίτευξη ενός σύνθετου
παραγωγικού σκοπού
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
20
Η "κλασσική" προσέγγιση: η Μηχατρονική
στην τομή 4 τεχνολογιών
Σύμφωνα με την
πλέον διαδεδομένη
θεώρηση, η
ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ
Μηχατρονική
τοποθετείται στην
τομή των
τεχνολογικών και
επιστημονικών πεδίων
που συνήθως
ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑ
χρησιμοποιούνται στα
σημερινά
πολυσύνθετα
συστήματα.
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
21
Τα διαστρώματα (Interfaces) εξασφαλίζουν
τη συνεργασία μεταξύ τεχνολογιών
→ σύνθεση τεχνολογιών →
συνεργασία διαφορετικών υπο-συστημάτων
→ interfaces
Æ Interface: διεπιφάνεια, διάστρωμα, διάταξη
προσαρμογής, προσαρμοστικό
Æ Μηχατρονική
interface
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
22
Το "μηχατρονικό" σύστημα
αναλογικά και ψηφιακά ηλεκτρονικά, μηχανικά
και ηλεκτρικά μέρη, επεξεργασία
πληροφορίας για τη λήψη αποφάσεων,
επικοινωνία με το περιβάλλον, όργανα
δράσης, αισθητήρια...
διάστρωμα (interface)
μΕ
αισθητήριο
όργανο δράσης
επεξεργασία πληροφορίας
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
23
3η Ενότητα: Η
Μηχατρονική ως
μεθοδολογία
• η ανάγκη για μια ολοκληρωμένη προσέγγιση
• το αντικείμενο της "μηχατρονικής
μεθοδολογίας"
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ
24
Το περιεχόμενο της "Μηχατρονικής": κοινός
στόχος - διαφορετικές οπτικές γωνίες
• Η "ολοκληρωτική" ερμηνεία της Μηχατρονικής: όλες οι
τεχνολογίες + όλες οι εφαρμογές = τεράστιο εύρος θεμάτων
(το σύνολο σχεδόν της τεχνολογίας!)
• Η πρακτική προσέγγιση: κάθε ειδικότητα αποδίδει
διαφορετικό περιεχόμενο. Εστίαση σε επιλεγμένες
εφαρμογές ενδιαφέροντος και σε θέματα που
συμπληρώνουν τις διαθέσιμες, από τη βασική ειδικότητα,
γνώσεις.
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ:
ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ
ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ
ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑ
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
για την ειδικότητα της
Μηχανολογίας, η Μηχατρονική
επικεντρώνεται στη εισαγωγή των
ηλεκτρονικών στοιχείων και των
μικροεπεξεργαστών στις μηχανικές
διατάξεις και συσκευές (π.χ.
ηλεκτρονική ζυγαριά, πέδηση κλπ.)
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
25
Κοινό ζητούμενο : (1) η ολοκληρωμένη
αντίληψη του "κύκλου ζωής"
ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ
ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ
ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ
ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΗ
ΑΠΟΣΥΡΣΗ
ΜΗΧΑΝΙΚΑ ΥΠΟΣΥΣΤΗΜΑΤΑ
ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ
ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΕΛΕΓΧΟΥ κ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ
ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΜΕΡΗ
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
26
Κοινό ζητούμενο : (2) η αξιοποίηση της
σύνθεσης των τεχνολογιών
Æ συνεργασία
μεταξύ των διαφορετικών
τμημάτων
Æ συνδυασμένη επιλογή των καταλληλότερων
τεχνικών λύσεων (με κοινό στόχο)
Æ αξιοποίηση της συνέργιας μεταξύ
τεχνολογιών
1+1>2
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
27
Κοινό ζητούμενο : (3) η ενσωμάτωση στο
επιχειρησιακό και το ευρύτερο περιβάλλον
Æ κόστος
Æ χρονικά
περιθώρια
Æ ποιότητα
Æ συνεργασία με άλλα συστήματα
Æ εμπορικότητα
Æ νομιμότητα, συμβατότητα με πρότυπα ή
προδιαγραφές
(100%)3<1
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
28
Μηχατρονική μεθοδολογία = τέχνη
συμβιβασμού (engineering)
συντονισμός ομάδων και υπο-έργων
συμβιβασμός τεχνο-οικονομικών περιορισμών
διαχείριση των "προσδοκιών"
ΧΡΟΝΟΣ
ΠΟΙΟΤΗΤΑ
ΚΟΣΤΟΣ
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
29
Η μεθοδολογία της Μηχατρονικής πρέπει να
συνδυάζει τα τρία κοινά ζητούμενα
Æ πλήρης
αντικατάσταση όλων των συμβατικών
μερών (ακραίο αντί-παράδειγμα)
"ΣΥΜΒΑΤΙΚΟ"
"ΣΥΜΒΑΤΙΚΟ"
ΣΥΣΤΗΜΑ
ΣΥΣΤΗΜΑ
ΕΛΕΓΧΟΥ
ΕΛΕΓΧΟΥ
1
ΚΙΝ. 1
2
ΚΙΝ.
3
Systems Lab
ΚΙΝ. 2
ΚΙΝ. 3
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
"ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΟ"
"ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΟ"
ΣΥΣΤΗΜΑ
ΣΥΣΤΗΜΑ
ΕΛΕΓΧΟΥ
ΕΛΕΓΧΟΥ
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
30
4η Ενότητα: Το μάθημα της
Μηχατρονικής
• η κατεύθυνση σπουδών "Βιομηχανικού
Αυτοματισμού και Μηχατρονικής"
• η ένταξη στο πρόγραμμα σπουδών του
Τμήματος Αυτοματισμού
• οι διδακτικοί στόχοι τωνμαθημάτων
Μηχατρονική Ι και Μηχατρονική ΙΙ
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ
31
Προσανατολισμός
Æ Τομέας
ΙΙΙ "Βιομηχανικού Αυτοματισμού και
Μηχατρονικής"
Æ Κατεύθυνση Β.Α.Μ.
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
32
Προσωπικό, χώρος, υποδομές...
Π. Νίνος
Ι. Σιγάλας
Α. Χατζόπουλος
Γ. Χαμηλοθώρης
Α113-Α115
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
33
Ροή των μαθημάτων (κατεύθυνση Β.Α.Μ.)
• τεχνολογίες και συστήματα
"οργάνων"
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ 1
• 1ο επίπεδο ολοκλήρωσης:
διαστρώματα (interfaces)
ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ
ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ
ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ
ΜΗΧΑΝΕΣ
ΗΛ/Κ και ΗΛ/Ν
ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ
ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ
ΙΣΧΥΟΣ
ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ
ISL Intelligent
Systems Lab
ΨΗΦΙΑΚΑ
ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 1
ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ΨΗΦΙΑΚΑ
ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 2
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
34
506. Μηχατρονική Ι
Æ διαφορετικές
τεχνολογίες
οργάνων δράσης και
αισθητηρίων
Æ όργανο + διάστρωμα =
υποσύστημα
Æ μετατροπή σημάτων
από/πρός κοινό πρότυπο
(ψηφιακή επεξεργασία)
"Τεχνολογία Οργάνων"
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
35
Ροή των μαθημάτων (κατεύθυνση Β.Α.Μ.)
• μεθοδολογία μηχατρονικής
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ 2 • 2ο επίπεδο ολοκλήρωσης:
μηχατρονικό σύστημα
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ
ΔΟΜΗ και
1
ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ μΥ
ΕΛΕΓΧΟΣ
ΚΙΝΗΣΗΣ
ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ
ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ
ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ
ΜΗΧΑΝΕΣ
ΗΛ/Κ και ΗΛ/Ν
ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ
ISL Intelligent
Systems Lab
ΨΗΦΙΑΚΑ
ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 2
ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ
ΙΣΧΥΟΣ
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ΣΑΕ
ΙΙΙ
ΨΗΦΙΑΚΑ
ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 1
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
36
606. Μηχατρονική ΙΙ
Æ σύνθετες
και
πολλαπλές λειτουργίες
Æ ενιαία προδιαγραφή
σχεδιασμού και
εκμεταλλευσης
(πελάτης)
Æ συμβιβασμός
περιορισμών: κόστος,
χρόνος, ποιότητα
Æ συνέργια
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
μΕ
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
37
Μεσοπρόθεσμοι στόχοι, διδακτικός και
ευρύτερος σκοπός του μαθηματος
Æ ολοκληρωμένη
αντίληψη
Æ εξοικείωση με τις τεχνολογίες
Æ πειθαρχία engineering
Æ διαγνωστική "λογική"
Æ ικανότητα συνεργασίας - λειτουργία ομάδας
Æ Ανάπτυξη προβληματισμού – κριτικής σκέψης
+
ευχάριστη απασχόληση !
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
38
5η Ενότητα:
Μάθημα 506.Μηχατρονική Ι
• ταυτότητα του μαθήματος
• συνοπτικά στοιχεία
• πρόγραμμα εξαμήνου
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ
39
Ταυτότητα
506. Μηχατρονική Ι
Τεχνολογικό υπόβαθρο της Μηχατρονικής. Αισθητήρια και διατάξεις
συλλογής δεδομένων. Στοχεία και διατάξεις ενεργοποίησης: βασικά
φαινόμενα και εφαρμογές. Μέθοδοι και διατάξεις για την
προσαρμογή και μετατροπή αναλογικών και ψηφιακών σημάτων.
Æ
Æ
κατεύθυνση σπουδών "Βιομηχανικού Αυτοματισμού
και Μηχατρονικής", Ομάδα Μαθημάτων ΙΙΙ (Β.Α.Μ.),
Ε' εξάμηνο
υποχρεωτικό, μικτό, 4 διδ. μονάδες
• εργαστήριο (2 ώρες / εβδομάδα)
• θεωρία (2 ώρες / εβδομάδα)
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
40
Το θεωρητικό μέρος του μαθήματος
Æ Πέμπτη
08:00-10:00, Γ021, Γ. Χαμηλοθώρης
Æ επικοινωνία Πέμπτη 16:00-17:00
e-mail [email protected]
Æ αξιολόγηση:
• 80% τελική εξέταση (έως 8 μονάδες)
• 20% εξαμηνιαίες εργασίες (έως 2 μονάδες)
Æ βιβλιογραφία:
σημειώσεις (παραδόσεις
θεωρίας, internet) + τεκμηρίωση + αναφορές
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
41
Τυπικό εξάμηνο
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
ε01
ε02
ε03
ε04
ε05
ε06
ε07
ε08
ε09
ε10
ε11
ε12
Εισαγωγή (κοινή Μηχατρονική Ι και ΙΙ)
Περιεχόμενο Θ506, γενικά (εν. 5,6)
Κυκλώματα χρονισμού (εν. 7,8)
Διακόπτες (εν. 9, 10)
Σύστημα αισθητηρίων (εν. 11, 12, 13)
Τελεστικοί ενισχυτές (εν. 14, 15)
Παρουσίαση θεμάτων εργασιών
Περιστροφική κίνηση (εν. 16)
Ηλεκτροκινητήρες (εν.17, 18)
Οπτοηλεκτρονικά (εν.19, 20)
Οπτοηλεκτρονικά (εν. 21, 22)
Παρουσίαση εργασιών
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
42
Τυπικό εξάμηνο: εργασίες
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
ε01
Εισαγωγή (κοινή Μηχατρονική Ι και ΙΙ)
ε02
Περιεχόμενο Θ506, γενικά (εν. 5,6)
ε03
Κυκλώματα χρονισμού (εν. 7,8)
ε04
Διακόπτες (εν. 9, 10)
ε05
Σύστημα αισθητηρίων (εν. 11, 12, 13)
ε06
Τελεστικοί ενισχυτές (εν. 14, 15)
ε07
Παρουσίαση θεμάτων εργασιών
ε08
Περιστροφική κίνηση (εν. 16)
ε09
Ηλεκτροκινητήρες
(εν.17, 18)
ΕΞΑΜΗΝΙΑΙΕΣ
ΕΡΓΑΣΙΕΣ
ε10
Οπτοηλεκτρονικά (εν.19, 20)
ε11
Οπτοηλεκτρονικά (εν. 21, 22)
ε12
Παρουσίαση εργασιών
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
43
6η Ενότητα:
∆ιδακτική προσέγγιση
• αντικείμενο
• διδακτικοί στόχοι
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ
44
Γενικό αντικείμενο
Æ διαφορετικές
τεχνολογίες
οργάνων δράσης και
αισθητηρίων
Æ όργανο + διάστρωμα =
υποσύστημα
Æ μετατροπή σημάτων
από/πρός κοινό πρότυπο
(ψηφιακή επεξεργασία)
"Τεχνολογία Οργάνων"
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
45
∆ιδακτικοί στόχοι
1ος Στόχος:
Æ βασική αντίληψη των τεχνολογιών "οργάνων"
•
•
•
•
φυσικά μεγέθη και μέτρα
φυσικά φαινόμενα
αρχές μετατροπής ενέργειας
αρχές "μετατροπής πληροφορίας"
ΑΝΑΛΥΣΗ και ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
46
∆ιδακτικοί στόχοι
2ος Στόχος:
Æ παράμετροι κατάταξης και κριτήρια επιλογής
οργάνων
•
•
•
•
ασφάλεια
λειτουργικά χαρακτηριστικά
ενέργεια
σήματα
ΑΝΑΛΥΣΗ και ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
47
∆ιδακτικοί στόχοι
3ος Στόχος:
Æ ευελιξία, εξοικείωση
• πηγές πληροφοριών (π.χ. τεχνική βιβλιογραφία)
• εναλλακτικές προσεγγίσεις και λύσεις
• "τεχνολογική παιδεία"
ΑΝΑΛΥΣΗ και ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
48
Σημαντικό!
• σύνδεση με τα θέματα και συντονισμός με τις
παραδόσεις και τις ασκήσεις του εργαστηρίου. . .
506
Θ
506
Ε
περιστροφική
κίνηση, Η/Κ
οδήγηση με δύο
τροχούς
2 εβδομάδες
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
49
7η Ενότητα: Το
ολοκληρωμένο κύκλωμα
χρονισμού ΝΕ555
• μορφή και προδιαγραφές
• συνήθεις συνδέσεις
• λειτουργία
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ
50
Συνήθεις μορφές
Æ
Æ
Æ
Æ
Æ
συνήθως ΝΕ555 με οκτώ ακροδέκτες ή και
ΝΕ556 (διπλό)
πολυάριθμοι κατασκευαστές, με βάση το
αρχικό κύκλωμα Signetics (1970)
πολλές διαφορετικές χρήσεις
χαμηλό κόστος
αξιοπιστία και αντοχή
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
51
Εσωτερικό κύκλωμα (αρχή)
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
52
Μονοσταθής (monostable) σύνδεση
Ένας παλμός σε κάθε διέγερση, διάρκειας
Tw=1,1 RA C
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
53
Ασταθής (astable) σύνδεση
Συνεχείς παλμοί με διάρκεια
TH=0,693 (RA+RB)C και TL= 0,693 RBC
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
54
Λειτουργία
[αρχείο .gif: Williamson, 1997]
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
55
Προδιαγραφές
Æ τάση
τροφοδοσίας 4,5-18 Volt
Æ μέγιστο ρεύμα εξόδου ~ 200 mA
Æ μέγιστη συχνότητα 500 KHz - 2 MHz
Æ σφάλμα συχνότητας ~5%
Æ σφάλμα χρονισμού ~1%
Æ χρόνος αποκατάστασης παλμού ~100 ns
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
56
8η Ενότητα: Εφαρμογές διατάξεις παραγωγής παλμών
• ρύθμιση διάρκειας παλμών
• ρύθμιση πυκνότητας παλμών
• ρύθμιση ενεργού κύκλου
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ
57
Παραγωγή παλμών...
Συνεχείς παλμοί
ενεργός χρόνος TH
αδρανήςχρόνος TL
περίοδος Τ0= TH + TL
Ενεργός Κύκλος: TH/Το
Αδρανής Κύκλος: TL/Το
TH
TL
TO
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
58
Ρύθμιση διάρκειας παλμών
Æ
Æ
εξωτερικός χρονισμός (ρολόι)
σταθερή συχνότητα - μεταβλητή διάρκεια TH
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
59
Ρύθμιση πυκνότητας παλμών
Æ
σταθερή διάρκεια, μεταβλητή απόσταση
μεταξύ διαδοχικών παλμών
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
60
Περιορισμός 50%
Συνεχείς παλμοί με διάρκεια
TH=0,693 (RA+RB)C και TL=0,693 RBC
επομένως...
Τ0=0,693 (RA+2RB)C
Ενεργός Κύκλος: TH/Το > 50%
Αδρανής Κύκλος: TL/Το < 50%
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
61
Ρύθμιση κύκλου
Æ
Æ
ανεξάρτητη ρύθμιση TH και TL μέσω των
αντιστάσεων
προσεγιστικά:
TH=0,693 RAC
TL=0,693 RBC
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
62
9η Ενότητα: Οι μηχανικοί
διακόπτες
• τρόπος σύνδεσης
• μεταβατικό φαινόμενο
• αρχές εφαρμογής
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ
63
∆ιακόπτες: ηλεκτρική σύνδεση
δύο τρόποι σύνδεσης (ενεργοποίησης):
Æ προς την τάση αναφοράς (pull up)
Æ προς τη "γή" (pull down)
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
64
∆ιακόπτες και "κανονική κατάσταση"
δύο ορισμοί της "κανονικής κατάστασης"
Æ κανονικά ανοικτός (N.O.)
Æ κανονικά κλειστός (N.C.)
... ανάλογα με τη θέση σε ηρεμία.
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
65
∆ιακόπτες και προστασία
Æ μια
αντίσταση εν σειρά προστατεύει την
ψηφιακή είσοδο από μεγάλες τιμές του
ρεύματος
Æ όλες οι καταστάσεις είναι ηλεκτρικά ορισμένες
είτε στην τάση αναφοράς είτε στο μηδέν (γή,
σώμα)
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
66
∆ιακόπτες: μεταβατική συμπεριφορά
• ανεπιθύμητες ηλεκτρικές ταλαντώσεις
• καταστολή με ηλεκτρονική διάταξη (h/w switch debouncing) ή με λογισμικό (s/w swich de-bouncing)
• σταθερό σήμα τουλάχιστον για μιά περίοδο
"σάρωσης" της ψηφιακής εισόδου
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
67
Αρχή: όχι "απροσδιόριστα ηλεκτρικά σήματα"
Æ τα
άκρα ενός ελεύθερου αγωγού παράγονται
απρόβλεπτες ηλεκτρικές τάσεις που μπορούν
να παραπλανήσουν τις ψηφιακές είσόδους
Æ όλα τα άκρα μεταφέρονται στη γή (ηλεκτρικό
0) ή στην τάση αναφοράς (ηλεκτρικό 1) με
αντιστάσεις pull-down ή pull-up αντίστοιχα
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
68
10η Ενότητα: Το
υποσύστημα "αίσθησης"
• απαιτήσεις και επιδόσεις
• φυσικά μεγέθη
• γενική δομή και συγκρότηση
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ
69
Το υποσύστημα "αίσθησης"
Æ
Æ
Æ
Æ
Æ
είσοδοι της μηχατρονικής διάταξης
αντίληψη του "περιβάλλοντος"
τροφοδοσία του μΕ
καθορίζει τις επιδόσεις
συμβάλλει στο κόστος
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
70
Γενική δομή
Æ
Æ
Æ
μετατροπή του "φυσικού" σήματος
ενίσχυση
προσαρμογή σε κατάλληλο πρότυπο για
χρήση από τον μΕ
•
•
αναλογικό ηλ. σήμα (τάση ή ρεύμα)
TTL (Transistor-Transistor Logic)
φυσικό
Μετατροπή
σήμα
ενέργειας,
ανίχνευση
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Ενίσχυση
Systems Lab
Κατάλληλο
προσαρμογή σήμα (μΕ)
(conditioning)
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
71
Μηχανικά αισθητήρια
Æ
Æ
Æ
Æ
Æ
Æ
Æ
Æ
Æ
γραμμικά
θέση
+
μετατόπιση
περιστροφικά
ταχύτητα
επιτάχυνση
κραδασμός
κλίση
προσέγγιση
αποσταση
δύναμη (πίεση,ροπή)
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
72
Αισθητήρια ρευστών
Æ
Æ
Æ
Æ
Æ
πυκνότητα
παροχή - ταχύτητα
ιξώδες
μάζα
μορφή επιφάνειας
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
73
Ηλεκτρικά αισθητήρια
Æ
Æ
Æ
Æ
Æ
Æ
Æ
Æ
ηλεκτρική τάση
ηλ. ρεύμα
αντίσταση
χωρητικότητα
σκέδαση
ηλεκτρικό πεδίο
μαγνητική ροή
πολικότητα
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
74
Θερμικά αισθητήρια
Æ
Æ
Æ
Æ
θερμοκρασία
ένταση
ακτινοβολία (φάσμα)
εικόνα
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
75
Οπτικά αισθητήρια
Æ
Æ
Æ
Æ
Æ
Æ
Æ
Æ
ένταση
ανάκλαση
μετάδοση
διάχυση
συμβολή
πόλωση
φάσμα
εικόνα
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
76
Ακουστικά αισθητήρια
Æ
Æ
Æ
Æ
Æ
ένταση
συχνότητα
μετατόπιση συχνότητας
συμβολή
εικόνα
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
77
Χημικά αισθητήρια
Æ
Æ
Æ
Æ
Æ
Æ
συγκέντρωση
οξύτητα
οξειδοαναγωγή
ιόντα
αέρια
ένζυμα
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
78
11η Ενότητα: Επισκόπηση
των οπτο-ηλεκτρονικών
• Η φωτεινή ακτινοβολία
• Φωτεινές πηγές (εκπομποί)
• Αισθητήρια φωτός
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ
79
Το φώς είναι η/μ ακτινοβολία
Æ
Æ
Æ
ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία υψηλής
συχνότητας
ταχύτητα στο κενό: c=3x108 m/s
μήκος κύματος λ=c/f
← ακτίνες Χ
Υπεριώδες Ορατό
100-400 nm 380770
nm
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
Υπέρυθρο
770 nm-10 μm
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
μικροκύματα →
80
Το φως ως ροή ενέργειας
Æ
φωτεινότητα: ισχύς ανά μονάδα επιφανείας
•
•
Æ
απορρόφηση
•
•
Æ
απώλεια ισχύος
επιλογή συχνότητας
διάθλαση
•
•
Æ
διαστάσεις επιφανειακής πυκνότητας watt/m2
ανάλογη με 1/R2 (σημειακή πηγή)
διέλευση σε μέσο με διαφορετική ταχύτητα
αλλαγή διεύθυνσης
ανάκλαση
•
•
απώλεια ισχύος
πόλωση
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
81
Πηγές (φωτοβολούν, εκπέμπουν)
Æ
Æ
Æ
Æ
Æ
Æ
λαμπτήρες πυρακτώσεως
δίοδοι εκπομπής φωτός (L.E.D.)
δίοδοι laser
σωλήνες φθορισμού
συσκευές πλάσματος
laser αερίου
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
82
Αισθητήρες (ανιχνεύουν,εντοπίζουν)
Æ
Æ
Æ
Æ
Æ
φωτοαντιστάσεις
φωτοκύτταρα
φωτο-δίοδοι
φωτο-τρανζίστορ
ολοκληρωμένα κυκλώματα (chip)
ανίχνευσης
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
83
Σύνδεση με τα ψηφιακά στοιχεία (μΕ)
Ψηφιακό
σήμα (μΕ)
φως
Ενίσχυση
Μετατροπή
ενέργειας,
ανίχνευση
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Ενίσχυση
Systems Lab
Μετατροπή
ενέργειας,
εκπομπή
φως
Ψηφιακό
προσαρμογή σήμα (μΕ)
(conditioning)
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
84
12η Ενότητα: Πηγές φωτός
• Λαμπτήρες πυρακτώσεως
• Φωτοεκπομποί δίοδοι (LED)
• Ακτινοβολία σε φάση (Laser)
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ
85
Λαμπτήρας πυρακτώσεως
Æ
Æ
λεπτό μεταλλικό σύρμα, συνήθως
Τανγκστένιο (Tu) ή Βολφράμιο (Vo)
ευσταθής λειτουργία (όχι "thermal
runaway"):
⇒ αύξηση του ρέυματος
⇒ αύξηση της θερμοκρασίας
⇒ αύξηση της αντίστασης
⇒ περιορισμός του ρεύματος
Æ
αυτόματη ρύθμιση ισχύος ή εύρους
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
86
Φωτοεκπομπός δίοδος (LED)
Light
Emitting
Diode
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
87
Φωτοεκπομπός δίοδος: χαρακτηριστικά
Æ
Æ
Æ
Æ
Æ
στερεά κατάσταση, χαμηλό κόστος
μεγάλη ενεργειακή απόδοση, αμελητέα
παραγωγή θερμότητας
μεγάλη μηχανική αντοχή (π.χ. σε
επιτάχυνση, κραδασμό)
σήμερα: ερυθρό, πράσινο, κίτρινο.
και τώρα και: μπλέ, "λευκό"
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
88
Χρήσεις των LED
Æ ευρύτατη
χρήση σε επικοινωνία ανθρώπουμηχανής (MM interface):
• ενδείξεις
• οθόνες
• σηματοδότες
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
89
Συνήθης μορφή
Æ πολύ
χαμηλό κόστος (<10 δραχμές)
Æ τυποποιημένες διαστάσεις
Æ 3/5/8 mm
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
90
Ηλεκτρική σύνδεση
Æ περιορισμός
ρεύματος με μια αντίσταση σε
σειρά με τη δίοδο
Æ Imax όρια ρεύματος (τυπικά 20 mA συνεχώς)
Æ Vf πτώση τάσης δια μέσω της διόδου (τυπικά
1,7-2,1 Volt)
+5 V
Vs-Vf
Æ RLED=
Imax
220 R
GND
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
RD
1,8V
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
91
Χαρακτηριστικά χρήσης
Æ έλεγχος
μέσω πηγών ρεύματος ή
διακοπτόμενων πηγών τάσης
Æ δυνατότητα διαμόρφωσης σε πολύ υψηλές
συχνότητες (MHz) - χρήση στη μεταφορά
δεδομένων
Æ πολλές χρήσεις στην "εγγύς" υπέρυθρη
περιοχή (near infrared) 800-1000 nm (1μm)
Æ παρεμβολές κυρίως από λαμπτήρες
φθορισμού και ηλιακό φως
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
92
∆ίοδοι LASER
Æ (όχι)
σύνθετες συσκευές (ιονισμός αερίου)
Æ σε χαμηλή ισχύ, απλά στοιχεία στερεάς
κατάστασης (δίοδοι) σε συνδυασμό με
ολοκληρωμένα για τροφοδοσία υψηλής τάσης
και συχνότητας
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
93
13η Ενότητα: Αισθητήρια
φωτός
• Φωτοαντιστάσεις
• Φωτοδίοδοι-φωτοτρανζίστορ
• πυρόμετρο
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ
94
Φωτοαντιστάσεις
Æ τα
προσπίπτοντα φωτόνια απελευθερώνουν
φορείς ηλ. ρεύματος στο υλικό του φωτοαγώγιμου υλικού
Æ περισσότερο φώς, περισσότεροι φορείς,
μικρότερη αντίσταση
Æ αργή απόκριση!
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
95
Στοιχεία CdS
Æ συνηθέστερος
τύπος: στοιχείο ΚαδμίουΣελινίου (CdS cell)
Æ τυπική μεταβολή της αντίστασης κατά 1-5
kOhm, ανάλογα με τη φωτεινότητα
Æ αναλογικά!
Æ φωτοκύτταρα?
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
96
Συνήθης τρόπος σύνδεσης
Æ Διαιρέτης
τάσης
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
97
Φωτοδίοδοι-φωτοτρανζίστορ
Æ βάση
ελεγχόμενη (και) από το φώς
Æ δίοδοι-τρανζίστορ: παρόμοια λειτουργία
Æ ταχύτατη απόκριση (έως GHz)
Æ χαμηλό κόστος, υψηλή αξιοπιστία
Æ ορατό και υπέρυθρο φως
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
98
Σύνθετα αισθητήρια
Æ αναγνώριση
διαμορφωμένου φωτός
Æ ολοκληρωμένο σύστημα
Æ 30-200 kHz
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
99
14η Ενότητα: Εφαρμογές
των φωτοηλεκτρονικών
• ανίχνευση θέσης
• σειριακή επικοινωνία
• ηλεκτρική απομόνωση
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ
100
Ανίχνευση θέσης (κίνησης)
Æ χρήση
της ανακλώμενης ακτινοβολίας
Æ ολοκληρωμένα αισθητήρια
Æ 0,1-5 mm
Æ βήματα..!
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
101
Ανίχνευση εμποδίων
Æ Εκπομπή
παλμών συχνότητας 30-60 kHz
Æ IR μήκος κύματος 800-900 nm
Æ σύνθετο αισθητήριο (φίλτρο) εντοπισμού της
συχνότητας διαμόρφωσης
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
102
Ηλεκτρική απομόνωση
Æ οπτοαποζεύκτης
(optocoupler)
οπτοαπομονωτής (optoisolator)
Æ αναλογική ή ψηφιακή μετάδοση
Æ χωρίς «ηλεκτρική επαφή»
Æ απομόνωση του ηλ. δυναμικού (π.χ. διαφορά
δυναμικού ‘γής’, στιγμιάια υπέρταση,
βραχυκύκλωμα κλπ.)
Æ συμπαγές, ανθεκτικό, μικρή κατανάλωση
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
103
Ολοκληρωμένος οπτοαπομονωτής
Æ διαφορά
ηλεκτρικού δυναμικού
δυναμικού 2000-5000 V
Sharp
Toshiba
NEC
Infineon
Phillips
Vishay
National
Texas Instruments
Hewlett-Packard
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
104
Υπέρυθρη σειριακή επικοινωνία
Æ επέκταση
της βασικής τεχνικής για ανίχνευση
εμποδίου (το ίδιο κύκλωμα)
Æ ανάλογα με την ισχύ του LED, μέγιστη ακτίνα
περίπου 10 m
Æ μετάδοση σε χαμηλές ταχύτητες (4800 baud)
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
105
15η Ενότητα:
Περιστροφική κίνηση
• σύστημα περιστροφικής κίνησης
• δομή και χαρακτηριστικά
• σημαντικές σχέσεις
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ
106
Σύστημα περιστροφικής κίνησης
Æ Τρία
στοιχεία
• κινητήρας (1)
• μετάδοση
• φορτίο (2)
Æ Βασικά
•
•
•
•
2
ω,Τ
μεγέθη
Tροπή T [Nm]
ω γωνιακή ταχύτητα [rad/s]
J ροπή αδρανείας [kgm2]
P ισχύς [W]
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
1
ω,Τ
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
107
Χαρακτηριστικά του φορτίου (1/2)
Æ J2
Ροπή αδρανείας
Æ Τ(ω) "χαρακτηριστική φορτίου"
Æ β συντελεστής τριβής
2
ω,Τ
Τ
ω
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
108
Χαρακτηριστικά του φορτίου (2/2)
συνήθεις υποθέσεις εργασίας (σε μια περιοχή
λειτουργίας)
Æ σταθερή ροπή φορτίου β=0
Æ σταθερή κλίση β=cnst (στατική?)
2
ω,Τ
Τ
ω
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
109
Χαρακτηριστικά της μετάδοσης
Æ Ν=ω1/ω2
σχέση μετάδοσης
Æ η [%] βαθμός απόδοσης
Æ s [%] μηχανική ολίσθηση =0
Æ εάν η=100%
T1ω1=Τ2ω2
Τ2=Ν Τ1
Æ όρια λειτουργίας
Æ συνθήκες
Æ συντήρηση
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
110
Χαρακτηριστικά του κινητήρα (1/2)
Æ ηλεκτροκινητήρας
συνεχούς ρεύματος (μ.μ.)
Æ με ή χωρίς ψήκτρες (brushless)
Τ=kmI
V=kmω+RI +...
V,I
1
ω,Τ
Æ km
ηλεκτρομηχανική σταθερά
Æ ...+ L dI/dt και άλλα (συνήθως αγνοούνται)
Æ όχι για βηματικό κινητήρα
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
111
Χαρακτηριστικά του κινητήρα (2/2)
Æ km
σταθερά [Nm/A]=[Vs/rad]
Æ R (L) τυμπάνου
Æ J ροπή αδρανείας (ως φορτίο)
Æ β τριβή (ως φορτίο)
V,I
Æ όρια λειτούργίας
1
ω,Τ
Τ
ω
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
112
Αναγωγές μηχανικών μεγεθών
Æ διατήρηση
στροφών (χωρίς ολίσθηση)
Æ διατήρηση ενέργειας
Æ διατήρηση ροπής
Κινούμενη
Μάζα
ροπή F.R
περιστροφική ισχύς Τ.ω
αποθηκευμένη κινητική ενέργεια J.ω2
ηλεκτρική ισχύς V.I
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
113
16η Ενότητα:
Οδοντωτοί τροχοί (γρανάζια)
• τύποι και χαρακτηριστικά
• βασικές σχέσεις
• παράδειγμα ηλεκτρομειωτήρα R/C servo
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ
114
Οδοντωτοί τροχοί (γρανάζια)
Æ μεταφέρουν
ροπή μέσω οδόντων
Æ κυκλική κίνηση
Æ χωρίς ολίσθηση
Æ nΑ: αριθμός οδόντων
Æ με τζόγο (backlash)
Æ με τριβή
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
115
Βασική γεωμετρία των οδ. τροχών
Æ ευθείς
(παράλληλοι άξονες)
Æ διάμετρος επαφής (DA,DB)
A
B
S=Βήμα
=πDB/nB
=πDA/nA
1
A
S
B
2
DΦ
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
116
Απλή μετάδοση με ζεύγος οδ. τροχών
σχέση μετάδοσης
N=ω1/ω2=nB/nA=DB/DA
ω2=Νω1
A
B
ω : ταχύτητα περιστροφής
n : αριθμός οδόντων
D : διάμετρος επαφής (pitch)
1
A
B
2
DΦ
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
117
Μετάδοση της στρεπτικής ροπής
Τ2ω2=Τ1ω1-Απώλειες
Τ2=ηmΝΤ1
1
A
B
A
B
2
Τ : στρεπτική ροπή
N : σχέση μετάδοσης (μειωτήρας Ν>1)
ηm : μηχανικός βαθμός απόδοσης (<1)
F
R
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
118
Σύνθετη ροπή αδρανείας
J2ω22=JBω22+JAω12
J1ω12=JΑω12+JΒω22
1
A
B
A
B
2
J2= JB+JAΝ2
J1= JΑ+JΒ/Ν2
J : ροπή αδρανείας
N : σχέση μετάδοσης (μειωτήρας Ν>1)
ω : γωνιακή ταχύτητα
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
119
Σύστημα οδοντωτών τροχών
Æ συνήθως
μειωτήρας (Ν>1)
Æ π.χ. "κιβώτιο" ταχυτήτων
Æ μετατοπίζει τη χαρακτηριστική φορτίου
• υψηλότερες ροπές
• απώλεια ισχύος
Τ
ω
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
120
Μετάδοση μέσω κιβωτίου
2
συνολικές σύνθετες σχέσεις:
D C
B
ω1/ω2=(ωA/ωB)(ωB/ωC)(ωC/ωD)
N=(DB/DA)(DD/DC)
1
J1=
JA+
(JB+Jc)(DA/DB)2+
JD/N2
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
A
A
D
B
C
2
121
Παράδειγμα: ηλεκτρομειωτήρας (R/C servo)
Æ μηχανικές
διαστάσεις
Æ χαρακτηριστικά . . .
•
•
•
•
•
•
•
ισχύς
ροπή
ταχύτητα
αξιοπιστία
συνθήκες λειτουργίας
απόδοση
συντήρηση
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
38
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
122
Κατασκευή του μειωτήρα
Æ στάδια
υποβιβασμού στροφών
Æ ροπή αδρανείας
Æ σχέση μετάδοσης
Æ κατασκευή οδοντωτών τροχών - δυνάμεις
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
123
17η Ενότητα:
Ηλεκτρομηχανική κίνηση
φορείου
• κατασκευαστική διαμόρφωση
• δυνάμεις και ροπές
• αδράνεια
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ
124
Παράδειγμα κίνησης τροχών με
ηλεκτρομειωτήρα
Æ Προσαρμογή
του τροχού στον άξονα εξόδου
(φορτίο)
Æ δύο τροχοί κινούμενοι από ανεξάρτητους
ηλεκτρομειωτήρες = δυνατότητα διεύθυνσης
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
125
Φορείο με δύο ανεξάρτητους κινητήριους
τροχούς (platform)
Æ Τυπικές
εφαρμογές:
• βάση για εκπαίδευση σε Μηχατρονική
• ομαδική συμπεριφορά μηχανών
• βάση δοκιμών μΕ
• παιχνίδι
...
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
126
Το Μήχατρον
Æ Φ110
mm
Æ 0,250 Kg
Æ 2X5 Watt
Æ 2X3
Æ "tank drive"
Æ ομφάλιος
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
127
∆υνάμεις "φορτίου" (1/3)
Κατακόρυφη στατική ισορροπία (κατανομή του
βάρους)
L1
Æ ισορροπία
δυνάμεων
L3
1
W=2F1+F3
Æ ισορροπία ροπών
2F1L1=F3L3
3
2
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
128
∆υνάμεις "φορτίου" (2/3)
Η ροπή του ηλεκτρομειωτήρα αντισταθμίζει,
μεταξύ άλλων, τη δύναμη "τριβής κύλισης".
F=Ffr= μFw = εφ(θ)Fw
Τx=F.R
Tx ροπή στον άξονα τροχού
Fw κατακόρυφη δύναμη
Ffr περιφερειακή δύναμη
R ακτίνα τροχού
μ συντελεστής τριβής
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
Ftot
Fw
R
θ
Ffr
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
129
∆υνάμεις "φορτίου" (3/3)
Επιπρόσθετα, ο κινητήρας αντιμετωπίζει την
τριβή στο εσωτερικό του μειωτήρα...
Τ1=α ω1+Tx/N
Τ
Τ1
T1 ροπή στον άξονα κινητήρα
α
N σχέση μετάδοσης
ω1 γωνιακή ταχύτητα κινητήρα
α συντελεστής τριβής μειωτήρα (κιβωτίου)
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
ω
130
Σύνθετη ροπή αδρανείας
Συνολική ροπή αδρανείας: άθροισμα των επιμέρους
J μετά από αναγωγή στον άξονα του κινητήρα . . .
Στοιχείο του
συστήματος
κίνησης
"Τοπική" ροπή
αδρανείας
Αναγωγή
στον
κινητήρα
πλύμνη του κινητήριου
τροχού
mR2/2
1/N2
οδοντωτοί τροχοί
μειωτήρα και αξονίσκοι
miRi2/2
1/Ni2
αδράνεια (μάζα) του
σώματος του φορείου
ΜφR2/2
1/Ν2
Γ. Χαμηλοθώρης
ΤΕΙ Πειραιά
ISL Intelligent
Systems Lab
ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ I
131
© Copyright 2024 Paperzz
