Mechatronika učebn ice Ladislav Maixner a kolektiv Computer Press Brno 2006
Obsah Predmluva l Úvod Úwd 3 Ing Gunnar Kunzel 1 Úvod do mechatroniky 5 obebezbez 11 Vznik,vývoj a definicemechatroniky 5 12 Mechatronická soustava a její komponenty 9 13 Mechatronický systém a jeho struktura II 14 Príklady a ukázky aplikací principu mechatroniky 14 15 Slovníček základních pojmu 14 16 Kontroiníotázky otázky a úlohy 16 zašlete I Ing Gunnar Kunzel 2 Mechatronický výrobek 17 21 Mechatronický výrobek 17 211 Charakteristikamechatronického výrobku 17, 22 Metodickékroky prinávrhumechatronickéhovýrobku 19,( ľ,'- I 23 Inteligentní materiály v mechatronice 19 24 Moderní technologie používané v mechatronice 26 25 Príklady a ukázky mechatronických výrobku 35 26 Kontroiní otázky a úlohy 36 27 Použitá literatura (kapitoly 1 a 2) 36 BcJindfich Král 3 Senzory v mechatronických soustavách 37 31 Úvod 37 311 Definicesenzoru 39 iii
Mechatronika 312 Inteligentní senzory 40 313 Struktura inteligentních senzoru 41 32 Senzory polohy 41 321 Optoelektronické senzory 42 322 Kapacitní senzory 56 323 Odporové senzory 59 I 324 Dotykové maticové senzory 61 ' 325 Indukčnostní senzory 63 326 Magnetostrikční senzory 65 I 327 Magnetické senzory 66 I 328 Fluidní senzory 68 329 Ultrazvukové senzory 70 33 Senzory teploty 71 331 Dotykové senzory teploty 71 332 Bezdotykové senzory (pyrometry) 76 333 Indikátory teploty 78 34 Senzory síly, tlaku a hmotnosti 78 341 Odporové tenzometry 78 342 Deformační členy 80 343 Piezoelektrické senzory 81 344 Kapacitní senzory 82 345 Optoelektronické vláknové senzory (OVS) 82 346 Senzory momentu síly 83 347 Mechatronický prístup 83 35 Senzory zrychlení 84 351 Kapacitní akcelerometr MEMS 84 352 Rotační akcelerometr 85 353 Elektrodynamický akcelerometr 86 36 Senzory prutoku 86 361 Objemové senzory 86 362 Rychlostní senzory 87! I Prof Ing Jaroslav Nosek, CSc 4 Akční členy mechatronických soustav 89 41 Elektromechanick~ akční členy 90 411 Akční členy s magnetickým polem 91 iv
--- Obsah 40 41 41 42 56 59 6'l 63 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 91 412 Akční členy s elektrickým polem 113 413 Akční členy využívající vlastností inteligen!ních materiálu 113 42 Pneumatické akční členy 128 43 Hydraulické akční členy 129 44 Srovnání elektromechanických, pneumatických a hydraulických akčních člen u 131 45 Inteligentní mikroelektromechanické systémy (MEMS) 133 46 Použitá literatura 135 Ing Ladislav $mejkal, CSc 5 Rízení mechatronických soustav, automatizace a fídicí systémy 137 51 Význam fídicí techniky pro mechatroniku 137 52 Rízení a automatizace v našem živote 139 53 Programovatelnost fídicích systému a její dusledky 140 54 Rídicí systém a komunikace s okolím 141 55 Typy a algoritmy fízení 145 551 Rízená soustava 145 552 Algoritmus rízení 146 553 Dopfednéa zpétnovazebnífízení 146 554 Číslicové, logické a hybridníalgoritmy 148 555 Statické a dynamické, kombinační a sekvenční systémy 149 556 Príkladyregulačních algoritmu 149 557 Logické fízení 151 56 Distribuovanost a integrace v automatizaci 154 561 Distribuované systémy 154 562 Integrovanáa globálníautomatizace 154 57 Pfehled fídicích systému 156 571 Rídicísystém- úvahao terminologii 156 572 Rízená soustava 157 573 Programovatelný automat, PLC(Programmable Logic Controller) 157 574 SoftPLC 159 575 Programovatelný logický modul, chytré relé 160 576 Prumyslový počítač 160 577 Distribuovanýrídicísystém 162 578 Operátorské rozhraní 162 579 Regulace a regulátory 163 v
Mechatronika 5710 Distribuovaný regulační systém IRC 164 5711 Regulátory pohonu 165 5712 Systémy NC a CNC 166 5713 Rízení pohybu, polohy a dráhy v PLC Motion Control 168 Ing Ladislav Šmejkal, CSc 6 Inteligentní fízení mechatronických soustav 171 61 Motivační úvod 171 62 Chytrost a inteligence 175 63 Minimum o fuzzy logice 176 631 Duvody pro fuzzy logiku 176 632 Zjednodušený výklad 178 633 Fuzzy zobecnení logických výrazu 179 634 Fuzzy diagnostický systém 180 635 Typický postup a struktura fuzzy systému 181 636 Fuzzy zobecnení AND, OR, NOT 182 637 Typické použitífuzzy algoritmu 184 64 Neuronové síte 184 641 Od prahových funkcí k neuronum 184 642 Umelé neuronové site 187 65 Genetické algoritmy 189 67 Použitá literatura (kapitoly 5 a 6) 191 Doc Ing Vladislav Singule, CSc, Doc RNDr Ing Tomáš Brezina, CSc 7 Návrh mechatronické soustavy 193 71 Mechatronický prístup k procesu návrhu sou stavy 193 711 Tradiční metodika konstruování strojních sou stav 194 712 Mechatronický zpusob konstruování strojních soustav 195 72 struktura mechatronických soustav a základní principy jejich návrhu 196 721 Základní struktura 196 722 Modularizace a hierarchizace 198 723 Integrace činností a prostorová integrace 199 73 Speciál ní hlediska vývoje a konstruování mechatronických sou stav 200 731 Komunikace a kooperace mezi experty zjednotlivých oboru 200 vi
,-- Obsah 164 732 Vétší složitost soustavy stavy 201 165 733 Tvorba virtuálních prototypu 202 166 74 Metodika mechatronického návrhu 202 168 741 Postup 202 742 Cyklus návrhu na mikroúrovni(mikrocyklus) 203 743 Cyklus návrhu na makroúrovni(makrocyklus) 204 171 ' 744 Pracovní postup pro opakující se pracovní kroky 206 171 75 Návrh sou stavy založený na modelu 209 175 751 Modelování 209 176 752 Postup návrhu soustavy založený na modelu 211 176 76 Nástroje 212 178 77 Príklady návrhu mechatronických soustav 216 179 771 Návrh a optimalizace konstrukce humanoidního robotu 216 180 772 Návrhvícesouradnicového vícesouradnicového pohonu 223 181 78 Slovník pojmu 229 ~82 79 Použitá literatura 231 184 ~84 IngJaroslav Svoboda 184 8 Mechatronické systémy 233 ~87 81 Uživatelé a klíčové trhy 233 189 811 Uživatelé 233 f91 812 KIíčové trhy 233 82 Výrobní systém 234 821 Strojírenskávýroba a informačnítechnologie 234 ~822Výrobnístroje 236!93 83 Nevýrobní systém 238 194 831 Telekomunikace a síťové produkty 238 i ~5 832 Lékarství 238 I ~6 833 Technické vybavení budov 239 ~6 834 Spotrební zboží 241 &8 84 Dopravní systémy 242 99 841 Doprava silniční 242 ~O 842 Doprava kolejová, lodní a letecká 247 )0 85 Odborné školství 247 vii
I Mechatronika Doc Ing František Kelča, DrSc 9 Spolehlivost a diagnostika mechatronických soustav 253 91 Úvod 253 911 Definice technické diagnostiky 253 912 Spolehlivost 253 913 Predpoveď poruch - predikce 253 914 Význam technické diagnostiky pro mechatroniku 254 92 Spolehlivost 254 921 Spolehlivost funkcí stroju, zarízení a systému 254 922 Základy pravdepodobnosti a spolehlivosti 254 923 Výpočet spolehlivosti a pravdepodobnosti 257 93 Údržba stroju a zafízení 257 931 Zpusoby údržby a její organizace 257 932 Údržba po poruše 258 933 Údržba v plánovaném čase 258 934 Údržba die skutečného času 259 94 Metody technické diagnostiky 261 941 Metoda provozní diagnostiky 261 942 Metoda operativni diagnostiky 262 943 Metoda preventivní diagnostiky 262 944 Diagnostika vibrační, hluková, tribo a thermo 264 95 Automatická diagnostika 268 951 Základní principy 268 952 Hardwarová automatická technická diagnostika 270 953 Softwarová automatická technická diagnostika 271 954 Sber dat 271 96 Technická diagnostika mechatronických a pružných výrobních systému 272 961 Diagnostika mechatroniky stroju 272 962 Diagnostika rídících systému a ovládání stroju 273 963 Autodiagnostika 273 97 Expertní systémy pro technickou diagnostiku 273 971 Aplikace principu umelé inteligence (A l) 273 ' \ 972 Predikce 274 973 Príklad expertního systému 276 974 Moderní metody údržby a technické diagnostiky 278 viii
Obsah 98 Záver 279 981 Zhodnocení současného stavu 279 982 Smer dalšího vývoje 280 99 Použitá literatura 280 \, r ix