Мехатроника, робототехника, электроника: как привести робота в движение

Мало, кто задумывается над тем, как работает принтер или АБС автомобиля, еще меньше тех, кто совершенно точно знает, как это все устроено. А между тем, многие современные устройства схожи с живым организмом: у них есть «мозг» (процессор), «мышцы» (на базе различного рода приводов) и «органы чувств» (датчики). Такие машины созданы при помощи мехатроники — относительно молодой науки, которая, по данным ЮНЕСКО, входит в топ 10 самых перспективных отраслей.

Что такое мехатроника?

Мехатроника объединяет в себе сразу две области: механику и электронику. Сам термин имеет множество определений. Он зародился в середине XX века в Японии, где его начали использовать по отношению к различным механическим системам с элементами электронного управления. Сейчас мехатроника представляет собой единое комплексно-научное техническое направление современной техники. Отвечая на вопрос «что такое мехатроника?» простыми словами, можно сказать, что это комплексная система, которая приводит в движение роботизированные системы и наделяет их интеллектом, пусть даже в малом количестве.

По мере развития направления расширяется список областей, в которых применяется мехатроника. На сегодняшний день наиболее активное внедрение происходит:

• В области станко -и автомобилестроения;
• В робототехнике;
  
• В области вычислительной техники;
  
• На технологичные линии пищевой промышленности;
  
• В железнодорожной, авиакосмической, медицинской, военной, офисной и бытовой технике.

Робототехника и мехатроника до 1980-х годов развивались параллельно и отдельно друг от друга. Основная цель мехатроники — создание интеллектуальных, физико-технических изделий, которые обладают совершенно новыми, расширенными функциями и возможностями. Робототехника подразумевает создание робототехнических систем на базе мехатронных модулей. Без мехатроники модель представляет собой компоненты для робота, собранные вместе.

Она может потребоваться для замены человеческого труда на механической работе в опасных или непредвиденных условиях. Для примера можно вспомнить роботизированные погрузчики и экзоскелеты, представленные в многочисленных фантастических фильмах. Мехатроника же заставляет робота не просто двигаться, совершать ряд заданных действий, а наделяет возможностью принимать самостоятельные решения и адаптироваться под изменения условий. В общем, приводит робота к тому виду, к которому мы привыкли.

Для достижения наилучших результатов и дальнейшего развития робототехнику и мехатронику объединили в одну дисциплину инженерного образования, по сути, на современном уровне они остаются неотделимыми частями друг друга.

Основными тенденциями развития мехатронических модулей является их интеллектуализация (ориентация на работу в условиях неполной и нечеткой исходной информации), миниатюризация и интеграция (стремление к максимальной самодостаточности устройства).

Как привести робота в движение?

Для того чтобы привести модель в движение достаточно изучить механику робота, но это будет исключительно механическое действие, предназначенное для решения конкретной задачи в конкретных условиях. Мехатроника расширяет возможности. Для усовершенствования робота можно собрать мехатронный модуль — устройство, которое может стать как компонентом для робота, так и функционировать самостоятельно. Существует три основных вида подобных модулей:

•  Модуль движения — комбинация механических и электротехнических частей.
• Мехатронный модуль движения — сочетает в себе механические, электротехнические, электронные и информационные части.
  
• Интеллектуальный мехатронный модуль движения — интеграция всех вышесказанных частей с добавлением компьютерной. То есть, добавлены микропроцессорные вычислительные устройства, силовые электронные преобразователи и элементы, обеспечивающие интеллектуальное управление.

В роботостроении особенно популярны мехатронные модули:

• Компьютерного зрения (для мгновенной реакции робота на сложные внешние факторы и условия);
• «Искусственных мышц», которые идентичны настоящим мышцам животных;
  
• Микроскопические модули электропитания.
  

Где и как этому научится?

Мехатроника и робототехника — популярная специальность технических ВУЗов. Однако необходимо заранее подготовиться к поступлению и дальнейшему обучению. Изучение робототехники со школьного возраста поможет быстрее вникнуть в суть тематики. Первоначальное изучение механики роботов — база, без которой практически невозможно дальнейшее изучение и применение мехатроники на практике. Только комплексный подход к изучению элементов робототехники поможет освоить дисциплины на высшем уровне. По последним данным, профессия мехатроника входит в топ-50 наиболее востребованных на отечественном рынке труда.

Заставить робота двигаться механически не так сложно, достаточно разбираться в механике робота, изучить и правильно собрать воедино все компоненты для робота. Но научить его выполнять нужные задачи и проявлять небольшую самостоятельность в решениях можно благодаря изучению мехатроники и разработке уникальных мехатронных модулей.