Co je to mechatronické inženýrství?

Mechatronické inženýrství je hybridní disciplína, která se skládá z mechanických, elektronických a řídících aspektů. Jedná se o disciplínu používanou při navrhování a výrobě zařízení, která mohou reagovat na jejich prostředí v reálném čase. Zpětná vazba poskytovaná elektrickými senzory je řízena centrálním počítačem, který vydává příkazy k provedení akcí. Tyto příkazy řídí odezvu zařízení, které ji zase ponechává v nové situaci. Mechatronické inženýrství je užitečné pro navrhování mnoha systémů, které se nespoléhají výhradně na lidský provoz.

Prvním aspektem mechatronického inženýrství je mechanický aspekt. Strojírenství se zabývá návrhem fyzických struktur ve stroji. Základem mechanického inženýrství je věda o mechanice, což je odvětví fyziky, které se zabývá velkými silami a hmotou v pohybu. Dalším přispívajícím oborem je věda o materiálech, která může technikům poskytnout sadu materiálů pro použití při navrhování výrobků. V automobilu by například mechanický aspekt obsahoval tělo, podvozek a motor.

Další nezbytnou součástí mechatronického inženýrství je elektronický aspekt. Elektronické inženýrství se zabývá návrhem praktických zařízení, která k pohybu využívají pohyb elektricky nabitých částic. Tento tok elektřiny lze použít k přepravě energie i informací. Elektrická energie může být použita k napájení mechatronického zařízení prostřednictvím elektrického motoru. Informace produkované senzory mohou být spravovány centrálním řídicím systémem.

Posledním prvkem vyžadovaným v mechatronickém inženýrství je určitá forma řízení. Teorie řízení se zabývá udržováním optimálního stavu v dynamickém systému. Funguje tak, že získává zpětnou vazbu o svém aktuálním stavu v prostředí, činí rozhodnutí a poté vydává příkazy, aby podnikl nějakou akci. Když je objekt dále od svého optimálního stavu, může na dosažení tohoto stavu reagovat silněji. V mechatronickém zařízení je řízení obvykle řízeno mikroprocesorem - jediným integrovaným obvodem s možností centrálního zpracování.

Mechatronická zařízení jsou v mnoha společnostech rozšířená. Například automobil kombinuje mechanické systémy s elektrickými systémy a centrálním počítačem. Mnoho elektrických senzorů detekuje informace o stavu automobilu, jako je jeho rychlost, hladina paliva a teplota motoru. Tyto signály jsou přenášeny elektrickými cestami do počítače automobilu, což rozhoduje o tom, jak reagovat. Pokud je palivo příliš nízké nebo je motor příliš horký, může počítač vydat příkaz k zobrazení varovné zprávy operátorovi.

V autě sdílí úkol rozhodování počítač a operátor. Na druhé straně mnoho mechatronických zařízení není provozováno lidmi v reálném čase. Kosmická loď musí často používat palubní počítače k ​​přijímání rozhodnutí v reálném čase, protože mezi kosmickou lodí a Zemí existuje komunikační zpoždění. Mars Exploration Rovers měl komunikační zpoždění několik minut, a proto používal centrální počítač k mnoha rychlým navigačním rozhodnutím. Bez této schopnosti by mohli rovery spadnout z římsy nebo by se mohly zaseknout objektem, když si operátoři na Zemi všimnou hrozeb.