Temat: Mechatronika na co dzień

Klasa VI a

27.05 - 3.06.2020 r.

Dwie jednostki lekcyjne

Przeczytaj temat z podręcznika od strony 240-246.

Zaloguj się na platformę WSiPnet.

Link do e-podręcznika  na platformie WSiPnet: https://app.wsipnet.pl/sc-194733/podreczniki/strona/139607

Zapisz temat do zeszytu zapoznaj się z materiałem do lekcji i napisz notatkę.

Czym jest mechatronika? Mechatronika jest dziedziną inżynierii stanowiącą połączenie inżynierii mechanicznej, elektrycznej, automatyki i robotyki, służącą projektowaniu i wytwarzaniu nowoczesnych urządzeń.
Pojęcie mechatronika powstało jako połączenie dwu słów:

mechanika + elektronika = mechatronika

Termin „mechatronika” wprowadzili w 1969 roku przedstawiciele firmy Yaskawa Electric Corporation, a od 1971 roku stał się chroniony jako nazwa handlowa. Używano go jako określenie urządzeń mechanicznych wspieranych przez układy elektroniczne. Pierwszymi urządzeniami tego typu były lustrzankowe aparaty fotograficzne, w których zastosowano mechatroniczne podejście przy projektowaniu układu podnoszenia lustra. Od 1982 roku termin „mechatronika” przestał być chroniony prawem handlowym.
Mechatronika jest wszechobecna w życiu współczesnego człowieka. Stykamy się z nią w nowoczesnych aparatach fotograficznych, napędach dysków komputerowych, samochodach itd. Mechatronika uczy, jak urządzenia mechaniczne zastąpić inteligentnymi systemami elektromechanicznymi. W obszarze konstrukcji mechanicznych osiągnięto granice możliwości konstrukcyjnych i technologicznych. Nowe konstrukcje realizowane w ujęciu klasycznym nie gwarantują dalszej poprawy parametrów użytkowych i funkcjonalnych. I tu właśnie wkracza mechatronika.
Przykładem zastosowania mechatroniki może być projektowanie modelu współczesnego samochodu przez zespół inżynierów, który wykorzystuje wiedzę z zakresu informatyki, elektroniki, mechaniki, robotyki i automatyki.

 

Mechatronika to całkiem nowy model pracy układu mechanicznego, w którym istnieje oddziaływanie między częściami mechanicznymi, elektrycznymi, elektronicznymi i programami sterującymi.

Jeżeli uważnie przyjrzymy się różnym urządzeniom, zauważymy, że większość z nich ma wyświetlacze i programatory. Ponadto liczba elementów elektronicznych w klasycznych urządzeniach mechanicznych znacznie się ostatnimi czasy zwiększyła. Przykładowo: nowoczesna pralka potrafi zważyć pranie, właściwie dobrać ilość wody i czynnika piorącego oraz temperaturę, a także odprowadzić wodę. Dobiera też parametry wirowania i suszenia, tak aby pranie nie uległo uszkodzeniu. Ponadto rozpoczęcie pracy można zaprogramować na określoną godzinę w danym dniu.
Nasuwa się pytanie: Dlaczego pralka ma tak rozbudowane funkcje?
Automatyczny dobór funkcji prania skutkuje oszczędnością energii, a dopasowanie parametrów prania, wirowania i suszenia do rodzaju materiału powoduje mniejsze zużycie odzieży. Dodatkowo można wyróżnić:

• korzyści ekologiczne, które polegają na zmniejszeniu zanieczyszczania środowiska w wyniku produkcji energii (oszczędzanie energii podczas prania);
• większą trwałość pranej odzieży, co powoduje mniejsze zużycie energii (podczas produkcji odzieży), mniejszą ilość odpadów (zużyta odzież);
• ergonomię (prosta i funkcjonalna obsługa pralki);
• wydłużenie eksploatacji przez podwyższenie niezawodności, która polega na dopasowaniu parametrów procesu do możliwości urządzenia.

 

Produkt mechatroniczny

Dlaczego starsze pralki nie miały możliwości np. płynnej regulacji prędkości wirowania? Problem sprowadza się do sterowania prędkością obrotową silników elektrycznych prądu przemiennego. Takie silniki w starszych urządzeniach wykorzystywano tylko jako napęd. Za regulację prędkości odpowiadały przekładnie (np. przekładnia pasowa zmniejszająca prędkość obrotową). Jeżeli występował problem sterowania prędkością obrotową, korzystano głównie z napędów prądu stałego, a tych ze względów technologicznych i ekonomicznych nie umieszczano w pralkach.
Obecnie dynamiczny rozwój układów elektroenergetycznych do zasilania silników prądu przemiennego w połączeniu z algorytmami sterowania i cyfrowymi regulatorami umożliwia precyzyjne sterowanie prędkością obrotową silników elektrycznych.
Mechatronicznych urządzeń domowego użytku można wyróżnić w naszym otoczeniu znacznie więcej.

Zadanie 8.4 

Na podstawie poniższego schematu narysuj tabelę w zeszycie i odpowiednio ją uzupełnij.

Nazwa urządzenia	Jakie cechy, elementy budowy, podzespoły decydują o tym, że urządzenie można nazwać mechatronicznym?	Przykłady zastosowania opisywanego urządzenia
1.
2.
3.
...

 

Produkt mechatroniczny

Chcesz wykonać urządzenie mechatroniczne?

Powszechna dostępność różnych podzespołów mechanicznych, elektronicznych i komputerowych sprawia, że przy odrobinie wysiłku i ty możesz zbudować urządzenie mechatroniczne. Jakie? Przykładowo: robota jezdnego, który omija przeszkody napotkane na drodze, termometr cyfrowy, automat opuszczający i podnoszący rolety okienne w zależności od pory dnia, zegar cyfrowy włączający i wyłączający różne urządzenia elektryczne o zaprogramowanych godzinach, domową stację meteo (z dostępem przez internet), sterownik oświetlenia i ogrzewania w akwarium i wiele, wiele innych. Granicą jest tylko twoja wyobraźnia!
Do budowy urządzeń mechatronicznych możesz wykorzystać platformę Arduino (www.arduino.cc).

 

Płytka z mikrokontrolerem

Czym jest Arduino?

Arduino to projekt, w którego skład wchodzą fizyczna platforma, stworzona na bazie prostej płytki z mikrokontrolerem, oraz środowisko programistyczne służące do tworzenia oprogramowania. Pozwala na podłączenie i odczytanie wartości z czujników, przełączników oraz innych urządzeń wejściowych, a także na podłączenie peryferii, dzięki którym można sterować diodami, silniczkami itp.

Jak działa Arduino?

W czasie pracy z Arduino będziemy wykorzystywać głównie trzy pojęcia:

• wejścia – służą do podłączania do Arduino najróżniejszych czujników, np. temperatury, światła, czy zwykłych przycisków i potencjometrów;
• wyjścia – do wyjść będziemy podłączać wszystkie urządzenia, którymi chcemy sterować za pomocą Arduino. Może to być na przykład silnik opuszczający rolety, wyświetlacz pokazujący aktualną temperaturę w akwarium, grzałka ogrzewającą wodę czy oświetlenie włączane o określonych godzinach;
• program – jest on „mózgiem” całego układu. Arduino jest tylko zlepkiem elektronicznych elementów, które same w sobie nic nie potrafią. Żeby wszystko zaczęło żyć własnym życiem, musimy napisać program, który zależnie od tego, co pojawi się na wejściach, będzie sterował wyjściami.

Być może brzmi to nieco tajemniczo, ale wszystko sprowadza się do zaledwie kilku linijek kodu. Kodu, który sprawdzi, co jest na wejściu (np. odczyta temperaturę z czujnika temperatury), i zależnie od pomiaru uruchomi urządzenie podpięte pod jedno z wyjść (np. grzałkę).

 

Praca domowa

Wykonaj prezentację na temat: "Mechatronika na co dzień" . W prezentacji  wykorzystaj wykonane przez ciebie zadania 8.1, 8.2, 8.3, 8.4. Wykorzystaj materiał z lekcji i Internetu. W prezentacji umieść tekst  oraz zdjęcia. Pamiętaj Aby na pierwszym slajdzie wpisać temat prezentacji i Imię i Nazwisko autora. Na ostatnim sladziei podaj z jakich źródeł korzystałeś.

Pracę wyślij do 8.06.2020 r. poprzez platformę WSIPnet lub poprzez e-maila: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.

Źródło: platforma wsipnet.pl