Opracowanie by Suby ;) MsiL
1. Przedstaw klasyfikację układów mechatronicznych.:
W zależności od technologii produkcji oraz wielkości bloków funkcjonalnych wchodzących w skład
systemu mechatronicznego wyróżniamy trzy rodzaje systemów: systemy mechatroniczne, systemy
mikroelektromechaniczne oraz systemy nanooelektromechaniczne. W projektowaniu systemów
mechatronicznych i układów mikroelektromechanicznych stosuje się klasyczną teorię mechaniki i
elektromagnetyzmu. Projektowaniu systemów nanooelektromechanicznych towarzyszy natomiast
nanoelektromechanika i teoria kwantowa.
2. Przedstaw cele i funkcje mechatroniki.
Jednym z podstawowych celów mechatroniki jest optymalizowanie ruchu urządzeń mechanicznych.
Osiąga się to przez fizyczne integrowanie mikroelektroniki ze strukturami mechanicznymi. Ważne staje
się przy tym rozdzielanie funkcji, ponieważ prowadzi to najszybciej do rozwiązań optymalnych
[WIKANDER 1994].Przez rozdzielanie funkcji rozumie się sposób, w jaki całkowita funkcja urządzenia
jest rozdzielana na odrębne moduły, które realizują funkcje częściowe, jak każdy z tych modułów jest
fizycznie realizowany i gdzie jest umieszczany.
Mechatronika oferuje konstruktorom nowy sposób realizacji modułu, czyli nośnika funkcji częściowej:
moduł nie musi dalej mieć tradycyjnej postaci mechanicznej, lecz może być rozwiązaniem
mechatronicznym - z sensorami, aktorami i sterowaniem mikroprocesorowym.
Mechatronika jest często traktowana jako synonim robotyki. Zakresem jednak obejmuje więcej niż:
" produkty techniczne, od głównie elektronicznych (komputery, telefony, urządzenia pomiarowe,
kalkulatory kieszonkowe itd.) do głównie mechanicznych (kserokopiarka, maszyna do szycia,
aparat fotograficzny, maszyna do pisania itd.);
" wyposażenie wytwórcze (obrabiarki sterowane numerycznie, roboty, elastyczne systemy
wytwarzania, wyposażenie magazynowe i transportowe);
" zespoły i elementy (sensory, silniki elektryczne, wyświetlacze, monitory, złącza elektryczne itd.).
3. Scharakteryzuj pozatechnicznÄ… funkcjÄ™ mechatroniki.
Z rysunku wynika, że podstawowe obszary mechatroniki
są ściśle powiązane z potrzebami rynku, wytwarzaniem,
zarzÄ…dzaniem i marketingiem .
4. Przedstaw i opisz uniwersalny schemat urzÄ…dzenia mechatronicznego.
Jeżeli do aktorów, sensorów i procesorów dodamy elementy, za których pomocą człowiek-operator
wprowadza/otrzymuje informacje do/z tego systemu, to otrzymamy uniwersalny schemat urzÄ…dzenia
mechatronicznego. Jest on słuszny zawsze wtedy, gdy człowiek-operator już nie nadzoruje procesu
technicznego sam swoimi zmysłami (sensoryką) i nie wpływa na ten proces swoimi czynnościami
ruchowymi (motoryką), lecz stosuje do tego celu sterowanie (sterownik mikroprocesorowy), któremu
wydaje własne rozkazy i z którego otrzymuje meldunki zwrotne. Bezpośrednie włączanie się człowieka
w proces zastÄ…pione jest
dialogiem między
człowiekiem i sterowaniem
(mikroprocesorem). Aby taki
dialog umożliwić, urządzenie ma
elementy do wprowadzania
informacji (przyciski,
klawisze, pokrętła czy
dz
wignie do wprowadzania
ręcznego lub mikrofony do
wprowadzania głosowego),
oraz do wydawania
informacji (wskaz
niki,
wyświetlacze, ekrany,
głośniki). Czujniki (sensory)
dostarczajÄ… sterowaniu
informacji o wielkościach
fizykalnych w procesie.
Informacje ze sterowania, po
odpowiednim
przetworzeniu, sÄ…
dostarczane do urządzeń
wykonawczych (aktorów), aby w pożądany sposób zmieniać te wielkości.
5. Przedstaw i opisz schemat blokowy systemu przetwarzania informacji.
Większość sygnałów, pochodzących z czujników, ma naturę analogową. W takim przypadku konieczne
jest analogowe przetwarzanie sygnału. Sygnał elektryczny z sensora przechodzi przez urządzenie
modyfikujące - zwane procesorem - bez zmiany formy energii, która opisuje ten sygnał. Często
przydatne jest rozróżnianie między główną jednostką przetwarzania (np. mikroprocesor) i jednostką
przygotowania sygnału (np. wzmacniacz, filtr czy przetwornik analogowo-cyfrowy). Ten ostatni rodzaj
urządzenia nazywany jest preprocesorem lub przetwornikiem. Zarówno preprocesory jak i procesory
odgrywają ważną rolę w systemach pomiarowych. Na koniec sygnał z procesora jest stosowany do
wyświetlania niektórych informacji operatorowi, np. na ekranie. Alternatywnie sygnał może być
zapisywany, np. na papierze, dyskietce magnetycznej czy w kostce obwodu scalonego (RAM, EPROM
itd.).
Każde urządzenie, które przetwarza sygnał elektryczny w nieelektryczną wielkość fizyczną jest
nazywane aktorem (aktuatorem) lub przetwornikiem wyjściowym.
6. Przedstaw klasyfikację czujników, ze względu na: zasadę działania, mierzoną wielkość, z
ródło
energii sygnału pomiarowego.
Klasyfikacja czujników ze względu na zasadę działania:
" potencjometryczne
" pojemnościowe
" indukcyjne
" ultradz
więkowe
" tensometryczne
" piezoelektryczne
" piezorezystywne
" światłowodowe
Klasyfikacja czujników ze względu na mierzoną wielkość:
" położenia, odległości i kąta obrotu
" przyspieszenia
" siły, ciśnienia i momentu obrotowego
" przepływu
" temperatury
" natężenia światła
Klasyfikacja czujników ze względu na z
ródło energii sygnału pomiarowego:
" pasywne - energia potrzebna do wytworzenia sygnału wyjściowego jest czerpana ze
zjawiska fizycznego (pomiar temperatury z wykorzystaniem termopary)
" aktywne - wymagają zewnętrznego z
ródła energii do wytworzenia sygnału wyjściowego
(pomiar naprężenia z wykorzystaniem tensometru)
7. Przedstaw budowę, zasadę działania i aplikację (zastosowanie) czujnika indukcyjnego.
Czujnik wykorzystujący efekt Halla, który polega na tym, że w półprzewodniku w którym płynie prąd i
umieszczonym w polu magnetycznym o indukcji B skierowanym prostopadle do tego prÄ…du, pojawia siÄ™
siła elektromotoryczna prostopadła zarówno do prądu, jak i do pola magnetycznego.
Zastosowania:
" pomiary kąta i małych odległości
" pomiary prędkości obrotowej
Aplikacje czujników indukcyjnych
" Wykrywanie złamania wiertła i obiektów na taśmie
" Kontrola ciągłości drutu
8. Klasyfikacja systemów pomiarowych ze względu na przeznaczenie.
W zależności od przeznaczenia systemy pomiarowe dzielimy na:
" Badawcze,
" Pomiarowo  kontrolne,
" Pomiarowo  diagnostyczne,
Badawcze znajdują zastosowanie głównie w badaniu obiektów o małym stopniu rozpoznania,
charakteryzują się na ogół znaczną złożonością i dużymi możliwościami funkcjonalnymi,
Kontrolne przeznaczone są do kontroli obiektów o dobrze znanych właściwościach, a celem działania
jest sprawdzanie, czy wyróżnione parametry obiektu znajdują się we właściwych granicach,
Diagnostyczne  przeznaczone są do testowania obiektów pod względem poprawności ich działania,
lokalizacji niesprawności, rozpoznania jej rodzaju i przyczyn,
9. Scharakteryzuj systemy z złączami radiowymi bluetooth, od czego wywodzi się jego nazwa.
Transmisja danych może odbywa się z prędkością do 1 Mb/s na odległość 10 metrów lub 100 metrów
przy zastosowaniu dodatkowego wzmacniacza. Podczas transmisji danych wykorzystuje się podział
czasowy (TDMA) oraz szybkie zmiany częstotliwości nośnej, a także monitorowanie poziomu mocy
nadajników, co zapobiega zjawisku interferencji i zapewnia pełną dwukierunkowość połączeń.
Informacje są transmitowane z modulacją z kluczowaniem częstotliwości GFSK (ang. Gaussian
Frequency Shift Keying), w której większa z dwóch częstotliwości sygnału oznacza przesyłanie jedynki
logicznej, mniejsza -zera logicznego.
Każde z urządzeń Bluetooth ma własny 48-bitowy adres BDA (ang. Bluetooth Device Address)
pozwalający na jednoznaczną identyfikację urządzenia. Połączenia są realizowane w trybie master-
slave, przy czym synchronizacja nadajnika z odbiornikiem odbywa siÄ™ natychmiastowo i nie wymaga
ingerencji ze strony użytkownika.
Urządzenie Bluetooth może funkcjonować jako klient pytający o usługi, serwer dostarczający usług lub
jako serwer i klient. Jedno urządzenie Bluetooth nie może pracować jako więcej niż jeden serwer, ale
może funkcjonować jako klient dla więcej niż jednego urządzenia.
Nazwa technologii pochodzi od przydomka króla duÅ„skiego Haralda SinozÄ™bego (Blåtand), który ok.
roku 970 podporządkował sobie Norwegię i tym samym przyczynił się do zjednoczenia
rywalizujących plemion z Danii i Norwegii[1]. Podobnie Bluetooth, który został zaprojektowany, aby
"zjednoczyć" różne technologie jak: komputery, telefonię komórkową, drukarki, aparaty cyfrowe