Ключевые проблемы развития мехатронных устройств

Ключевыми проблемами развития МУ являются:

1. уменьшение массогабаритных характеристик исполнительных органов за счет снятия ограничений на величины упругих деформаций, за счет улучшения управления, применения новых материалов;

2. создание новых типов приводов (на порядок более легких), в том числе тема «искусственная мышца»;

3. создание новых типов кинематических схем и компоновок, с переменной структурой и управляемой деформацией;

4. расширение обслуживающих зон МУ путем введения чисто транспортных степеней подвижности;

5. развитие дистанционного и телеуправления на основе систем комбинированного управления человеком-оператором и автоматического управления.

Эти меры (1 5) позволяют снизить массу манипуляционных систем МУ более, чем на порядок. Берштейн обратил внимание на то, что позицирование руки человека существенно выше, чем отдельных ее суставов. Поэтому управление по позиции конечного звена рабочего органа манипулятора МУ возможно на реализации более сложных алгоритмов адаптивного управления гибкими манипуляторами. Работы по приводу типа «искусственная мышца» показали возможность создания такого типа электрических приводов с улучшенными на два-три порядка массовыми характеристиками. Расширение зоны обслуживания МУ не сводится к чисто увеличению длины звеньев манипулятора, а заключается в оптимальном сочетании этого решения со следующими возможностями:

1 – введением чисто транспортных степеней подвижности, с промежуточными точками фиксирования положения МУ;

2 – применением адаптивной кинематики с подвижными приводами;

3 – применением подвижного основания.

Особенно эти решения очень важны при создании МУ, работающих в стесненной окружающей их обстановке (на больших глубинах, в космосе).

Задачи дистанционного и телеуправления решаются в комбинации управления человеком-оператором и автоматическим управлением. Управление от оператора осуществляется в виде копирующего движения или от джойстика, причем возможно командное управление только отдельными приводами. Манипуляторы снабжаются при этом системами технического зрения с установками нескольких передающих камер. Кроме того, рабочие органы снабжаются силовыми и тактильными, а также супервизорным и интегральным управлением с системами видео и речевого целеуказания с использованием идеи «виртуальной реальности».

Сенсорное обеспечение управления подвижными средствами содержит устройства обеспечения безопасности движения. Системы технического зрения отличаются применением подвижных передающих телекамер, установленных на двустенных платформах и управляемых оператором. Часто используются передающие камеры, установленные на вспомогательные мобильные средства типа роботов-разведчиков для наблюдения за МУ «со стороны».

Для работы МУ в чрезвычайных ситуациях: авариях и стихийных бедствиях необходимы устройства с развитым искусственным интеллектом с соответствующим аппаратным обеспечением. Основным направлением развития интеллектуальных МУ является эволюция дистанционного и телеуправляемых систем интерактивного типа путем перехода от экспертных человеко-машинных систем к автономным интеллектуальным автоматическим системам.

Научно-техническое решение можно считать «мехатронным», если составляющие компоненты не просто взаимодействуют друг с другом, а образованная в совокупности система обладает новыми свойствами, которые не были присущи составляющим ее частям.

Системный интегрирующий характер мехатроники является ее сущностью, несмотря на известные разночтения в ее определении и терминологии.