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Fundação de Mecatrônica

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Mechatronics é um termo cunhado por cientistas japoneses ou engenheiros japoneses em 1969. O termo mecatrônica tem sido derivado de dois termos básicos, a saber, mecanismo e eletroeletrônicos. Mecanismo vem de engenharia mecânica e tronics ou eletrônicos da engenharia eletrônica. Mecha de mecanismos e tronicos de eletrônicos combinados juntos, faz a mecatrônica. Qual é o significado de mecanismos? Se tomarmos qualquer maquinário, ele tem vários links, vários elementos. Esses elementos ou links são agrupados, que formam um mecanismo. Em mecanismo, se aplicarmos uma força a um elemento do sistema, ele gerará movimento nos outros links conectados. Irá gerar força nos outros links conectados e o movimento ou as forças, que são geradas são utilizadas para a nossa aplicação. Em geral, um maquinário possui muitos mecanismos desse tipo, que são agrupados e utilizados para o nosso propósito pretendido. A eletrônica é um ramo da engenharia que lida com o fluxo de emissão e o controle de elétrons de movimentação ultra rápida no vácuo ou na matéria. Podemos dizer que, quando elétrons em movimento ultra-rápido estão se movendo no vácuo ou em uma matéria, ele pode ser usado para a transmissão das informações. A eletrônica nos fornece comunicação rápida e precisa em vários dispositivos. Como tal, a comunicação de fibra óptica é muito bom exemplo da aplicação eletroeletrônica em nosso dia a dia a vida. Utilizando as vantagens da eletrônica no aprimoramento da eficiência dos mecanismos, o sistema que são desenvolvidos são chamados de sistema baseado em mecatrônica. A Mecatrônica tem a aplicação de computadores hoje em dia. Basicamente, os computadores são utilizados para controlar as diversas atividades de um sistema mecânico através de circuitos eletrônicos. Os computadores são usados para programar o circuito eletrônico, para modelar as peças de trabalho, e para simular os sistemas. O que benefícios esta mecatrônica nos oferece? A mecatrônica proporciona maior flexibilidade; flexibilidade em termos do design do sistema, do design do produto e da operação. Podemos facilmente redesenhar o sistema, modificar o sistema, reprogramar o sistema a forma como estamos reprogramando em máquinas-ferramentas CNC e a mesma ferramenta de máquina pode ser usada para maquinação de vários produtos. Para essa finalidade, temos que carregar diferentes programas para realizar as operações, tornando assim a reprogramação fácil. A Mecatrônica também nos ajuda a realizar a coleta automática de dados e reportagens. Podemos coletar os dados por meio de sensores e que dados serão usados para geração de relatórios, o que pode ser usado ainda mais para tomar decisões relativas à operação de fabricação. Em nossa casa estamos usando regularmente sistema baseado em mecatrônica. Se olharemos por aí, vamos encontrar vários sistemas baseados em mecatrônica disponíveis, como as máquinas de lavar. Algumas empresas dizem que as máquinas de lavar roupa são inteligentes, o que significa que, estão tomando decisões por conta própria, precisamos apenas colocar os panos dentro e todas as decisões serão cuidadas pela própria máquina de lavar roupa. Nos locais de trabalho, em nossos institutos, em laboratórios, em escritórios, estamos usando computadores, impressoras. Para o café ou o chá, estamos usando máquinas automáticas de venda de bebidas. Todos estão nos ajudando a apriviver nossa eficiência de trabalho. Mechatronics é uma abordagem multidisciplinar para o design do sistema de produtos e manufatura. As disciplinas são de engenharia mecânica, engenharia elétrica, engenharia de computação e engenharia de controle. A mecatrônica é a amalgamação desses ramos da engenharia. Todas essas disciplinas estão sendo simultaneamente aplicadas no design do sistema ou no design do produto, para o qual a abordagem de design do sistema de mecatrônica é chamada como abordagem simultânea ou abordagem de engenharia simultânea. A engenharia mecânica contribui em mecatrônica, fornecendo várias máquinas e mecanismos. A engenharia elétrica, proporcionando os prime movers, a energia elétrica será convertida em energia mecânica e que a energia mecânica será aplicada para a aplicação pretendida, a movimentação das várias ligações do mecanismo. Para esta finalidade, precisamos de vários motores; motor AC ou um motor DC ou um motor servo. A engenharia eletrônica está fornecendo os microprocessadores, que são o cérebro do sistema mecatrônico. A engenharia de controle fornece os sensores, atuadores e o circuito de sistemas de controle. Está ajudando no desenvolvimento de vários sistemas de controle baseados em eletrônicos, para apriviver ou para substituir a mecânica do sistema mecânico. Veremos como exatamente esta mecatrônica está ajudando a substituir a mecânica do sistema mecânico na seção a seguir. A contribuição da engenharia da computação está no desenvolvimento de softwares. Um software é um grupo de programas de computador e um programa é um conjunto de instruções escritas pelo desenvolvedor. Seguindo esse conjunto de instruções, o sistema de controle ou o microprocessador levará as ações. Esses softwares também controlam os movimentos das ferragens, ou seja, máquinas e mecanismos. A engenharia da computação não está apenas nos ajudando a controlar o hardware de uma máquina ou um mecanismo, ela também está nos ajudando a fornecer uma interface para interação amigável do usuário com o mecanismo ou com a ferramenta de máquina ou com o equipamento. Assim, a interação amigável do usuário e o controle do equipamento é uma vantagem, que é proporcionada pela disciplina de engenharia de computadores. Além dessas duas características fornecidas pela engenharia da computação, essa disciplina nos ajuda a desenvolver o design de produto mais recente. O design auxiliado por computador é útil para desenvolver 2 desenhos dimensionais ou 3 dimensionais do produto ou dos elementos ou das partes de um produto. Isso é muito útil para nós visualizarmos o produto em estágio inicial do desenvolvimento. Além disso, os computadores estão ajudando a realizar as simulações. Simulações significa analisar ou prever as coisas de forma virtual, aplicando algumas ferramentas analíticas, aplicando a matemática e considerando o conhecimento ou a experiência, que está disponível. Simulamos o processo, prevemos as coisas previamente, que são úteis para obter certas diretrizes no planejamento. Com base nessas diretrizes, com base na entrada inicial, podemos tomar certas decisões, que podem estar relacionadas ao planejamento da produção, ou podem estar relacionadas ao design do produto. O planejamento das atividades de fabricação inclui o planejamento de materiais, o planejamento de recursos de fabricação, a manutenção de registros, a pesquisa de mercado e outras atividades relacionadas às vendas. Na definição de mecatrônica, vimos que a mecatrônica é considerada como uma substituição aos mecânicos pela eletrônica. Para entender essa definição, vejamos um exemplo simples. Podemos ver um relógio mecânico ou um relógio na figura acima. Há um monte de componentes ou peças e a construção é muito complexa. Mas hoje em dia, esses relógios mecânicos ou os relógios são substituídos por relógios eletrônicos ou relógios. Em relógio eletrônico ou relógios, estamos usando tecnologia baseada em quartzo. Chegaremos a conhecer o significado desta tecnologia baseada em quartzo e como ela está substituindo a tecnologia mecânica existente na próxima seção. Desde os últimos anos estamos recebendo relógios e relógios mais avançados. Estes relógios e relógios mais avançados têm muitas tecnologias de sensores associados e com a adição destes sensores, os relógios ou relógios tornaram-se dispositivos inteligentes. Então, podemos chamar isso como um relógio inteligente ou relógio inteligente. Estamos usando esses dispositivos inteligentes regularmente. Agora, se olarmos para o relógio mecânico, ele não requer nenhuma bateria, ele também não tem nenhum circuito eletrônico. Todas as operações são mecânicas. O elemento básico do relógio mecânico é a mola e que a primavera é chamada como a primavera principal. Temos que eólica esta primavera usando um parafuso. Temos que retirar o parafuso e depois rodar o parafuso. Aquela rotação do parafuso dará energia mecânica para a mola principal. A mola armazena a energia mecânica. Temos que periodicamente sopar esta primavera principal. A primavera principal opera uma roda equilibrada. Esta roda de equilíbrio está conectada com um conjunto de engrenagem. A roda balanceada oscila, ela se move para trás e para trás e essas oscilações conduzem um dispositivo chamado de dispositivo de escapamento. O som de tique-taque que obtemos de relógio mecânico é deste dispositivo de escapamento. O dispositivo de escapamento movimenta as mãos do relógio por uma pequena quantidade com cada balanço da roda. Assim, as mãos de relógio movem-se à velocidade constante com as oscilações do dispositivo de escapamento. O movimento ou a varrida dessas mãos podem ser vistos no medidor de discagem. Então, a operação é muito simples. No entanto, a construção de relógio mecânico é muito complexa. Como podemos ver, o relógio mecânico tem muitas engrenagens, muitos pinos, muitos parafusos e todos estes são de tamanhos muito pequenos, tamanho meso e tamanho micro. Por isso, a fabricação de elementos mecânicos tão pequenos é uma tarefa muito difícil, requer processos de maquinagem avançada, processos de manufatura avançada. Por isso, o custo associado ao relógio mecânico também é bastante elevado. Além disso, estamos a fabricá-los mecanicamente. Então, pode haver certas imperfeições associadas a todos esses elementos. Por isso, devido a isso, a precisão desses tipos de relógio mecânico fica em torno de dois a três segundos por dia. Então, esse erro é atribuído às imperfeições associadas ao relógio mecânico e à sinuosa periódica das molas. , Se errarmos o sinuoso, então o relógio vai parar de funcionar e para reiniciar o relógio de novo, temos que eólica para começar do tempo anterior ou para começar com os locais anteriores da mão. Então, estes podem acrescentar ao erro desses tipos de relógios. Assim, o custo é alto e a manufatura também é uma tarefa tediosa ou difícil. É por isso que, os engenheiros ou cientistas tentaram desenvolver uma tecnologia avançada, conhecida como tecnologia baseada em quartzo. Esses relógios mais recentes são de bateria operados. Na figura, podemos ver um relógio de quartzo típico. Esses relógios requerem uma quantidade muito pequena de energia elétrica, como podemos notar em nosso relógio de quartzo, a bateria pode durar muito por alguns meses ou em certos casos pode ir por 1 ou 2 anos também. A quantidade de energia elétrica necessária é menor e a precisão desses relógios também é alta. Então, como esses relógios funcionam? Eles estão trabalhando com base no conceito eletromecânico. O sistema desse relógio quartzo tem um circuito elétrico, uma bateria e um conjunto de engrenados, que podem ser chamados em geral, um sistema mecânico. O conjunto de engrenagens rotaciona as mãos. As mãos podem ser a segunda mão ou minuto mão ou a hora mão e essas mãos estão ficando giradas ou varridas no medidor de discagem, se for analógico tipo de relógio quartzo. Mas se for um tipo digital de relógio quartzo, então estamos conseguindo a exibição digital. Então, como vamos ver, que essas mãos estão ficando rodadas? Temos que nos mover ou ter que ter a movimentação mecânica do conjunto de engrenados. Este conjunto de engrenamento será operado por um motor elétrico ou micro ou pequeno motor elétrico. Agora, quem opera esse motor elétrico? O motor elétrico será operado pelo circuito elétrico. O circuito elétrico volta a ser gerido por um material de cristal, que chamamos de material de quartzo. O quartzo não é nada, mas um mineral comum de terra e tem sílica e oxigênio. O quartzo tem uma característica peculiar, ou seja, são materiais elétricos piezo. A eletricidade Piezo não é nada além de um acoplamento entre estado mecânico e elétrico do material. Qual é exatamente o significado da eletricidade piezo? Quando um estresse mecânico é aplicado sobre o quartzo, ele produz eletricidade e essa capacidade de converter a voltagem em um estresse mecânico é chamada de piezoeletricidade. Esse processo também é realizado em uma vice-versa, ou seja, se um estresse mecânico for aplicado sobre o material, eles produzem cargas elétricas em suas superfícies. Esta propriedade é usada em relógios ou relógios. À medida que aplicamos energia elétrica a este minúsculo cristal, ele vibra a uma frequência muito precisa e essa frequência precisa é cerca de 32768 vezes por segundo. Assim, quando aplicamos energia elétrica, ele vibra por 32768 vezes precisamente. I Se nós temos um circuito eletrônico, que vai contar essas vibrações, e gerar um pulso quando o contador atingir em 32768 número .. Podemos dizer que, na aplicação da energia elétrica, o cristal vai vibrar e as vibrações serão contadas. Quando chegar a 32768, o circuito eletrônico irá gerar um pulso, um pulso de tensão e que o pulso de tensão fará uma exibição na tela se for um relógio digital e que display não é nada, mas um segundo. Se não for um relógio digital que o pulso dará energia para o motor. O motor dirigirá as engrenagem e essas engrenagem dirigirão as mãos, as mãos que estão varrer no mostrador de discagem. Desta forma podemos gerar número de pulsos e que pulsos nos dá tempo em nossa exibição; pode ser um display digital ou o display analógico. Se olarmos para a construção do relógio de quartzo, a construção é muito simples, tem muito menos número de peças. Como o número de peças é menor, o custo de fabricação desses relógios também é menor. Se você olhar para a construção podemos ver que, há uma bateria e este é o elemento quartzo. Além disso, há pouquíssimas partes que são mostradas na figura. A precisão da tecnologia de quartzo também é comparativamente alta do que o relógio mecânico. A precisão é em torno dos 15 seconds por mês. Pode haver a chance de ter um erro de 15 seconds por mês; no entanto, em todos os relógios avançados, as imprecisões melhoram ainda mais, os erros são ainda mais reduzidos, digamos de 3 4 seconds por mês. A ideia por trás disso tudo de discussão é que, o sistema complexo de um relógio mecânico pode facilmente ser substituído por um simples sistema baseado em eletrônica. Apesar de usarmos peças mecânicas aqui; no entanto, estamos a levar ajuda do circuito eletrónico e da energia elétrica em conjunto, e estamos a aplicá-los nos mecanismos de sistemas mecânicos e nos sistemas de máquinas. Isso está aprimorando a eficiência do sistema; ele está reduzindo também o custo do sistema. Então, isso não é nada, mas a mecatrônica, por isso estamos substituindo os mecânicos, estamos substituindo o sistema de mola, o dispositivo de escapamento, muitos conjuntos de engrenagem usando um simples cristal minúsculo e um conjunto de circuitos eletrônicos. Agora um dias, estamos recebendo as tecnologias inteligentes e estamos chamando-as como os relógios inteligentes. Escusado será mencionar que esses relógios inteligentes são novamente relógios baseados em mecatrônica. Quais são as características desses relógios inteligentes? Estamos adicionando a conexão com internet, conexão com mundo exterior. Essa conexão com a internet dá acesso ao mundo e esse acesso é a capacidade potencial deste smartwatches. Smartwatches estão nos dando notificações de mensagens. Eles estão nos ajudando para a navegação através da tecnologia GPS. O que é GPS? Tecnologia Global Positioning System. Os smartwatches estão nos ajudando a organizar o nosso dia a dia atividades. Podemos programar o nosso trabalho; pode ser reuniões ou qualquer outro trabalho. Este agendamento novamente tem o recurso de alarmes. Os smartwatches estão a dar alarmes a nós regularmente. Eles também têm a tecnologia Bluetooth. Esta tecnologia Bluetooth é útil para o envio das chamadas ou para receber a mensagem ou para se conectar com os dispositivos eletrônicos disponíveis em volta sem a internet. Tanto quanto o ponto de vista tecnológico, os relógios inteligentes têm vários sensores. Então, que sensores ele tem? O primeiro sensor que ele tem são acelerômetros. Acelerômetros medem o movimento do corpo. Esta medição de momento corporal ajuda-nos a rastrear nossos passos e padrões de sono. Com base no rastreamento de nossos passos e padrão de sono, os sensores estão nos ajudando a monitorar também suas condições de saúde. Os giroscópios mede a rotação. Eu Se transformarmos o nosso pulso, o display do telefone vai acordar. À medida que giramos o nosso pulso, o telefone está chegando, a exibição está se dando. Em terceiro lugar, sensor que tem é magnetômetro, que possibilita ter a bússola em nosso dispositivo inteligente. Essa bússola também ajuda a rastrear os movimentos. Além destes três sensores em geral, os relógios inteligentes têm sensor de pressão barométrico para sensoriamento das pressões e sensor de temperatura ambiente. Por isso, com essa tecnologia de sensores, os relógios não estão apenas nos mostrando o tempo, eles estão nos ajudando a gerenciar nosso dia a dia atividades. Estão a ajudar-nos a manter a nossa saúde também.