Z roku na rok przybywa coraz więcej urządzeń zautomatyzowanych i kontrolowanych. Osiąga się to dzięki technologiom mikroprocesorowym, a także części mechanicznej, która jest sterowana za pomocą programowalnych urządzeń. Łącząc te dwie branże otrzymujemy nowe pole rozwoju technologii – mechatronikę. Mechatronika jest jednym z bardziej obiecujących kierunków w dziedzinie robotyki, ponieważ obejmuje dwa obszary: automatyzację mechanizmów i programowanie urządzeń. Poniżej dowiemy się, czym jest mechatronika i robotyka, a także dlaczego jest to zawód przyszłości.

Pojęcie mechatroniki pojawiło się w połowie XX wieku. Jej celem jest sterowanie urządzeniami zmechanizowanymi - jednym z pierwszych jest serwomotor. Urządzenie, w przeciwieństwie do silnika, porusza się nie tylko po okręgu, ale też pod odpowiednie ustawionym kątem. Umożliwia to sterowanie za pomocą programowalnego mikroukładu, który pomógł skonstruować m.in. zrobotyzowane ramię z ręką oraz manipulator przemysłowy, który jest używany na taśmach produkcyjnych, pod wodą i podczas pracy z materiałami niebezpiecznymi. W dzisiejszych czasach prawie w każdym urządzeniu, które nosimy ze sobą na co dzień znajdują się elementy mechatroniki: silniki wibracyjne w telefonie, wysuwane kamery, napędy optyczne. Wszystko to jest konsekwencją rozwoju tej dziedziny.

Wielu studentów coraz bardziej interesuje się mechatroniką i robotyką, wyborem szkół związanych z daną dziedziną oraz wiedzą wymaganą do podjęcia studiów. Naukę mechatroniki warto zacząć od podstaw mechaniki, elektroniki, a także algorytmizacji. Wiedza ta powinna stanowić podstawę do studiowania dalszych nauk, które będą potrzebne do projektowania bardziej złożonych urządzeń i realizacji ich działania. Np. aby stworzyć bezprzewodowe urządzenie latające, musisz umieć obliczyć:

Nauczanie mechatroniki można rozpocząć od wieku szkolnego, zagłębiając się na lekcjach fizyki w metody zastosowania kół zębatych, obliczania prędkości obrotowej i przyspieszenia mechanizmu. Ci, którzy interesują się mechatroniką i robotyką, ale nie wiedzą, od czego zacząć, mogą wziąć udział w kursach z programowania robotów lub samodzielnie stworzyć platformę zrobotyzowaną, która może poruszać się za pomocą zaprogramowanego urządzenia. Umiejętności programowania własnych robotów i konstrukcji mechanicznych znacznie pomogą unikać błędów w projektowaniu systemów zrobotyzowanych. Modelowanie w przestrzeni 3D to jedna z podstawowych umiejętności w programowaniu robota i obliczaniu mechanizmu. Duże firmy, takie jak Tesla, Boston Dynamics, dla których mechatronika i robotyka jest głównym celem, modelują wszystkie swoje projekty w różnych programach, takich jak SolidWorks lub Comsol.

Program automatycznie generuje wyniki dotyczące wytrzymałości systemu, jej niezawodności, parametrów prędkości i innych testów wydajności. Następnie mechanizm przechodzi w proces produkcji i testowania w warunkach rzeczywistych. Efektem końcowym są platformy robotyczne. Efektem mechatroniki są platformy robotyczne, np:

→ Spot ;
→ Pick ;
→ Atlas.

Między innymi, Atlas to najbardziej złożona konstrukcja, która potrafi skakać oraz robić salta w przód i w tył.

→ Rozmiary obudowy;
→ Rozmiary śmigła;
→ Wagę urządzenia;
→ Wytrzymałość konstrukcję kadłuba;
→ Równowagę, tak aby nie było przewagi jednej strony nad drugą;
→ Prędkości obrotowej śmigieł przed startem itp.

Duże chińskie spółki takie jak DJI i Xiaomi stale rozwijają swoje nowe produkty, które następnie z powodzeniem wchodzą na światowy rynek. Kto jeszcze nie słyszał o najlepszym dronie od DJI Mavic Pro?

Istnieje wiele innych firm oferujących swoje produkty na rynku znacznie taniej, ale pojawiają się z nimi pewne problemy, np. kwadrokoptery muszą mieć dobrą stabilizację ze względu na przemyślaną i dobrze zmontowaną konstrukcję robota, a także ze względu na prawidłowe obliczenia silników i śmigieł, które unoszą to wszystko w powietrze. Praca inżynierów jest tu kolosalna - przeprowadzono kilkanaście testów wszystkich materiałów i podzespołów, aby robot mógł wystartować i przelecieć na dużą odległość z zachowaniem stabilności. Podczas nagrywania filmu z takiego drona, widać płynność ruchu i brak nagrywania "z ręki", dzięki efektowi stabilizacji stworzonemu za pomocą oprogramowania, a także prawidłowemu montażowi śmigieł. Dlatego inżynier znający się na mechatronice i robotyce może wybrać rodzaj pracy w podobnych firmach.

To wszystko jest przykładem pracy zespołowej i wieloletniej pracy inżynierów oraz wielu prób.

Mechatronika jest obiecującą dziedziną, dlatego zapotrzebowanie na jej uczenie się stale rośnie. Możesz zgłębiać wiedzę od podstaw w różnym wieku. Istnieją szkoły o kierunku mechatronika i robotyka, z których mogą korzystać zarówno dzieci, jak i dorośli. Kursy obejmują naukę podstawowych praw elektrotechniki, projektowanie własnych obwodów elektrycznych i ich dalsze programowanie. Następnie można przejść do modelowania 3D i projektowania systemów mechanicznych. W wyniku takiego szkolenia zgłębisz wiedzę w następujących obszarach:

→ elektronika;
→ programowanie;
→ inżynieria elektryczna;
→ modelowanie 3d;
→ budownictwo itp.

Uczyć się mechatroniki i robotyki można zarówno online, jak i offline. Nowoczesne technologie umożliwiają prowadzenie niemal wszystkich badań i projektowania robotów w różnych programach, co upraszcza sposób studiowania tego kierunku. Dodatkowe kursy robotyki odbywają się zwykle raz w tygodniu i trwają 2 godziny. Aby osiągnąć świetne wyniki, trzeba samodzielnie wykorzystać zdobytą wiedzę w praktyce, samemu sobie z nią radzić. Im szybciej zrozumie się zasadę działania prostego mechanizmu, tym szybciej będzie można przejść do projektowania bardziej złożonych i skomplikowanych systemów. Programowalne urządzenia mogą pomóc w kontroli pełnego działania mechanizmu. Nauki, takie jak mechatronika i robotyka są bardzo potrzebne, dlatego często inżynier samodzielnie wybiera, gdzie iść do pracy i na jakich warunkach .

Obecnie w wielu firmach brakuje pracowników takiej specjalności, co w pewien sposób wpływa na szybkość rozwoju zarówno samej firmy, jak i nowych technologii. Dzięki temu istnieje możliwość otrzymywania wysokiego wynagrodzenia w najbardziej komfortowych warunkach pracy. Inżynierowie w tej dziedzinie nieustannie zmieniają pracę, ponieważ światowi giganci walczą o pracowników, oferując nowe, ciekawe projekty i lepsze warunki pracy. Główne wymogi zatrudnienia w jednej z firm to:

→ umiejętność montażu i lutowania elementów elektronicznych;
→ znajomość języków programowania C/C++, Assembler, Python;
→ znajomość obsługi programów SolidWorks, Compass, Comsol;
→ umiejętność pracy z różnymi typami narzędzi do obróbki CNC itp.

Urządzenia zrobotyzowane aktywnie podbijają naszą przestrzeń i już niedługo trudno będzie wyobrazić sobie nasz dom bez automatycznych drzwi czy odkurzaczy, których nawet nie trzeba monitorować i obsługiwać, bo będą w stanie zrobić wszystko za nas. To, jak szybko się pojawią, będzie zależało od tego, ilu inżynierów mechatroników nad tym pracuje.

Mechatronika obejmuje badanie właściwości fizycznych materiałów, obliczanie prędkości, mocy i wielkości elementów mechanicznych, umiejętność obliczania obwodu elektrycznego, tworzenie programu dla urządzenia do uzyskania pożądanego wyniku.

Nauczyciel w szkole Robocode

Evgeny Petrikeev

Autor artykułu:

→ inżynier projektu;
→ inżynier elektronik;
→ inżynier systemów wbudowanych;
→ programista sprzętu elektronicznego;
→inżynier mechatronik.

Wypełnij formularz po prawej stronie, nasi menedżerowie chętnie udzielą Ci porad i odpowiedzą na wszystkie Twoje pytania!

Wypełnij poniższy formularz, nasi menedżerowie chętnie Ci doradzą i odpowiedzą na wszystkie Twoje pytania!

Wciskając ten przycisk, wyrażasz zgodę na przetwarzanie danych osobowych zgodnie z Ustawą z dnia 29 sierpnia 1997 r. o ochronie dannych osobowych (Dz.U.1997 r. NR 133, poz. 883 z późn. zm.) polityka poufności