(NB) Giáo trình Nhập môn cơ điện tử với mục tiêu giúp các bạn có thể giải thích được Cơ điện tử là gì; Giải thích được các yếu tố thành phần trong hệ thống và sản phẩm cơ điện tử; Nhận biết các loại hình thông tin trong hệ thống cơ điện tử; Phân biệt các dạng sản phẩm cơ điện tử trong công nghiệp.
Phân tích quá trình của hệ thống cơ điện tử
hệ thống cơ điện tử
Thiết lập mô hình và chức năng hệ thống cơ điện tử
chức năng hệ thống cơ điện tử
1.4 Phác thảo hệ thống cơ điện tử
2 Khái niệm điều khiển và điều chỉnh
2.2 Giới thiệu mạch điều chỉnh
3.1 Kết cấu và phương thức làm việc của cơ cấu chấp hành
3.2 Cơ cấu chấp hành điện từ
3.3 Cơ cấu chấp hành thủy khí
3.4 Các loại cơ cấu chấp hành đặc biệt
4 Kỹ thuật đo lường, cảm biến
4.2 Các thông số đặc trưng cảm biến
4.3 Giới thiệu các loại cảm biến
5 Khái niệm xử lý thông tin trong hệ thống cơ điện tử
5.1 Một số hệ đếm điển hình
5.4 Dữ liệu và mã hoá dữ liệu
6 Các ví dụ điển hình hệ thống cơ điện tử
6.1 Mô hình nồi cơm điện tự động
6.2 Mô hình máy ép nhựa
6.3 Máy điều khiển theo chương trình số CNC
6.4 Mô hình phân loại sản phẩm tự động
6.5 Mô hình rôbốt công nghiệp
Chương 1 Khái niệm cơ bản về cơ điện tử Mục tiêu:
- Nhận biết rõ khái niệm cơ điện tử là gì
- Chức năng, cấu trúc của hệ thống cơ điện tử;
- Chủ động và sáng tạo trong học tập
1.1 Khái niệm về cơ điện tử
Cơ điện tử (Mechatronics) ra đời là kết quả tất yếu của sự phát triển công nghệ hiện đại, hình thành từ nền tảng công nghệ cao, thông minh và linh hoạt Các xu hướng mới như hệ cơ sinh học tích hợp, máy tính lượng tử, và hệ thống pico và nano đang tạo ra cả cơ hội lẫn thách thức cho lĩnh vực này Tương lai của cơ điện tử hứa hẹn đầy tiềm năng.
Cơ điện tử là một công nghệ mới đang phát triển nhanh chóng, do đó khó có thể đưa ra một định nghĩa chính xác Một định nghĩa cứng nhắc có thể gây ra những hạn chế và thiếu chính xác trong tương lai Điều này đã được chứng minh qua ba thập kỷ phát triển của lĩnh vực Cơ điện tử.
Cơ điện tử là sự kết hợp đa dạng giữa các lĩnh vực cơ khí, điện tử và tin học, tạo ra những sản phẩm mới với tính năng vượt trội Sự liên kết cộng năng này không chỉ mang lại nhiều cơ hội phát triển mà còn đặt ra không ít thách thức cho ngành cơ điện tử Các sản phẩm cơ điện tử sở hữu những đặc trưng và ưu thế riêng, khác biệt so với các hệ thống công nghệ độc lập khác.
Sản phẩm cơ điện tử bao gồm các thiết bị và đồ dùng gia dụng được sản xuất hàng loạt, phục vụ nhu cầu của người sử dụng cuối Những sản phẩm này không chỉ mang lại tiện ích trong cuộc sống hàng ngày mà còn đảm bảo chất lượng và hiệu suất cao.
Các sản phẩm công nghệ cao như điện thoại thông minh, ôtô, máy bay, tên lửa, tàu vũ trụ, thiết bị y tế và các bộ phận cơ thể nhân tạo được thiết kế tiện ích và phù hợp với nhu cầu riêng của người sử dụng Người tiêu dùng thường không quan tâm đến công nghệ bên trong mà chỉ chọn mua các sản phẩm này vì chúng mang lại hiệu quả tốt hơn, tiết kiệm hơn và tiện dụng hơn cho cuộc sống của họ.
Cơ điện tử vẫn là một chủ đề gây tranh cãi với nhiều quan điểm khác nhau về việc nó có phải là một công nghệ mới hay chỉ là sự kết hợp của các công nghệ đã biết Một số ý kiến cho rằng cơ điện tử không phải là một ngành khoa học thực thụ, mà chỉ đơn giản là một công nghệ thiếu nền tảng khoa học cơ bản như cơ học và điều khiển học.
Cơ điện tử là lĩnh vực khoa học và công nghệ, kết hợp nhiều ngành khác nhau, nhằm phát triển và thông minh hóa sản phẩm, tạo ra linh hồn và cảm xúc cho các công cụ phục vụ con người.
1.2 Phân tích quá trình của hệ thống cơ điện tử
Các ngành như cơ khí, điện tử và tin học đều có nền tảng khoa học vững chắc và sản phẩm đặc trưng riêng Tuy nhiên, yêu cầu của thời đại hiện nay đòi hỏi máy móc phải gọn nhẹ, linh động và thông minh hơn Kỹ sư cơ khí không thể tự mình nâng cao trí thông minh của máy móc, trong khi kỹ sư tin học có khả năng phát triển trí thông minh nhân tạo nhưng thiếu kiến thức về cơ khí Kỹ sư điện tử có thể kết nối và điều khiển tín hiệu, nhưng không thể tích hợp trí thông minh nhân tạo vào thiết bị cơ khí Do đó, ngành Cơ điện tử đã ra đời nhằm kết hợp các nền tảng của các lĩnh vực này để phát triển sản phẩm mới đáp ứng yêu cầu hiện đại.
Kỹ sư cơ điện tử, với kiến thức sâu rộng về cơ khí, điện tử, tin học và công nghệ hiện đại, phát triển các sản phẩm cơ khí tích hợp hệ thống điều khiển linh hoạt bằng điện tử Hệ thống này kết nối với công nghệ xử lý thông tin và trí thông minh nhân tạo, từ đó tạo ra những sản phẩm hoàn chỉnh và tiên tiến.
Sự thành công của các ngành công nghiệp sản xuất và bán hàng toàn cầu phụ thuộc lớn vào việc tích hợp điện, điện tử và công nghệ thông tin vào sản phẩm cơ khí và quy trình sản xuất Nhiều sản phẩm hiện đại như ô tô, máy giặt, robot và máy công cụ đều dựa vào khả năng ứng dụng các kỹ thuật mới trong ngành công nghiệp để nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm.
Quá trình sản xuất sản phẩm hiện nay đã tạo ra một hệ thống mới, rẻ hơn, đơn giản hơn, đáng tin cậy hơn và linh hoạt hơn so với trước đây Ranh giới giữa điện và điện tử, máy tính và cơ khí đang dần bị xóa nhòa nhờ vào sự kết hợp giữa chúng Kết quả là sự phát triển của hệ thống cơ điện tử, mở ra một hướng đi mới trong sản xuất.
1.3 Thiết lập mô hình và chức năng hệ thống cơ điện tử
Hệ thống cơ điện tử không có một định nghĩa cụ thể, mà được phân chia thành các phần riêng biệt như điện – điện tử, cơ khí và máy tính Tuy nhiên, sự kết hợp của các phần này diễn ra trong quá trình thực hiện, theo quan điểm của Bradley Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc tích hợp các lĩnh vực này trong giáo dục, đào tạo, công việc thực tế và các ngành công nghiệp sản xuất.
Hình 1.1: Sự liên kết của các thành phần trong hệ thống cơ điện tử theo Bradley
Theo Theo Bolton, cơ điện tử là một thuật ngữ liên quan đến hệ thống, trong đó một hệ thống có thể được hình dung như một "hộp đen" với đầu vào và đầu ra cụ thể.
Hộp đen là một thiết bị chứa các phần tử bên trong, có nhiệm vụ thực hiện mối liên hệ giữa đầu vào và đầu ra.
Ví dụ như : Cái môtơ điện có đầu vào là nguồn điện và đầu ra là sự quay của một trục động cơ
Hình 1.2: Cấu trúc hệ thống cơ điện tử theo Bolton
Quan điểm của giáo sư Thổ Nhĩ Kỳ Okyay Kaynak định nghĩa về hệ thống cơ điện tử như sau:
Hình1.3 : Cấu trúc hệ thống cơ điện tử theo Okyay Kaynak
Hình1.4: Phác thảo hệ thống cơ điện tử
Mô hình phương pháp thiết kế truyền thống
Mô hình phương pháp thiết kế cơ điện tử
Chương 2: Khái niệm điều khiển và điều chỉnh Mục tiêu:
- Nhận biết rõ khái niệm chức năng xử lý thông tin: phương thức điều khiển, điều chỉnh trong hệ thống cơ điện tử
- Chủ động và sáng tạo trong học tập
Các phép toán ở đại số boole
Đại số Boole khác biệt so với đại số thông thường do các đại lượng chỉ có hai trạng thái, điều này giúp việc tính toán trở nên dễ dàng hơn Trong đại số Boole, không có các khái niệm như phân số, số thập phân, số ảo, số phức hay căn số; thay vào đó, chỉ có ba phép tính cơ bản được thực hiện, trong đó có phép OR.
Các phép tính trên khi áp dụng cho logic 0 và 1:
Thiết lập biểu thức logic