KONSTRUIRANJE

Faze procesa konstruiranja:

Primjer: Iterativni postupak konstruiranja vratila:

Zahtjevi kojima konstrukcija treba udovoljavati

Utjecaj broja izradaka jednog određenog proizvoda na izbor tehnologije: a – lijevanje, b – kovanje u ukovnju, c – slobodno kovanje, d -zavarivanje

Veza između cijene proizvoda i njegovog tehničkog savršenstva:

Postupak projektiranja konstrukcija

"...Projektiranje je mješavina umijeća i znanosti koju kombinira iskusni inženjerski intuitivni osjećaj za ponašanje konstrukcija sa zdravim znanjima načela statike, dinamike, mehanike materijala i proračuna konstrukcija da bi se polučila sigurna i ekonomična konstrukcija koja će služiti namijenjenoj svrsi..."

C.G. Salmon, J.E Johnson, Steel Structures - Design and Behavior, 1980

Načela projektiranja

Projektiranje – optimalno rješenje plana građevine Kriteriji vrednovanja:

- minimalna cijena - minimalna težina konstrukcije - minimalno vrijeme građenja - minimalni utrošak rada - minimalna cijena izrade vlasnikovih proizvoda - maksimalna učinkovitost rada vlasnika, itd.

Kako pristupiti projektnom zadatku, funkcionalno projektiranje (functional design)

- predvidjeti odgovarajuće radne površine - predvidjeti ventilaciju i ostale instalacije - riješiti odgovarajuće uređaje za transport (dizala, stepenice,

kranove, itd.) - predvidjeti odgovarajuće osvjetljenje - osigurati arhitektonsku atraktivnost - riješiti puteve evakuacije u slučaju požara - riješiti probleme akustike i prolaza topline (građevinska fizika) - uklopiti građevinu u okoliš, itd.

Konstrukcijsko projektiranje (structural framework design)

1) Planiranje (planning) 2) Preliminarni oblik građevine (preliminary structural configuration) 3) Utvrđivanje djelovanja (establishment of actions) 4) Preliminarni odabir elemenata (preliminary member selection) 5) Proračun (analysis) 6) Vrednovanje (evaluation) 7) Konačno projektiranje (redesign) 8) Završna odluka (final decision)

Marcus Vitruvius Pollio:

"Treba graditi korisno, sigurno i lijepo."

Mehatronički dizajn - osnovni pojmovi Definicija

Pod pojmom dizajna podrazumijeva se proces razvoja nekog proizvoda ili sustava od načelne ideje do gotovog proizvoda, zadovoljavajući pritom definirana ograničenja.

Dizajn mehatroničkih sustava Dizajn je danas primarno uvjetovan: o brzim promjenama u tehnologiji, o konkurencijom na tržištu.

Stoga dobri inženjeri trebaju: o cjeloživotno učenje, o iskustvo sa multidisciplinarnim projektima, o korištenje vrhunskog dizajna i vještina vođenja

projekta koje su koristile vodeće svjetske kompanije.

Dobri dizajneri uvijek koriste dokazane procese dizajna:

o s opravdanjem u pogledu izbora, o s prikladnim preporukama u odnosu na izvorni

materijal.

Povijesni razvoj dizajna proizvoda

Karakteristike dobrog dizajna Pet karakteristika se koristi za evaluaciju (ocjenjivanje) performansi projekta razvoja proizvoda:

- Kvaliteta proizvoda: koliko dobar proizvod je dobiven iz razvojnih napora?

- Proizvodni troškovi: koliki su troškovi proizvodnje proizvoda?

- Vrijeme razvoja: kako brzo razvojni tim može dovršiti razvoj proizvoda?

- Razvojni troškovi: koliko novca kompanija mora potrošiti na razvoj proizvoda?

- Razvojne mogućnosti: može li razvojni tim i kompanija razviti buduće, kvalitetnije proizvode na temelju njihovog iskustva kojeg su stekli proizvodeći raniji proizvod?

Funkcije mehatroničkih sustava

Spregnutost mehaničkih i elektroničkih funkcija

- Decentralizirani električni pogoni sa mikroračunalnim upravljanjem (višeosni sustavi, automatski prijenosnici, itd.).

- Lagane konstrukcije: elektroničko prigušenje (pogon niza povezanih vozila, elastični roboti, itd.).

- Linearizacija vladanja nelinearnih mehanizama korištenjem povratne veze (hidraulički i pneumatski aktuatori, ventili, itd.).

- Adaptacije operatora kroz programibilne karakteristike (papučica gasa, manipulatori, itd.).

Funkcije mehatroničkih sustava

Radne karakteristike – proces prilagođavanja vladanja korištenjem sustava upravljanja s povratnom vezom

- Povećanje mehaničke preciznosti uvođenjem povratne veze.

- Adaptivna kompenzacija trenja. - Modelsko i adaptivno upravljanje: omogućuje širok

opseg operacija - Visoke upravljačke performanse zbog bliskosti postavne

(referentne) veličine sa ograničenjima (motori, turbine, strojevi za proizvodnju papira, itd.).

Nove funkcije – ove funkcije ne bi bile moguće bez ugradivih (embedded) računala

- Upravljanje nemjerljivim varijablama(klizanje kotača, unutarnje naprezanje ili temperatura, parametri prigušenja, kut i brzina proklizavanja vozila, itd.).

- Napredni nadzor i dijagnostika kvara - Na kvarove otporni sustavi sa sklopovskom i analitičkom

redudancijom. - Funkcije pružanja daljinskih usluga za potrebe nadzora,

održavanja, popravka, itd. - Fleksibilna adaptacija za mijenjanje graničnih uvjeta. - Programirljive funkcije omogućuju promjene tijekom

dizajna, te nakon prodaje proizvoda

Glavni fizički podsustavi MR-a - 1 • Mehanički podsustav:

.Kućište MR-a => nosi sve komponente MR-a;

.Propulzija => osigurava pogonsku energiju

(električni motori, kemijski motori, ...);

.Suspenzija => (raspodjeljuje opterećenje MR-a

radi održanja stabilnosti);

.Lokomocija => mehanizam pretvaranja

energije propulzije u gibanje MR-a;

.Pomoćni mehanizmi => ruke, glave senzora,

griperi, ...

Glavni fizički podsustavi MR-a - 2 • Električki podsustav:

.pomoćna energetska jedinica => generira

dodatnu energiju propulzijskoj energiji; tipično

dizelski i plinski generatori i solarne ćelije;

.spremnici i pretvarači energije =>

akumulatori, punjači akumulatora, besprekidni

izvori napajanja;

.Kabeli za prijenos: energije, sile, signala.

PRIGONI

Većina suvremenih robota i manipulatora pogonjena je elektromotorima, zbog postizanja većih brzina i točnosti, kao i lakšeg upravljanja.

Najčešće se koriste istosmjerni i koračni motori.

Istosmjerni motori uključuju povratnu vezu, koja osigurava učinkovitu regulaciju motora s obzirom na zadanu poziciju pogonjenog članka. Rad im je kontinuiran i ne stvaraju veliku buku.

Koračni motori rade na principu pretvorbe diskretnih električkih signala u precizne kutne pomake − korake. Stoga se takvim motorima jednostavno upravlja digitalnim računalima, generiranjem odgovarajućeg broja električnih signala za zadano kretanje.

Međutim, zbog takvog načina rada uzrokuju vibracije. Osim toga, kod nepredviđenog opterećenja mogu uzrokovati greške u pozicioniranju, jer obično nisu upravljani putem povratne veze.

Hidraulični prigoni se uglavnom koriste za velike sile nošenja. U odnosu na električke znatno su skuplji, pa se, osim za teške terete, danas još samo koriste za pogon robota predviđenih da rade u zapaljivoj atmosferi, kao naprimjer u ličionicama, gdje se električki prigoni ne smiju primjenjivati.

Pneumatski prigoni rijetko se primjenjuju zbog stlačivosti zraka, što stvara probleme pri upravljanju kod većih ubrzanja, kada se pojavljuju složene oscilacije. Pneumatski elementi najčešće se susreću na izvršnom članku robota - hvataljki za prihvat predmeta rada. Pneumatski i hidraulični prigoni koriste se i u kombinaciji s elektromotornim radi kompenzacije mase teških članaka.

MR-i NA KOTAČIMA

Pogonske konfiguracije • Neholonomske konfiguracije:

Diferencijalni pogon (DP)

Sinkroni pogon (SP)

Tricikl pogon (TP)

Ackermanov (automobilski) pogon (AP)

• Holonomske konfiguracije (Svesmjerni

pogoni)

Hodajući mobilni roboti (HMR) • Dobra svojstva:

Mogu prolaziti svim terenima kojima i čovjek (npr.

šume, ruševine, ...)

• Loša svojstva:

Veliki broj stupnjeva slobode

Složeno održavanje stabilnosti robota

Broj nogu • Ima HMR-a s 1, 2, 4, 6, 8, pa čak i s 12 nogu.

• Za statičku stabilnost HMR mora imati barem 4 noge

=> dok se jedna noga pomiče 3 tvore višekutnik stabilnosti.

• HMR s više nogu može ostvariti složeniji hod.

• HMR-i s 1 ili 2 noge mogu biti samo dinamički stabilni

=> problem je održavati ih u mirovanju, a da ne padnu.

Nakon ovoga prijeći na file: Prijenosnici mehaničke energije