Cơ điện tử

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới điều hướng Bước tới tìm kiếm
Hệ thống cơ điện tử

Cơ điện tử hay Kỹ thuật cơ điện tử là một nhánh kỹ thuật liên ngành chú trọng vào các ngành kỹ thuật điện tửkỹ thuật cơ khí, cũng như nghiên cứu các lĩnh vực robot học, điện tử học, kỹ thuật máy tính, viễn thông, kỹ thuật hệ thống, kỹ thuật điều khiểnProduct engineering.[1][2] Với sự phát triển theo thời gian của công nghệ, nhiều phân ngành kỹ thuật đã thành công trong việc thích ứng và nhân rộng. Mục tiêu của ngành kỹ thuật cơ khí nhằm tạo ra giải pháp thiết kế (design solution) nhằm hợp nhất các phân ngành lại với nhau. Ban đầu, lĩnh vực nghiên cứu của cơ điện tử được dự định chỉ bao gồm sự kết hợp giữa cơ khí và điện tử, vì thế tên ngành là từ ghép giữa khí và Điện tử học (hay Mechatronics từ mechanics và electronics); tuy nhiên, với tính phức tạp của các hệ thống công nghệ phát triển không ngừng, định nghĩa của ngành được mở rộng sang nhiều lĩnh vực công nghệ khác.

Từ cơ điện tử (mechatronics) bắt nguồn từ Wasei-eigo là các từ vựng tiếng Nhật được xây dựng từ nguồn gốc là các từ vựng tiếng Anh và được tạo ra bởi Tetsuro Mori, một kỹ sư của Tập đoàn Điện tử Yaskawa. Từ mechatronics được đăng kí thương hiệu bởi một công ty ở Nhật Bản với mã số đăng kí "46-32714" vào năm 1971. Tuy nhiên, công ty sau đó đã công bố quyền sử dụng từ này cho công chúng, từ đó từ này bắt đầu được sử dụng trên toàn thế giới. Ngày nay, từ này được dịch sang nhiều ngôn ngữ và được coi là một thuật ngữ thiết yếu trong ngành công nghiệp.

Tiêu chuẩn NF E 01-010 của Pháp đưa ra định nghĩa: "phương pháp tiếp cận nhằm mục đích tích hợp cùng lúc cơ khí, điện tử, lý thuyết điều khiển tự động và khoa học máy tính trong việc thiết kế và sản xuất sản phẩm, để cải thiện và/hoặc tối ưu hóa chức năng của nó".

Nhiều người xem cơ điện tử là một từ thông dụng hiện đại đồng nghĩa với tự động hóa, robot họckỹ thuật cơ điện (Electromechanical engineering).[3][4]

Mô tả[sửa | sửa mã nguồn]

Giản đồ Aerial Euler trên trang web của RPI mô tả các lĩnh vực cấu thành ngành cơ điện tử

Một kỹ sư cơ điện tử hợp nhất các nguyên tắc của cơ học, điện tử và máy tính để tạo ra một hệ thống đơn giản, có hiệu quả kinh tế và đáng tin cậy hơn. Thuật ngữ "cơ điện tử" được tạo ra bởi Tetsuro Mori, là kỹ sư cấp cao của công ty Nhật Bản Yaskawa vào năm 1969. Robot công nghiệp là ví dụ điển hình của hệ thống cơ điện tử; nó bao gồm các khía cạnh của điện tử, cơ khí và máy tính để thực hiện các công việc hàng ngày.

Điều khiển học kỹ thuật (Engineering cybernetics) giải quyết các vấn đề kỹ thuật điều khiển trong các hệ thống cơ điện tử, được sử dụng để kiểm soát hoặc điều chỉnh cả một hệ thống (xem thêm lý thuyết điều khiển tự động). Thông qua sự hợp tác, các mô đun cơ điện tử thực hiện các mục tiêu sản xuất và kế thừa các đặc tính sản xuất linh hoạt và nhanh nhẹn trong sơ đồ sản xuất. Thiết bị sản xuất hiện đại bao gồm các mô đun cơ điện tử được tích hợp theo kiến trúc điều khiển (control architecture). Các kiến trúc phổ biến nhất bao gồm hệ thống cấp bậc (hierarchy), hệ thống đa cực (polyarchy), hệ thống hỗn hợp (heterarchy) và hệ thống lai (hybrid). Các phương pháp để đạt được hiệu quả kỹ thuật được mô tả bằng cách diều khiển các thuật toán, có thể sử dụng hoặc không sử dụng các phương pháp hình thức trong thiết kế. Các hệ thống hybrid quan trọng đối với cơ điện tử bao gồm hệ thống sản xuất, synergy drive, planetary exploration rovers, các hệ thống phụ ô tô như các hệ thống chống bó phanh và hỗ trợ xoay (spin-assist) và các thiết bị hàng ngày như máy ảnh lấy nét tự động, video, đĩa cứng, đầu đĩa CD và điện thoại.

Ứng dụng[sửa | sửa mã nguồn]

Biến thể của ngành[sửa | sửa mã nguồn]

Một biến thể nảy sinh của ngành là Cơ điện tử sinh học với mục đích tích hợp các bộ phận cơ khí với con người, thường ở dạng các chi tiết nhỏ có thể tháo rời như bộ xương ngoài. Đây là phiên bản "đời thực" của vật chế tạo điều khiển (Cyberware).

Một biến thể khác mà chúng ta có thể xem xét là Điều khiển chuyển động ở Cơ điện tử nâng cao, hiện được công nhận là công nghệ then chốt trong cơ điện tử. Tính bền vững của điều khiển chuyển động sẽ được thể hiện dưới dạng một hàm của độ cứng và là cơ sở để hiện thực hóa trong thực tế. Mục tiêu của chuyển động được tham số hóa bởi độ cứng điều khiển có thể thay đổi theo công việc được xét đến. Tuy nhiên, tính bền vững trong chuyển động của hệ thống luôn đòi hỏi độ cứng rất cao trong bộ điều khiển.[5]

Avionics (kỹ thuật của các thiết bị điện tử phải hoạt động trong môi trường Không gian vũ trụ hoặc Hàng không) cũng được coi là một biến thể của cơ điện tử vì nó kết hợp một số lĩnh vực như kỹ thuật điện tử và viễn thông trong kỹ thuật hàng không vũ trụ.

Internet Vạn Vật[sửa | sửa mã nguồn]

Internet Vạn Vật (IoT) là liên mạng gồm các thiết bị vật lý, hệ thống nhúng với điện tử, phần mềm, cảm biến, cơ cấu chấp hànhsự kết nối mạng cho phép các bộ phận này thu thập và trao đổi dữ liệu.

IoT và cơ điện tử bổ sung cho nhau. Nhiều thành phần thông minh kết nối với Internet Vạn Vật về cơ bản sẽ là cơ điện tử. Sự phát triển của IoT đang buộc các kỹ sư cơ điện tử, nhà thiết kế, nhà chuyên môn và nhà giáo dục phải nghiên cứu cách thức mà các thành phần và hệ thống cơ điện tử được nhận thức, thiết kế và sản xuất. Điều này cho phép họ đối mặt với các vấn đề mới như bảo mật dữ liệu, đạo đức máy móc (machine ethics) và giao diện người-máy móc.[6]

Tham khảo[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ Mechanical and Mechatronics Engineering. “Mechatronics Engineering”. Future undergraduate students. University of Waterloo. Truy cập ngày 21 tháng 11 năm 2019. 
  2. ^ Faculty of Mechatronics, Informatics and Interdisciplinary Studies TUL. “Mechatronics (Bc., Ing., PhD.)”. Truy cập ngày 15 tháng 4 năm 2011. 
  3. ^ "Electromechanical/Mechatronics Technology" Lưu trữ 2014-05-16 tại Wayback Machine. lcti.org
  4. ^ Lawrence J. Kamm (1996). Understanding Electro-Mechanical Engineering: An Introduction to Mechatronics. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-7803-1031-5. 
  5. ^ ″Motion Control and Advanced Mechatronics″.
  6. ^ Bradley, David; Russell, David; Ferguson, Ian (tháng 3 năm 2015). “The Internet of Things-The future or the end of mechatronics”. Mechatronics 27: 57–74. doi:10.1016/j.mechatronics.2015.02.005.  Đã bỏ qua tham số không rõ |hdl= (trợ giúp); Đã bỏ qua tham số không rõ |hdl-access= (trợ giúp)

Nguồn[sửa | sửa mã nguồn]

  • Bradley, Dawson et al., Mechatronics, Electronics in products and processes, Chapman and Hall Verlag, London, 1991.
  • Karnopp, Dean C., Donald L. Margolis, Ronald C. Rosenberg, System Dynamics: Modeling and Simulation of Mechatronic Systems, 4th Edition, Wiley, 2006. ISBN 0-471-70965-4 Bestselling system dynamics book using bond graph approach.
  • Cetinkunt, Sabri, Mechatronics, John Wiley & Sons, Inc, 2007 ISBN 9780471479871
  • James J. Nutaro (2010). Building software for simulation: theory and algorithms, with applications in C++. Wiley. 
  • Zhang, Jianhua. Mechatronics and Automation Engineering. Proceedings of the International Conference on Mechatronics and Automation Engineering (ICMAE2016). Xiamen, China, 2016.

Xem thêm[sửa | sửa mã nguồn]

Liên kết ngoài[sửa | sửa mã nguồn]