Tài liệu môn cơ điện tử pdf

1) CƠ ĐIỆN TỬ LÀ GÌ ? Thuật ngữ cơ điện tử được hình thành vào năm 1969 do ông Tesuro Mori người Nhật Bản, Tổng giám đốc của Công ty Seibu Electric and Machinery nêu ra, khi ông đề xuất một công nghệ mới sản xuất các máy công cụ tiên tiến với sự kết hợp chặt chẽ giữa cơ khí và điện tử. Ban đầu,Cơ điện tử dùng để chỉ các hệ thống chỉ có thành phần cơ khí và điện tử-không yêu cầu sự tính toán. Ví dụ như cửa trượt tự động, máy bán hàng tự động, hệ thống mở cửa gara Đến những năm 90 của thập niên trước, khi công nghệ truyền thông được đưa vào các sản phẩm CƠ ĐIỆN TỬ đã làm cho CƠ ĐIỆN TỬ có khả năng kết nối trong mạng rộng. Sự phát triển này mang đến những chức năng mới như điều khiển từ xa. Trong thời gian này, các công nghệ cảm biến và cơ cấu chấp hành mới, nhỏ hơn- thậm chí cấp độ micro-được dùng ngày càng nhiều trong các sản phẩm mới. Hệ thống Vi CƠ ĐIỆN TỬ như gia tốc kế silicon dùng để khởi động túi khí ô tô là ví dụ mới nhất. Sự phát triển của CƠ ĐIỆN TỬ đến giai đoạn này tạo nên một hệ nhất quán-phát triển về chất chứ không đơn thuần chỉ là sự phát triển rầm rộ về số lượng. Máy tính và các chíp vi xử lý đã mạnh và rẻ để có thể nhúng vào các sản phẩm cùng với các công nghệ cao khác như cảm biến, cơ cấu chấp hành, công nghệ phần mềm, công nghệ điều khiển số hiện đại cho ra những sản phẩm thông minh. Các chức năng của máy móc và hệ thống kỹ thuật hiện nay phụ thuộc chủ yếu vào phần mềm có thể là một thuật tóan, mạng nơron, hệ mờ trong máy tính của sản phẩm. CƠ ĐIỆN TỬ là một công nghệ tổng hợp ngày càng nhiều các công nghệ khác để có thể có được các sản phẩm hoàn hảo hơn. Hay nói cách khác CƠ ĐIỆN TỬ liên kết các yếu tố cấu thành của ngành Cơ học, Điện tử và Điều khiển để tạo nên một CÔNG NGHỆ MỚI, trong đó có sự chuyển biến về chất của tư duy công nghiệp mà trọng điểm là TƯ DUY CÔNG NGHỆ. Nhưng cũng phải hiểu rằng CƠ ĐIỆN TỬ là một thể thống nhất chứ không phải là sự gộp đơn thuần của nhiều công nghệ khác nhau như cơ khí, điện tử, máy tính, cảm biến Cấu trúc của các công nghệ này phải thay đổi để trở thành một cấu trúc thống nhất trong một sản phẩm CƠ ĐIỆN TỬ. Các sản phẩm cơ điện tử có một hàm lượng "thông minh" riêng tạo nên tính năng của thiết bị trong các lĩnh vực giao thông, robot, hệ thống sản xuất, năng lượng mới, thiết bị y tế, hàng không vũ trụ Cơ Điện Tử (CDT) một số trường Đại học lớn trên thế giới còn gọi là ngành robotics. Nó là tích hợp trong nó nhiều ngành khác nhau để tạo nên một chuyên ngành mới. Nếu nói CDT thì có lẽ ít ai hình dung ra nhưng nói robotics thì người ta có thể hình dung ra được sản phẩm và mục đich đào tạo của ngành này chính là robots. Vậy một kĩ sư CDT cần biết những gì ngoài kiến thức chuyên ngành? Theo quan niệm của phương tây thì một kĩ sư trong thời điểm hiện tại cần phải có các điều kiện sau: 1) Kiến thức chuyên ngành tốt. 2) Biết sử dụng thành thạo ít nhất một ngôn ngữ tính toán để bảo chứng cho các kết quả của mình. (Thường là MatLab, Maple, Matematica ) 3) Biết và sử dụng thành thạo ít nhất một ngoại ngữ để có thể tham khảo tại liệu và phục vụ trong các hoạt động chuyên môn.(quan trọng nhất là TAnh rồi.) 2) NÒNG CỐT CỦA CƠ ĐIỆN TỬ LÀ GÌ? Xin trả lời một cách chính xác đó chính là: Cơ học và Điều khiển. Tuy nhiên Cơ học không phải là Cơ học mà các chuyên ngành Cơ Khí hay Chế tạo máy đang học. Mà cơ học của CDT. Cơ học của CDT nó bao gồm nhiều môn học khác nhau mà thành tuy nhiên cơ bản ta có 3 môn học cơ bản: +)Cơ học cánh tay máy. +)Cơ học robot chân. +)Cơ học robot bánh. Về điều khiển thì lĩnh vực này lại rất rộng và thông thường với CDT không nhất thiết phải biết hết về DK mà chỉ cần biết mảng nào mình cần cho đối tượng mà mình nghiên cứu. Ví dụ nếu bạn đi sâu vào mảng robot tự hành(bao gồm cả robot chân và robot bánh) thì các giải thuật ĐK lại là các phương pháp Đk thông minh như ĐK mờ, giải thuật Gen và Trí tuệ nhân tạo. Tuy nhiên để có thể đi sâu vào các giải thuật ĐK này thì yêu cầu các bạn phải nắm vững về ĐK. Như vậy Cơ học của CDT và ĐK của CDT khác với Cơ học và ĐK của các ngành và các lĩnh vực khác. Đều này các bạn sẽ nhận thấy qua chương trình học của mình. 3) THIẾT KẾ MỘT SẢN PHẨM ĐẶC TRƯNG CỦA CƠ ĐIỆN TỬ - ROBOT- NHƯ THẾ NÀO? Để làm được 1 kĩ sư CDT thì việc đầu tiên là giỏi kiến thức chuyên môn và sau đó mới đi chuyên sâu vào một mảng nào đó để làm việc thực tế. Vấn đề đầu tiên vẫn là giỏi lý thuyết. Nguyên tắc thiết kế một sản phẩm robot theo các quá trình nào? Đầu tiên là thiết kế robot sơ bộ với các thông số tổng quát. Sau đó lập hệ phương trình chuyển động của cơ hệ robot mà mình đã thiết kế. Và cái hệ phương trình mà ta vừa lập được đó chính là dạng mô hình vật lý (là mô hình mà đơn vị đo của các đại lượng- thứ nguyên khác nhau và cùng tồn tại). Bước tiếp theo dùng chuẩn hóa để chuyển một mô hình vật lý sang mô hình toán học để xem xét điều khiển. Như vậy các bạn sẽ hỏi là tại sao phải chuẩn hóa nó? Xin trả lời sự khác nhau giữa 2 mô hình vật lý và toán học là: thứ nguyên. Nếu như mô hình vật lý xem xét đến thứ nguyên của các đại lượng thì mô hình toàn học mặc định coi các đại lượng có cùng một thứ nguyên. Và khi học ĐK các bạn sẽ rõ điều này. ĐK chỉ xem xét đến các mô hình toán học thuần túy. Và đến đây vào ĐK ta xem xét mô hình toán học thu được và tiến hành ĐK hay tối ưu Đó là giai đoạn quan trọng nhất của toàn bộ quá trình thiết kế hay đánh giá một cơ hệ CDT. Và chuẩn hóa chính là một mặt xích quan trọng nối giữa 2 phần Cơ và ĐK trong CDT. Đây là 1 lưu ý quan trọng để các bạn ghi nhớ trong đầu. Công cụ hỗ trợ các bạn cần gì chogiai đoạn này: Maple tính toán cơ học, MatLab khảo sát ĐK và inventer để thiết kế tổng quan. Các bạn phải hiểu CDT hơn những kĩ sư chuyên ngành khác là tính hệ thống. Kĩ sư CDT am hiểu cả một hệ thống chứ không am hiểu riêng một thành phần nào cả. Vì vậy đã xác định học CDT là xác định mình là tổng công trình sư. Đó là một định hướng mà các bạn phải luôn ghi nhớ trong đầu để học tốt các môn chuyên ngành. Đừng nên quá nghiên về một mảng nào cả mà khi ra trường các bạn sẽ phải trả một cái giá rất đắt vì các bạn vừa ko có cái đầu hệ thống của CDT lại ko có được trình độ của một kĩ sư chuyên sâu của các chuyên ngành khác. Hãy cố gắng học chuyên ngành và hiểu được cái gì mình cần, các lĩnh vực liên kết với nhau qua các mảng nào liên kết với nhau như thế nào để trở thành một hệ thống liên hoàn. CDT là một hệ thống các kiến thức liên hoàn với nhau và các bạn phải hiểu được nó liên hoàn như thế nào. Mình xin nhắc lại đó là kiến thức chuyên môn, công cụ thì ko quá cần thiết và chỉ cần duy nhất Matlab thôi cũng đủ đề các bạn tung hoành trong CDT mà ko cần thêm bất cứ cái gì nữa để mà mất nhiều thời gian về nó. Hãy cố gắng học tập tốt kiến thức chuyên ngành, đừng quá chú trọng vào công cụ. Tuy nhiên công cụ là cần thiết để bảo chứng cho các kết quả tính toán của mình nên hãy học tốt MatLab. 4) SINH VIÊN CẦN ĐỊNH HƯỚNG KHI HỌC CƠ ĐIỆN TỬ THẾ NÀO CHO ĐÚNG? Nhìn chung ngành Cơ điện tử liên quan đến khá nhiều ngành và nhiều lĩnh vực khác nhau: cơ khí, điện tử, khoa học máy tính, công nghệ cao. Tuy nhiên kỹ sư cơ điện tử không đi tìm hiểu để chế tạo các sản phẩm của các ngành đó, mà vận dụng, ứng dụng các chức năng của các sản phẩm từ các chuyên ngành trên để xây dựng lên một bộ máy (hoặc một hệ thống) hoạt động tự động/thông minh có chức năng hoàn chỉnh. Robot là một ví dụ điển hình về hệ thống và sản phẩm của cơ điện tử, một robot được sản xuất liên quan đến rất nhiều chuyên môn khác nhau: - Khung sườn robot, các bánh xe chuyển động, cánh tay robot để gắp các vật thể… thuộc về cơ khí - Để robot thông minh, có thể hoạt động tự động, người kỹ sư phải xây dựng sẵn các tình huống hoạt động cho robot. Các tình huống này được cụ thể hóa bằng cách lập trình. Phần này thuộc về khoa học máy tính. - Cần một bộ phần để nhận lệnh đã lập trình, và đưa ra các kích hoạt cần thiết để điều khiển các động cơ, các thiết bị ngoại vi… phần này thường do các mạch điện tử đảm nhận. Phần này liên quan đến điện - điện tử Để chế tạo cần có sản phẩm của các chuyên ngành cơ khí, điện tử, khoa học máy tính… và robot chính là sản phẩm của Cơ điện tử. Và cũng không một trường Đại học nào lại đào tạo được sv theo tất cả các hướng mà mỗi trường sẽ chỉ mạnh về một mảng nào đó. Và sv cũng phụ thuộc vào trường của mình học mà được đào tạo về cái gì nhiều hơn. Tuy nhiên xin nhắc lại kĩ sư CDT thuộc dạng tổng công trình sư nên luôn cần một cái đầu của cả một hệ thống đó là yêu cầu đầu tiên và cũng chính điều đó làm nên chuyên ngành CDT. Nếu bạn là một kĩ sư CDT nhưng bạn mạnh về Điện Tử(DT) và rất yếu về hệ thống vậy xin thưa bạn đang bị thất bại rất lớn trong định hướng chuyên môn. Vì sao vậy? Thứ nhất xét từ góc độ chuyên ngành CDT: Trong các quy trình chế tạo robot thì nếu bạn muốn lập trình điều khiển tốt một hệ CDT bạn cần nắm rõ phần Cơ và phần ĐK của hệ CDT đó. Nếu ko nắm rõ được các phần đó thì coi như bạn vứt đi. Vì bạn sẽ ko thể xử lý nổi nếu nó có vde hoặc nếu như bạn muốn thay đôi, tối ưu hóa nó nhưng bạn ko thể xem xét đến các vde Cơ và ĐK thì bạn ko thể làm nổi việc đó. Thứ hai nếu bạn mất quá nhiều time cho điện tử thì thời gian cho Cơ và ĐK của bạn sẽ cực ít như vậy kiến thức của bạn về hệ thống sẽ cực tồi và nếu như giả sử bạn có thanh quả một chút về ĐT thì cũng xin thưa bạn vẫn còn thua xa các bạn khac học chuyên ngành Vi Điều Khiển. Vì đó là chuyên ngành của người ta và họ được đào tạo căn bản hơn bạn rất nhiều. Trong quá trình thiết kế một Hệ CĐT ở nước ngoài thì sau khi thiết kế xong phần Cơ và ĐK họ sẽ đi mua một MicoControler về, nó có kèm theo sách hướng dẫn lập trình và lập trình bằng ngôn ngữ máy riêng bạn có thể đọc và làm rất nhanh theo cái đó mà ko cần mất quá nhiều time. Và trên thế giới có rất nhiều Cty chế tạo các MicroControler như vậy nên bạn ko cần phải lo lắng. Những sản phẩm họ chế tạo ra rất đảm bảo và có đủ các loại các bạn cần. Như vậy tức là trong CĐT thì vấn đề Vi Điều Khiển ko được coi trọng lắm, tất nhiên nếu có 1 người giỏi về cái này thì mới làm đựoc việc nhưng thông thường người ta sẽ lấy một kĩ sư CĐT nắm căn bản về Cơ và ĐK và cho đi đào tạo thêm về Vi Điều Khiển vậy sẽ hợp lý nhất. Điều đó có nghĩa là gì? Có nghĩa là trong quá trình học các bạn vẫn phải biết về Vi Điều Khiển(là một mảng kết hợp ĐK và Điện Tử) một cách căn bản nhưng đừng nên mất quá nhiều time cho chúng. Mà hãy tập chung thật lực vào Cơ và ĐK. Thông thường trong thực tế 1 người am hiểu về Cơ có thể đào tạo thêm về Điện tử hay Vi đk dễ dàng hơn là lấy 1 anh am hiểu về ĐT đi đào tạo thêm về Cơ(điều này gần như là không tưởng). Đây là lý do tại sao tôi đã nói ngay từ đầu là nòng cốt của CĐT là Cơ và ĐK. Tôi phải nhấn mạnh điều này vì hiện tại ở vn các sản phẩm MicroControler của các Cty nổi tiếng chưa bán phổ biến với giá thành có thể mua được. Vả lại nếu đi đặt làm mạch thì sẽ rẻ tiêng hơn rất nhiều. Nên có nhiều bạn ngộ nhân đây là một hướng tốt của CĐT. Đó là một quan điểm hoàn toàn sai lầm và nó sẽ làm các bạn đi chệch hướng hoàn toàn trong CĐT. . HỌC CƠ ĐIỆN TỬ THẾ NÀO CHO ĐÚNG? Nhìn chung ngành Cơ điện tử liên quan đến khá nhiều ngành và nhiều lĩnh vực khác nhau: cơ khí, điện tử, khoa học máy tính, công nghệ cao. Tuy nhiên kỹ sư cơ điện. nhau như cơ khí, điện tử, máy tính, cảm biến Cấu trúc của các công nghệ này phải thay đổi để trở thành một cấu trúc thống nhất trong một sản phẩm CƠ ĐIỆN TỬ. Các sản phẩm cơ điện tử có một. công cụ tiên tiến với sự kết hợp chặt chẽ giữa cơ khí và điện tử. Ban đầu ,Cơ điện tử dùng để chỉ các hệ thống chỉ có thành phần cơ khí và điện tử- không yêu cầu sự tính toán. Ví dụ như cửa trượt