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Meccatronica

en-lang Mechatronics

Il termine Meccatronica è un neologismo coniato dalla Japan’s Yaskawa Electric Company negli anni 60 del ventesimo secolo per caratterizzare quei sistemi meccanici in cui le funzionalità e le prestazioni sono determinate dalla tecnologia meccanica e da quella elettronica congiuntamente.

La meccatronica deriva dalla spinta tecnologica a creare un know-how nell’ambito della modellistica, della simulazione e della prototipazione dei sistemi di controllo, orientandosi prevalentemente ai sistemi di Motion Control e dalla necessità per le aziende produttrici di essere sempre più competitive. Esse devono infatti misurarsi quotidianamente con requisiti sempre più stringenti di produttività, flessibilità e qualità del prodotto. Requisiti che il processo di progettazione tradizionale, caratterizzato da una rigida successione di fasi in cui gli aspetti meccanici, elettrici ed informatici vengono trattati separatamente e sequenzialmente, non è più in grado di soddisfare, principalmente a causa di scelte non sufficientemente bilanciate e correlate. Al contrario nell’approccio meccatronico i differenti processi di progettazione vengono considerati congiuntamente.

I principali campi di applicazione sono la robotica, l’automazione industriale, la biomeccatronica, l’avionica, i sistemi meccanici automatici degli autoveicoli.

La progettazione e la costruzione di macchine condotte con tecnologie meccatroniche includono oltre agli elementi di macchine meccanici, anche gli elementi meccatronici. Con tale espressione si intendono gli attuatori (regolatori, convertitori e trasformatori di energia) in veste di elementi che comandano il moto, i sensori in qualità di elementi che rilevano le variabili di stato di un processo e i dispositivi di controllo o regolatori i quali elaborano, secondo una determinata legge di regolazione, le variabili di stato rilevate e inviano agli attuatori istruzioni di comando.

Vi è in questa disciplina una profonda differenza con i dispositivi elettromeccanici. Questi ultimi sono fondamentalmente apparati meccanici il cui movimento viene generato da fenomeni fisici di natura elettrica. Nella meccatronica è invece l’elettronica ad essere la tecnica di riferimento. I dispositivi meccatronici asservono e integrano sempre di più componenti elettroniche nei sistemi meccanici fino a divenire considerati parte integrante degli stessi. Del resto lo sviluppo dei microcomputer, dei computer embedded e dei microcontrollori ha rivoluzionato il modo di intendere le logiche di controllo consentendo di realizzare schemi di controllo molto complessi potevano essere concepiti solo come modelli teorico-matematici.

 

Interpretazioni

 

La meccatronica è dunque un concetto relativo alla fabbricazione e alle lavorazioni di macchine e apparecchi meccanici uniti a quelli elettronici. Al termine meccatronica sono state attribuite differenti interpretazioni. Un’interpretazione riduttiva è utilizzata per indicare l’innovazione ottenuta sostituendo alcuni dispositivi meccanici con dispositivi elettronici caratterizzati da funzionalità analoghe. Quando invece la progettazione delle parti meccaniche è effettuata in funzione delle prestazioni ottenibili dai dispositivi elettronici opportunamente selezionati, il termine meccatronica è impiegato per indicare l’applicazione congiunta della tecnologia meccanica e della tecnologia elettronica, entrambe finalizzate alla particolare applicazione di interesse. Nell’interpretazione giapponese del termine meccatronica, si intende l’applicazione congiunta e coordinata di un insieme di tecnologie tutte coinvolte nella realizzazione di particolari dispositivi meccanici. La movimentazione controllata costituisce uno dei settori innovativi in cui risulta conveniente utilizzare l’approccio meccatronico per elevare la qualità delle prestazioni e migliorare la convenienza economica.

Trattandosi di una materia interdisciplinare, in cui si fondono le conoscenze proprie dei settori meccanico, elettrico, elettronico ed informatico, la meccatronica permette di affrontare in modo organico le problematiche relative alla progettazione di sistemi complessi e fortemente integrati: robot, macchine utensili, dispositivi servocomandati per autoveicoli, aerei ecc. Essa consente pertanto di realizzare la relativa movimentazione controllata senza sovradimensionare né la struttura meccanica né i componenti, di rendere il sistema economicamente più conveniente, di ottenere migliori prestazioni funzionali, minori costi di gestione e manutenzione e di rendere nel contempo più semplice per gli utenti il controllo e la diagnostica dei sempre più complessi processi.

Presupposto di base irrinunciabile di questo tipo di applicazioni è la possibilità di creare, mediante idonei attuatori regolabili, moti elementari controllabili con precisione con adeguate prestazioni dinamiche.

 


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