Мехатронные системы в видео- и фототехнике

Введение

Стоит начать с того, что мехатроника - это многопрофильная область техники, которая включает в себя сочетание машиностроения, электроники, компьютерной техники, телекоммуникационной техники, системной инженерии и техники управления. По мере развития технологий подполя техники умножаются и адаптируются. Цель мехатроники как научного поля знаний - это процесс проектирования, который объединяет вышеуказанные научные отрасли. Первоначально мехатроника включала в себя сочетание механики и электроники, поэтому слово представляет собой комбинацию механики и электроники; однако, поскольку технические системы становятся все более сложными, определение расширилось, включив в него более технические области.
Слово «мехатроника» возникло на совмещении японского и английского языка, а его создателем является Тетсуро Мори – инженер Yaskawa Electric Corporation. Слово «мехатроника» было зарегистрировано как торговая марка компании в Японии с регистрационным номером «46-32714» в 1971 году. Однако впоследствии компания выпустила право использовать это слово для публики, а слово «мехатроника» распространилось на остальную часть мира. В настоящее время слово переводится на каждый язык, и слово считается важным термином для промышленности.
Отметим еще и то, что французский технический стандарт NF E 01-010 дает следующее определение этому концепту (мехатронике): «подход, направленный на синергетическую интеграцию механики, электроники, теории управления и информатики в рамках проектирования и производства изделий, с целью улучшения и/или оптимизации ее функциональности». Многие люди рассматривают «мехатронику» как современное модное слово в качестве синонима робототехники и «электромеханической инженерии».
Инженер мехатроники объединяет принципы механики, электроники и вычислительной техники для создания более простой, более экономичной и надежной системы. Промышленный робот является ярким примером мехатронной системы – он включает в себя аспекты электроники, механики и вычислительной техники для повседневной работы.
Целью нашей работы является рассмотрение аспекта мехатронных систем в видео- и фототехнике.
Задачи работы:
1. Изучить и систематизировать научно-методическую литературу по рассматриваемой теме;
2. Представить общую характеристику мехатроники как научного концепта;
3. Проанализировать мехатронные системы в области фото- и видотехники на примере дронов различных моделей и комплектации;
4. Выявить перспективы использования мехатронных систем в фото- и видеотехники.
В работе были использованы научно-методические труды таких авторов, как, Хайманн Б., а также электронные источники литературы.


1 Общая характеристика мехатроники как научного концепта
Мехатроника - это отрасль техники, которая фокусируется на проектировании, изготовлении и обслуживании продуктов с механическими и электронными компонентами. Этот термин был придуман в 1969 году инженером Тетсуро Мори, чтобы описать синергию, существующую между электрическими системами управления и механическими машинами, которые они регулируют. С тех пор смысл этого термина расширился, включив в него интеграцию нескольких других дисциплин, включая компьютерную инженерию, системную инженерию и программирование [1, с. 27].

Рис. 1. Общий концепт мехатроники
Как философия дизайна, мехатроника ценит системное мышление и междисциплинарный подход к решению проблем. В последнее время в области информационных технологий (ИТ) американское научное движение DevOps сломало «стену» между разработкой программного обеспечения и технологическими операциями, что побудило ИТ-специалистов работать в межведомственных командах. Мехатроника вызвала те же изменения в технике судостроения.
Чтобы понять концепцию мехатроники, можно просто подумать о современных автомобилях. Средний автомобиль сегодня имеет от 25 до 50 центральных процессоров (ЦП), которые управляют механическими функциями. Система поддержки водителя (англ. DSS), такая как антиблокировочные разрывы, спроектирована с использованием мехатроники; электронная система управления принимает на себя функцию торможения, когда датчики распознают, что одно или несколько колес блокируются. Пневматическая система контроля давления в шинах также разработана с принципами мехатронизации; каждая шина имеет датчик внутри, который отправляет данные в бортовую электронную систему управления. Если давление на одну шину низкое, встроенное программное обеспечение в системе управления отправляет предупреждение на приборную панель автомобиля и загорается значок шины. Даже автомобильная подушка безопасности спроектирована с мехатроникой; микро-электрическая машина (англ. MEM) в передней части автомобиля будет устанавливать подушку безопасности, когда данные датчика указывают на быстрое замедление [1, с. 29].
Интеллектуальное мышление позволило инженерам добиться больших успехов в продвижении автоматизации и робототехники. Это также позволило им создавать более интеллектуальные продукты, небольшие продукты и крошечные, эффективные компоненты продукта на уровне нанотехнологий. Чтобы успешно работать, диагностировать и поддерживать электромеханическое, автоматизированное оборудование, специалистам по техническому обслуживанию необходимо регулярно профессионально и неофициально перерабатывать их на регулярной основе. Siemens AG, одна из крупнейших в мире высокотехнологичных производственных корпораций, предлагает профессиональную сертификационную программу для мехатроники, и все большее число колледжей и университетов предлагают курсы обучения этой новой технологии [1, с. 30].

2 Мехатронные системы в области фото- и видеотехники
2.1 Дрон Shooting Star
«Падающая звезда» - это бесшумный квадроцикл (дрон), предназначенный для участия в световых шоу от компании Intel. Он изготовлен из пенополистирола и легких пластмасс, имеет встроенные светодиод. Большое количество беспилотных летательных аппаратов Shooting Star может управляться одним компьютером и оператором, который может создавать более четырех миллиардов цветовых комбинаций со встроенных светодиодов, используя алгоритмы системы, контролирующие хореографию и оптимизирующие траектории полета [8].

Рис

. 2. Внешний вид дрона Shooting Star
Аппаратное обеспечение Shooting Star довольно простое. Дрон весит примерно столько же, сколько мяч для волейбола, изготовлен из пены и пластика, а также имеет, как мы отметили выше, светодиодные лампы, которые могут мигать красным, зеленым, синим или белым. В нем нет камер. Данный дрон, предназначенный для полета на открытом воздухе, управляется GPS, а мини-дроны этой модели используют аналогичную технологию под названием Intel Indoor Location System. Данный дрон необходим для создания сложных движущихся фигур и логотипов для фестивалей, спортивных событий и премьеры фильмов по всему миру, причем он уже бы использован на Олимпийских играх в Пхёнчхане в 2018 году [8].
2.2 Дрон Airblock
Дрон Airblock изготовлен из легкой, спроектированной пены, которая, к тому же является мягкой, прочной и долговечной. Вентиляторы/лезвия мехатронной системы окружены шестиугольниками, поэтому они не подвергаются прямому воздействию каких-либо объектов, которые могут потенциально мешать. Airblock безопасен для полета вокруг детей и групп людей. Конструкция, основанная на одном основном модуле и шести пропеллерных модулях с магнитными разъемами, позволяет легко трансформироваться [2].

Рис. 3. Внешний вид дрона Airblock
Подъем от четырех пропеллеров позволяет Airblock выполнять ряд трюков, и, выбирая два пропеллера с обеих сторон, он может генерировать определенные движения. Например, два пропеллера, расположенные на задней части дрона на воздушной подушке, могут двигать мехатронную систему вперед. Два пропеллера, расположенные впереди, двигаются на воздушной подушке назад. Приведение двух пропеллеров друг к другу позволяет движению на воздушной подушке идти влево или вправо [2].

Рис. 4. Конструкция Airblock (обозначения слева направо: стирофом – материал, из которого сделан каркас дрона; безопасные лезвия, магниты и электросоединения)
2.3 Дрон Disco Drone
Дрон имеет длину 115 см и длину 58 см, весом всего 750 г. Весу способствует его расширенная конструкция из полипропилена, усиленная углеродными трубами. Он хоть и ощущается легким, но все же достаточно прочный, чтобы пару раз удариться и не развалиться от этого [9].

Рис. 5. Внешний вид дрона Disco Drone
Орбитальный режим ожидания предназначен для уменьшения фальшивых стартов, особенно если дрон в руках у новичка. Но если дрон был случайно запущен, он не улетит, а просто продолжит вращаться вокруг пользователя, пока не получит пользовательский ввод. На его контрукции пользователь может вручную запустить режим орбитального ожидания в любое время, наклоняя левый или правый левый джойстик на Skycontroller 2 (на рис. 5 слева внизу) [9].
2.4 Дрон Mavic Pro
Компактно разработанный, чтобы сложиться до размера бутылки с водой, данный дрон может быть взят куда угодно и для каких угодно целей. Дрон в сложенном положении имеет размер 83 мм x 83 мм x 198 мм, что невероятно мало для такой мощной мехатронной системы [5].

Рис. 6. Внешний вид дрона Mavic Pro
Компания DJI разработала систему шарниров, которая достаточно умна, что позволяет беспилотнику сворачиваться в компактный размер. Это также помогает с обеспечением безопасности беспилотного летательного аппарата, потому что если пользователь уронит дрон (не с критической высоты более 10 метров), то он по-прежнему будет в функциональной готовности [5].
Четыре крыла-лопасти предназначены для сгибания друг под друга и перемещения по сторонам беспилотного летательного аппарата, где роторы затем складываются пополам. Фактически, с более серьезными беспилотными летательными аппаратами, имеющими 4K-камеры или другими функциями и дополнениями, которые делают их такими высококлассными аппаратными средствами, пользователю нужно удалить роторы, чтобы улучшить его летные характеристики.
2.5 Дрон AirSelfie
Дрон AirSelfie имеет размер колоды карт, однако изготовлен из прочного алюминия. Он ощущается хорошо сконструированным, причем не слишком тяжелым несмотря на металл, из которого сделан. Важно отметить, что он даже погружается в телефонный футляр. Это будет важно, поскольку он погружается в телефонный футляр для переноски. Он помещается в телефонные чехлы таких марок мобильных телефонов, как iPhone 6/7, Samsung Galaxy S7 Edge и телефонов Google Pixel на данный момент. После того, как он будет вставлен в собственный корпус, перезаряжаемая батарея внутри будет обеспечивать две дополнительные платы, что составит в общей сложности 9 минут времени полета [3].

Рис. 7. Внешний вид дрона AirSelfie
Образуя систему мехатронной пары со смартфоном на базе Android или iOS с прямым подключением Wi-Fi 2,4 ГГц, он имеет около 66 футов диапазона беспроводной связи. На AirSelfie у будущем будет поставляться с 4 ГБ памяти на microSD, которую можно увеличить с помощью своей собственной карты.
2.6 Дрон Griff З5О
Беспилотные летательные аппараты компании GRIFF Aviation разработаны и построены таким образом, чтобы быть наиболее доступными для пользователя любой подготовки. Отметим, что никакой другой беспилотник не сравнится с точки зрения качества, производительности или гибкости своего лётного «задания».

Рис. 8. Внешний вид дрона GRIFF 350
GRIFF 350 построен на мехатронной системе GRIFF 2.0 Master Design, новой модульной конструкции, которая обеспечивает быструю и легкую замену полезной нагрузки и батарей за считанные секунды. GRIFF 350 может транспортировать полезную нагрузку 150 кг (330 фунтов) в течение 20 минут, но может поднимать максимум 200 кг (441 фунт). Он готов к работе с двойным аккумулятором, который можно заряжать всего за один час