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1. 메카트로닉스 기술
1.1. 메카트로닉스 기술의 정의
메카트로닉스 기술이란 현재 사용되고 있는 모든 기계에 이용되며 제조업, 비제조업, 서비스업, 전 산업 등의 분야에서 다양하게 활용되고 있다. 하드웨어와 소프트웨어를 기본요소로 갖는 기술을 말한다. 하드웨어는 전자/기계장치의 몸체이고 소프트웨어는 프로그램이다.
1.2. 메카트로닉스 기술의 구성요소
1.2.1. 구동기
구동기(driver)는 하나의 다른 장치를 제어하거나 조절하는 하드웨어 장치 또는 프로그램(소프트웨어)이다. 예를 들면, 회선 구동기는 하드웨어 장치이며 장치 구동기는 제어 프로그램이다.
구동기는 메카트로닉스 기술의 핵심 구성요소 중 하나로, 하드웨어 장치와 소프트웨어 프로그램을 통해 다른 장치를 직접적으로 구동시킨다. 구동기는 제어장치로부터 받은 신호를 바탕으로 실제 장치의 작동을 담당하며, 이를 통해 메카트로닉스 시스템이 목적하는 동작을 수행할 수 있게 된다.
구동기에는 전기모터, 솔레노이드, 유압 또는 공압 액추에이터 등과 같이 다양한 종류가 있으며, 응용분야와 목적에 따라 적절한 구동기가 선택된다. 예를 들어 자동문의 개폐를 위해서는 솔레노이드 구동기가, 로봇의 관절 구동을 위해서는 전기모터 구동기가 사용되는 식이다.
또한 구동기는 단순히 장치를 구동하는 역할뿐만 아니라, 제어기로부터 받은 명령에 따라 정밀한 속도, 토크, 위치 제어 등을 수행할 수 있어야 한다. 따라서 구동기의 성능과 제어성이 메카트로닉스 시스템의 전체 성능을 좌우하는 핵심적인 요소라고 할 수 있다.
1.2.2. 센서
센서는 측정 대상물로부터 물리량을 검출하고 검출된 물리량을 전기적인 신호로 변환시켜주는 소자를 의미한다. 센서에는 온도 센서, 압력 센서, 유량 센서, 자기 센서, 광 센서, 음향 센서, 미각 센서, 후각 센서 등 다양한 종류가 있다.
검출기는 자연계에 존재하는 빛, 소리, 화학물질, 온도 등과 같은 물리현상을 정량적인 값으로 변환해 그림/숫자로 표시할 수 있는 기능을 갖는 장비이다. 계측기는 중량, 용량, 속도, 진동, 소음, 온도, 열량, 길이 등 양의 크기나 물리적 상태를 양적(수치)으로 포착하여 지시 또는 기록하는 기구를 말한다.
변환기는 보통 한 형태의 에너지로 표현된 신호를 다른 형태의 에너지로 표현된 신호로 바꾸어 주며, 정보의 방향에 따라 센서, 액추에이터, 양방향 변환기로 나뉜다. 센서는 물리계로부터 나오는 신호를 계에 대한 정보를 나타내는 신호로 변환하고, 액추에이터는 에너지를 운동에너지로 변환하며, 양방향 변환기는 물리현상과 전기신호를 서로 변환한다.
1.2.3. 제어장치
제어장치는 메카트로닉스 기술의 핵심 구성요소 중 하나로, 전자장치와 기계장치를 연결하는 역할을 담당한다. 제어장치는 센서로부터 입력받은 정보를 처리하여 구동기를 제어함으로써 시스템의 동작을 조절한다.
제어장치의 주요 기능은 다음과 같다. 첫째, 센서로부터 전달받은 정보를 분석하고 처리한다. 둘째, 구동기에 제어신호를 보내 시스템을 운영한다. 셋째, 전체 시스템의 상태를 모니터링하고 진단한다. 넷째, 사용자로부터의 명령을 받아 시스템을 제어한다.
제어장치는 대부분 마이크로프로세서 기반의 전자회로로 구성된다. 이를 통해 센서 데이터 처리, 구동기 제어, 시스템 운영 등의 기능을 수행할 수 있다. 또한 통신포트를 통해 상위 제어시스템 또는 사용자와 정보를 교환할 수 있다.
메카트로닉스 분야의 발전과 함께 제어장치 기술도 지속적으로 발전해왔다. 최근에는 다양한 센서 데이터를 활용한 지능형 제어, 네트워크 기반의 분산 제어, 자기진단 및 자기치유 기능 등이 개발되고 있다. 이를 통해 보다 정밀하고 안전한 시스템 운영이 가능해지...
