MECATRONICA

Definición, uso, aplicaciones, y algo más...

Profesora: Frida Esposito

Grupo: Ornella Foggetta- Sofia Betancor

Curso: 5to informática

DEFINICIÓN

La Mecatrónica es la fusión o combinación de varias ingenierías, es decir, la pretende ser la ingeniera de precisión por excelencia combinando 4 disciplinas que son:

  1. Ingeniería Electrónica
  2. Ingeniería Mecánica
  3. Ingeniería Informática
  4. Ingeniería de Control
Las cuales combinadas hacen posible la Generación de sistemas más flexibles, versátiles, económicos, fiables y simples Cada una de estas 4 comprende diferentes áreas que comparten las demás.

El esquema a continuación muestra un resumen de lo que representa la Mecatrónica y de cómo están relacionadas estas ingenierías entre sí:

Así vemos que la Ingeniería Electrónica comparte el área de la Electromecánica con la Ingeniera Mecánica; La Ingeniera Mecánica comparte el área de CAD/CAM con la Ingeniería Informática; La Ingeniería Informática comparte El control Digital con La Ingeniería de Control y cerramos el círculo con la Ingeniera de Control que comparte el Control Electrónico con la Ingeniería Electrónica.

HISTORIA

Antecedentes:

La Mecatrónica tiene como antecedentes inmediatos a la investigación en el área de Cibernética realizada en 1936 por Turing ,en 1948 por Wiener y Morthy, las máquinas de control numérico, desarrolladas inicialmente en 1946 por Devol, los manipuladores, ya sean tele operados, en 1951 por Goertz, o robotizados, en 1954 por Devol, y los autómatas programables, desarrollados por Bedford Associates en 1968.

Comienzos y desarrollo:

  • En 1969, Tetsuro Mori, un ingeniero de la empresa japonesa Yaskawa Electric Co. acuña el término Mecatrónica, recibiendo aquella en 1971, el derecho de marca. Japon fue la cuna de la mecatronica y hasta hoy en dia sigue siendo el país mas avanzado en dicha ingeniería.
  • En los años setenta, la Mecatrónica se ocupó principalmente de la tecnología de servomecanismos usada en productos como puertas automáticas, máquinas automáticas de autoservicio y cámaras auto-focus.
  • En los años ochenta, los ingenieros empezaron a incluir microprocesadores en los sistemas mecánicos para mejorar su desempeño. Las máquinas de control numérico y los robots se volvieron más compactos, mientras que las aplicaciones automotrices se hicieron extensas.
  • En 1982 Yaskawa permite el libre uso del término “Mecatronica”
  • Por los años noventa, se agregó la tecnología de comunicaciones, creando productos que podían conectarse en amplias redes. Este avance hizo posibles funciones como la operación remota de manipuladores robóticos. Al mismo tiempo, se comenzaron a usar micro sensores y micro actuadores en nuevos productos.
  • Así la mecatronica se ha ido expandiendo y evolucionando en todo el mundo
Tetsuro Mori (acuñó la palabra mecatronica)

Objetivos y utilidades

Entendiendo que la Mecatrónica abarca disciplinas muy amplias y complejas podemos decir que tiene muchos campos de aplicación. De hecho, pretende ser esa disciplina en laque los productos se fabriquen teniendo en cuenta todas las ingenierías y no estando separadas como tradicionalmente. Su punto fuerte es la versatilidad para crear mejores productos, procesos o sistemas. Su principal objetivo es cubrir ciertas necesidades com

  • Principalmente automatizar la maquinaria: así se consigue que sea ágil, productiva y fiable.
  • Creación de productos inteligentes: que sobre todo responden a las necesidades del ser humano.
  • Que haya armonía entre componentes mecánicos y electrónicos (hasta ahora la mecánica y la electrónica no manejaban los mismos términos lo que dificultaba los procesos de fabricación o reparación de diferentes equipos). *Algunos de los rubros en los que se utiliza la mecatronica son:
  • Empresas de la Industria de la Automatización (utilizan sistemas o elementos computarizados y electromecánicos para controlar maquinarias y/o procesos industriales).
  • Empresas de la Industria de Manufactura Flexible (aquellas que se dedican a fabricar sistemas o componentes eléctricos o electrónicos de forma automática)
  • En la fabricación de productos como Robots, Automóviles, órganos humanos biónicos, naves aeroespaciales, aviones, etc

Por tanto, esta ingeniería puede aplicarse a muchos campos, desde la medicina hasta la minería, pasando por la industria farmacéutica, industria mecánica, automovilística, textil, comunicaciones, alimentación, comercio…y un largo etc.

SISTEMA MECATRONICO

Un sistema mecatrónico es aquel que recoge señales, las procesa generando fuerzas y movimientos. Son entonces extendidos e integrados con sensores, microprocesadores y controladores. Pueden considerarse como sistemas mecatrónicos los robots, las máquinas controladas digitalmente, los vehículos guiados automáticamente,etc,Pueden ser divididos en grupos funcionales, unos que forman los lazos de control mediante módulos eléctricos, magnéticos, térimicos, ópticos, mecánicos y sensores para la recoleccion de variables a supervisar, actuadores para regular y controlar así como procesadores para el manejo de la información.

Clase 1:Los productos principalmente mecánicos con electrónica incorporada para aumentar la funcionalidad. los ejemplos incluyen las máquinas-herramientas numéricamente controladas y la velocidad variable manejada en la maquinaria industrial. El Torno, es una de las máquinas más antiguas y trabaja mediante el arranque de material mediante unas cuchillas y brocas. Para ello la pieza gira y mediante un carro en el que se sitúa la cuchilla se va desgastando la misma obteniendo partes cilíndricas y cónicas. Si se coloca una broca en el sitio correspondiente, se pueden realizar agujeros.

TORNO CNC

Clase 2: Los sistemas mecánicos tradicionales con dispositivos internos apreciablemente actualizados que incorporan la electrónica. Pero no cambia en gran manera el uso para el usuario externo. Los ejemplos incluyen la máquina de coser moderna y sistemas automatizados de fabricas.

MAQUINA DE COSER

Clase 3: Los sistemas que retienen la funcionalidad o el sistema mecánico tradicional, pero los mecanismos internos son reemplazados por la electrónica. Un ejemplo es el reloj digital.

RELOJ DIGITAL

Clase 4: Los productos diseñados con tecnologías mecánicas y electrónicas por la integración sinérgica. Ejemplos son las fotocopiadoras, arandelas, et

FOTOCOPIADORA

COMPONENTES DE LA MECATRONICA

  1. Sensores : Son dispositivos que permiten medir el estado del mecanismo o del medio ambiente. La incorporación de sensores a los mecanismos es el resultado de utilizar controles de lazo cerrado. Un ejemplo muy desarrollado es el uso de la visión artificial, la cual se usa para determinar la posición y la orientación del mecanismo, del ambiente o de las herramientas, sin embargo, no siempre es posible medir directamente alguna variable se estima su valor por medio de observadores del estado y filtros. Por otro lado, se tiene la fusión de sensores. Un problema que se ha manejado recientemente es el desarrollo de referenciales para determinar la posición y orientación en problemas de navegación, siendo resuelto por medio de sistemas de posicionamiento global (GPS, por sus siglas en inglés).
  2. Actuadores: Todo mecanismo requiere de una fuente de potencia para operar. Inicialmente esta fuente de potencia fue de origen animal, posteriormente se aprovechó la fuerza generada por el flujo de aire o agua, pasando luego a la generación de potencia con vapor, por combustión interna y actualmente con electricidad. Si esta fuente de potencia es modulable o controlable, se tiene un actuador. Los principales desarrollos de los actuadores en la Mecatrónica son: manejo directo, eliminando mecanismos, utilizando actuadores electromagnéticos, piezoeléctricos y ultrasónicos. También deben considerarse los actuadores neumáticos u oleo-hidráulicos. Un tipo de actuadores muy utilizados son los motores eléctricos. Se han desarrollado investigaciones en nuevos modelos matemáticos, nuevos tipos de manejadores y en nuevos tipos de control. Un tipo de actuador que se ha utilizado mucho en nanomaquinaria son los actuadores electrostáticos.
  3. Mecanismos: En el área de mecanismos, los principales problemas son reducción de complejidad, eliminación de mecanismos y síntesis de mecanismos mecatrónicos. La reducción de la complejidad se refiere a reducir el número de elementos del mecanismo, mediante el uso de control inteligente. La eliminación del mecanismo implica el uso directo de actuadores y de controles más sofisticados. La síntesis de mecanismos mecatrónicos consiste en utilizar actuadores directamente en el mecanismo para mejorar su movimiento, un ejemplo de síntesis es el desarrollo de rodamientos con actuación magnética para eliminar la fricción. Se caracteriza por una mejor caracterización del mecanismo y el diseño por computadora.
  4. Controles: Un área muy desarrollada en la Mecatrónica es el control. Se tienen dos tendencias importantes: el uso de las técnicas más modernas de la teoría de control automático y el desarrollo de controles inteligentes, que busca mejorar la percepción del medio ambiente y obtener una mejor autonomía. Algunos de los avances más importantes en la rama del control automático son: redes neuronales, modos deslizantes, control de sistemas a eventos discretos, control adaptable, lógica difusa y control robusto.

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

La automatización industrial (automatización: del griego antiguo auto, ‘guiado por uno mismo’) es el uso de sistemas o elementos computarizados y electromecánicos para controlar maquinarias o procesos industriales. En la mecatronica se utiliza el sistema CNC (control numerico por computadora).

CNC

El control numérico es un sistema de automatización de máquinas herramienta que son operadas mediante comandos programados en un medio de almacenamiento, en comparación con el mando manual mediante volantes o palancas.

Control Numérico (CN) es el término original de esta tecnología. Actualmente es intercambiable con el término Control Numérico por Computadora (CNC). El CN ha sido uno de los más importantes desarrollos en manufactura en los últimos 50 años, al desarrollar : Nuevas técnicas de producción; incrementar la calidad de los productos; reducción de costos. Además tiene numerosas ventajas como por ejemplo:

Prototipos precisos • Cumplimiento de especificaciones • Reducción en la dificultad para manufacturar partes

Permite una mejor planeación de las operaciones:

  • Se incrementa la flexibilidad de maquinado
  • Reducción en tiempo de programación
  • Mejor control del proceso y tiempos de maquinado
  • Disminución en los costos por herramientas
  • Se incrementa la Seguridad para el usuario
  • Reducción del tiempo de flujo de material
  • Reducción del manejo de la pieza de trabajo
  • Aumento de productividad
  • Aumento en precisión
  • *Algunas de las aplicaciones son:

    • Fresado
    • Torneado
    • Taladrado
    • Esmerilado
    • Doblado
    • Punzonado
    • Maquinado por descarga eléctrica (EDM) Inspección (maquina de coordenadas)

    Funcionamiento de un torno
    cnc

    Funcionamiento de una fresadora
    cnc

    MECÁNICA DE PRECISIÓN

    Al pleno desarrollo tecnológico de nuevos procesos de mecanizado mediante ordenadores (CNC) o procesos electróquimicos tales como electroerosión ha promovido el despegue de lo que se considera mecánica de precisión también conocido como mecatrónica.

    El proceso de la mecánica de precisión lo conforman la interacción de la mecánica con la óptica,la electrónica la informática y los sistemas de control.

    Desarrollos de la mecánica
    de precisión

    • Control numérico de maquinas herramientas: La operación y control de las ya clásicas máquinas herramientas, mediante instrucciones dadas a la máquina mediante un ordenador asociado a la misma.
    • Prótesis o extensión artificial: El principal objetivo de una prótesis es sustituir una parte del cuerpo que haya sido perdida por una amputación o que no exista a causa de agenesia, cumpliendo las mismas funciones que la parte faltante, como las piernas artificiales o las prótesis dentales (mecánica dental). Para la elaboración de estas prótesis se requiere de instrumentos de precisión que ayudaran a la fabricación de piezas para poder encajar con exactitud al cuerpo.
    • Robótica: Se denominan robots a los elementos que son capaces de realizar cualquier trabajo físico o mental estando asistidos por un programa de ordenador.
    • Robots cibernéticos: En un segundo nivel, los robots poseen importantes dispositivos adicionales, particularmente "ojos" constituidos por cámaras de televisión. A través de ellas, el robot toma del medio ambiente un difuso patrón de luces, sombras y colores y alimenta a una computadora. Esta realiza un análisis de escenas y registra así en su memoria los objetos que lo rodean. A partir de esa información, el robot guiado por la inteligencia artificial instrumentada en la computadora planifica su actividad, generando y comparando secuencias de operaciones y eligiendo aquella que ejecutara para cumplir con el objetivo de trabajo ordenado. Se trata de auténticos ingenios cibernéticos, cuyo funcionamiento está automáticamente controlado y ajustado en función de las variaciones del entorno, aplicando para ello, en el mundo de la tecnología, el principio de realimentación de la información. Este segundo y más avanzado nivel de robots tiene, respecto del primero, una importantísima propiedad: la versatilidad.

    APLICACIONES DE LA MECÁNICA DE PRECISIÓN

    En gran medida los componentes fabricados con mecánica de precisión sirven para la creación de piezas, la trasmisión, la grabación, la transformación, la supervisión y el procesamiento de señales ópticas y acústicas, eléctricas, hidráulicas y neumáticas.

    La Microtécnica/Ingeniería de microsistemas une componentes microelectrónicos, micromecánicas y optoelectrónicas como microprocesadores inteligentes, sensores y actores para formar sistemas técnicos extremadamente miniaturizados. Las aplicaciones van desde sistemas de navegación en vehículos hasta complejos sistemas químicos de análisis de mínimas dimensiones, p.ej. para la navegación espacial, pasando por válvulas y bombas para la dosificación de medicamentos en el cuerpo. La Optoelectrónica ofrece las bases técnicas conjuntas para televisores, reproductores de CD, aparatos digitales de fotografía, máquinas láser, sistemas de visualización nocturna y muchos otros bienes industriales.

    Los ingenieros especializados en Mecánica de Precisión suelen colaborar con físicos, químicos, informáticos e ingenieros de otros campos. Los estudios de Mecánica de Precisión están estrechamente relacionados con la Prótesis, la Electrotecnia, la Ingeniería Mecánica, y la Informática.

    Video explicativo acerca de la mecatronica

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