Trabajo Práctico de investigación:
Mecatrónica

Materia: Robótica

Profesora: Frida Espósito

Alumnos: Yoel Unzué y Gastón Rosolen

Fecha: 04/06/2015

Orígenes de la mecatrónica

La mecatrónica nace a causa de la revolución industrial, que tuvo como consecuencia la creación de máquinas para el aumento en la calidad y cantidad de productos de uso o consumo masivo.

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.

La mecatrónica está centrada en mecanismos, componentes electrónicos y módulos de computación los cuales combinados hacen posible la generación de sistemas más flexibles, versátiles, económicos, fiables y simples.

Así la mecatrónica se expandió alrededor del mundo y ha ido creciendo de forma constante y continua.

Años 70

En los años setenta, la mecatrónica se ocupó principalmente de la tecnología de servomecanismos usada en productos como:

  • Puertas automáticas
  • Máquinas automáticas de autoservicio
  • Cámaras auto-focus.
  • En este enfoque pronto se aplicaron métodos avanzados de control.

Años 80

En los años ochenta, cuando la tecnología de la información fue introducida, 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.
  • Las aplicaciones automotrices como los mandos electrónicos del motor y los sistemas anti cerrado y frenando se hicieron extensas.

Años 90

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 están usando novedosos micro sensores y micro actuadores en nuevos productos. Los sistemas micro electromecánicos como los diminutos acelerómetros de silicio que activan las bolsas de aire de los automóviles.

Pero... ¿Qué es la Mecatrónica?

Actualmente existen diversas definiciones de Mecatrónica, dependiendo del área de interés del proponente, sin embargo, una definición muy útil es: diseño y construcción de sistemas mecánicos inteligentes.

La Mecatrónica tiene como antecedentes inmediatos a la Cibernética, las máquinas de control numérico, los manipuladores teleoperados y robotizados, y los autómatas programables.

Un sistema mecatrónico se compone de:

-Mecanismos

-Actuadores

-Control (inteligente)

-Sensores

La Mecánica se ocupa principalmente de los mecanismos y los actuadores, y opcionalmente puede incorporar control. La Mecatrónica integra obligatoriamente el control en lazo cerrado y los sensores.

Diseño mecatrónico

En el proceso de diseño para un producto o sistema con un controlador electrónico de forma convencional. Los componentes mecánicos son diseñados aisladamente del controlador electrónico, el cual es entonces diseñado y sintonizado para encajar con la mecánica. No hay razón para que esto deba llevar a una mecánica de solución general de diseño óptima (de hecho usualmente no lo hace).

Se requieren individuos con amplias habilidades en ingeniería, y equipos bien integrados cuyos miembros traigan una apreciación general de la amplitud del campo tecnológico, tanto como de su propio campo de especialización.

Se espera que el término mecatrónica ayude a resaltar la existencia de éste tipo de ingeniería.

Aplicaciones de la mecatrónica

En cuanto a aplicaciones, los rubros más importantes son:

-Robótica

-Sistemas de transporte

-Sistemas de manufactura

-Antecedentes de la mecatrónica, Máquinas de control numérico

-Nanomáquinas

-Biomecatrónica.

En la Robótica

La robótica es la parte de la técnica de diseño y construcción deautómatas flexibles y reprogramables, capaces de realizar diversas funciones. Es el nivel de automatización más flexible.

Las líneas de investigación más desarrolladas son:

  • Síntesis de manipuladores y herramientas
  • Manipuladores de cadena cinemática cerradas
  • Robots autónomos
  • Robots cooperativos
  • Control y teleoperación asincrónicas (por medio de conexiones TCP/IP)
  • Estimación del ambiente
  • Comportamiento inteligente
  • Interfaces hápticas
  • Navegación y locomoción.

En el Transporte

La aplicación de la Mecatrónica en el transporte se desarrolla en el diseño de mecanismos activos.

  • Suspensiones activas
  • Control de vibraciones
  • Estabilización de mecanismos
  • Navegación autónoma.

En Manufactura

En la manufactura, la Mecatrónica se ha servido de los modelos de sistemas a eventos discretos, y los ha aplicado para el diseño óptimo de líneas de producción así como la optimización de procesos ya existentes. También ha ayudado a automatizar las líneas de producción y a generar el concepto de manufactura flexible.

En Máquinas CNC

Máquinas de control numérico. En este tema los desarrollos más recientes son:

  • Análisis
  • Detección y control de vibraciones
  • Temperatura, en las herramientas de corte
  • Diagnóstico de las herramientas de corte y prototipaje rápido
  • Electroerosionado y síntesis por láser

En Nanomáquinas

Las nanomáquinas son un área que se han beneficiado de los desarrollos de la Mecatrónica. Un ejemplo muy evidente es el desarrollo del disco duro. Las líneas de investigación más manejadas son:

  • Micromanejo
  • Microactuadores
  • Micromaquinado

La Biomecatrónica

La biomecatrónica es la aplicación de la mecatrónica para resolver problemas de sistemas biológicos, en particular el desarrollo de:

  • Nuevos tipos de prótesis
  • Simuladores quirúrgicos
  • Control de posición de instrumental médico (por ejemplo catéteres)
  • Sillas de ruedas
  • Teleoperación quirúrgica

¿Qué es un PLC?

PLC (Control Lógico Programable) es un dispositivo electrónico que puede ser programado por el usuario y se utiliza en la industria para resolver problemas de secuencias en la maquinaria o procesos, ahorrando costos en mantenimiento y aumentando la confiabilidad de los equipos. Es importante conocer sus generalidades y lo que un PLC puede hacer por tu proceso, podrías estar gastando mucho dinero en mantenimiento y reparaciones, cuando estos equipos solucionan el problema y se pagan sólos.

Además, programar un PLC resulta bastante sencillo. Anteriormente se utilizaban los sistemas de relevadores pero las desventajas que presentaban eran bastantes. La historia de los PLC nos dice que fueron desarrollados por Ingenieros de la GMC (General Motors Company) para sustituir sus sistemas basados en relevadores.

PLC´s y relevadores

Los sistemas de relevadores eran utilizados para un proceso específico, por lo tanto su función era única. Pensar en cambiar el proceso era un caos y el cambio requería volver a obtener la lógica de control y para obtenerla se tenia que realizar un análisis matemático. También había que modificar el cableado de los relevadores y en algunos casos incluso era necesario volver a hacer la instalación del sistema.

En cambio, el PLC es un sistema de microprocesador; en otras palabras una computadora de tipo industrial. Tiene una Unidad central de procesamiento mejor conocido como CPU, interfaces de comunicación, y puertos de salida y entrada de tipo digital o análogo, etc., y estas son solo algunas de sus características más sobresalientes.

Campos de Aplicación del PLC

En la actualidad el campo de aplicación de un PLC es muy extenso. Se utilizan fundamentalmente en procesos de maniobras de máquinas, control, señalización, etc. La aplicación de un PLC abarca procesos industriales de cualquier tipo y ofrecen conexión a red; esto te permite tener comunicado un PLC con una PC y otros dispositivos al mismo tiempo, permitiendo hacer monitoreo, estadísticas y reportes.

Ventajas del PLC

  • Ofrecen las mismas ventajas sobre la lógica cableada, principalmente por su variedad de modelos existentes.
  • Menor tiempo empleado en su elaboración.
  • Podrás realizar modificaciones sin cambiar cableado.
  • La lista de materiales es muy reducida.
  • Mínimo espacio de aplicación.
  • Menor costo.
  • Mantenimiento económico por tiempos de paro reducidos.

Funciones PLC

  • Detección: El PLC detecta señales del proceso de diferentes tipos.
  • Mando: Elabora y envía acciones al sistema según el programa que tenga.
  • Dialogo Hombre maquina: Recibe configuraciones y da reportes al operador de producción o supervisores.
  • Programación:El programa que utiliza permite modificarlo, incluso por el operador, cuando se encuentra autorizado.

La mecatrónica para la sociedad

El impacto más notorio que vemos de la Ingeniería Mecatrónica en la actualidad es el rápido desarrollo de nuevas tecnologías, e incluso en las máquinas que se utilizan para el uso cotidiano, como lo son los automóviles, celulares, refrigeradores, etc.

Innovar para evolucionar

Por su naturaleza innovadora la Mecatrónica debe lograr cambios, tanto en diseño, producción, calidad, confiabilidad y cultural, éste último surge gracias a que esta ciencia demanda competencias tanto individuales como de colaboración entre varias empresas.

Retos en la mecatrónica

La mecatrónica también tiene sus retos, al querer avanzar en la robótica, por ejemplo, se busca una mayor productividad y flexibilidad, por lo que se deben de realizar nuevos sistemas de manipulación y agarre, que los robots cooperen en sistemas de fabricación y que a su vez cooperen con los trabajadores, que los programas de los robots estén basados en sensores y no secuencias preestablecidas y métodos de detección de fallos.

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