sábado, 4 de septiembre de 2010

SISTEMA MECATRÓNICO

Un sistema mecatrónico es aquel sistema digital que recoge señales, las procesa y emite una respuesta por medio de actuadores, generando movimientos o acciones sobre el sistema en el que se va a actuar. Las características del sistema mecatrónico son: mecanismo preciso de operación como elemento componente de la función principal, y del propósito más importante, y la función de información de control avanzada.

ELEMENTOS DE UN SISTEMA MECATRÓNICO



ELEMENTOS SENSORIALES.
Los sensores son dispositivos que permiten medir el estado del mecanismo o del medio ambiente, en otras palabras, son los encargados de captar, recolectar y reconocer los mecanismos o variables que se van a supervisar. 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 \emph{fijos} 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).

ELEMENTOS DE CONTROL



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.

ELEMENTOS ACTUADORES (MECANICA)




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.

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.

APLICACIONES

La robótica es la parte de la técnica de diseño y construcción de autómatas flexibles y reprogramables, capaces de realizar diversas funciones. Es el nivel de automatización más flexible y en mucho indica las tendencias futuras del resto de la mecatrónica. 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 ópticas, navegación y locomoción.


La aplicación de la Mecatrónica en el transporte se desarrolla en el diseño de mecanismos activos (ejemplo: suspensiones activas), control de vibraciones, estabilización de mecanismos y navegación autónoma.
En los automóviles modernos los frenos ABS, control de encendido electrónico, inyección electrónica, control adaptativo de estabilidad (ESP) o cajas de cambios automáticas, probablemente ya no son nada especial. Pero todos estos son ejemplos clásicos de sistemas mecatrónicos. Desde hace poco tempo estos sistemas mecatrónicos son incluidos en los coches de serie. Así como por ejemplo el nuevo Coupe Clase-S de Mercedez-Benz, el primer automóvil con suspensión activa, gracias a la cual el confort al conducir permanece siempre elevado.
Los sistemas mecatrónicos también se ven en las técnicas de producción flexible, gracias a las cuales se pueden fabricar con facilidad, precisa y rápidamente complicados componentes, en los que se usan máquinas herramientas con seis o más grados de libertad controlados numéricamente.
Además en la electrónica de entretenimiento y comunicación los instrumentos y “gadgets” digitales han remplazado por completo su predecesor análogo. CD-Player*, cámaras Digitales o Periféricos de computador: Equipos digitales con un alto manejo del confort, vida útil y la calidad.

EXTRA

Introducción
El rol de los sistemas mecatrónicos en sistemas automáticos se ha incrementado en los últimos años y sigue en ascenso. Dos de las tendencias líderes en la industria son la de mejorar y modularizar el equipo funcional para hacer subsistemas autónomos que puedan analizarse de manera independiente en caso de una falla.
Una previsión en la tendencia de la industria nos da paso a entender las tecnologías recientes y asimilarlas de manera gradual a nuestro proceso de formación. Tal como fue el caso del ingreso de los PLCs, las nuevas tecnologías guían hacia los sistemas expertos basados en la adquisición de datos utilizando a la PC como Interfaz Humano-Máquina (HMI) que administra y registra los datos obtenidos para su comparación.
Este escrito proporciona una visión general del panorama que se nos presenta como Institución ante el reto de entender las necesidades de la industria y tomar las acciones preventivas para la asimilación y entendimiento del desarrollo de sistemas mecatrónicos. Se describe también una propuesta para el desarrollo de estos sistemas.
Descripción de la Aplicación
El sistema se divide en 4 etapas principales: la planta o sistema que es el elemento bajo prueba, la etapa de adquisición y acondicionamiento de señales de entrada y salida (E/S), el sistema de control, y finalmente, la interfaz del sistema con el usuario (HMI).Ver figura 1.
1. Planta o sistema
Puede ser cualquier aplicación de control mecánico, neumático, electrónico o eléctrico. Es posible aplicar técnicas de control por relevación, PID, lógica secuencial o combinacional. Se establecen entradas y salidas para el sistema y los puntos a evaluar, en base a eso se generan las pruebas pertinentes y el orden jerárquico para realizar cada una de las tareas.
2. Adquisición y acondicionamiento de señales y sistema de control
Mediante esta etapa se establecen permisos para las entradas y salidas de datos a la aplicación y a la planta. Consta de una etapa de acondicionamiento para filtrar la señal ya sea para muestreo o para amplificarla dependiendo a donde se dirija.
3. Interfaz Humano-Máquina (HMI)
Esta parte está conformada por un panel frontal en el cual se monitorean los resultados de las pruebas, junto con una explicación paso a paso de cómo se realizan las pruebas.
4. Integración de sistemas para su análisis
Una vez puesto en marcha el sistema se pueden analizar de manera conjunta temas de las distintas áreas que conforman la Mecatrónica tales como: análisis de vibraciones en un rotor, control de flujo para regular válvulas de cierre o apertura: las posibilidades son virtualmente ilimitadas. Implementado analogías podemos analizar y diseñar sistemas complejos sin la necesidad de comprar equipo delicado y costoso.