MECATRONICA – ROBOTICA

En realidad muy pocas personas conocen el significado real de la palabra mecatrónica a menos que se trabaje en un campo afín al termino. Es difícil definir exactamente el termino mecatrónica pero una definición valida es la siguiente: MECATRÓNICA: Es una disciplina que integra conocimientos de muy diversas ramas de la ciencia como son, como son la robótica, electrónica, la mecánica, las telecomunicaciones y la informática. Por su amplitud en cuanto al conocimiento que abarca es muy fácil encontrar profesionales de diferentes áreas trabajando en un mismo proyecto, aunque lo ideal es que cada uno tenga los conocimientos básicos en las diversas áreas que implica la mecatrónica. Un amplio contexto que encierra la mecatrónica es por supuesto la robótica, campo muy importante para la creación de mecanismos móviles que combinados con algún grado de inteligencia artificial deben dar como resultado una tarea específica. De forma general, la robótica se define como el conjunto de conocimientos técnicos y prácticos que permiten concebir, realizar y automatizar sistemas basados en estructuras mecánicas poliarticuladas, dotados de un determinado grado de " inteligencia " y destinados a la producción industrial ó a la sustitución del hombre en muy diversas tareas. Es de hacer notar la importancia que tienen en la actualidad los mecanismos robotizados, los cuales son utilizados principalmente en la industria donde desarrollan tareas de difícil manipulación para el hombre e incluso trabajos en condiciones hostiles y peligrosas, tales como las que se llevan a cabo en ambientes con temperaturas elevadas. "El espíritu de la mecatrónica rechaza dividir a la ingeniería en disciplinas separadas". Pero una definición aproximada seria la utilizada por la comunidad europea: "mecatrónica es la integración cinegética de la ingeniería mecánica con la electrónica y con el control de computadores inteligentes para el diseño y la manufactura de productos y procesos". Una definición más amplia de mecatrónica en el diseño de productos y máquinas ha sido adaptada así para estas notas: "mecatrónica es el diseño y manufactura de productos y sistemas que posee una funcionalidad mecánica y un control algorítmico integrado". ¿Porqué mecatrónica? Desde la concepción de ingeniería de la manera romántica se observo a un D'vinci como un hombre que utilizaba su ingenio y sus conocimientos para crear los más diversos inventos y aparatos a un Arquímedes que proponía ya

sistemas de propulsión y control a maxwell que proponía la integración de las ciencias; todos estos hombres tenían algo en común contaban con un equipo interdisciplinario y se comprendían con él {sabían el lenguaje de todos.} A esto se refiere la mecatrónica que queremos hacer en la universidad y es el termino que define mejor el perfil del ingeniero que este tiempo necesita. La mecatrónica de por sí no apunta a ser precisamente una tecnología y/o ingeniería, es la síntesis de tecnologías, usando no solamente tecnología mecánica convencional, sino también tecnología de ingeniería existente tal como electrónica, ingeniería de sistemas, etc. Libremente para los propósitos necesarios. O sea, se requieren dos conceptos básicos para mezclar las tecnologías en este rango amplio y organizarlas, el concepto de sistema y el de interface. La comparación entre los elementos componentes del sistema mecatrónico y los del ser humano. El computador responde al cerebro, los sensores a los cinco sentidos, los ejecutores a los músculos, el mecanismo al esqueleto, y la fuente de energía al metabolismo. Ya que el robot es el típico sistema mecatrónica que logra hacer actividades humanas con la ingeniería, la meta del sistema mecatrónico es el desarrollado bien balanceado y la conexión orgánica. {Estructuración.}

APLICACIONES DE LA ROBÓTICA

El empleo de los robots se extiende por todo el mundo a un ritmo acelerado. Trabajos que hasta hace poco, era inconcebible que los realizase una máquina, hoy día los efectúa un robot. eje de algunas aplicaciones son: Carga y descarga de máquinas, soldadura por puntos, pintura, corte, esmaltado, pulido, forja, prensa y fundición. PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE LOS ROBOTS: Grados de Libertad Zonas de trabajo y dimensiones del manipulador Capacidad de carga Precisión de la repetibilidad Velocidad Coordenadas de movimientos Tipo de actuadores Programabilidad Capacidad de memoria

ESTRUCTURA DE UN ROBOT INDUSTRIAL La idea común que se tiene de un robot industrial, es la de un brazo mecánico articulado, pero este elemento no es más que una parte de lo que se considera técnicamente como un sistema de robot industrial. Un sistema de robot industrial consta de: Manipulador o brazo mecánico Controlador Elementos Motrices ó actuadores Elemento terminal Algunos objetivos de la robótica industrial son aumentar la productividad, optimizar el rendimiento de otras máquinas y herramientas, relacionadas con la labor del robot, mejorar la calidad de los productos, disminuir los stocks de productos terminados así como el de sus plazos de entrega. Obteniéndose así beneficios importantes en la industria y sus procesos de producción ya que los flujos en las cadenas de producción se han automatizado notablemente.

La Robótica es una nueva tecnología, que surgió como tal aproximadamente hacia el año 1960, desde entonces han transcurrido pocos años y el interés que ha despertado es superior a cualquier previsión que en su nacimiento se pudiera formular, siguiendo un proceso paralelo a la introducción de los ordenadores en las actividades cotidianas de la vida del hombre, aunque si bien todavía los robots no han encontrado la vía de penetración en los hogares, pero sí son un elemento ya imprescindible en la mayoría de las industrias. Podemos contemplar la robótica como una ciencia que aunque se han conseguido grandes avances todavía ofrece un amplio campo para el desarrollo y la innovación y es precisamente este aspecto el que motiva a muchos investigadores y aficionados a los robots a seguir adelante planteando cada vez robots más evolucionados. Sí, los aficionados a los robots también juegan un papel importante en el desarrollo de la robótica ya que son estos los que partiendo de una afición firme y con sus particulares ideas, al cabo de un cierto tiempo, han podido desarrollar sus teorías y con ello crear un precedente o mejorar un aspecto que se tenía olvidado o no se había contado con él en un principio. El auge de la Robótica y la imperiosa necesidad de su implantación en numerosas instalaciones industriales, requiere el concurso de un buen número de especialistas y aficionados en la materia. La Robótica es una tecnología multidisciplinar, ya que esta hace uso de los recursos que le proporcionan otras ciencias afines, solamente hay que pensar que en el proceso de diseño y construcción de un robot intervienen muchos campos pertenecientes a otras ramas de la ciencia, como pueden ser: La Mecánica La Electrónica La informática

La automática La matemática entre otras muchas que no por no citarlas no sean importantes. Realmente la Robótica es una combinación de todas las disciplinas expuestas y otras muchas, más el conocimiento de la aplicación a la que se enfoca, por lo que su estudio se hace especialmente indicado en las carreras de Ingeniería Superior y Técnica y en los centros de Formación Profesional. La Robótica brinda a investigadores y aficionados un vasto y variado campo de trabajo, lleno de objetivos y en estado inicial de desarrollo. Muy importante es acercar esta ciencia al hombre de a pie ya que de este acercamiento depende en gran medida el futuro que esta ciencia promete, hay que desmitificar el mito malo creado en la sociedad de la palabra "ROBOT" a raíz de simples películas de ciencia-ficción, los robots no son malvados ni nada por el estilo, los robots son lo que los hombres quieran que lleguen a ser.

SERVOSISTEMAS DE CONTROL Y SERVOMECANISMOS La alteración de la ruta de un avión requiere la aplicación de una fuerza, muy superior a la que podrían ejercer varios hombres con un gran timón, estabilizadores y alerones del aparato. Asimismo es necesaria una gran fuerza para gobernar un barco o controlar el funcionamiento de una máquina pesada, tal como un Cañón o una antena de radar. En nuestros días, enormes cantidades de energía, tanto eléctrica como mecánica o hidráulica, intervienen en la operación de abrir cerrar un conmutador una válvula, o girar un volante. Los sistemas para gobernar y controlar este flujo de energía recibe el nombre de sistema de control. Su complejidad depende de los requisitos exigidos, distinguiéndose también que el funcionamiento puede ser o no función del flujo de energía controlada aquí se establece la principal diferencia existente entre el termino amplio «sistema de control» y, el en cierto modo más restringido servosistema. Ejemplo de servosistema:

Bucle de realimentación: Los bucles de realimentación son elementos fundamentales en los procesos automatizados. Aquí, un termostato emplea un bucle de realimentación (indicado por las flechas rojas) para controlar la temperatura de una habitación. El termostato o sensor de temperatura compara la temperatura deseada con la temperatura real y, a continuación, envía las instrucciones pertinentes a la caldera (en este caso, ordena que se encienda). Mediante repeticiones continuas de este bucle de realimentación, se alcanzará —y mantendrá— la temperatura deseada.

PARTES DE LOS ROBOTS

SENSORES: Son dispositivos cuya función es recolectar datos del ambiente circundante, para posteriormente enviarlos a otro dispositivo (transductor), el cual los interpretara. Los sensores son los sentidos del robot que le permiten, detectar los mas mínimos cambios en el ambiente que lo rodea. Existen diferentes tipos de sensores, según para la aplicación que se desee: Sensores que miden: velocidad, potencia, intensidad de luz, posición, temperatura, aceleración, presión, etc...

TRANSDUCTOR:

Tienen la capacidad de relacionarse con el entorno por medio de sensores y enviar

información corregida en tiempo real.

La información enviada por los transductores a los sistemas de control, especialmente

en robots son las que se refieren a la posición, velocidad, aceleración, fuerzas,

dimensiones, temperaturas y contorno de objetos. Los transductores toman las medidas

dictadas por los sensores y transforman las señales análogas del sensor a señales

digitales que los controladores pueden interpretar y comparar.

CONTROLADORES:

Son elementos de regulación constante que permiten una revisión inmediata sobre el

actuador, en este sistema de control están inmersos los sensores, transductores, sistema

de computo y el actuador.

Algunos tipos de control:

Control de posición.

Control de velocidad.

Control de fuerza.

Después de tomar lectura de los sensores, el transductor transforma la señal leída de

señales analógicas a digitales, dicha señal es enviada a una tarjeta controladora, la cual

se encarga de comparar la frecuencia de dicha señal, con una anteriormente programada

como correcta. La tarjeta controladora calcula las dimensiones de la señal entrante con

las de la señal programada y toma decisiones de acción por parte de los actuadores.

SERVOMOTOR O ACTUADOR

Un servomotor eléctrico o actuador es básicamente un motor que se puede mover en

ángulo de 360 grados (dan vueltas completas como los motores normales).

Dentro del servomotor, una tarjeta controladora le dice a un pequeño motor de corriente

directa cuántas vueltas girar para acomodar la flecha o piñón de salida (el actuador que

sale al exterior) en la posición que se le ha pedido.

Tiene TRES cables que salen de su caja. Uno de alimentación de voltaje, otro de masa y

por ultimo el cable por el cuál se le pide al servomotor en qué posición acomodarse (de

0 grados a 360).

La posición deseada se le da al servomotor por medio de pulsos.

MANIPULADOR:

Básicamente son las extremidades del robot, las cuales son movidas directamente por

los actuadores, dentro de estas, se encuentran: llantas, brazos mecánicos, piernas,

manos, pinzas, etc.

El sensor toma lectura de su ambiente circundante. Mide alguna magnitud: velocidad, presión, etc.

Cubierta superior

Juego de engranajes

Cubierta

Motor de corriente directa

Tarjeta controladora

Piñón de salida o flecha

Cubierta inferior

Tornillos

Resistencia variable

(2K para este motor)

AMBIENTE SENSORES

SENSOR TRANSDUCTOR

El sensor convierte los datos obtenidos en señales de impulsos eléctricos de diferente frecuencia. La señal llega al controlador, el cual la compara con una señal anteriormente programada como correcta. El controlador envía la señal corregida al actuador, para que este a su vez corrija la posición, velocidad, fuerza, etc. El actuador, gira al ángulo ordenado por el controlador y a su vez hace mover las extremidades del robot con gran precisión. Las extremidades manipulan el ambiente, cambiando de posición, transportando, ajustando o incrementando la temperatura. Por ultimo el sensor toma nueva lectura de los cambios y el ciclo vuelve a empezar.

TALLER 1. Qué es y qué estudia la meca trónica? 2. Que diferencias y semejanzas tienen los sistemas biológicos y los

mecatrónicos? 3. Explique dos aplicaciones de la robótica. 4. Explique los objetivos de la robótica industrial. 5. Que son los bucles de realimentación y cómo funcionan? 6. Explique cada una de las partes que componen a los robots

industriales. 7. Proponga una acción hipotética hecha por un robot siguiendo el

esquema de funcionamiento propuesto en la guía. Ejemplo: un robot que verifica y clasifica manzanas rojas y verdes.

TRANSDUCTOR CONTROLADOR

CONTROLADOR ACTUADOR

ACTUADOR MANIPULADOR

ACTUADOR MANIPULADOR