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Este documento proporciona una introducción a los sistemas mecatrónicos, detallando sus componentes principales: sistemas mecánicos, sistemas de medición (sensores), sistemas de control y actuadores. Se describen diversos tipos de sensores (proximidad, velocidad, presión, ultrasonido, etc.) y actuadores (motores dc y ac, cilindros neumáticos e hidráulicos, etc.), así como controladores (plc, microcontroladores, controladores pid). además, se definen conceptos clave como sensor óptico de barrera, sensor óptico retro-reflectivo, sensor óptico reflectivo, sensor inductivo y sensor capacitivo, y se explican las características de los sistemas de medición y los sistemas mecatrónicos. El documento resulta valioso para estudiantes de ingeniería mecatrónica que buscan comprender los fundamentos de esta disciplina.
Tipo: Apuntes
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Hoy en día, existen varios métodos que se pueden usar en las industrias para mejorar la competitividad en el mercado, se pone en práctica las disciplinas como la mecánica, electrónica, y la informática. Este conjunto de disciplinas se les conoce como sistemas mecatrónicos, que se emplea desde hace muchos años para la mejora de los procesos de los productos y la calidad de productos finales. La mecatrónica surgió en la década de 1960 por el ingeniero Tetsuro Mori que fue trabajador en la empresa japonesa Yaskawa, donde se comenzó a integrar la electrónica y la informática en sistemas mecánicos para mejorar su eficiencia y precisión. La industria japonesa estaba buscando formas de mejorar la calidad y productividad de sus productos, y la mecatrónica se convirtió en una herramienta clave para lograrlo. La palabra “Meca trónica” proviene en la mezcla de las disciplinas de la mecánica, la electrónica y la informática para diseñar y desarrollar productos y sistemas más eficientes y precisos. Con el tiempo, la mecatrónica se ha expandido y evolucionado para incluir una amplia gama de tecnologías y aplicaciones, desde la robótica y la automatización industrial hasta la medicina y la aeroespacial. Hoy en día, la mecatrónica es una disciplina fundamental en la ingeniería y la tecnología, y se aplica en una variedad de campos para diseñar y desarrollar productos y sistemas más avanzados y eficientes.
1) Características de los sistemas mecatrónicos: Combinación e integración de tecnologías mecánicas, electrónicas y de software. Son automatizados lo que pueden funcionar con poca intervención humana. Control y monitoreo que permite supervisar y ajustar su funcionamiento. Flexibles y adaptables para ajustarse a cambios. Uso de sensores y actuadores para interactuar y controlar su funcionamiento. Disenos integrados de que se considera todos los componentes y subsistemas.
Sirven para una amplia variedad de aplicaciones en diferentes campos: Automatización industrial: Producción en línea, ensamblaje y la inspección de productos. Robótica: Diseñar y desarrollar robots que puedan realizar tareas específicas. Transporte: Sistemas de control y monitoreo de vehículos. Energía: Controlar y monitorear la generación y distribución de energía.
Sistemas de Medición (sensores) Es un conjunto de componentes que trabajan juntos para detectar y medir variables físicas como, temperatura, presión, velocidad y posición, utilizando sensores que convierten estas variables en señales eléctricas que pueden ser procesadas y analizadas. Los sensores son fundamentales en una amplia variedad de aplicaciones como, control de procesos, automatización, seguridad, investigación y desarrollo, permitiendo monitorear y controlar variables en tiempo real, detectar condiciones peligrosas y optimizar procesos para mejorar la eficiencia, la seguridad y la productividad. Sistema de Actuación Conjunto de componentes para realizar acciones físicas como mover, girar o aplicar fuerza en respuesta a señales de control. Este sistema convierte energía en movimiento o acción, permitiendo controlar y realizar trabajos específicos de manera precisos y eficientes. Se usan en diversos ámbitos como la robótica, industria y medicina, pueden ser eléctricos, hidráulicos o neumáticos, dependiendo del trabajo y el entorno que se usen. Son fundamentales para mejorar la eficiencia, la productividad y la seguridad en diferentes industrias y campos. Sistema de Control Este sistema monitorea y controla el proceso y sistema, manteniéndolos dentro de parámetros establecidos y lograr resultados eficientes. Este sistema puede ser simple y complejo, que se utilizan en diversas aplicaciones como en las industrias manufactureras, medicina y aviación, para poder mejorar la eficiencia, la estabilidad y la seguridad. Este sistema permite ajustar y optimizar procesos en tiempo real, reduciendo errores y mejorando la calidad de productos y servicios. b) Realice una lista de los sensores, actuadores y controladores encontrados en la estación mecatrónica. SENSORES:
o Sensor de proximidad: Detecta la presencia o distancia de objetos sin necesidad de contacto físico. Figura 01: Sensor de Proximidad o Sensor de ángulo: Mide y detecta el ángulo de rotación o inclinación de un objeto o elemento. Figura 02: Sensor de Angulo o Sensor de velocidad: Detecta y mide la velocidad de un objeto en movimiento convirtiendo en una señal eléctrica.
o Sensor de fuerza: Mide la fuerza aplicada a un objeto y a convierte en una señal eléctrica proporcional. Figura 06: Sensor de Fuerza o Sensor de corriente: Detecta la corriente eléctrica que fluye a través de un conductor. Figura 07: Sensor de Corriente o Sensor de temperatura: Mide la temperatura de un objeto o entorno. Figura 08: Sensor de Temperatura
o Sensor de gas: Detecta la presencia de gases específicos en el aire y proporciona señal de alerta. Figura 09: Sensor de Gas ACTUADORES: o Motor DC (corriente directa): Convierte la energía eléctrica en energía mecánica. Figura 10: Motor DC
o Cilindro hidráulico: Se utiliza la presión hidráulica parar generar movimiento lineal. Figura 14: Cilindro Hidráulico o Motor hidráulico: Convierte la energía hidráulica en energía mecánica. Figura 15: Motor Hidráulico o Cilindro neumático: Utiliza aire comprimido para generar movimiento lineal. Figura 16: Cilindro Neumático
o Motor neumático: Convierte la energía del aire comprimido en energía mecánica. Figura 17: Motor Neumático o Solenoides: Dispositivo electromagnético que convierte la energía eléctrica en energía mecánica. Figura 18: Solenoides o Electroimanes: Genera un campo magnético cuando se le aplica una corriente eléctrica. Figura 19: Electroimanes
Figura 22: Microcontrolador o Controlador de Motor: Utilizados para controlar motores eléctricos. Figura 23: Controlador de Motor o Controlador de movimiento: Utilizados para aplicaciones que requieren movimiento preciso. Figura 24: Controlador de Movimiento
o Controlador PID (Proporcional-Integral-Derivativo): Utilizado para controlar procesos que requieren una respuesta precisa y estable. Figura 25: Controlador PID (Proporcional-Integral-Derivativo) o Controlador de Temperatura: Utilizado para controlar la temperatura en procesos y sistemas. Figura 26: Control de Temperatura o Controlador de Presión: Utilizado para controlar la presión en sistemas y procesos.
o Controlador de Posición: Utilizado para controlar la posición de objetos y dispositivos. Figura 30: Controlador de Posición o Controlador de Servomotor: Utilizado para controlar sistemas de servo que requieren precisión y estabilidad. Figura 31: Controlador de Servomotor o Controlador de Redes: Utilizados para controlar sistemas que se comunican a través de redes. Figura 32: Controlador de Redes c) Defina los siguientes conceptos: Sensor óptico de barrera
Es un dispositivo que utiliza un haz de la luz que se interrumpe cuando un objeto pasa a través de el para detectar la presencia o ausencia de objetos en un área determinada. Figura 33: Sensor Óptico de Barrera Sensor óptico retro-reflectivo Es un dispositivo que detecta objetos utilizando el haz de la luz reflejado. El emisor y receptor están en un mismo dispositivo, y la luz es enviada hacia un reflector. Figura 34: Sensor óptico retro-reflectivo Sensor óptico reflectivo Es un dispositivo que detecta objetos midiendo la luz que refleja directamente un objeto a su propio receptor. Funciona mediante la emisión de un haz de luz que se refleja en la superficie del objeto y regresar al sensor.
Figura 37: Sensor Capacitivo Motor DC Es una corriente continua, este dispositivo convierte la energía eléctrica en energía mecánica. Funciona mediante la interacción entre un campo magnético y una corriente eléctrica que fluye a través de una bobina. Figura 38: Motor DC Pistón neumático Es un dispositivo que utiliza aire comprimido para generar movimiento lineal. Este consiste en un cilindro que contiene un pistón que se mueve hacia adelante y hacia atrás cuando se le aplica aire comprimido.
Figura 39: Pistón Neumático Control Lógico Programable (PLC) Dispositivo electrónico que se utiliza para controlar y automatizar procesos industriales y maquinas. Es un computador especializado que puede ser programado para realizar tareas específicas de control y supervisión. Figura 40: Control Lógico Programable (PLC) Sistema Mecánico de Posicionamiento XYZ (Mesa XYZ) Es un dispositivo que permite mover un objeto o una herramienta n tres dimensiones ( X, Y y Z) con precisión y exactitud. Este sistema es útil en muchas aplicaciones como, la fabricación, inspección y la investigación.
