Ofrecer al alumno un panorama amplio de las disciplinas de la ingeniería necesarias y sus interacciones, para lograr el desarrollo de productos de innovación y desarrollo tecnológico a través de la integración en un diseño mecatrónico, basado en las metodologías y herramientas de vanguardia para la solución de problemas.
Objetivo del curso.
Introducción al diseño mecatrónico. Diseño mecánico. Diseño electrónico. Control. Proyecto integral.
Horario de asesoría. Viernes 12:00-14:00 hrs. Lunes y miércoles: teoría Viernes: Laboratorio.
Temario.
Bibliografía.
Sistema de posición X,? para tiro parabólico Péndulo invertido ó Scanner 3D
Descripción de los proyectos de integración
La naturaleza del diseño. “Todo lo que una persona pueda imaginar, otras podrán hacerlo realidad”. Julio Verne.
CLASE 1. INTRODUCCION “Mechatronics is the synergetic integration of mechanical engineering with electronics and intelligent computer control in the design and manufacturing of industrial products and processes”.
Mecatrónica, termino concebido en Japón en los años 70´s y se ha adoptado por productos “inteligentes”, en realidad es una evolución natural del proceso moderno del diseño en ingeniería.
¿Qué es mecatrónica?
CONTROL ELECTRONICA MECÁNICA SOFTWARE PRODUCTO MECATRONICO
Video ejemplo
Actuadores Acondicionador de señal de entrada Sensores Control Acondicionador de señal de salida Interfaz Sistema mecánico
Tarea No.1 Lavadora doméstica.
Describa detalladamente el proceso de funcionamiento. Realice una descripción de partes y componentes del sistema mecánico, electrónico y de control con los que cuenta.
DISEÑO No requiere de habilidades especiales No es indispensable. Diseño = Fabricación Lo que caracteriza el diseño que realizan los ingenieros en el ámbito de su especialidad es que se emplean métodos y técnicas apropiadas para hacer este proceso más eficiente y para lograr un producto de mejor calidad, todo ello al menor costo posible.
Fabricación Diseño Industria electrónica Años Minutos/horas Muchas veces se comienza desde el final, desde que el diseño se ha concluido, por eso es mejor realizar una descripción del artefacto que se va ha trabajar (formas, dimensiones, materiales, colores, etc.).
Lo simple es más hermoso La ley de Murphy se cumple inexorablemente No existe el diseño óptimo sino buenos diseños (lo perfecto es enemigo de lo bueno) Se debe usar siempre que se pueda, componentes estándares disponibles en el comercio. Toda proyección de tiempo para obtener el producto se va a quedar corta. El proceso de diseño define tanto como el 70% del costo del producto pero solo contribuye con una fracción muy menor de este. El usuario del producto siempre hará todo lo necesario para malograrlo. Que funcione el prototipo es lo más fácil, que el producto sea robusto y confiable es lo que cuesta. La operación del producto debe ser fácil, ojalá a prueba de tontos. Postulados esenciales del diseño.
“Una gran cantidad del diseño de ingeniería es intuitivo, basado en el pensamiento subjetivo. Sin embargo, un ingeniero no se conforma con esto. Un ingeniero desea probar; probar y medir. Así como ha sido formado y no está contento si no puede probar algo. Por otra parte, un diseñador industrial, con su formación en la escuela de artes, está totalmente conforme haciendo juicios que son intuitivos”.
Richard Stevens. Diseñador Industrial.
Sensores. SubUn sensor es un elemento en un sistema mecatrónico que detecta la magnitud de un parámetro físico y lo cambia por una señal que puede procesar el sistema.
Medición deposición y velocidad. Interruptores de limite de carrera ó de proximidad. Interruptores mecánicos. Inductivos. Capacitivos. Corriente parásita (Eddy) Ópticos: Alineación en modo opuesto Retrorreflector modo de proximidad (difuso)
Sensores ópticos
Resistivos (Potenciómetro) No lineales. Resolución?? Variaciones con respecto a T. Fuerza para provocar movimiento.
Transductor para medir el desplazamiento lineal. Los voltajes se inducen en la bobina secundaria. Existe un punto medio en la posición del núcleo donde e voltaje inducido en cada bobina es de la misma amplitud y 180° fuera de fase, lo que produce una salida “nula”. Conforme el núcleo se mueve desde la posición nula, la amplitud aumenta una cantidad proporcional.
Transformador Lineal Diferencial Variable (LVDT)
Dispositivo que convierte movimiento en una secuencia de pulsos digitales. Codificador óptico digital.Encoder 2-3-1-0 1-3-2-0 Video
Codificador óptico digital.Encoder Video ejemplo. Demostración encoder LabVIEW
Criterios de selección. Acondicionador de señal
Diseñar un encoder incremental con cuadratura 1X con una resolución de al menos 5°, mostrando el incremento y decremento de la posición un display. (LCD-7segmentos). Entregar plano informativo del disco-bujes, etc. Conseguir dos motores de DC iguales para realizar un levantamiento del sistema mecánico. Planos de ensamble del sensor/cable/soporte. Diagrama eléctrico del circuito (software). Práctica No.1
Acondicionamiento de señal
Acondicionamiento de señal. Compensación de unión fríaLa compensación de unión fría es una tecnología que se requiere para medidas exactas de termopares. Cada vez que un termopar es conectado a un sistema de adquisición de datos, usted debe saber la temperatura que hay en el punto de conexión (ya que esta unión representa otro "termopar" al medir y generamente inyecta un desfase a su medida) para calcular la temperatura real que su termopar está midiendo.
Acondicionamiento de señal AmplificaciónLos amplificadores aumentan el nivel de la señal de entrada para igualar el rango del convertidor analógico a digital (ADC), y de esta manera aumentar la resolución y sensibilidad de las medidas. Además el usar acondicionamiento de señales externo ubicado cerca del la fuente de señal o transductor, mejora el ratio de señal-a-ruido elevando el nivel de señal antes de se vea afectada por el ruido ambiental.
AtenuaciónAtenuación, el opuesto de amplificación, es necesario cuando los voltajes que serán digitalizados están fuera del rango de entrada del digitalizador. Esta forma de acondicionamiento de señales disminuye la amplitud de la señal de entrada de tal manera que la señal condicionada está dentro del rango ADC. La atenuación es necesaria para medir altos voltajes..
AislamientoLos dispositivos de acondicionamiento de señales aislados pasan la señal de su fuente al dispositivo de medida sin una conexión física usando técnicas de transformador, ópticas o de acoplamiento capacitivo. Además de romper los lazos de tierra, el aislamiento bloquea picos de alto voltaje y rechaza alto voltaje en modo común y así protege a los operadores y el valioso equipo de medida. MultiplexadoCon el multiplexado un sistema de medida puede enrutar en secuencia múltiples señales a un solo digitalizador además de brindar una manera rentable de incrementar la cuenta de canales del sistema. Normalmente se necesita multiplexado para todas las aplicaciones de muchos canales.. FiltradoEl filtrado rechaza ruido no deseado dentro de un cierto rango de frecuencia. Casi todas las aplicaciones de adquisición de datos están sujetas a ciertos niveles de ruido de 50 ó 60 Hz producidos por líneas de potencia o maquinaria. La mayoría de los acondicionadores de señales incluyen filtros de paso bajo específicamente diseñados para brindar máximo rechazo de ruido de 50 a 60 Hz. ExcitaciónAlgunos transductores requieren de excitación. Por ejemplo, galgas extensiométricas, termistores y RTDs requieren señales externas de excitación de voltaje o corriente. Las medidas de RTDs y termistores generalmente se toman con una fuente de corriente que convierte la variación en resistencia a un voltaje que puede ser medido. Las galgas extensiométricas, que son dispositivos de muy baja resistencia, generalmente son usadas en la configuración de puente Wheatstone con una fuente de excitación de voltaje.
Acondicionador de señal para un LVDT Filtro pasobajas
Acondicionador de señal para un interruptor mecánico.
Cual sería el mejor acondicionador de señal para una celda de carga (strain gauge) con resistencia nominal de 3000 Ohms y quiere ser conectado al DAC de un microcontrolador el cual puede realizar conversiones de 0-5 Volts. Ejemplo:
Strain Gauges, son dispositivos semiconductores en los cuales la resistencia varia con la deformación. GF = (?R/R)/(?L/L) = (?R/R)/e El factor de medida GF para los Straing Gauges más comunes, es de GF=2.
Es claro que cuando la relación de R1/R2=R3/R4 el voltaje de salida es cero. Si estas condiciones se cumplen se dice que el puente esta balanceado. Cualquier cambio en alguna de las resistencias provocara un voltaje diferente de cero en las terminales del puente. ¿ Y después del puente?
Actuadores
Actuadores Diagrama funcional del actuador Sistema Mecatrónico Actuadores
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