Descripción:
El término "Mecatrónica" en un principio se definió como la integración de la mecánica y también de la electrónica en una máquina o producto, pero luego se consolidó como una especialidad de la ingeniería e incorporó otros elementos como los sistemas de computación, los desarrollos de la microelectrónica, la inteligencia artificial, la teoría de control y otros relacionados con la informática, estabilidad y alcanzabilidad. Teniendo como objetivo la optimización de los elementos industriales a través de la optimización de cada uno de sus subprocesos con nuevas herramientas sinérgicas.
La UNESCO define a la Mecatrónica como: "La integración sinérgica de la ingeniería mecánica con la electrónica y el control inteligente por computadora en el diseño y manufactura de productos y procesos". Sin embargo, una manera más interesante de definir la Mecatrónica es posible por: "Diseño y construcción de sistemas mecánicos inteligentes". Un sistema mecatrónico se compone principalmente de mecanismos, actuadores, control (inteligente) y sensores.
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: Los sistemas mecánicos están integrados por sensores, microprocesadores y controladores. Los robots, las máquinas controladas digitalmente, los vehículos guiados automáticamente, etc. se deben considerar como sistemas mecatrónicos
Líneas de investigación:
La investigación en el área de Mecatrónica es muy variada y una división que se propone es: análisis, detectar los problemas de los componentes analógicos y digitales , encontrar una solución al mismo, comportamiento de los sistemas.
Mecanismos:
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 paraeliminar la fricción. Se caracteriza por una mejor caracterización del mecanismo y el diseño por computadora.
Actuadores:
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.
Controles:
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.
Sensores:
Los sensores son dispositivos que permiten medir el estado del mecanismo o del medio ambiente. La incorporación de sensores a los mecanismos es el resultado de utilizar controles de lazo cerrado. 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).
Análisis y modelado:
Por análisis se entiende la obtención de una descripción o modelo de los sistemas por métodos matemáticos y gráficos. El principal problema radica en que muchos sistemas de control no se describen con modelos continuos, ya sea en el estado o en el tiempo; mientras los sistemas mecánicos son modelos continuos. Este problema ha provocado el uso de nuevas técnicas de modelado, tales como: redes neuronales, redes de Petri, lógica difusa, onduletas, memorias asociativas, agentes cooperativos, modelos algorítmicos y modelos lingüísticos. Los modelos son necesarios para poder realizar síntesis de dispositivos mecatrónicos y optimización de procesos.
Aplicaciones:
En cuanto a aplicaciones, los rubros más importantes son robótica, sistemas de transporte, sistemas de manufactura, máquinas de control numérico, nanomáquinas y biomecatrónica.
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 hápticas, 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 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 existente. También ha ayudado a automatizar las líneas de producción y generar el concepto de manufactura flexible.
Antecedentes de la Mecatrónica son las máquinas de control numérico. En este tema los desarrollos más recientes son: análisis, detección y control de vibraciones, y temperatura, en las herramientas de corte, diagnóstico de las herramientas de corte y prototipaje rápido, electroerosionado y síntesis por láser.
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 y micromaquinado.
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 y teleoperación quirúrgica.
MECATRONICA EN UNIVERSIDADES BOLIVIANAS
UNIVERSIDAD DEL VALLE (UNIVALLE)
Objetivos fomativos / Perfil profesional:
El Ingeniero Mecánico y de Automatización Industrial (Mecatrónica), por su formación interdisciplinaria, integra la mecánica con la electrónica, los sistemas inteligentes de control y sensorización en el diseño y manufactura de productos y procesos contribuyendo con el desarrollo y mejoramiento para lograr estándares productivos de clase mundial; apto para el diseño de productos sencillos de uso cotidiano hasta el diseño de sofisticados equipos de tecnología de punta, mediante la automatización y control de operaciones y líneas de producción.
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La Universidad Privada del Valle se engalano el día 5 de febrero del año 2009, día escogido para la presentación publica del prototipo PIONERO M-20.
Con la presencia de autoridades universitarias, autoridades regionales, invitados especiales, comunidad universitaria, se hizo el lanzamiento del prototipo, habiéndose colmado las expectativas de todo el público asistente.
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El acto dio inicio con la presentación del proceso de construcción del prototipo a cargo del Ing. Mauricio Iñiguez Berbety, Director del Departamento de Electromecánica y miembro del comité de Energías Alternativas encargado de la construcción del vehiculo, para dar paso a la presentación publica del prototipo en funcionamiento, habiendo el mismo girado durante 8 vueltas alrededor de la cancha polifuncional del coliseo universitario del Campus Tiquipaya.
Publicado por Ing. Mauricio Iñiguez Berbety
La Universidad Privada del Valle, pionera en la excelencia educativa en nuestro país. Acorde con su Visión Institucional, con la utilización y aplicación plena del avance científico y tecnológico, contribuye a la creación de bienestar social; para cumplir con este fin desarrolla agresivos programas de investigación en todas las áreas y artes de la ciencia. Es de conocimiento publico que el deterioro ambiental esta provocando grandes cambios climáticos. Uno de los facto0res que mas aporta a este deterioro se halla representado por los combustibles fósiles que, día a día, quemamos en nuestros automóviles e industrias como fuente generadora de energía. El motor con el que esta equipado el prototipo PIONERO M-20, es un motor de 4 tiempos diesel, de 2 pistones, con una cilindrada de 516 c.c. esta equipado con 2 tanque de aire comprimido de 150 bares de presión cada uno que proporciona una potencia de 6,6 H.P.; desarrolla una velocidad máxima de 25 km/h (6,94 m/s) con un tiempo de funcionamiento de 4 minutos, si bien el tiempo de funcionamiento no es muy largo y no permite recorrer mas de 800 m, se esta desarrollando actualmente un nuevo motor que nos permita romper la marca de 60 Km/h y nos proporcione una autonomía de 50 Km de recorrido constante, situación convertirá al PIONERO en un Citycar. Esta equipado con un microprocesador que junto las válvulas electro-neumáticas reemplaza al sistema de distribución tradicional de un motor de combustión interna. No emplea caja de cambios el incremento y disminución de la velocidad y la fuerza en el vehículo se debe a la variación de presión que se produce durante su funcionamiento. Su estructura esta fabricada en tubo de 1 pulgada de diámetro, su sistema de dirección es completamente mecánica, posee un freno de disco de activación hidráulica, se emplean para el funcionamiento de los sistemas auxiliares 2 baterías de 12 voltios.
Entre las ventajas del Prototipo PIONERO M-20, se puede citar:
· Cero emisiones: por el escape del Prototipo solo se emite aire a baja temperatura.
· Alto troqué motor para volumen mínimo de aire comprimido.
· No sufre por los efectos de la corrosión de las baterías en climas húmedos o calientes.
· Bajo costo de mantenimiento.
· Se puede deshacer o reciclar los depósitos de aire comprimido con menos contaminación que las baterías.
· Los tanques pueden rellenarse más a menudo que lo que puede recargarse una batería.
Referencias:
[1] http:/ / www. labrob. coppe. ufrj. br/ olengerke/
Fuentes y contribuyentes del artículo
Mecatrónica Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?oldid=41512114 Contribuyentes: 333, Aitormoreno, Albert barcelona, Ale flashero, Andreasmperu, Angel GN, Balderai, Banfield,
BlackSalamander, Carmin, Cobalttempest, Diegusjaimes, Diosa, Dossier2, Emijrp, FABIAN LOPEZ RUIZ, Feliciano, Felipe10, HUB, Hkm, House, Humberto, Ialad, Indigenus, Javop987,
Jjafjjaf, Jorghex, Laura Fiorucci, Luckas Blade, Magister Mathematicae, Markus, Matdrodes, Netito777, Nihilo, PoLuX124, Rigadoun, Rαge, Sergio Sedas, UVic AdC, Vadt, Ya existe tamb,
Yeza, 132 ediciones anónimas
UNIVERSIDAD CATOLICA SAN PABLO (UCB)
Datos Generales
A continuación se presenta una síntesis de las características del programa de Ingeniería Mecatrónica.
Nombre de la Carrera: | Ingeniería Mecatrónica |
Título que otorga: | Licenciatura en Ing. Mecatrónica |
Nº de semestres: | 9 semestres |
Nº de ciclos: | 3 ciclos |
Nº de áreas: | áreas |
Nº total de materias: | 49 |
Materias Obligatorias: | 39 |
Materias opcionales: | 10 (de las cuales una es libre) |
Requisitos para habilitarse a la modalidad de graduación: | Para las modalidades de Tesis de Grado, Proyecto de Grado y Trabajo Dirigido; haber aprobado todas las materias obligatorias y tener un máximo de dos materias pendientes. |
Modalidades de graduación: | Tesis de Grado Proyecto de Grado Trabajo Dirigido Excelencia Académica |
Nº de Créditos Académicos | 280, puede variar en función de los créditos de las materias opcionales. |
Nº de Horas presenciales | 6.240 h |
Objetivos del programa
El objetivo de la carrera de Ing. Mecatrónica es formar profesionales capacitados en el diseño y construcción de máquinas controladas por sistemas mecatrónicos, para automatizar procesos y desarrollar sistemas flexibles de producción, que permitan aumentar la eficiencia y productividad de los procesos así como la calidad de los productos.
Justificación
Las tecnologías modernas de producción recurren intensivamente a sistemas mecatrónicos para: aumentar la productividad y eficiencia de los procesos, flexibilizar los sistemas de producción, reducir los costos y mejorar la calidad de los productos. En Bolivia, nuestras empresas están cada vez más obligadas a incorporar estas tecnologías modernas para mantener su competitividad en el mercado nacional e internacional, aumentar la productividad del trabajo y responder a las exigencias de calidad de los mercados internacionales.
Lamentablemente, en nuestro país no contamos con profesionales formados en el diseño, desarrollo y construcción de sistemas mecatrónicos de control. Esto limita seriamente un acceso real al uso y aprovechamiento de estas tecnologías en las industrias y otras aplicaciones importantes.
Para resolver esta situación, es necesario formar profesionales en Ing. Mecatrónica en nuestras universidades, que se desarrollen programas y proyectos de investigación e innovación en esta área. Estos profesionales permitirán el diseño y construcción local de máquinas con sistemas mecatrónicos a precios mucho más bajos que los que se tiene en el mercado internacional y por otra parte atenderán las necesidades de mantenimiento y reparación de equipos mecatrónicos que el sector productivo utiliza actualmente.
La industrialización del acero en Bolivia (Mutun) ofrecerá materia prima de bajo costo y alta calidad para la fabricación de máquinas y equipos industriales que deberán ser concebidos con los adelantos de la mecatrónica para que estos equipos puedan acceder al mercado nacional e internacional.
De ahí la necesidad de crear en la UCB una nueva área de acción académica sobre la base de la carrera de Ing. Mecatrónica que, a futuro, se convertirá seguramente en una carrera de gran impacto en el sector productivo de nuestra región y del país.
Perfil del egresado
Profesional capaz de diseñar, construir y producir máquinas y equipos con sistemas mecatrónicos para el monitoreo, automatización y control de procesos, de manera que éstos sean más eficientes, productivos, flexibles y que permitan producir productos de mayor calidad y con mayor valor agregado.
Competencias a desarrollarse
Es un profesional que tendrá las capacidades y competencias para responder a necesidades relacionadas con las siguientes actividades y funciones:
· Analizar procesos para la concepción de sistemas mecatrónicos que permitan automatizarlos.
· Diseñar y construir máquinas y equipos con sistemas mecatrónicos.
· Reparar y mantener máquinas y equipos con sistemas mecatrónicos.
· Dirigir e integrar equipos multidisciplinarios para el diseño y construcción que máquinas con sistemas mecatrónicos.
· Incorporar mejoras e innovaciones en procesos productivos a través de sistemas mecatrónicos.
· Desarrollar nuevos conocimientos e innovaciones en sistemas mecatrónicos que logren un mejor desempeño>.
Áreas de Estudio
En el nuevo programa se han mantenido la mayoría áreas de estudio del anterior programa, esto con la intención de mantener la continuidad y facilitar la migración de los estudiantes del antiguo programa al nuevo. Se ha reemplazado el área terminal por el área de Investigación e Innovación, esto con el objetivo de poner más énfasis en el desarrollo de prácticas profesionales y desarrollar sólidas capacidades y competencias en investigación e innovación. Las áreas del nuevo programa son las siguientes:
· Ciencias basicas
· Idiomas
· Religion
· Informatica
· Electrónica y electrotecnia
· Mecánica y procesos
· Automatización y control
· Gestion y proyectos
· Investigación & innovación
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La historia cambiante y multiuso de la mecatrónica
Actualmente existen diversas definiciones de Mecatrónica, dependiendo del área de interés del proponente. En particular, la UNESCO define a la Mecatrónica como:
"La integración sinérgica de la ingeniería mecánica con la electrónica y el control inteligente por computadora en el diseño y manufactura de productos y procesos".
Sin embargo, una manera más interesante de definir la Mecatrónica es posible por:
"Diseño y construcción de sistemas mecánicos inteligentes".
Un sistema mecatrónico se compone principalmente de mecanismos, actuadores, control (inteligente) y sensores. Tradicionalmente la Mecánica se ha ocupado solo de los mecanismos y los actuadores, y opcionalmente puede incorporar control. La Mecatrónica integra obligatoriamente el control en lazo cerrado y por lo tanto también a los sensores.
Los robots, las máquinas controladas digitalmente, los vehículos guiados automáticamente, etc. se deben considerar como sistemas mecatrónicos
La reducción de la complejidad se refiere a reducir el número de elementos del mecanismo, mediante el uso de control inteligente.
Actuadores
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.
