Fundamentos de Mecatrónica

SENSORES DE PROXIMIDAD CAPACITIVOS.





FUNCIONAMIENTO.

Los sensores de proximidad capacitivos se diseñan para trabajar generando un campo electrostático y detectando cambios en dicho campo a causa de un objeto que se aproxima a la superficie de detección. Los elementos de trabajo del sensor son, a saber, una sonda capacitiva de detección, un oscilador, un rectificador de señal, un circuito de filtrado y el correspondiente circuito de salida.

En ausencia de objetos el oscilador se encuentra inactivo. Cuando se aproxima un objeto, el oscilador aumenta la capacitancia del condensador que hace de detector. Al superar la capacitancia un umbral predeterminado se activa el oscilador, el cual dispara el circuito de salida para que cambie entre "on"(encendido) y "off"(apagado).

La capacitancia de la sonda de detección viene condicionada por el tamaño del objeto a detectar, por la constante dieléctrica y por la distancia de este al sensor. A mayor tamaño y mayor constante dieléctrica de un objeto, mayor el incremento de la capacitancia. A menor distancia entre el objeto y sensor, mayor el incremento de capacitancia de la sonda por parte del objeto. Los sensores capacitivos son a menudo más utilizados exitosamente en las aplicaciones que no pueden ser resueltas por otras técnicas de sensado. Estos responden a un cambio de dieléctrico en el medio que rodea la zona activa y, por medio de la regulación incorporada, permite sensar prácticamente cualquier sustancia. Además pueden detectar materiales a través de paredes de vidrio, plástico, o laminas de cartón. Para el sensado de materiales de alta constante dieléctrica (agua, metales, aceite, combustible, azúcar, papel), no es necesario el contacto físico de los materiales con el sensor. Para los materiales plásticos y de baja densidad es necesario realizar un ajuste cuidadoso, ya que al ser materiales de baja constante dieléctrica, son de difícil detección.

El sensor fotoeléctrico consta fundamentalmente de un electrodo situado en el extremo del detector, conectado al citado circuito oscilador. Este electrodo constituye normalmente la palca de un condensador, el cual, a su vez, forma parte de un bucle de retroalimentación positiva dentro de dicho circuito oscilador; la otra placa de este condensador variable la constituye, o bien el propio objeto a
detectar, el cual debe estar conectado previamente a masa, o bien una placa de masa independiente, ante la que se interpone el objeto.

disponible en:http://www.cnad.edu.mx/sitio/matdidac/md/control/SENSORESPARTE2.pdf: por CNAD

Perfil de un Ingeniero en Mecatrónica

El ingeniero mecánico es el profesional que utiliza los conocimientos de las ciencias físico matemáticas y las técnicas de ingeniería para desarrollar su actividad profesional en aspectos tales como el desarrollo de innovaciones de productos y procesos considerando aspectos relativos a la mecánica, la producción de bienes, el desarrollo y operación de procesos. Esta formación le permite participar con éxito en las distintas ramas del sector productivo, e interactuar con problemas y profesionales de otras áreas como son, la electrónica la computación y sistemas de información, la química; y adaptarse a los cambios de las tecnologías en estas áreas y, en su caso, generarlos, respondiendo así a las necesidades que se presentan en las ramas productivas y de servicios del país para lograr el bienestar de la sociedad a la que se debe.

Disponible en: https://www.dgae.unam.mx/planes/f_ingenieria/Ing-mec.pdf

Perspectivas del Desarrollo de la Mecatrónica

Aqui les dejo una presentacion:
http://www.mecatronica.net/emilio/ppt/mec02.pdf

Auto-Parking projects

En la automotriz también se emplea la mecatrónica, desde el diseño de los autos hasta pequeños detalles como lo son los sistemas para que se aparquen por sí solos. El principal problema con este tipo de sistemas fue crear un sistema capaz de leer una situación en un ambiente real y que se adaptara para poder evadir obstáculos y hacer los movimientos precisos en el automóvil.

Actualmente son muy pocos los autos que lo tienen, y aún se quiere desarrollar más a fondo estos sistemas. (p.e. Ford Focus 2012)


Video extraído de Youtube; Subido por FordJimenez1

Es importante el desarrollo de estos sistemas, como vemos los avances en la tecnología son cada vez más rápidos, tanto que parecen ciencia ficción. Tal vez no estemos tan lejos de las películas de acción donde se puede viajar al espacio y los carros vuelan, suena utópico, pero hace 20 años quien creería que los autos se podrían estacionar por si solos.

Proyectos de Investigación y Desarrollo - Sistema de Telepresencia para Controlar una Grúa

Existen 2 tipos de grúas, móviles y fijas, con el nombre sobreentendemos la diferencia entre cada una. Actualmente se desarrollan sistemas para operar grúas fijas sin que un humano deba estar operándola en el mismo lugar en el que se encuentra la máquina. La razón por la cual se quiere llegar a esto es debido a que muchas veces el ambiente en el que se encuentras las grúas es riesgoso para los operadores manuales.

Este proyecto es ambicioso, ya que se desea que el operador, desde cualquier otro punto controle la máquina y sienta lo que la máquina siente, para poder lograr un control seguro y eficaz. Se planea realizar con imágenes de realidad virtual que el usuario verá y con un control interactivo

Sistema de Telepresencia para Controlar una Grúa (pag 3), José Emilio Vargas Soto

Claro que este proyecto no es exclusivo de las grúas, también puede modificarse para controlar otros dispositivos, desde brazos mecánicos, hasta prototipos de robots mediante sensores.

Mahru robot humanoide, teleoperado en tiempo real

Avances en la Mecatrónica - Diseño y Realización de un Robot Caminante de Cuatro Patas

Desde hace muchos años se comenzaron investigciones sobre robots caminantes, fue solo hasta hace pocos años cuando se logro tener la tecnología para poder construir estas máquinas.

En 1990 se comenzó en España, en el Instituto de Automática Industrial del
Consejo Superior de Investigaciones Científicas del Gobierno Español, un proyecto con el fin de adquirir experiencia sobre cómo diseñar estas máquinas. Dicho proyecto se realizó en cuatro años.

Un ejemplo de estos robots es el RIMHO, por sus siglas en español Robot de Intervención en Medios Hostiles.
(MECATRÓNICA. PERSPECTIVAS DE APLICACIÓN Y DESARROLLO EN MÉXICO, José Emilio Vargas Soto)

Imagen de Robot Locomotion and Interaction Group

Es importante el desarrollo de este tipo de robots ya que gracias a ellos se arriesgan menos vidas humanas, una aplicación de ellos puede ser para arreglar barcos en lugares que para un humano son peligrosos o díficles de alcanzar. Otra de las aplicaciones es en los campos de guerra, donde se puede mandar un robot de esta naturaleza para poder inspeccionar una determinada zona sin arriesgar la vida de una persona.

Con el tiempo creo que este tipo de robots podrían incluso llegar a los hogares de todos, se que suena utópico en primera instancia, pero lo mismo se creía con las computadoras y ahora la gran mayoría de la población mundial posee una.

Desafortunadamente, y como todo, el exceso en el desarrollo de estas máquinas podría ser perjudicial en algunos aspectos para los seres humanos, ya que cada vez nos hacemos mas perezosos a la hora de trabajar y de realizar algunas tareas físicas. Con el avance de los sistemas mecatrónicos tenemos un gran poder al alcance, pero "Un gran poder conlleva una gran responsabilidad" Spiderman

No hay que quedarnos en la demencia de querer que TODO sea automatizado, pero tampoco ser retrogrados, busquemos un equilibrio entre la tecnología y nosotros. La tecnología debe de ser parte de nosotros, y no nosotros de ella.

Mecatrónica - Avances en la creación de robots

Es importante destacar que para que un sistema mecatrónico pueda funcionar adecuadamente son necesarios varios sensores, éstos pueden ser de luz, sonido, tacto, ultrasonido entre otros. La razón por la cual es importante el desarrollo de nuevos sensores, más sensibles y más precisos es para que los robots o sistemas mecatrónicos puedan optimizar su funcionamiento ya que los sensores son los sentidos de los mismos, los cuales les permiten reaccionar y desenvolverse mejor en un determinado ambiente.

Un ejemplo de estos sensores los podemos encontrar en el material que se utiliza para enseñar en los primeros semestres de la carrera. Nos referimos a los LEGO Mindstorm. Que vienen acompañados de un kit de sensores como los anteriormente mencionados.

Ultrasónico: Que sirve para saber si hay algun objeto enfrente.

Sonido: Si se le quiere programar para iniciar al esuchar un ruido o una señal de voz.

Contacto: que se utiliza para cuando el robot choque con algo haga una determinada acción.

Luz: en algunos casos se utiliza para seguir un camino determinado, e incluso puede resolver problemas complejos como sudokus o cubos de Rubik.

(Todas las imágenes anteriores fueron copiadas de la página oficial de LEGO).

Aquí un ejemplo de lo que se puede lograr con un simple LEGO Mindstorm.


subido por el usuario JensOO7
Imaginemos lo que se puede lograr con sensores más sofisticados y complejos que éste.

¿Que es la Mecatronica?

La mecatrónica es el desarrollo integrado de sistemas con componentes mecánicos, electrónicos y computacionales, que hace posible la automatización y flexibilidad de los procesos productivos, incrementando así la eficiencia y calidad de una empresa. En México, esta rama de la ingeniería tiene un gran impacto debido a que cerca del 30 por ciento del Producto Interno Bruto

proviene del sector manufacturero y éste ha tenido mejoras considerables con la incorporación de componentes mecatrónicos en los procesos de producción.

Como puedes ver, el Ingeniero en Mecatrónica se encarga de realizar la unión de las tres áreas (mecánica, electrónica y computación) en cualquier tipo de máquina o dispositivo.

Con esta formación académica, puedes automatizar procesos de cualquier tipo, desde los más sencillos hasta los de alta complejidad.

El Ingeniero en Mecatrónica tiene un gran futuro, ya que en la actualidad los procesos de la vida diaria se automatizan cada vez más. Por ejemplo, la venta de boletos para el transporte público o pagar en los estacionamientos sin personas que reciban el dinero. Otro ejemplo que puedes observar son los automóviles, estos tienen muchos sistemas mecatrónicos como los frenos ABS, la bolsa de aire, entre otros. En este último caso, cuando el sensor del auto recibe un cambio determinado de aceleración, se manda una señal electrónica a una computadora donde la verifica y toma la decisión de accionar el dispositivo mecánico que abre la bolsa.

Disponible en: http://www.ccm.itesm.mx/imgsite/archivos/imt.pdf, por Itesm

La Invesion dela Mecatrónica

No se extrañe si en unos pocos años su compañero de vivienda y con el que tiene largas charlas, ya no sea Juan, Fernando o Eliana, sino su televisor, la lavadora o la videograbadora. Con el ingreso de la mecatrónica se da un gran paso en el desarrollo de la ingeniería en este país.
<><> <><> <><> Si está con su pareja disfrutando de una película y de pronto su VHS nuevo falla, se detiene el sistema y empieza a bombardearla de un mensaje tras otro en la pantalla del televisor o le da avisos de alerta con voz estilo electrónico, no se asuste que no se trata de "la máquina diabólica", es simplemente que su aparato ha sido fabricado con une nueva concepción: la de la ingeniería mecatrónica.
La mecatrónica es un concepto desarrollado por una firma japonesa fabricante de robots, hace más de 15 años. En un principio, se definió como la integración de la mecánica y 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.
Aunque la robótica hace parte de la mecatrónica, el propósito de esta nueva ingeniería no es sólo hacer robots, sino la fabricación de lo que los expertos denominan "productos inteligentes", es decir, que son capaces de procesar información para su funcionamiento, gracias a la instalación de dispositivos y sensores electrónicos especiales.
La información en un producto mecatrónico llega a un conjunto de sensores electrónicos instalados en los aparatos, que van a un sistema especial que la procesa y manda las órdenes a través de lo que se conoce como un actuador, que en muchas máquinas es un motor.
Hoy día, usted puede tener en su casa gran variedad de productos y electrodomésticos de sistemas mecatrónicos. Ya pasó la historia en que las "tontas" caseteras dejaban enredar eternamente la cinta en sus cabezas, en que usted se desgastaba midiendo el agua y el jabón para lavar su ropa o graduando constantemente el aire acondicionado.

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Aunque la robótica hace parte de lamecatrónica, el propósito de la mecatrónica no es sólo hacer      robots,sino la fabricación de lo que los expertos denominan "productos inteligentes", capaces de procesar información para su funcionamiento.

Ahora, estos aparatos inteligentes, fabricados con ingeniería mecatrónica están dotados de sistemas procesadores de información como chips o microcomputadores, que les permiten funcionar autónomamente, de acuerdo con las condiciones del medio y además, avisarle a usted cuando algo anda mal.
Las lavadoras, por ejemplo, están diseñadas para que sean capaces de medir el nivel de agua que requieren, de acuerdo a la cantidad de ropa; de medir la turbiedad del agua y escoger el momento justo para cambiarla; identificar el ciclo de lavado, así como la cantidad y el tipo de detergente y suavizante que más se ajuste a las prendas, mientras usted sólo debe encargarse de mantener llenos los recipientes que la máquina trae para esto.
Algo similar sucede con los sistemas de aire acondicionado, que ahora, pueden proporcionar al usuario el clima que desee, de acuerdo a las condiciones que éste le programe.

"Lavadoras inteligentes"

En los últimos años ha surgido una nueva generación de productos como componentes, dispositivos, equipos, máquinas y sistemas producidos con enfoque mecatrónico.
La lista de estos productos es cada vez mayor. Algunos otros ejemplos son las secadoras inteligentes, los juguetes y las máquinas de juego, los robots, las máquinas de control numérico, los cajeros electrónicos, las sillas de ruedas que reconocen comandos de voz, los marcapasos, las prótesis, los órganos artificiales, los automóviles equipados con sistemas de encendido electrónico, suspensión activa, control de ruido y emisión de gases, entre otros.
Los productos hechos con ingeniería mecatrónica poseen mecanismos de alta precisión; son controlados por dispositivos electrónicos reprogramables, para que funcionen en diferentes condiciones; hacen uso óptimo de los materiales y energía que consumen; los diseños son más estéticos y ergonómicos y tienen lo que se podría llamar una relación inteligente con el medio ambiente.
Según el Director de Investigaciones de la Corporación Universitaria Autónoma de Occidente, CUAO, de Cali, Colombia, ingeniero Mecánico, magister en Sistemas de Control de la Universidad de Sao Paulo y candidato a Doctorado en Automática e Informática Industrial de la Universidad Politécnica de Valencia, Freddy Naranjo Pérez, la mecatrónica es una ingeniería concurrente y paralela y con una nueva concepción de diseño, es decir, que implica que las etapas de los diferentes procesos de producción se realicen en forma simultánea.
Un ingeniero mecatrónico debe estar preparado para diseñar y desarrollar máquinas, equipos, procesos o productos de consumo de alta tecnología; seleccionar y poner en funcionamiento equipos y soluciones tecnológicas a gran escala, de bajo costo y en relación con la ecología y desarrollar y utilizar programas de computador para aplicaciones en automatización de equipos, máquinas y procesos industriales.

Ingenieros del futuro

En los últimos diez años comenzaron a aparecer carreras universitarias con el nombre de mecatrónica, en países como Inglaterra y Finlandia, donde esta especialidad de la ingeniería está muy avanzada.
En Colombia ya es posible estudiar ingeniería mecatrónica, pues recientemente la CUAO creó el primer programa universitario de pregrado en esta ingeniería, el cual es dirigido por el ingeniero Naranjo Pérez.
Actualmente existen programas semejantes al de la CUAO en Estados Unidos, Japón, y algunos paises de Europa y América Latina. Curiosamente, aunque Japón es el país que tiene los mayores y mejores laboratorios de mecatrónica, no es el que más programas universitarios ofrece.
En América Latina la mecatrónica entró por Brasil, en la Universidad de Sao Paulo, donde se creó el primer programa de pregrado de esta especialidad, en latinoamérica. Algunas facultades de mecánica y electrónica en Colombia, Argentina, México y Estados Unidos ofrecen cursos de mecatrónica.
En Colombia hay muy pocos centros de investigación en ingeniería, por lo que tampoco hay un buen desarrollo de la mecatrónica, asegura el ingeniero Naranjo Pérez.
"No sólo en esta, sino en otras ingenierías, Colombia necesita innovar en tecnologías y aprovechar los retos de la apertura para incorporar mayores desarrollos tecnológicos y aumentar la competitividad de las empresas", opina el ingeniero Naranjo Pérez. "La ingeniería mecánica y la ectrónica tendrán entonces que reformularse, pues es evidente que sentirán el impacto de la mecatrónica", concluye el ingeniero.

Disponible en http://aupec.univalle.edu.co/informes/mayo97/boletin38/mecatronica.html, por AUPEC