Diseño de sistemas mecatronicos

Elementos clave de la mecatrónica

Sistemas de información

Un sistema de información, es una combinación de cuatro disciplinas fundamentales: Sistemas de comunicación, Procesamiento de señales, sistemas de control, y métodos numéricos.

Modelado y simulación

El modelado es un proceso de representar el comportamiento de un sistema real, con un conjunto de ecuaciones matemáticas, y la lógica.
Una manera de categorizar los modelos, es de manera dinámica, y modelos estáticos.
Los modelos, aceptan información externa y la procesan con su lógica, y sus ecuaciones, para así producir uno o varios resultados, llamados señales de salida.

Ya que la mayoría de los ingenieros no está familiarizado con la mayoría de los lenguajes de programación, el modelado en base al texto fue un pobre candidato a la hora de intentar formalizar un lenguaje para el modelado de sistemas. El candidato ideal sería el modelado a base de imágenes. Pero estos a su vez presentan problemas, ya que al igual que el que una imagen diga mil palabras, el modelado a base de imágenes, presenta ambigüedad. Y para resolver este problema se creó un modelado a base de imágenes estandarizado, de manera intuitiva.

La simulación es el proceso de resolver un modelo, y es hecho por una computadora.
El proceso de simulación puede ser dividido en secciones: Inicialización, Iteración, y Terminación.

Control automático

Durante la época entre 19227 y 1975, el uso de electrónicos para modificar, el comportamiento de los sistemas mecánicos creció rápidamente, especialmente después de la invención del transistor y el microprocesador.

Optimización

La optimización resuelve el problema de la distribución de recursos limitados a través de un sistema cuyos aspectos pre especificados de su comportamiento sean satisfechos.
En mecatrónica, la optimización es principalmente usada para establecer el sistema óptimo de configuración de los recursos.

Sistemas mecánicos

Los sistemas mecánicos son los que se refieren al uso de la materia bajo la acción de las fuerzas.
La mecánica newtoniana, provee de base a la mayoría de los sistemas mecánicos que consisten de tres conceptos absolutos e independientes, espacio, tiempo y materia. Así como la fuerza, aunque esta no sea independiente.

Sistemas eléctricos.

Se componen de tres cantidades fundamentales: Carga, voltaje y corriente.

Estos sistemas a su vez, se dividen en dos categorías

• Sistemas de comunicación: Que están diseñados para transmitir información, como baja energía eléctrica, entre puntos.
• Sistemas de poder: Que están diseñados para transmitir grandes cantidades de energía eléctrica, no información, entre puntos de manera eficiente.

Sistemas computarizados

Sensores y actuadores

Los sensores son requeridos para el desempeño de las máquinas y sus procesos.
La certeza y la respetabilidad son capacidades críticas.

Los actuadores son otros componentes importantes en la mecatrónica, estos crean un efecto físico en el proceso, como puede ser la ejecución de una pieza de trabajo de un sistema de transporte, iniciado por un sensor.

Interfaces de tiempo real

En la mecatrónica el uso real de estos sistemas de interfaces en tiempo real, es el de proveer de información adquirida por los sensores, y controlar funciones en base a esto, por medio de la computadora.

Sistemas Mecánicos Traslacionales

El modelado de sistemas traslacionales se analiza utilizando la segunda ley de Newton. Entre los elementos básicos de estos sistemas se encuentra el resorte y el amortiguador lineal. El resorte produce una fuerza proporcional al desplazamiento aplicado mientras que el amortiguamiento es proporcional a la velocidad aplicada.

Utilizando el Modelo por Analogía presentado secciones anteriores es posible representar el sistema mecánico utilizando un diagrama de impedancias. Las entradas de un sistema mecanico pueden ser velocidad o posición, de la misma manera pueden ser sus salidas. Estas variables son análogas a las de corriente y voltaje que son representadas como variables de Flujo y de Potencial, respectivamente.

El análisis de sistemas mecánicos es más complejo que sencillos resortes y amortiguadores, por lo que se presenta una mejor visión que expone los efectos de fricción.

Fricción

Es la oposición al movimiento entre dos superficies en contacto. Existen tres tipos de fricción a considerar:

        Fricción Estática: La fricción estática es la fuerza que requiere un cuerpo para pasar del estado de reposo a un estado de movimiento.

        Fricción Dinámica o de Coulomb: Es la denominada fricción seca. Es la que se presenta entre dos cuerpos en movimiento con superficies secas. Esta fricción es constante a todas las velocidades y menor a la estática.

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