historia de la mecatronica
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Aprendizaje sinérgico
(Mecatronica)
Catedrático:
ing.fernando Antonio campusano castillo
Integrantes del equipo:
Hugo Ernesto Vázquez Hernández
Erik
Esteban Jiménez Gutiérrez
Luis enrique ramos Hernández
Sergio Filiberto Vázquez Vázquez
Jesús estrada pinto
25 de noviembre de 2013
INDICE
1.-introduccion
1.1Historia de la mecatronica
1.2.-Que es la mecatronica
1.3.-Como surge la mecatronica
1.4.-Donde surge la mecatronica
1.5.-Aportaciones….
-Tetsuro mori -Robert a. moog -Stephen Gary wozniak
2.-el presente de la mecatronica
2.1.-aplicación de las tecnologías de información
2.2.-mecanica vectorial
2.3.-sensores y actuadores
2.4.-electronica analógica
2.5.-ingenieria de control
2.6.-señales y sistemas
2.7.-robotica
2.8.-inteligencia artificial
2.9.-redes neuronales
2.10.-procesamiento digital de señales
2.11.-circuitos electrónicos
3.-el futuro de la mecatronica
4.-el ingeniero mecatronico y el sector servicio
5.-el ingeniero mecatronico en la industria
6.-el ingeniero mecatronico y el medio ambiente
7.- conclusión
1.-INTRODUCCION:
La palabra mecatrónica se puede dividir en meca de mecánica y trónica de
electrónica, sin embargo abarca otras áreas del conocimiento como los son el
control y la computación. Para estudiar la mecatrónica es indispensable conocer
un poco acerca de la historia de cada una de las principales
áreasquelacomponen .Iniciando por la mecánica, la cual se puede decir que
muestra sus primeros rastros en la edad de piedra con la fabricación de las
primeras herramientas surge la idea de construir nuevas arramientas que
faciliten el trabajo. La mecatronica surge en una empresa japonesa yaskawa
y se empezó a revolucionar en diferentes partes del mundo, hoy representa el
futuro de la tecnología, se trata de crear maquinas que simulen a base de
programación los trabajos humanos, cabe destacar que sin lugar a duda
muchos de los artículos del hogar son productos mecatronicos,claro ejemplo de
ello son las lectoras de cd,ardenadores, piezas de ordenadores incluso la tv.
Las grandes industria están comprometidas en el cuidado del medio ambiente
por lo que se implementa el uso de materiales poco contaminantes y
productos menos contaminantes, tales temas se abarcan en la siguiente
investigación.
.
1.1.-HISTORIA DE LA MECATRONICA
1.2.-¿QE ES LA MECATRONICA?
Un consenso común es describir a la mecatrónica como una disciplina integradora
de las áreas de mecánica, electrónica e informática cuyo objetivo es proporcionar
mejores productos, procesos y sistemas. La mecatrónica no es, por tanto, una
nueva rama de la ingeniería, sino un concepto recientemente desarrollado que
enfatiza la necesidad de integración y de una interacción intensiva entre diferentes
áreas de la ingeniería.
Con base en lo anterior, se puede hacer referencia a la definición propuesta por J.
A. Rietdijk: "Mecatrónica es la combinación sinérgica de la ingeniería mecánica de
precisión, de la electrónica, del control automático y de los sistemas para el diseño
de productos y procesos", la cual busca crear maquinaria más compleja para
facilitar las actividades del ser humano a través de procesos electrónicos en la
industria mecánica principalmente. Existen, claro está, otras versiones de esta
definición, pero ésta claramente enfatiza que la mecatrónica está dirigida a las
aplicaciones y al diseño.
Por otro lado, más allá de las cuestiones técnicas, la mecatrónica también se ha
adoptado como una disciplina científica aplicada, en la cual se hace modelado,
análisis, síntesis y control de sistemas de naturaleza multidominio y se ha tratado
de homogeneizar la ciencia para este tipo de sistemas. Algunos ejemplos de
aspectos teóricos cuyo objeto de estudio son los sistemas mecatrónicos desde un
enfoque abstracto son el modelado por "bond graph", los sistemas hamiltonianos
con puertos, las técnicas de control basadas en la energía como lo es el moldeo
de energía, el diseño óptimo de estructura y control, y más recientemente a un
grado más de integración como lo son los sistemas híbridos.
1.3.-¿CÓMO SURGE LA MECATRONICA?
La mecatrónica surge de la combinación sinérgica de distintas ramas de la
ingeniería, entre las que destacan: la mecánica de precisión, la electrónica, la
informática y los sistemas de control. Su principal propósito es el análisis y diseño
de productos y de procesos de manufactura automatizados. El término
"Mecatrónica" fue introducido por primera vez en 1969 por el ingeniero Tetsuro
Mori, trabajador de la empresa japonesa Yaskawa. 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, 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 definición de
mecatrónica propuesta por J.A. Rietdijk: "Mecatrónica es la combinación sinérgica
de la ingeniería mecánica de precisión, de la electrónica, del control automático y
de los sistemas para el diseño de productos y procesos para una producción con
mayor plusvalía y calidad". La Mecatrónica tiene como antecedentes inmediatos a
la investigación en el área de Cibernética realizada en 1936 por Turing y en 1948
por Wiener y Morthy, las máquinas de control numérico, desarrolladas inicialmente
en 1946 por Devol, los manipuladores, ya sean teleoperados, en 1951 por Goertz,
o robotizados, en 1954 por Devol, y los autómatas programables, desarrollados
por Bedford Associates en 1968. Sin embargo, una manera más interesante de
definir la Mecatrónica es posible por:"Diseño y construcción de sistemas
mecánicos inteligentes".
1.4.-¿DÓNDE SURGE LA MECATRONICA?
La mecatrónica tiene como antecedentes inmediatos a la investigación en el área
de cibernética realizada en 1936 por Alan Turing, en 1948 por Norbert Wiener y
Morthy, las máquinas de control numérico, desarrolladas inicialmente en 1946 por
George Devol, los manipuladores, ya sean teleoperados, en 1951 por Goertz, o
robotizados, en 1954 por Devol, y los autómatas programables, desarrollados por
Bedford Associates en 1968.
En 1969, Tetsuro Mori, ingeniero de la empresa japonesa Yaskawa Electric Co.,
acuña el término mecatrónica, y en 1971 se le otorga el derecho de marca. En
1982 Yaskawa permite el libre uso del término.
En los años setenta, la mecatrónica se ocupó principalmente de la tecnología de
servomecanismos usada en productos como puertas automáticas, máquinas
automáticas de autoservicio y cámaras "auto-focus". En este enfoque pronto se
aplicaron métodos avanzados de control. En los años ochenta, cuando la
tecnología de la información fue introducida, los ingenieros empezaron a incluir
microprocesadores en los sistemas mecánicos para mejorar su desempeño. Las
máquinas de control numérico y los robots se volvieron más compactos, mientras
que las aplicaciones automotrices como los mandos electrónicos del motor y los
sistemas anticerrado y frenando se hicieron extensas. Por los años noventa, se
agregó la tecnología de comunicaciones, creando productos que podían
conectarse en amplias redes. Este avance hizo posibles funciones como la
operación remota de manipuladores robóticos. Al mismo tiempo, se están usando
novedosos microsensores y microactuadores en nuevos productos. Los sistemas
microelectromecánicos como los diminutos acelerómetros de silicio que activan las
bolsas de aire de los automóviles.
1.5.-AUTORES DE LA MECATRONICA Y SUS CONTRIBUCIONES
TETSURO MORI
ROBERT A. MOOG
Robert A. Moog (23 de mayo de 1934, Nueva York —
22 de agosto de 2005) fue un inventor
estadounidense. Es famoso por crear, junto con otras
personas el sintetizador, instrumento musical con el
que se pueden crear una gama prácticamente infinita
de sonidos. Infancia y adolescencia Nueva York). De
pequeño, estudió piano siguiendo los deseos de su
madre, no obstante nunca pensó en dedicarse a la
música, prefirió seguir los pasos de su padre, George
Moog.
El termino mecatronica fue introducido por primera
vez en 1969 por el ingeniero c.Mori, trabajador de la
empresa japonesa yaskawa. En un principio se definió
como la integración de la mecánica y la electrónico en
una maquina o producto, pero luego se consolido como
una especialidad de ingeniería e incorporó otros
elementos como sistemas de computación, la inteligencia
artificial, la teoría de control y otros relacionados con la
informática, estabilidad y alcanzabilidad.
STEPHAN GARY WOZNIAK
Es un desarrollador estadounidense de ordenadores y
empresario. Co-fundador de la compañía Apple. Es
considerado uno de los padres de la revolución de los
ordenadores, contribuyo significativamente a la propia
invención, un ordenador personal (PC) en los años
1970.wozniak fundo Apple computer, ahora Apple inc,
junto con Steve jobs en 1976.a los mediados de 1970,
creo la computadora Apple 1 y Apple 2
2.-EL PRESENTE DE LA MECATRONICA
2.1.-APLICACIÓN DE LAS TECNOLOGIAS DE INFORMACION
Las nuevas tecnologías de la Información y Comunicación (NTIC) son aquellas
herramientas computacionales e informáticas que procesan, almacenan,
sintetizan, recuperan y presentan información representada de la más variada
forma. Es un conjunto de herramientas, soportes y canales para el tratamiento y
acceso a la información. Constituyen nuevos soportes y canales para dar forma,
registrar, almacenar y difundir contenidos informacionales.
Las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC), se encargan del
estudio, desarrollo, implementación, almacenamiento y distribución de la
información mediante la utilización de hardware y software como medio de sistema
informático.
Según la Information Technology Association of America (Asociación Americana
de las Tecnologías de la Información: ITAA) TIC (ITC en inglés) es "el estudio, el
diseño, el desarrollo, el fomento, el mantenimiento y la administración de la
información por medio de sistemas informáticos, esto incluye todos los sistemas
informáticos no solamente la computadora, este es solo un medio más, el más
versátil, pero no el único; también los teléfonos celulares, la televisión, la radio, los
periódicos digitales, etc."
.
Como hemos podido observar, en la Mecatrónica y en las TIC, la computadora
juega un papel muy importante, debido a que ésta es un sistema informático. Si
nos fijamos en las definiciones, la informática es uno de los elementos
primordiales que componen a la Mecatrónica, y ya que es tan importante, la
computadora, que es el medio por el cual podemos trabajar en esta rama de la
ingeniería, también lo es (y es de muchísima utilidad e indispensable para el
desarrollo de sistemas mecatrónicos).
Ahora, la computadora al ser un sistema informático, es el medio más importante
para lograr los objetivos de las TIC, que son principalmente el tratamiento de la
información y la transmisión de ésta. Es aquí donde se relacionan Mecatrónica y
las TIC, puesto que en esta carrera las TIC son herramientas de gran importancia
y de uso cotidiano, tanto para la etapa de estudiantes, como para la etapa
profesional.
Como ya se mencionó anteriormente, la herramienta proveniente de las TIC y que
más utilizamos los mecatrónicos es el ordenador. Nos es de gran importancia en
más de una de las materias que llevamos, como por ejemplo en la materia de
Programación, donde el ordenador nos sirve para crear programas acordes con
nuestras necesidades y que son implementados en nuestros diseños de sistemas
mecatrónicos. También nos es de gran utilidad en el diseño de circuitos, los cuales
se programan en el ordenador y son grabados en PLDs (Dispositivos Lógicos
Programables), evitándonos todo el trabajo de implementarlos con circuitos
integrados sencillos, que ocupan mucho espacio en las proto board y que nos
hacen la vida más difícil.En general, el ordenador es usado en diversas
aplicaciones a lo largo de nuestra vida estudiantil y de igual manera en la vida
profesional. Nos sirve como simulador de circuitos eléctricos, nos sirve para
solucionar problemas de física, matemáticas, nos sirve para diseñar circuitos
impresos, para diseñar programas en un lenguaje específico, para La Manufactura
integrada por Computador, diseño tridimensional de piezas, etc. Es innumerable la
cantidad de software diseñado para servir de apoyo en las aplicaciones tan
diversas de la Mecatrónica y que nos ahorran mucho tiempo y esfuerzo, poniendo
siempre la tecnología a nuestro favor.
2.2.-MECANICA VECTORIAL
La mecánica vectorial es una formulación específica de la mecánica clásica que
estudia el movimiento de partículas y sólidos en un espacio euclídeo
tridimensional. Aunque la teoría es generalizable, la formulación básica de la
misma se hace en sistemas de referencia inerciales donde las ecuaciones básicas
del movimiento se reducen a las Leyes de Newton, en honor a Isaac Newton quien
hizo contribuciones fundamentales a esta teoría.
La mecánica es la parte de la física que estudia el movimiento. Se subdivide en:
Estática, que trata sobre las fuerzas en equilibrio mecánico.
Cinemática, que estudia el movimiento sin tener en cuenta las causas que
lo producen.
Dinámica, que estudia los movimientos y las causas que los producen
(fuerza y energía).
La mecánica newtoniana es adecuada para describir eventos físicos de la
experiencia diaria, es decir, a eventos que suceden a velocidades muchísimo
menores que la velocidad de la luz y tienen escala macroscópica. En el caso de
sistemas con velocidades próximas a la velocidad de la luz debemos acudir a la
mecánica relativista.
La mecánica newtoniana es un modelo físico macroscópico del entorno físico. Es
relativamente fácil de comprender y de representar matemáticamente, comparada
con la abstracción y generalidad de las formulaciones lagrangiana o hamiltoniana
de la mecánica clásica.
Y, por supuesto, es relativamente más sencilla que una teoría como la mecánica
cuántica relativista, que describe adecuadamente incluso fenómenos partículas
elementales moviéndose a gran velocidad y entornos microscópicos, que no
pueden ser adecuadamente modelizados por la mecánica newtoniana.
La mecánica newtoniana es suficientemente válida para la gran mayoría de los
casos prácticos cotidianos en una gran cantidad de sistemas. Esta teoría, por
ejemplo, describe con gran exactitud sistemas como cohetes, movimiento de
planetas, moléculas orgánicas, trompos, trenes y trayectorias de móviles en
general.
La mecánica clásica de Newton es ampliamente compatible con otras teorías
clásicas como el electromagnetismo y la termodinámica, también "clásicos" (estas
teorías tienen también su equivalente cuántico).
2.3.-SENSORES Y ACTUADORES
Sensores:
Existe una amplia variedad de dispositivos diseñados para percibir la información
externa de una magnitud física y transformarla en un valor electrónico que sea
posible introducir al circuito de control, de modo que el robot sea capaz de
cuantificarla y reaccionar en consecuencia.
Un sensor consta de algún elemento sensible a una magnitud física —como por
ejemplo la intensidad o color de la luz, temperatura, presión, magnetismo,
humedad— y debe ser capaz, por su propias características, o por medio de
dispositivos intermedios, de transformar esa magnitud física en un cambio
eléctrico que se pueda alimentar en un circuito que la utilice directamente, o sino
en una etapa previa que la condicione (amplificando, filtrando, etc.), para que
finalmente se la pueda utilizar para el control del robot.
Actuadores:
Un actuador es un dispositivo capaz de transformar energía hidráulica, neumática
o eléctrica en la activación de un proceso con la finalidad de generar un efecto
sobre un proceso automatizado. Este recibe la orden de un regulador o
controlador y en función a ella genera la orden para activar un elemento final de
control como, por ejemplo, una válvula.
Existen varios tipos de actuadores como son:
Electrónicos
Hidráulicos
Neumáticos
Eléctricos
Los actuadores hidráulicos, neumáticos y eléctricos son usados para manejar
aparatos mecatrónicos. Por lo general, los actuadores hidráulicos se emplean
cuando lo que se necesita es potencia, y los neumáticos son simples
posicionamientos. Sin embargo, los hidráulicos requieren mucho equipo para
suministro de energía, así como de mantenimiento periódico. Por otro lado, las
aplicaciones de los modelos neumáticos también son limitadas desde el punto de
vista de precisión y mantenimiento.
Actuadores electrónicos:
Los actuadores electrónicos también son muy utilizados en los aparatos
mecatrónicos, como por ejemplo, en los robots. Los servomotores CA sin
escobillas se utilizaran en el futuro como actuadores de posicionamiento preciso
debido a la demanda de funcionamiento sin tantas horas de mantenimiento
Actuadores hidráulicos:
Los actuadores hidráulicos, que son los de mayor antigüedad, pueden ser
clasificados de acuerdo con la forma de operación, funcionan en base a fluidos a
presión. Existen tres grandes grupos:
cilindro hidráulico
motor hidráulico
motor hidráulico de oscilación
Actuadores neumáticos
A los mecanismos que convierten la energía del aire comprimido en trabajo
mecánico se les denomina actuadores neumáticos. Aunque en esencia son
idénticos a los actuadores hidráulicos, el rango de compresión es mayor en este
caso, además de que hay una pequeña diferencia en cuanto al uso y en lo que se
refiere a la estructura, debido a que estos tienen poca viscosidad.
En esta clasificación aparecen los fuelles y diafragmas, que utilizan aire
comprimido y también los músculos artificiales de hule, que últimamente han
recibido mucha atención.
De efecto simple
Cilindro neumático
Actuador neumático De efecto doble
Con engranaje
Motor neumático Con veleta
Con pistón
Con una veleta a la vez
Multiveleta
Motor rotatorio Con pistón
De ranura vertical
De émbolo
Fuelles, diafragma y músculo artificial
Cilindro de efecto simple
Actuadores eléctricos:
La estructura de un actuador eléctrico es simple en comparación con la de los
actuadores hidráulicos y neumáticos, ya que sólo requieren de energía eléctrica
como fuente de poder. Como se utilizan cables eléctricos para transmitir
electricidad y las señales, es altamente versátil y prácticamente no hay
restricciones respecto a la distancia entre la fuente de poder y el actuador.
Existe una gran cantidad de modelos y es fácil utilizarlos con motores eléctricos
estandarizados según la aplicación. En la mayoría de los casos es necesario
utilizar reductores, debido a que los motores son de operación continua.
Utilización de un pistón eléctrico para el accionamiento de una válvula pequeña.
La forma más sencilla para el accionamiento con un pistón, seria la instalación de
una palanca solidaria a una bisagra adherida a una superficie paralela al eje del
pistón de accionamiento y a las entradas roscadas.
Existen Alambres Musculares, los cuales permiten realizar movimientos
silenciosos sin motores. Es la tecnología más innovadora para robótica y
automática, como así también para la implementación de pequeños actuadores.
2.4.-ELECTRÓNICA ANALÓGICA:
La electrónica analógica considera y trabaja con valores continuos pudiendo tomar
valores infinitos, podemos acotar que trata con señales que cambian en el tiempo
de forma continua porque estudia los estados de conducción y no conducción de
los diodos y los transistores que sirven para diseñar cómputos en el algebra con
las cuales se fabrican los circuitos integrados.
La Electrónica Analógica abarca muchos campos como por ejemplo, la electrónica
analógica dinámica que trata de un circuito que traslada hondas o vibraciones a un
sistema eléctrico, la analógica hidráulica la cual es existente entre una corriente
del agua de superficie plana o un flujo bidimensional como ejemplo un reloj, el cual
tiende a tene4r engranaje de diferentes tipos los cuales son movidos por un
conductor el mueve los engranajes que son diferentes tamaños pero cada uno
para una función especifica como la de los segundos, minutos y horas.
También podemos decir que la electrónica analógica define campos más
específicos tales como:
Conducción de semiconductores.
Diodos
Circuitos con diodos.
Transistor biopolar
Etapas transistoradas.
Transistores de efecto de campo.
Amplificación y retroalimentación.
Amplificador operacional (I).
Amplificador operacional (II).
Otros sistemas amplificadores
Otros sistemas analógicos
Filtros activos.
2.5.-INGENIERÍA DE CONTROL
La ingeniería de control es la rama de la ingeniería que se basa en el uso de
elementos sistemáticos como controladores PLC y PAC, control numérico o
servomecanismos relacionados con aplicaciones de la tecnología de la
información, como son tecnologías de ayuda por computador CAD, CAM o CAx,
para el control industrial de maquinaria y procesos, reduciendo la necesidad de
intervención humana. En el ámbito de la industrialización, la automatización está
un paso por delante de la mecanización. Mientras que la mecanización provee
operadores humanos con maquinaria para ayudar a exigencias musculares de
trabajo, la automatización reduce considerablemente la necesidad para exigencias
humanas sensoriales y mentales. Los procesos y los sistemas también pueden ser
automatizados.
La Ingeniería de Control se preocupó desde sus orígenes de la automatización y
del control automático de sistemas complejos, sin intervención humana directa.
Campos como el control de procesos, control de sistemas electromecánicos,
supervisión y ajuste de controladores y otros donde se aplican teorías y técnicas
entre las que podemos destacar: Control óptimo, control predictivo, control robusto
y control no lineal entre otros, todo ello con trabajos y aplicaciones muy diversas
(investigación básica, investigación aplicada, militares, industriales, comerciales,
etc.), las cuales han hecho de la ingeniería de control una materia científica y
tecnológica imprescindible hoy en día.
2.6.-SEÑALES Y SISTEMAS
Las señales análogas se pueden percibir en todos los lugares, por ejemplo la
naturaleza posee
un conjunto de estas señas como es la luz, la energía, el sonido, etc., estas son
señales que varían constantemente. Un ejemplo muy práctico es cuando el arco
iris se descompone lentamente y en forma continua. Cuando los valores del voltaje
o la tensión tienden a variar en forma de corriente alterna se produce una señal
eléctrica analógica. En este caso se incrementa durante medio ciclo el valor de la
señal con signo eléctrico positivo; y durante el siguiente medio ciclo, va
disminuyendo con signo eléctrico negativo. Es desde este momento que se
produce un trazado en forma de onda senoidal, ya que este da a lugar a partir del
cambio constante de polaridad de positivo a negativo.
Las señales de cualquier comunicación electrónica o de cualquier ruido, puede
presentar algunas complicaciones; por ejemplo, estas pueden ser modificadas a
través del ruido de forma no deseada. Es por estas razonas que se recomienda
que la señal antes de ser procesada se acondicione; de este modo no generará
estas modificaciones imprevistas. Si se presenta este problema; se debe capturar
las ondas de sonido analógicas con un micrófono, y luego se deben convertir en
una señal de audio (pequeña variación analógica de tensión). Ahora bien, a
medida que cambia la frecuencia del sonido y el volumen va a ir variando la
tensión de forma continua; en estos momentos se destina a la entrada de un
amplificador lineal. La tensión de entrada Zmplificada, o sea, la salida del
amplificador se deberá de introducir en el altavoz; el cual convertirá la señal de
audio ya amplificada en ondas sonoras; las cuales poseen un mayor y mejor
sonido que el sonido que había capturado el micrófono. Son muchos los sistemas
que eran analógicos y que hoy en día se han convertido en digitales; como son las
grabaciones de video, las grabaciones de audio y las fotografías. También hay
sistemas, que en la actualidad usan los dos tipos de métodos, o sea, el analógico
y el digital; como es el reproductor de disco compacto. [ Equipo arquitecturay
construcción deARQHYS.com]. 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 con sensores, microprocesadores y
controladores. Los robots, las máquinas controladas digitalmente, los vehículos
guiados automáticamente,etc. se deben considerar como sistemas mecatrónicos.
2.7.-ROBOTICA:
La robótica es la rama de la tecnología que se dedica al diseño, construcción,
operación, disposición estructural, manufactura y aplicación de los robots.1 2 La
robótica combina diversas disciplinas como son: la mecánica, la electrónica, la
informática, la inteligencia artificial, la ingeniería de control y la física.3 Otras áreas
importantes en robótica son el álgebra, los autómatas programables, la
animatrónica y las máquinas de estados.
El término robot se popularizó con el éxito de la obra RUR (Robots Universales
Rossum), escrita por Karel Capek en 1920. En la traducción al inglés de dicha
obra, la palabra checa robota, que significa trabajos forzados, fue traducida al
inglés como robot.4
Clasificación de los robots
La que a continuación se presenta es la clasificación más común:
1ª Generación:Manipuladores. Son sistemas mecánicos multifuncionales
con un sencillo sistema de control, bien manual, de secuencia fija o de
secuencia variable.
2ª Generación:Robots de aprendizaje. Repiten una secuencia de
movimientos que ha sido ejecutada previamente por un operador humano.
El modo de hacerlo es a través de un dispositivo mecánico. El operador
realiza los movimientos requeridos mientras el robot le sigue y los
memoriza.
3ª Generación:Robots con control sensorizado. El controlador es una
computadora que ejecuta las órdenes de un programa y las envía al
manipulador para que realice los movimientos necesarios.
4ª Generación:Robots inteligentes. Son similares a los anteriores, pero
además poseen sensores que envían información a la computadora de
control sobre el estado del proceso. Esto permite una toma inteligente de
decisiones y el control del proceso en tiempo real.
2.8.-INTELIGENCIA ARTIFICIAL
La Inteligencia Artificial es una combinación de la ciencia del computador,
fisiología y filosofía, tan general y amplio como eso, es que reúne varios campos
(robótica, sistemas expertos, por ejemplo), todos los cuales tienen en común la
creación de máquinas que pueden pensar.En ciencias de la computación se
denomina inteligencia artificial (IA) a la capacidad de razonar de un agente no
vivo. John McCarthy, acuñó el término en 1956, la definió: "Es la ciencia e ingenio
de hacer máquinas inteligentes, especialmente programas de cómputo
inteligentes.".
Búsqueda del estado requerido en el conjunto de los estados producidos
por las acciones posibles.
Algoritmos genéticos (análogo al proceso de evolución de las cadenas de
ADN).
Redes neuronales artificiales (análogo al funcionamiento físico del cerebro
de animales y humanos).
Razonamiento mediante una lógica formal análogo al pensamiento
abstracto humano.
También existen distintos tipos de percepciones y acciones, pueden ser obtenidas
y producidas, respectivamente por sensores físicos y sensores mecánicos en
máquinas, pulsos eléctricos u ópticos en computadoras, tanto como por entradas y
salidas de bits de un software y su entorno software.
Varios ejemplos se encuentran en el área de control de sistemas, planificación
automática, la habilidad de responder a diagnósticos y a consultas de los
consumidores, reconocimiento de escritura, reconocimiento del habla y
reconocimiento de patrones. Los sistemas de IA actualmente son parte de la rutina
en campos como economía, medicina, ingeniería y la milicia, y se ha usado en
gran variedad de aplicaciones de software, juegos de estrategia como ajedrez de
computador y otros videojuegos.
Categorías de la inteligencia artificial
Sistemas que piensan como humanos.- Estos sistemas tratan de emular el
pensamiento humano; por ejemplo las redes neuronales artificiales. La
automatización de actividades que vinculamos con procesos de
pensamiento humano, actividades como la Toma de decisiones, resolución
de problemas, aprendizaje.
Sistemas que actúan como humanos.- Estos sistemas tratan de actuar
como humanos; es decir, imitan el comportamiento humano; por ejemplo la
robótica. El estudio de cómo lograr que los computadores realicen tareas
que, por el momento, los humanos hacen mejor.
Sistemas que piensan racionalmente.- Es decir, con lógica (idealmente),
tratan de imitar o emular el pensamiento lógico racional del ser humano; por
ejemplo los sistemas expertos. El estudio de los cálculos que hacen posible
percibir, razonar y actuar.
Sistemas que actúan racionalmente (idealmente).– Tratan de emular de
forma racional el comportamiento humano; por ejemplo los agentes
inteligentes .Está relacionado con conductas inteligentes en artefactos.
2.9.- ¿QUE SON LAS REDES NEURONALES?
Es un modelo matemático relativamente moderno basado en la conexiones que
existen entre las neuronas de nuestros cerebros. Se utilizan generalmente como
predictores, es decir, le damos un problema de entrada y esperamos obtener la
respuesta a ese problema a la salida.
Su efectividad depende de un proceso llamado aprendizaje, este aprendizaje se
realiza mediante un algoritmo también llamado de aprendizaje al que se le dan
unos datos de entradas con una correspondiente salida. Digamos que se le da el
problema y su solución, así la red neuronal aprenderá a resolverlos. Una vez la
red está entrenada la solución que de a los problemas debería ser la correcta. Las
aplicaciones que tienen hoy en día las redes neuronales son por ejemplo en
la Bioinformática, rama que se encarga de ayudar con la informática a la
predicción, cura y tratamiento de enfermedades.
2.10.-PROCESAMIENTO DIGITAL DE SEÑALES
El procesamiento digital de señales o DSP (sigla en inglés de digital signal
processing) es la manipulación matemática de una señal de información para
modificarla o mejorarla en algún sentido. Este está caracterizado por la
representación en el dominio del tiempo discreto, en el dominio frecuencia
discreta, u otro dominio discreto de señales por medio de una secuencia de
números o símbolos y el procesado de esas señales.
Esto se puede conseguir mediante un sistema basado en un procesador o
microprocesador que posee un juego de instrucciones, un hardware y un software
optimizados para aplicaciones que requieran operaciones numéricas a muy alta
velocidad. Debido a esto es especialmente útil para el procesado y representación
de señales analógicas en tiempo real: en un sistema que trabaje de esta forma
(tiempo real) se reciben muestras (samples en inglés), normalmente provenientes
de un conversor analógico/digital (ADC). Se puede trabajar con señales
analógicas, pero es un sistema digital, por lo tanto necesitará un conversor
analógico/digital a su entrada y digital/analógico en la salida. Como todo sistema
basado en procesador programable necesita una memoria donde almacenar los
datos con los que trabajará y el programa que ejecuta.
Se puede procesar una señal para obtener una disminución del nivel de ruido,
para mejorar la presencia de determinados matices, como los graves o los agudos
y se realiza combinando los valores de la señal para generar otros nuevos. Así, el
DSP se utiliza en el procesamiento de música (por ejemplo MP3), de voz (por
ejemplo, reconocimiento de voz) en teléfonos celulares, de imágenes (en la
transmisión de imágenes satelitales) y vídeo (DVD).
2.11.-CIRCUITO.
Un circuito es una red eléctrica (interconexión de dos o más componentes, tales
como resistencias, inductores, condensadores, fuentes, interruptores y
semiconductores) que contiene al menos una trayectoria cerrada. Los circuitos
que contienen solo fuentes, componentes lineales (resistores, condensadores,
inductores) y elementos de distribución lineales (líneas de transmisión o cables)
pueden analizarse por métodos algebraicos para determinar su comportamiento
en corriente directa o en corriente alterna. Un circuito que tiene componentes
electrónicos es denominado un circuito electrónico. Estas redes son generalmente
no lineales y requieren diseños y herramientas de análisis mucho más complejos.
Para diseñar cualquier circuito eléctrico, ya sea analógico o digital, los ingenieros
electricistas deben ser capaces de predecir las tensiones y corrientes de todo el
circuito. Los circuitos lineales, es decir, circuitos con la misma frecuencia de
entrada y salida, pueden analizarse a mano usando la teoría de los números
complejos. Otros circuitos sólo pueden analizarse con programas informáticos
especializados o con técnicas de estimación como el método de linealización.
Los programas informáticos de simulación de circuitos, como SPICE, y lenguajes
como VHDL y Verilog, permiten a los ingenieros diseñar circuitos sin el tiempo,
costo y riesgo que tiene el construir un circuito prototipo.
3.-EL FUTURO DE LA MECATRONICA
En la actualidad una de las estrategias de las industrias que an adoptado
para incrementar su produvtividad y competitividad en el mundo globalizado
des recurrir a la automatización , a su vez a dado lugar a la creación de
nuevos productos que facilitan las labores cotidianas de las personas, brindan
seguridad,esparcimiento,entre otras bonades,claro que para manufacturar
estos nuevos productos cada vez más inteligentes se requiere de la
combinación sinérgica de distintas ramas de la ingeniería como la: mecánica, la
electrónica, la informática y los sistemas de control, requiriéndose para ello la
formación de un nuevo profesional que ensamble todas estas tecnologías en
una sola denominada “ingeniería mecatronica” cuyo principal propósito es el
análisis, diseño y fabricación de productos inteligentes que sean capases de
procesar información para su funcionamiento.
Tan solo la automatización no es suficiente para mejorar la productividad y
competitividad de una planta de acuerdo a la experiencia de las grandes
empresas que en invertido en alta tecnología.los obstáculos para la
automatización es la falta de conocimiento sobre la oferta tecnológica, la falta
de software disponible para la programación y la comunicación entre
equipos ,esto a su vez representa una gran oportunidad para la introducción
del ingeniero mecatronico en su campo ocupacional.
Debido a que la automatización es un proceso continuo con frecuentes
mejoras en la tecnología las empresas se ven en la necesidad de entrenar
constantemente a sus empleados por lo que será necesario contar con
programas suficientemente actualizados para apoyar a las empresas en esta
tarea.
4.-EL INGENIERO MECATRONICO Y EL SECTOR SERVICIO
La necesidad de crear procesos de manufactura, bienes de capital y productos
cada vez más especializados en el área industrial, así como la creación de
productos y sistemas mecánicos de uso cotidiano, ha llevado al hombre a trabajar
en forma multidisciplinaria para la creación de dichas tecnologías. La integración
cada vez más creciente de los sistemas diseñados y creados con la mecánica y la
electrónica han llevado a la fusión de estas disciplinas formándose una nueva
llamada mecatrónica, misma que está siendo aplicada tanto en la automatización y
control de las fábricas, como en productos y aparatos de uso cotidiano.
La creciente demanda por parte de la industria e instituciones de investigación ha
creado la necesidad de preparar profesionales que se incorporen a los acelerados
progresos y cambios de la tecnología. El concepto actual de mecatrónica
representa un paso más en la evolución del “saber-hacer” tecnológico, lo cual trae
como consecuencia que cambien las formas de trabajo, de investigar, de
desarrollar, de operar y de dar mantenimiento. Así pues, la Ingeniería Mecatrónica
se encarga de dicha necesidad, la cual nos obliga a formar profesionales
modernos y multidisciplinarios.
El acelerado desarrollo tecnológico ha provocado que los bienes y herramientas
se hayan convertido en los más sofisticados dispositivos, ya que hasta los
aparatos de uso cotidiano más simples utilizan mecanismos precisos, controlados
por sistemas electrónicos y por sistemas de información computarizados. Los
ejemplos van desde las cámaras fotográficas y aparatos electrodomésticos hasta
vehículos aeroespaciales. Todos estos han incidido de manera importante en
aspectos sociales y económicos de las actividades humanas.
Así, el ámbito de acción del ingeniero mecatrónico comprende tanto los aspectos
relacionados con la mecánica de precisión como los sistemas de control
electrónicos y las tecnologías de información computarizadas.
5.-EL INGENIERO MECATRONICO EN LA INDUSTRIA
Por otra parte un ingeniero se puede desempeñar en dependencias del sector
público, organismos descentralizados e iniciativa privada, no siendo una limitante
el tamaño de la organización, donde se requiera implementar, adaptar, innovar o
desarrollar conocimientos y nuevas tecnologías en procesos de producción,
también cuenta con la preparación para desarrollarse en el campo de la
investigación y desarrollo tecnológico en Mecánica y áreas afines como
Electrónica, Mecatrónica y Sistemas de Producción.
La mecatrónica -acrónimo de mecánica y electrónica- es la combinación sinérgica
de las ingenierías mecánica, electrónica, informática y de control; esta última con
frecuencia se omite, pues es considerada dentro de alguna de las dos anteriores,
pero es importante destacarla por el importante papel que el control juega en la
mecatrónica. Todo esto pensando en el diseño de productos y en procesos de
manufactura con miras a formar el ingeniero de este milenio.
Esta disciplina tecnológica es cada vez más frecuente en el diseño, fabricación y
mantenimiento de innumerable variedad de productos y procesos de la ingeniería.
La mecatrónica está centrada en mecanismos, componentes electrónicos y
módulos de computación, los cuales combinados hacen posible la generación de
sistemas más flexibles, versátiles, económicos, fiables y simples.
El propósito fundamental de este campo de ingeniería interdisciplinaria es el
estudio de los autómatas desde una perspectiva ingenieril y ser de utilidad a
sistemas híbridos de control como los de producción, robots de exploración
planetaria, subsistemas automovilísticos como sistemas antibloqueo, asistentes de
giro y equipamientos de todos los días, como cámaras fotográficas de
autoenfoque, video, discos rígidos, lectoras de disco compacto, máquinas
lavadoras, etcétera.
.
Actualmente usted puede tener en su casa gran variedad de productos y
electrodomésticos de sistemas mecatrónicos. Ya pasó la época en que las
caseteras dejaban enredar eternamente la cinta en sus cabezas, en que usted se
desgastaba midiendo el agua y el jabón para lavar la ropa o graduando
constantemente el aire acondicionado.
Ahora estos aparatos inteligentes, fabricados con ingeniería mecatrónica, están
dotados de sistemas procesadores de información, como chips o
microcomputadoras, que les permiten funcionar autónomamente, de acuerdo con
las condiciones del medio, y además avisar cuando algo anda mal.
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.
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 computadora para aplicaciones en automatización de equipos,
máquinas y procesos industriales.
Un ingeniero mecatrónico se capacita para:
Diseñar, construir e implementar productos y sistemas mecatrónicos para
satisfacer necesidades emergentes, bajo el compromiso ético de su
impacto económico, social, ambiental y político.
Generar soluciones basadas en la creatividad, innovación y mejora continua
de sistemas de control y automatización de procesos industriales.
Apoyar a la competitividad de las empresas a través de la automatización
de procesos.
Evaluar, seleccionar e integrar dispositivos y máquinas mecatrónicas, tales
como robots, tornos de control numérico, controladores lógicos
programables, computadoras industriales, entre otros, para el mejoramiento
de procesos industriales de manufactura.
Dirigir equipos de trabajo multidisciplinario.
El campo ocupacional actual del ingeniero en mecatrónica está en empresas de la
industria automotriz, manufacturera, petroquímica, metal-mecánica, alimentos y
electromecánica, realizando sobre todo actividades de diseño, manufactura,
programación de componentes y sistemas industriales y equipo especializado, así
como en la promoción y activación de empresas de servicios profesionales
Automatización: en la gran mayoría de las empresas del sector industrial,
comercial y de servicios donde se utiliza con mayor incidencia los medios
electrónicos y de automatización; ejerciendo la profesión en empresas de
tipo: minera, manufactura, electricidad, comercio, comunicaciones y
servicios; asimismo, por cuenta propia puede desarrollar la actividad
profesional en gestión de empresas, ejecutando libremente servicios
específicos requeridos por los clientes
.
La mecatrónica representa la nueva generación de máquinas, robots, y
mecanismos expertos necesarios para realizar trabajos en una variedad de
ambientes, principalmente en la automatización de fábricas, oficinas y casas.
En la industria automotriz se han hecho grandes esfuerzos para desarrollar
mejores tecnologías para la elaboración de partes estructurales a un menor costo
y sobre todo que proporcionen un buen desempeño en cuanto a la seguridad de
los ocupantes de un vehículo. Un ejemplo de ello podría ser la robótica que
produce autos confiables con soldaduras de alta calidad, que garantizan la
integridad estructural de las unidades.
La fabricación de automotores demandan hoy en día una gran inversión en diseño
de máquinas y herramientas que puedan llevar a cabo procesos de manufactura
automatizados rápido y efectivos dados los elevados standares de calidad que se
requieren en un mercado cada vez más competido y especializado.
La industria metalmecánica, es el sector que comprende las maquinarias
industriales y las herramientas proveedoras de partes a las demás industrias
metálicas, siendo su insumo básico el metal y las aleaciones de hierro, para su
utilización en bienes de capital productivo, relacionados con el ramo.
La metalmecánica, estudia todo lo relacionado con la industria metálica, desde la
obtención de la materia prima, hasta su proceso de conversión en acero y
después el proceso de transformación industrial para la obtención de láminas,
alambre, placas, etc. las cuales puedan ser procesadas, para finalmente obtener
un producto de uso cotidiano.
Un profesional de la industria metalmecánica, es aquel que es capaz de ejecutar
tareas productivas de instalación y mantenimiento de estructuras y artefactos
metálicos, gracias a procesos que se llevan a cabo de acuerdo a normas técnicas
de calidad.
Los principales productos asociados a la metalmecánica:
repuestos y autopartes para vehículos
receptores de radio y TV y los aparatos de telefonía
refrigeradores, los congeladores
aires acondicionados industriales
La metalmecánica produce equipos de TV, radio y comunicación. Es importante
aclarar que, cuando se habla de la producción de artefactos electrónicos, tal vez
se desvíe a lo que es la definición de metalmecánica. Sin embargo, de acuerdo a
la clasificación de la metalmecánica todos estos artefactos son incluidos, incluso
algunos completamente electrónicos como un televisor LCD.
EL INGENIERO MECATRONICO Y EL MEDIO AMBIENTE
La preocupación relativa al medio ambiente ocupa ahora el primer plano de los
temarios políticos, estimuladas por los indicios del recalentamiento global y el
cambio climático. Desde hace cuatro décadas, el interés mundial por el medio
ambiente se ha intensificado, organizado y movilizado, de esta forma diversos
sectores de la sociedad se han preocupado y ocupado por plantear desde la
sociedad civil acciones, programas y organismos relacionados con temas
ambientales. En la actualidad la situación del mundo, refiriéndose en primer lugar
a la contaminación ambiental, no reconoce fronteras y afecta a todo el planeta,
entre los casos más comunes de contaminación se señalan los siguientes:
La del aire, por procesos industriales, calefacción, transporte, etc. De los suelos
por almacenamiento de basura, sustancias sólidas peligrosas, como las
radiactivas, metales pesados, plásticos no biodegradables, etc. De las aguas
superficiales y subterráneas, por los vertidos sin depurar de líquidos
contaminantes de origen industrial, urbano, agrícola. Según el Informe sobre
Desarrollo Humano 2007-2008. “La lucha contra el cambio climático “Solidaridad
frente a un mundo dividido”. Aún existen aproximadamente 1000 millones de
personas que viven en los márgenes de la sobrevivencia con menos de US$
1diarios y 2600 millones (40% de la población mundial) que viven con menos de
US$ 2 diarios. Quizás el problema más frecuentemente señalado, cuando se
reflexiona sobre la situación del mundo, es el de la contaminación ambiental y sus
secuelas. El desarrollo sustentable parte de la búsqueda del equilibrio entre medio
ambiente y el aparato productivo. Por tanto, este concepto, si bien procede de la
preocupación por el medio ambiente, no es un concepto fundamentalmente
ambiental, sino que trata de superar la visión del medio ambiente como un aspecto
aparte de la actividad humana que hay que preservar. En base el informe
Broundtlan, presentado en la comisión para el medio ambiente y desarrollo de la
ONU en 1984, que se da a conocer en 1987 en la declaración de Tokio y se
popularizó a partir de la cumbre de Río de Janeiro en 1992. Con respecto a lo
antes mencionado, se realizará una investigación sobre la contribución de la
Ingeniería Mecatrónica para lograr un desarrollo sustentable, por lo que se llevará
a cabo una revisión bibliográfica de los conceptos; desarrollo sustentable, y la
contribución de la Ingeniería Mecatrónica, analizando las diferentes propuestas de
mejora, que sirvan en un futuro en promover una mejor educaciónpara el
desarrollo sustentable y regenerar así la calidad de vida de la sociedad.
:
La sociedad contemporánea se enfrenta a nuevos retos relacionados con la
gestión del ambiente. Actualmente se sufren las consecuencias del proceso de
industrialización acaecido en las últimas décadas. La Unión Mexicana de
Asociación de Ingenieros [6] señala que el fenómeno del calentamiento global, ha
puesto sobre la mesa de discusión la necesidad de analizar y evaluar el impacto
que tienen los patrones de producción y consumo de energía, debido a la
importancia que tienen los recursos fósiles en la oferta total de energía
7.-CONCLUSIÓN:
Concluimos que la mecatronica no viene a hacer a un lado las ingenierías en
software, mecánica…mecatronica tiene las bases de mecánica ,programación,
electrónica y control pero no puede sustituirlas. Los ingenieros mecatronicos
se desenvuelven en las industrias donde los procesos de producción estén
progaramadas,podemos poner por ejemplo las industrias automotrices donde
las soldadoras no son manipuladas por el hombre, un ingeniero mecatronico
puede diseñar y mejorar los procesos de producción así como desarrollar
productos de vanguardia. Puede laborar en industrias de alimentos, de metal-
mecanica, petroquímicas, automotrices, de manufactura…