INDUSTRIALIZACIÓN

La nueva era mecatrónica ha logrado generar mediante la fusión acertada de los principios que la rigen, máquinas herramientas computarizadas, sistemas flexibles de producción y robots aptos para intervenir en los diferentes procesos productivos industrializados. Los principales aportes y adelantos en automatización y robótica han permitido que los procesos de fabricación industrial alcancen diferentes niveles y grados. De hecho los robots son bue- nos ejemplos del aporte de la mecatrónica a la industria, ya que gracias a su integración en varias áreas se agilizan los procesos y se desarrolla una más eficiente producción en serie.

Según la organización internacional para la estandarización ISO, eI robot industrial es un manipulador multifuncional, reprogramable, de posiciones o movimientos automáticamente controlados, con varios ejes, capaz de manejar materiales, partes, herramientas o instrumentos especializados a través de movimientos variables programados para la ejecución de varias tareas.

Con frecuencia tienen la apariencia de uno o varios brazos que terminan en una muñeca; su unidad de control utiliza un sistema de y algunas veces puede valerse de instrumentos sensores y adaptadores que responden a estímulos del medio ambiente y sus circunstancias, así como las adaptaciones realizadas. Estas máquinas multifuncionales son generalmente diseñadas para realizar funciones repetitivas y pueden ser adaptados a otras funciones sin alteraciones permanentes en el equipo.

Teniendo en cuenta lo anterior, se puede afirmar, que los avances de la mecatrónica, específicamente en el área de robótica, ayudan a la industria en varios aspectos:

Fundición en molde (die-casting):

esta fue la primera aplicación industrial.

Soldadura de punto: utilizada en la industria automotriz 

Soldaduras de arco: no requiere de modificaciones sustanciales en el equipo de soldadura y aumenta la flexibilidad y la velocidad.

Moldeado por extrusión: de gran Importancia por creciente la demanda de partes especializadas de gran complejidad y precisión.

Forjado (Forglng): la principal aplicación es la manipulación de partes metálicas calientes.

Aplicaciones de prensado (press work): partes y panales de vehículos y estructuras de aviones, electrodomésticos y otros productos metalmecánicos. Esta es un área de rápido desarrollo de nuevos tipos de robot.

Pinturas y tratamiento de superficies: el mejoramiento de las condiciones de trabajo y la flexibilidad han sido las principales razones para el desarrollo de estas aplicaciones.

Moldeado plástico: descarga de máquinas de inyección de moldes, carga de moldes, paletización y empaque de moldes, etc.

Aplicaciones en la Fundición: carga y descarga de máquinas, manejo de materiales calientes, manejo de moldes, etc.

Carga y Descarga de Máquina Herramientas: los robots aumentan la flexibilidad y versatilidad de las máquinas herramientas y permiten su articulación entre si. Contribuyen a la reducción de stocks, minimizan costos del trabajo directo e indirecto, aumentan la calidad de la producción.

Diversas aplicaciones industriales implican la clasificación de los robots en cuatro tipos de operaciones efectuadas:

Robots para manejo de materiales: carga y descarga de máquinas herramienta, moldeado de plástico.

Figura 1.1 Laboratorio de Automatización (Simula el proceso de producción de una industria)

ZAPATO ESTATICO

Acontinuación podemos notar un proyecto de titulación en el cual se puede hacer énfasis a nuestra materia. En el capítulo uno se encuentra la introducción, aquí también podremos encontrar la justificación de la realización del presente. En el capítulo dos se podrá consultar información sobre la electricidad estática, su historia, sus descubridores y su base teórica simplificada. También se expondrá sobre el efecto triboeléctrico, parte primordial de este trabajo. De igual modo, se aborda el tema de la capacitancia eléctrica, por ser ésta la forma en que se plantea capturar la electricidad estática del rozamiento para convertirla en una forma útil de energía. También se presenta una investigación sobre los tipos de baterías y sus principales características. Pasando al capítulo tres, se puede observar la selección de materiales, la construcción del zapato capacitor y las pruebas eléctricas aplicadas, con la finalidad de demostrar la posibilidad de obtener energía eléctrica a partir del efecto triboeléctrico.
En la imagen podemos observar un aparato de gimnasio el cual puede captar estatica.
El capítulo cuatro es de experimentación. (cont.) En este capítulo se describirá la selección de materiales, la construcción del zapato-captor y la pruebas eléctricas aplicada; lo anterior con la finalidad de demostrar la posibilidad de obtener energía eléctrica a partir del efecto triboeléctrico. Finalmente se encuentran las conclusiones, en donde se detalla lo que se logró y no logró alcanzar, con el presente trabajo. Para cerrar, se afirma que este trabajo puede ser la semilla, para que en un futuro se puedan cosechar nuevas formas de generación eléctrica, todo en beneficio de nuestro planeta, y por consiguiente, de nosotros mismos.

Astorga Díaz L. Zapato - Captor De Electrostática [e-book]. Universidad de las Américas Puebla; 2010. Available from: Colección de Tesis Digitales de la UDLAP, Ipswich, MA. Accessed November 8, 2011.

MECATRÓNICA HOY

Televisores, sistemas de fax, cámaras fotográficas, impresoras, lavadoras, microondas, vehículos automáticos, robots, maquinaria automatizada capaz de funcionar por sí sola y realizar diferentes tareas, son sólo algunas de las soluciones que se fabrican gracias a la aplicación de la mecatrónica. La integración de más de una disciplina en la creación de un producto, permite que éste sea desarrollado con un nivel de ‘inteligencia’ importante.

Según la lista, publicada por la revista Technology Review MIT, sobre las diez nuevas tecnologías que cambiarán al mundo en el siglo XXI, la ingeniería mecatrónica se haya ubicada en la posición cuatro del escalafón, después del estudio de redes de sensores sin cables, la ingeniería inyectable de tejidos y la construcción de nano-células solares. La mecatrónica está en el top diez por su importancia respecto al aporte tecnológico que implica la sinergia de varias ramas del saber, para enfrentar los grandes problemas de la humanidad.

Los nuevos procesos industriales que requieren a diario de la implementación de nuevas tecnologías, la necesidad de agilizar la producción en general, bajo los estándares de uniformidad y calidad, así como la optimización de los recursos tanto físicos como humanos, ha permitido que la ingeniería mecatrónica gane cada vez más espacios y adeptos.

Gracias a la mecatrónica y su desarrollo, en las últimas décadas por ejemplo, los países altamente industrializa- dos como Estados Unidos y Alemania, han podido contar con un ritmo de crecimiento cada vez más acelerado debido a la implementación de las máquinas de control computarizado, que han permitido, mejorar eficaz- mente la producción. De igual forma, los robots, los sistemas flexibles de automatización, así como los sistemas de automatización integrada de la producción (computer integrad manufacturing CIM), han permitido sustituir en un alto porcentaje, la fuerza laboral no calificada.

Aparición de la biomecánica y la mecanobiología computacional: experimentos computacionales y recientes hallazgos.

Procesos de desarrollo de organos y remodelado de tejidos se ven influenciados por multiples factores que van desde el componente biologico hasta la mecanica propia del sistema, donde cada uno de estos afecta en mayor o menor medida dependiendo del tipo de ente organico que se estudie. Desde esta perspectiva se ha desarrollado un nuevo campo de estudio de la bioingenieria denominado mecanobiologia. Esta nueva area de trabajo involucra el estudio de modelos y la realizacion de experimentos con el animo de entender los procesos complejos que se dan en la genesis y mantenimiento de organos y tejidos. Gracias a esta disciplina se ha logrado aislar y analizar diversos efectos como lo son la genetica, los factores moleculares autocrinos y paracrinos, las cargas mecanicas sobre organos y los efectos electromagneticos. Con este conocimiento se han construido nuevos modelos matematicos que pueden simular, de forma aproximada, el comportamiento in vivo. En este orden de ideas, el presente trabajo recoge las principales experiencias en el campo de la mecanobiologia a nivel mundial, donde se han desarrollado trabajos que predicen la formacion de huesos, el remodelado oseo, la formacion y mantenimiento del cartilago articular, entre otros.

Figura 1.0 Esquema del Diseño conceptual de una prótesis de mano.

 

Figura 1.1 1) Vista antero-posterior del modelo de un implante de cadera por elementos de contorno, 2. Profundidad en mm del desgaste de la copa acetabular.

Garzón-Alvarado, Diego A., Carlos A. Duque Daza, and Angélica María Ramírez Martínez. "Sobre La Aparición De La Biomecánica Y La Mecanobiología Computacional: Experimentos Computacionales Y Recientes Hallazgos. (Spanish)." Revista Cubana De Investigaciones Biomédicas 28.3 (2009): 1-13. Academic Search Complete. Web. 12 Nov. 2011.

LA CREACION DE ENERGIA MEDIANTE SISTEMAS MECATRONICOS

Otro propósito en la mecatronica implementado en la vida es utilizar una de las fuentes renovables que está al alcance de todos. La energía solar es una fuente que por el momento es ilimitada. Se desarrolla un sistema solar autónomo basado en paneles solares, con acumulación de energía (batería) para un régimen nocturno. El propósito es iluminar un lugar donde no hay electricidad de CFE y obtener una señal de salida a 120 Vrms senoidal, además se hizo el diseño fotovoltaico para una carga de 200 Watts. Como los paneles solares y la batería entregan un voltaje de 12 volts de corriente directa, ésta es transformada con convertidores conmutados cdcd elevadores. Se hace el diseño de dos convertidores elevadores, donde el primer convertidor entrega un voltaje en directa de aproximadamente 48 volts, el segundo convertidor elevador entrega un voltaje de 180 volts. Enseguida, se hace el diseño de un convertidor de cd-ca conocido como inversor. Este convertidor transforma una señal de corriente directa en una corriente alterna. Como se desea que esta señal sea sinusoidal se trabaja con la modulación por ancho de pulso (PWM). (cont.) Finalmente de diseña un filtro LC para obtener a la salida una señal sinusoidal. En este documento de tesis se presenta el diseño y simulación del sistema total de conversión.

Juárez Santana, Emanuel Ulises. Generador Solar De Energía Eléctrica A 200 W. Universidad de las Américas Puebla, 2009. Colección de Tesis Digitales de la UDLAP. Web. 5 Nov. 2011.

LA CREACIÓN DE PROTOTESIS HUMANAS

Ahora podemos mecncionar el desarrollo, el diseño y la construcción de un prototipo de prótesis de rodilla que sea capaz de emular el movimiento de una rodilla humana. Para esto fue necesario realizar una ardua investigación sobre la materia protésica para tener una idea de cómo es el funcionamiento de una prótesis; de la misma manera, fue conveniente investigar sobre las diferentes amputaciones existentes para saber qué personas son las que podrían llegar a usar la prótesis diseñada. Fue necesario conocer la biomecánica de la rodilla, ya que ésta nos dice qué grados de flexión y extensión puede desarrollar la rodilla; al mismo tiempo, fue imperativo conocer a fondo el ciclo de marcha para saber en qué momento se producen los movimientos de la articulación. De esta manera se pudo obtener un diseño capaz de emular el movimiento natural de la rodilla humana. Esta tesis es parte de un trabajo más amplio, en el cual se pretende desarrollar una prótesis de pierna completa, por lo que se describen los diferentes componentes que conforman una prótesis transfemoral (amputación por encima de la rodilla). (cont.) Esto nos permite saber con qué otros componentes se acoplará la rodilla protésica diseñada. Una vez que se conocieron los componentes y se tuvieron las bases de la biomecánica y del ciclo de marcha, fue necesario saber qué materiales eran los indicados para construir una prótesis. Ya que se contó con el conocimiento necesario, se propusieron diferentes diseños hasta llegar a un diseño óptimo y funcional que brindara el soporte necesario para una persona con un peso máximo de 100 kilogramos. En el presente trabajo se detallan todos los elementos que conforman la prótesis de rodilla y se proponen los materiales con los que deben construirse. Al final se obtuvo un prototipo Alfa de la prótesis. Éste se construyó de aluminio ya que si se hubieran utilizado los materiales idóneos, el precio del prototipo habría sido muy elevado y su manufactura se habría dificultado considerablemente. En esta tesis se dan a conocer todas las alternativas para generar el movimiento de flexión y extensión de la rodilla. (cont.) De ellas, la mejor es la utilización de un cilindro neumático de doble efecto. Por último, se realizaron pruebas en software del diseño propuesto que corroboran su funcionabilidad y su capacidad de soportar el peso deseado.

Leonardo Girard, Luis Miguel. Diseño Y Construcción De Prototipo De Prótesis De Rodilla. Universidad de las Américas Puebla, 2008. Colección de Tesis Digitales de la UDLAP. Web. 5 Nov. 2011.

MONITOREO Y MEDICIÓN DE SIGNOS VITALES A TRAVÉS DE INTERNET

Como ya antes fue mencionado en este blog ponemos un grna ejemplo de la mactronica en la medicina.Se basa en un proyecto concebido con la idea de ayudar a los médicos a realizar un monitoreo rápido y eficiente de pacientes en cuidados intensivos, desde cualquier lugar con acceso a Internet. Este proyecto no pretende evitar la ayuda de enfermeras o el uso de salas de cuidados intensivos en los hospitales, sino ser un apoyo para que los médicos puedan tener un conocimiento casi inmediato cuando una alarma ha sido accionada y ofrecer mayor seguridad a pacientes que permanezcan fuera de los hospitales. El sistema prototipo, fue pensado para medir 5 signos vitales: frecuencia cardiaca, electrocardiograma, presión arterial, temperatura y oximetría. Pero sólo se tomaron encuentra 3 de estos: frecuencia cardiaca, oximetría y electrocardiograma, porque el proyecto de tesis en conjunto con este sistema sólo proporciona las señales analógicas de estos 3 signos vitales [20]. El panel frontal del sistema donde se muestran los datos importantes del paciente, la medición de los signos vitales y gráficas, fue desarrollado en el programador de National Instruments LabVIEW 8.5. (cont.) El instrumento virtual del panel frontal, permite guardar la información de cada signo vital en archivos de texto, creando así una base de datos. De igual manera controla la adquisición de la señal de los signos vitales por medio del canal de audio de la tarjeta de sonido, mandando señales de control al microcontrolador PIC18F452 a través del puerto RS-232. Este último es el dispositivo que se encargar de dar paso a las señales analógicas hacia la computadora. El sistema permite un acceso a la computadora personal donde reside la interfaz de usuario (Panel Frontal), logrado únicamente con la conexión a Internet PRODIGY INFINITUM, que proporciona la compañía telefónica TELMEX. Esta conexión a Internet permite la facilidad de configuración de la red local que nos permite el acceso a la computadora y al sistema desde otra computadora. El prototipo es capaz de realizar una llamada telefónica al celular del médico encargado, en el momento que alguno de los signos vitales superen el rango de los límites dados por el usuario. (cont.) La llamada es gestada utilizando el programa Skype, que es un software libre de comunicación vía Internet. Por último el prototipo descrito a lo largo del trabajo, es pasado de las primeras pruebas en protoboard a un diseño en placas de circuito impreso, para realizar la prueba finales sin la necesidad de usar fuentes del laboratorio y así dejarlo como prototipo final del proyecto.

Salinas Poumian y Vázquez, Ronald. Monitoreo Y Medición De Signos Vitales A Través De Internet. Universidad de las Américas Puebla, 2009. Colección de Tesis Digitales de la UDLAP. Web. 5 Nov. 2011.