Mecatronica Portal » Fernando

Un nuevo comienzo para Mecatrónica Portal…

Fernando — Mon, 19 Apr 2010 00:38:37 +0000

Esta es una entrada especial que escribo con un poco de pesar y con mucha satisfacción.

Voy a dejar de escribir regularmente para Mecatrónica Portal. Detrás de ello no hay ningún motivo negativo, por el contrario para mi se cierra un ciclo maravilloso de varios años junto a la mecatrónica, impulsándola, dándola a conocer, intentando hacerla un poquito mas fácil.

Dejo Mecatrónica Portal porque siento que llega para mi el momento de comenzar nuevos proyectos y divisar nuevos horizontes.

La Mecatrónica -y no lo digo yo- tiene mucho, pero muchísimo futuro. Tenemos la opción y casi la obligación de usar nuestro talento para solucionar y reparar las diferencias de este mundo.

Por esto y porque estoy seguro que Mecatrónica Portal es un proyecto que merece seguir adelante, aprovecho esta oportunidad para hacer una convocatoria para todos aquellos apasionados por el espíritu de la Mecatrónica para que se hagan partícipes de este proyecto.

No importa si hasta ahora empezaste a estudiar, o si eres profesional o incluso si aún estas empapándote del mundo mecatrónico, lo único que verdaderamente importa es que tengas amor y ganas por compartir lo que sabes. Si estás interesado, escribeme a mecatronica-portal@mecatronica-portal.com o comunícate mediante la página de contacto.

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El mundo salvaje de los Robots

Fernando — Mon, 12 Apr 2010 15:48:38 +0000

Últimamente en la Web están apareciendo un montón de infografías super interesantes y bien diseñadas. Esta vez les llegó el turno a los robots. Online Schools ha publicado una llamada “Infografik, The Wild World of Robots”. Llena de datos curiosos.

Los datos están traducidos a continuación, pero nada como mirarlos directamente en la infografía:

Se dice que el primer robot fue construido por el matemático griego Archytas en el 400 a.C. Se llamaba la paloma, y voló 200 metros impulsado por vapor
La palabra Robot fue acuñada en 1920, basada de la palabra checa Robota que significa “trabajador forzoso”. Apareció por primera vez en un juego en el que los robots destruyen a la especie humana
El primer brazo controlada por computador se desarrolló en el MIT en 1961… 18 años después, un trabajador en una planta de Ford fue golpeado y muerto por un brazo robótico, convirtiendolo en la primera persona asesinada por un robot
El gobierno estadounidense gastó $570 millones en robots para manufactura con robots. Esto es tanto como los gastos de la marina para potenciar su flota
El valor en ventas anuales alcanza los $6200 millones de dolares
Los robots de servicio alcanzaron un tamaño de mercado de $11000 millones de dolares. Juntos los robots de servicio e industriales alcanzan cifras superiores a la de la industria del porno
La mayoría de robots comerciales de servicio son:
- Cortacespedes
- Aspiradoras: Los estudios muestran que las personas que son dueñas de una aspiradora robótica Roomba desarrollan vínculos emocionales con ellos y frecuentemente les ponen nombre y limpian el piso antes de usarlo. WTF!
- Robots de sexuales: Un gynoide es un androide femenino y tiene la desafortunada distinción de ser un robot sexual 9 de cada 10 veces. En 2008, Sega introdujo una novia robótica de 40 centímetros. Cuesta $175 dólares, aproximadamente lo que pagarías por un par de citas con una chica real que no es de 40cm. Roxxxy, el robot sexual mas avanzado debutó en 2010 por $9000 dólares. Ella viene con un personalidad “personalizable”
Hay aproximadamente 20000 robots de servicio en la industria de la defensa. Algunos de ellos incluyen pájaros de vigilancia, insectos sigilosos y el desagradable BigDog, un robot de infantería cuadrúpedo que puede cargar hasta 200kg en equipaje.. Los siguientes mas populares son las máquinas para ordeñar vacas.
De 1 millón de robots de servicio que están en uso alrededor del mundo… 1/4 de ellos están en Japón. De hecho Japón espera remplazar 3.5 millones de trabajadores con robots en 2025. Por qué tanto amor a los robots? Baja tasa de natalidad, fuerza de trabajo que envejece y el hecho de que los japoneses aman a los robots. Si no pregúntale a Honda.
Asimo de Honda, es uno de los humanoides mas avanzados jamás construidos. Cuesta casi $1 millón de dolares y es capaz de saludar gente y de avergonzar a sus creadores cayéndose de las escaleras repetidamente
Los coreanos aman a sus robots casi tanto como a Starcraft, acaban de abrir ROBOT LAND. Costó aproximadamente $600 millones construirlo, tiene un acuario robótico lleno con peces que puedes controlar, un estadio de lucha de robots, un Ciber Zoo y una estatua de un robot de 115 metros
Sin embargo en el sur los robots no son tan populares. El comisionado federal de la policía australiana, dice que los crímenes del futuro serán cometidos por robots y cyborgs

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Octavo Congreso Internacional de Mecatrónica, Automatización y Tecnología 6

Fernando — Mon, 29 Mar 2010 18:31:01 +0000

Este año, en Monterrey, Nuevo León, México, el Tecnológico de Monterrey (ITESM) organiza el 8vo Congreso Internacional de Ingeniería Mecatrónica que se realizará del 14 al 17 de Abril de este año.

Se llevarán a cabo varios eventos que giran en 2 categorías principales además de algunas visitas y talleres como el concurso Simul-AT y el Premio A&T para trabajos de investigación.

Conferencias

Se realizarán varias conferencias, con conferencistas de destacados institutos, universidades y empresas.

Flexible 3-D Modeling as a Key Technology for the Breakthrough of Robotics
Fault Tolerance in Automated Systems
Micromechatronics and Bioengineering Applications
DLR Haptic Telepresence Technologies: History and Perspectives
Dados reconfigurables: Actuadores con efecto memoria
Sistemas expertos en la industria del acero
Softening Rehabilitation Robotics: Tremor suppression
Háptica y Teleoperación
Mercedes-Benz-Safety: our way from Passive Safety to the New Passive Safety
Machining with Whisker-reinforced Ceramics
Diseño e implementacion de instalaciones de prueba de sistemas aeronáuticos

Robochallenge

Concurso de Robótica con dos categorías: Basic para Sumobots y Advance para AGVs

Foto: Luis E. Argote B

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Procesamiento de imágenes estéreo

Fernando — Fri, 26 Mar 2010 13:15:59 +0000

Algo que anteriormente había desconsertado a los científicos por un bien tiempo, que que solo recientemente ha sido resuelto, es lo que nos permite ver imágenes en dos dimensiones 2D e interpretarlas en tres dimensiones. Mira a lo que tienes a tu alrededor en este momento y te darás cuenta de que puedes hacer una medida subjetiva bastante precisa de la distancia a la que está cada uno de los objetos que estás viendo. Igualmente pasa cuando ves una fotografía en 2D: puedes calcular con facilidad la distancia a las que las cosas se encuentran entre sí de una manera relativamente precisa y sencilla.

En visión artificial de máquinas, solo recientemente se han desarrollado técnicas que indican la forma en la cual un computador puede lograr algo así. La mayoría de estos algoritmos, lo hacen de la siguiente manera: básicamente un computador guarda un índice enorme de imágenes (1000 por ejemplo), cada una con una serie de datos asociados (entrenados) a ella; luego por medio de un análisis probabilístico, se pueden hacer conexiones con las imágenes futuras que se van a procesar.

A continuación unos ejemplos de como descubrir 3D de 2D

TODAS las líneas que son paralelas en 3D, convergen en 2D. En una foto de unos rieles de tren, puedes ver como las líneas paralelas convergen a un punto? Este es uno de los métodos que usa el cerebro para estimar datos.

El cerebro también usa la relación de los objetos que se encuentran en una composición 2D para estimar escenas tridimiensionales. Aquí hay una foto de un bosque, mirando en donde están localizados los árboles en el suelo, te puedes hacer una idea de que tan lejos están los árboles entre sí. Cuál es el árbol mas cercano al fotógrafo? Por qué? Cómo programas esto en un algoritmo?

Si luego quitamos el suelo de referencia, en qué te confiarías para estimar la distancia entre los árboles? Probablemente el siguiente método sería hacer comparaciones de tamaño. Podrías asumir que los árboles que se encuentran más cerca a la cámara se ven más grandes.

Sin embargo esto no funcionaría si tuvieramos un árbol gigante lejos y uno diminuto bien cerca, puesto que ambos parecerían del mismo tamaño. Así nuestro cerebro de hecho tiene otros métodos como la comparación de detalles (el tamaño de las hojas por ejemplo), matizados y sombras, etc. La imagen de abajo es simplemente un circulo, pero aparenta ser una esfera debido al sombreado. Un algoritmo puede procesar las sombras y luces y convertir imágenes 2D en 3D.

Fotos: kelseykodak(: y Claude@Munich

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Interacción robot – humano, basada en gestos y voz

MESA10 – Conferencia Internacional en Mecatrónica, Sistemas Embebidos y Aplicaciones

Fernando — Wed, 17 Mar 2010 22:31:44 +0000

Uno de los eventos académicos e industriales más importantes relacionados con la Mecatrónica es la Conferencia Internacional en Mecatrónica, Sistémas Embebidos y Aplicaciones de la IEEE y ASME. Para el año 2010 esta se llevará a cabo en Qingdao, ShanDong en China de Julio 15 al 17. Todo mecatrónico que tenga la posibilidad de ir, no debería perderse esta oportunidad!

Qingdao

A continuación la descripción que ellos hacen en su página web:

La Ingeniería mecánica y eléctrica muestran una creciente integración de la mecánica con la electrónica y el procesamiento de la información. Esta integración es entre los componentes (hardware) y de la información impulsado por funciones (software), y da lugar a sistemas integrados, llamados sistemas mecatrónicos. El desarrollo de sistemas mecatrónicos consiste en encontrar un equilibrio óptimo entre la estructura mecánica básica, sensores y actuadores de aplicación, de procesamiento automático de información digital y el control, para lo cual lo sistémas embebidos desempeñan un papel clave. El campo de los sistemas embebidos es cada vez más difícil, y las cuestiones del desarrollo de software embebido están llamando la atención de un número creciente de investigadores tanto en la industria como de la academia. El objetivo de la Sexta IEEE / ASME MESA, MESA’10 es reunir a expertos de los campos de sistemas mecatrónicos e integrados para difundir los avances recientes en el área, discutir las futuras líneas de investigación e intercambiar información y experiencia con respecto a los temas de la conferencia.

Los temas incluidos en el programa son:

Sistemas autónomos e inteligencia del ambiente
Mecatrónica distribuida y autónoma y sistemas embebidos
Bio-Mecatrónica y Bio-Sensores
Sistemas ciber-físicos y sistémas cooperativos
Herramientas de desarrollo, verificación y depuración para sistemas mecatrónicos y embebidos
Visión por computador embebida
Infraestructura y teoría de sistemas embebidos
Sistemas y controles fraccionales de orden dinámico
Diagnóstico y monitoreo en sistemas mecatrónicos
Mecatrónica y sistemas embebidos en la educación
Mecatrónica y sistemas embebidos para sistémas de energía renovable
Control mecatrónico y sistemas eléctricos vehiculares
Robótica y máquinas móviles
Sensores y MEMS
Redes sensoriales y sistémas embebidos en redes
Tecnologías y aplicaciones de vehículos aereos no tripulados pequeños (SUAVTA)

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Fotos de la Exposición Internacional de Robots 2009

Fernando — Tue, 01 Dec 2009 13:05:39 +0000

Vía El Tentáculo Rosa, se han publicado un montón de fotos de la IREX 2009 que se llevó a cabo hasta hace poco en Tokio.

Hay Motomans que bailan, Payasos que hacen ejercicio, montacargas con caras felices, robots que aspiran, limpian y enceran el piso, actores, jugadores de tenis de mesa cachas, recepcionistas y todo a lo que los japos nos tienen acostumbrados:

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El desarrollo del automovil como un sistéma mecatrónico

Fernando — Sun, 18 Oct 2009 16:05:08 +0000

La evolución de la mecatrónica moderna se puede ilustrar con el ejemplo del automóvil. Hásra los 60s, el radio era el único componente con funcionamiento electrónico en el carro. Todas las demás funciones eran enteramente mecánicas o eléctricas. Hoy en día un automóvil convencional tiene de 30-60 microcontroladores, hasta 100 motores eléctricos y 100 kilogramos de cables, una multitud de sensores y miles de líneas de software. Vamos a ver como el carro se convirtió poco a poco en un sistema mecatrónico integral.

La evolución de la mecatrónica moderna se puede ilustrar con el ejemplo del automóvil. Hásra los 60s, el radio era el único componente con funcionamiento electrónico en el carro. Todas las demás funciones eran enteramente mecánicas o eléctricas, como el arrancador del motor y los sistemas de recarga de las baterías. No habían “sistemas inteligentes de seguridad”, en vez de eso se tendía a aumentar el tamaño del parachoques y los elementos estructurales para proteger al conductor y los ocupantes. Los cinturones de seguridad, que se introdujeron a principios de los 1960s eran actuados mecánicamente por completo.

Todos los sistemas de propulsión eran controlados por el conductor u otros sistemas mecánicos. Por ejemplo antes de la introducción de sensores y microcontroladores, se usaba un distribuidor mecánico para seleccionar la bujía específica a encender cuando la mezcla de aire-combustible estaba comprimida. La variable de control era en ese caso el cronometraje del encendido, pero el proceso de combustión controlada mecánicamente no era óptima en términos de eficiencia de consumo de combustible. Un modelamiento del proceso de combustión mostró que para incrementar la eficiencia de consumo, había un tiempo óptimo en el que se debía encender el combustible. El tiempo en específico dependía de la carga, la velocidad y otras cantidades medíbles. El sistema de encendido electrónico fue uno de los primeros sistemas mecatrónicos en introducirse en los carros a finales de los 70s. El sistema de encendido electrónico consiste en un sensor de posición del cigüeñal, un sensor de posición del eje de levas , del flujo de aire, del acelerador, de la tasa de cambio de aceleración, así como un microcontrolador determinando los tiempos de encendido de las bujías. Implementaciones tempranas únicamente involucraban un sensor de efecto Hall para censar la posición del rotor en el distribuidor de forma precisa, aunque posteriormente se suprimió completamente el distribuidor y se controlaban los encendidos directamente usando un microprocesador.

Los sistemas de freno amtibloqueo (ABS) también se introdujeron en los automóviles a finales de los 1970s. El freno ABS funciona censando el posible bloqueo de cualquiera de las ruedas para modular la presión hidraulica necesaria para minimizar o eliminar el deslizamiento de la rueda. El sistema de control de tracción (TCS) se introdujo a mediados de los 90s, funciona sensando el deslizamiento producido durante la aceleración para luego modular la potencia de la rueda que se desliza. Esto hace que el vehiculo se acelere en la mayor cantidad posible dada una superficie o unas condiciones de conducción específicos. El control de estabilidad (ESP o VDC) se introdujo hasta finales de los 90s; funciona de manera similar al TCS con la adición de un sensor de cabeceo y un acelerometro lateral. Se determina la intención del conductor comparando la posición de la rueda dada por la dirección con la dirección real de movimiento. El sistema ESP se activa para controlar la potencia de las ruedas así como también la velocidad del vehículo para minimizar la diferencia entre la dirección de la rueda y la dirección del movimiento del vehículo. En algunos casos el ABS el usado para desacelerar el vehículo para alcanzar el control deseado.

El los carros de hoy en día se usan CPUs de 8, 16 o 32 bits para la implementación de de varios sistemas de control. El microcontrolador tiene memoria integrada (EEPROM/EPROM), entradas análogas y digitales, conversores A/D, PWM (modulación de ancho de pulso), funciones de reloj, contador de eventos, medición de ancho de banda, entradas priorizadas y en algunos casos procesamiento de señales. El procesador de 32 bits se usa para la administración del motor, el control de la transmisión y los airbags; el procesador de 16 bits se usa para los asientos, el control de los espejos y los eleva-vidrios eléctricos. Hoy en día hay entre 30 y 60 microcontroladores en un auto, y se espera que se incremente con el desarrollo de sistemas modulares para poner/quitar de los subsistemas mecatrónicos.

La mecatrónica se ha convertido en una necesidad para la diferenciación de producto en los automóviles. Dado que las bases de los motores de combustión interna ya se trabajaron hace cerca de un siglo, las diferencias en el diseño del motor entre varios carros, ya no son un diferenciador de producto útil. En los 70s, los fabricantes japoneses de carros tuvieron exito al afianzarse en el mercado norteamericano ofreciendo calidad y autos pequeños de consumo eficiente insuperables para la época. La calidad del vehículo fue el diferenciador de producto durante los años 80s. En los 90s los consumidores llegaron a esperar calidad y confiabilidad en los autos de todos los fabricantes. Hoy en día las características mecatrónicas se han convertido en el diferenciador de producto en esos sistemas que tradicionalmente eran solo mecánicos. Estos avances que se han acelerado gracias a la disminución del costo de los componentes electrónicos, han hecho que el mercado demande de productos innovadores simples y pequeños, a la vez que las empresas buscan reducir los costos de manufactura de los productos existentes por medio de la incorporación de elementos mecatrónicos. Con ratas de crecimiento cercanas al 5%, los fabricantes de autos seguirán buscando características de alta tecnología que diferencien sus vehículos de otros. En el mundo el mercado de partes automotrices electrónicas en el 2005 fue de 36 mil millones de dolares y se espera que para el 2010 sea de 50 mil millones de dolares.

Nuevas aplicaciones de sistemas mecatrónicos en el mundo automotriz, incluyen autos autónomos o semi-autónomos, mejoras de la seguridad, reducción de emisiones y otras características como conducción asistida inteligente, así como frenos cableados que eliminen la hidráulica. Otra área de crecimiento significativo que se podría beneficiar de la aproximación de diseño mecatrónico son las redes inalambricas de vehículo a vehículo y del vehículo a estaciones en tierra. Tal vez la mayor área de crecimiento potencial de la mecatrónica en los automoviles se encuentre en telemática que combine audio, comunicación celular, navegación, conectividad a Internet, e-mail, reconocimiento de voz.

Los sistemas microelectromecánicos (MEMS) son una tecnología que permite el desarrollo de sensores y actuadores eficientes y económicos para aplicaciones mecatrónicas. En la actualidad varios dispositivos MEMS se usan en los autos, incluyendo sensores y actuadores para el despliege de los airbags y sensores de presión para varias mediciones de presión. Integrando los dispositivos MEMS con circuitos acondicionadores de señal CMOS en el mismo chip de silicona es otro ejemplo del desarrollo de tecnologías que mejoran los productos mecatrónicos, como el carro.

Las escáneres de onda milimétrica (cómo los que usan en los Aeropuertos) también han encontrado aplicaciones en los autos en tiempos recientes. El radar de ondas milimétricas (o de frecuencias extremadamente altas) detecta la posición de objetos (otros vehículos) en el ambiente, la distancia al obstáculo y la velocidad del mismo en tiempo real. Esta tecnología provee la capacidad de controlar la distancia entre el vehículo y el obstáculo (que puede ser otro carro) integrando el control con el control de velocidad y los sistemas ABS. El conductor es capaz en ese escenario de establecer la velocidad y la distancia deseada entre los carros adelante de el.

Una extensión lógica de la capacidad de evasión de obstáculos es la conducción semi-autónoma a bajas velocidades en las cuales el vehículo mantiene una distancia constante del vehículo que le precede en trancones y embotellamientos. Muy probablemente dentro de 20 años los autos completamente autónomos serán el centro de las innovaciones mecatrónicas (desde ya podemos ver el DARPA Grand Challenge), de hecho ya hay investigaciones en curso en muchos centros de investigación referentes a carros semi-autónomos con planeación de ruta predictiva usando actualizaciones de modelos de trafico basados en GPS. Un sistema de sensado y control propuesto para esos vehículos involucra sistemas de posicionamiento global diferencial (DGPS), procesamiento de imágenes en tiempo real y planeación de ruta dinámica.

Los sistemas mecatrónicos futuros en los autos probablemente incluirán parabrisas que no se empañen que se basen en sensado de humedad y temperatura y control de ambiente, auto parqueo paralelo y ayudas para parqueo en transversal, asistencia de cambio de carril, frenos electrónicos que no necesiten fluidos, remplazo de los sistemas hidráulicos por servo sistemas, etc. A medida que la cantidad de automóviles en el mundo aumenta, es inevitable que los estándares de emisión se vuelvan mas estrictos; los productos mecatrónicos ayudarán con toda probabilidad a alcanzar los desafíos en control de emisiones, reduciendo las emisiones de CO, NO y HC e incrementando la eficiencia del carro.

Claramente un automobil con 30-60 microcontroladores, hasta 100 motores eléctricos, aproximadamente 100 Kg de cableado, una multitud de sensores, y miles de líneas de código no puede clasificarse como un sistema estrictamente mecánico. El auto se está transformando en un sistema mecatrónico rotundo!

Texto basado en la traducción de What is Mechatronics? de Mechatronics Handbook de Robert Bishop y M. K. Ramasubramanian

Imágenes de Martien@Arnhem y martyz

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I Torneo Nacional de Robotica SENA – Regional Boyaca / Colombia

Fernando — Wed, 14 Oct 2009 22:36:55 +0000

Del 17 al 19 de Noviembre se llevará a cabo en Sogamoso, Boyacá, Colombia, se llevará a cabo el Primer Torneo Nacional de Robotica SENA de la Regional Boyaca. Los organizadores del evento son del Centro Industrial de Mantenimiento y Manufactura del SENA dentro del marco de la Primera Expoferia de Inovación y Tecnología Industrial.

Habrán inscripciones hasta el 10 de Noviembre, así que tienen tiempo para acabar sus robots o mejorarlos si ya tienen uno en las categorías de Velocista seguidor de línea y Mini-sumo.

Si les interesa no duden en visitar la web del evento en donde encontrarán muchos mas detalles, o pueden escribir al correo electrónico torneoboyaca@misena.edu.co .

Si tienen algún evento en el Instituto u Organización a la que pertenecen y tiene que ver con la mecatrónica no duden en contactarme para publicar el evento en mecatrónica portal.

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Perspectiva histórica de la mecatrónica

Fernando — Sun, 04 Oct 2009 00:41:57 +0000

Los intentos de construir sistemas mecánicos automáticos tienen una historia interesante. De hecho el termino “automatización” no se hizo popular hasta los 40s cuando fue acuñado por la Ford Motor Company para denominar al proceso por el cual una máquina transfería una parte parcialmente ensamblada de una estación a otra y luego la posicionaba de forma precisa para continuar con las operaciones de ensamble. Pero antes de eso, el desarrollo exitoso de sistemas mecánicos autónomos ya había sucedido. Por ejemplo, en Grecia entre el 300 al 1 A.C. ya habían aparecido aplicaciones primitivas de control automático, como el desarrollo de mecanismos de regulación con flotador.

Dos ejemplos importantes incluyen el reloj de agua de Ctesbios que usaba un regulador de flotador y la lampara de aceite ingeniada por Philon, que también usaba un flotador regulador de nivel para mantener constante el nivel de aceite combustible. Posteriormente en el siglo primero, Heron de Alejandría publicó un libro titulado Pneumática que describía los diferentes tipos de mecanismos de nivel de agua que usaban reguladores de flotador.

En Europa y Rusia, durante los siglos diecisiete y diecinueve, se inventaron muchos dispositivos importantes que eventualmente contribuyeron a la mecatrónica. Cornelis Drebbel (1572-1633) de Holanda diseño un regulador de temperatura, lo que representó uno de los primeros sistemas con retroalimentación de la era. Subsecuentemente, Dennis Papin (1647-1712) inventó un regulador de presión de seguridad para calderas de vapor en 1681, similar a las válvulas de las ollas a presión de hoy en día. La primera máquina calculadora fue inventada por pascal en 1642.

Posteriores avances en la automatización fueron posibles gracias a avances en teoría de control que se remontan al regulador centrífugo de Watt en 1769. Este regulador centrífugo, que se muestra en la siguiente figura se usaba para controlar la velocidad de un motor de vapor que empleaba una medida de la velocidad del eje de salida y usaba el movimiento de las esferas volantes para controlar una válvula de tal forma que la cantidad de vapor que entra al motor está regulada. Este es un ejemplo de sistema de control con retroalimentación en el que la señal de medida y la actuación de control están completamente acopladas con hardware mecánico.

Estos desarrollos automatizados tempranos fueron logrados gracias a la intuición, la aplicación de habilidades prácticas y persistencia, pero el siguiente paso en la evolución de la automatización requirió de una teoría de control automático. El precursor de las máquinas de control numérico (CNC) para manufactura automatizada (que se desarrollarían en los 50s y 60s en el MIT) aparecieron a principios de los 1800s con la invención del control feed-forward (o proalimentación) de telares de tejido por parte de Joseph Jaquard de Francia. A finales de los 1800s, la materia, ahora conocida como teoría de control, fué iniciada por J.C. Maxwell por medio del análisis del conjunto de ecuaciones diferenciales que describen las esferas volantes del regulador centrífugo, con el ánimo de investigar el efecto que los varios parámetros del sistema tenían en el funcionamiento del mismo.

Aproximadamente al mismo tiempo, Vyshnegradskii formuló una teoría matemática de los controladores. En los 1830s Michael Faraday describió la ley de la inducción que se convertiría en la base del motor eléctrico y el dínamo eléctrico. Posteriormente, a finales de los 1880s, Nikola Tesla inventó el motor de inducción de corriente alterna. Las idea básica de controlar automáticamente un sistema mecánico se estableció firmemente para finales del siglo XIX y la evolución de la automatización se aceleró significativamente durante el siglo XX.

El desarrollo de elementos de control neumático en los años 30s evolucionó a un punto en el que se le encontraron aplicaciones en los procesos industriales. Sin embargo antes de 1940 el diseño de sistemas de control continuó siendo un arte caracterizado por métodos de prueba y error. Durante los 40s continuaron los avances en métodos matemáticos y analíticos hicieron que la ingeniería de control se estableciera como una disciplina independiente de la ingeniería. En los Estados Unidos, el desarrollo del teléfono y de amplificadores electrónicos retroalimentados incentivaron el uso de la retrolaimentación por Bode, Nyquist y Black de los laboratorios Bell. La operación de los amplificadores de realimentación se describió en el dominio de la frecuencia y las técnicas de análisis y diseño se conocen ahora como “control clásico”. Durante el mismo periodo, la teoría de control se iba desarrollando en Rusia y Europa del Este, en donde matemáticos y mecánicos aplicados de la ex-Union Soviética dominaron el campo de los controladores y se concentraron en formulaciones en el dominio del tiempo y modelos en ecuaciones diferenciales de los sistémas. En los 60s como continuación del desarrollo de las representaciones basadas en el dominio del tiempo, apareció la formulación en variables de estado conduciendo a las prácticas de análisis que hoy se conocen generalmente como “control moderno”.

Los esfuerzos que se dieron en la Segunda Guerra Mundial condujeron al desarrollo de más avances en la teoría y práctica del control automático y pusieron en marcha proyectos de pilotos automáticos, sistemas de posicionamiento, sistemas de control de antenas de radar y otros sistemas militares. La complejidad y el rendimiento esperado de estos sistemas militares requirieron una extensión de las técnicas de control disponibles y fomentaron el interés en los sistemas de control y en el desarrollo de nuevas ideas y métodos. Con el uso en aumento de la transformada de Laplace y el uso de los métodos en el plano, así como el diseño de sistemas de control usando Root Locus, las técnicas en el dominio de la frecuencia continuaron dominando el campo tras la Segunda Guerra Mundial.

Del lado comercial, la automatización de los procesos de producción fue una prioridad a comienzos de la década de los 40 debido a que se quería una reducción de los costos de manufactura por medio de la producción en masa. Durante los 50s, la invención de la leva, los mecanismos de eslabón y la transmisión de potencia por cadenas fueron las principales tecnologías que permitieron la invención de nuevos productos y de manufactura y ensamble de alta precisión a alta velocidad; como ejemplos podemos encontrar máquinas para textiles, máquinas de impresión, máquinas de conversión de papel y maquinaria de costura, automáticas y sustancialmente mas complejas que sus predecesoras.

El desarrollo del microprocesador a finales de los 60s condujo a formas primitivas de control por computador en procesos y diseño de productos, como ejemplos se pueden encontrar las máquinas de control numérico (CNC) y sistemas de control aeronáutico. A pesar de eso los procesos de manufactura seguían siendo enteramente mecánicos en su naturaleza y los sistemas de control y automatización fueron implementados a posteriori. El lanzamiento de Sputink y la llegada de la era espacial produjo otro ímpetu al desarrollo continuado de sistemas mecánicos controlados. Los misiles y las exploraciones espaciales requirieron el desarrollo de sistemas de control complejos y altamente precisos. Adicionalmente la necesidad de disminuir la masa de los satélites (esto significa minimizar la cantidad de combustible necesario para la misión) a la vez que se facilitaba un control exacto, fomentó avances en importante campo del control optimo. Métodos de dominio en el tiempo desarrollados por Liapunov, Minorsky y otros, así como las teorías de control óptimo desarrollados por L.S. Pontryagin en la ex-Unién Soviética y R. Bellman en los Estados Unidos, hicieron buena pareja con la creciente disponibilidad de computadores de alta velocidad y nuevos lenguajes de programación para el uso científico.

Avances en semiconductores y manufactura de circuitos integrados condujeron al desarrollo de una nueva clase de productos que incorporaba mecánica y electrónica en el sistema y requería de ambos para su funcionamiento. El término mecatrónica fue introducido por Yasakawa Electric en 1969 para representar a esos sistemas. Yasakawa se reservó los derechos del nombre en 1972, pero tras su amplia generalización liberó sus derechos en 1982. Inicialmente la mecatrónica se refería a sistemas con únicamente componentes mecánicos y electrónicos – no había computación involucrada. Ejemplos de esos sistemas incluyen a las puertas eléctricas, las máquinas expendedoras y las puertas automáticas de garaje.

A finales de los 70s, la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Industria de Maquinaria (JSPMI) clasificó los productos mecatrónicos en 4 categorías:

Clase I: Primariamente productos mecánicos con electrónica incorporada para mejorar la funcionalidad. Ejemplos incluyen las máquinas de control numérico (CNC) y motores de velocidad variable en máquinas de manufactura
Clase II: Sistemas mecánicos tradicionales con una cantidad significativa de dispositivos que incorporan electrónica. Las interfaces de usuario externas permanecen inalteradas. Ejemplos incluyen las máquinas de coser modernas y los sistemas de manufactura automática.
Clase III: Sistemas que mantienen la funcionalidad de los sistemas mecánicos tradicionales, pero los mecanismos internos son remplazados por electrónica. Un ejemplo es el reloj de pulsera digital.
Clase IV: Productos diseñados con tecnologías mecánicas y electrónicas por medio de la integración sinergica. Ejemplos incluyen las fotocopiadoras, las lavadoras y secadoras inteligentes, las arroceras y los hornos automáticos.

Las tecnologías que hacen posible cada producto mecatrónico ilustra el progreso a pasos agigantados de los productos electromecánicos con los desarrollos de las teorías de control, las tecnologías de la computación y los microprocesadores. Los productos de la Clase I fueron posibles gracias a los servomecanismos, la electrónica de potencia y la teoría de control. Los productos Clase II fueron posibles gracias a la disponibilidad temprana de dispositivos computacionales y de memoria y a la capacidad de diseño de circuitos a la medida. Los productos Clase III se basaron fuertemente en el microprocesador y los circuitos integrados para remplazar a los sistemas mecánicos. Finalmente, los productos Clase IV marcaron el comienzo de los verdaderos productos mecatrónicos por medio de la integración de los sistemas mecánicos y electrónicos; no fue sino hasta los 70s con el desarrollo del microprocesador por Intel Corporation que la integración de los sistemas computacionales con los sistémas mecánicos se hizo práctica.

La división entre el control clásico y el control moderno se redujo significativamente en los 80s con la llegada de la teoría de “control robusto”. Ahora se acepta con generalidad que la ingeniería de control debe considerar tanto los enfoques de dominio en el tiempo como de dominio en la frecuencia simultaneamente en el análisis y diseño de sistemas de control. También fue en los 80s en los que el uso de los computadores como componentes integrales de los sistemas de control se convirtió en rutina; literalmente cientos de miles de computadores de control instalados en el mundo entero.

Cualquiera que sea la definición de mecatrónica que uno escoja o adopte, es evidente que la mecatrónica moderna involucra la computación como elemento central. De hecho, la incorporación del microprocesador para modular la potencia mecánica de forma precisa y para adaptarse a los cambios del ambiente, es la esencia de los productos mecatrónicos modernos.

Texto basado en la traducción de What is Mechatronics? de Mechatronics Handbook de Robert Bishop y M. K. Ramasubramanian

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Concurso de Robótica Móvil UNROBOT 2009

Fernando — Tue, 29 Sep 2009 15:31:57 +0000

El Comité de Estudiantes de Ingeniería Mecatrónica de la Universidad Nacional de Colombia me ha pedido el favor que divulgue en esta página el concurso de robótica que se realizará en la UNAL durante la segunda semana de Noviembre.

Pueden encontrar mayor información sobre las categorías, la premiación, las inscripciones… en el sitio web del evento en UNROBOT 2009.

Mucha suerte a todos los participantes!