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Reseña Concurso nacional de Mini robótica

Iddar — Fri, 14 May 2010 00:43:45 +0000

No pudimos dejar pasar la ocasión y nos lanzamos de viaje hasta la ciudad de San Juan del Rio, Querétaro disfrutamos de dos días llenos de emoción en compañía de los concursantes de las diversas categorías. Este año se abrieron las categorías de Seguidores de líneas (Persecución), Brazo posicionador, Zumo, Polo acuático, Carrera de ineptos y como ya es costumbre espacio para los atrevidos en el área de exhibición.

En el evento se conto con una gran participación alumnos de un sinfín de universidades dentro y fuera de la república se dieron cita para competir por los primeros lugares.

Antes de pasar a la parte de más interesante del evento hablemos un poco de lo que rodea al concurso. Dentro del campus no todo son competencias, la escuela sede organiza un ciclo de talleres y conferencias, también hay espacio para los fabricantes en la zona de stands puedes charlar con los representantes de conocidas marcas y porque no armarte de refracciones para tu próximo proyecto.

Pero bueno vallamos a lo más interesante que es la parte de las competencias, por bien o por mal son muchas las competencias simultaneas por lo cual no fue posible cubrir todas al 100% sin embargo esperamos que el material que recolectamos sirva para que te llenar de entusiasmo y por qué verte concursando el próximo año.

Empecemos mojándonos un poco con la categoría de polo acuático en la cual se disfruto de un sinnúmero de diseños algunos rápidos otros con un control increíble, algunos más con un estilo único aunque en ciertos casos deficientes. En esta categoría la clave muchas beses es el control y habilidad por parte del conductor de las lanchas.

Pasando al lado de los diseños mecánicos tenemos a la competencia de brazo posicionado, donde los concursantes demuestran sus dotes en el diseño, nos impresionan con unos magníficos diseños, pero sobretodo con la velocidad y precisión al manipular las piezas.

Siguiendo con la emoción tenemos las batallas de Zumo en las que los exiticos diseños roban miradas y que al mismo tiempo asen dudar sobre sus capacidades para vencer al contrincante.

También conto con un espacio para los insectos los cuales encima de sus numerosas patas tendrían que vencer en velocidad a sus iguales.

Terminamos con la que para muchos es segura mente la más divertida las carreras de persecución donde los carritos seguidores de línea deben demostrar destreza, estabilidad en las curvar y su increíble velocidad.

Por desgracia no logre recolectar las pociones finales para todas las categorías. Pero en lo que respecta carrera de persecución en tercer lugar tenemos a los locales (Universidad Tecnológica de San Juan del Rio) segundo lugar el IPN y primer lugar .

Disfruta de todas las fotos del evento en este enlace http://picasaweb.google.com/iddar.olivares.servicios/ConcursoNacionalDeMinirobotica

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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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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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Desafios del diseño mecatrónico

Fernando — Wed, 13 May 2009 15:11:22 +0000

Michelle Bouncher, analista de Aberden Gropu Analyst cita los diseño en una entrevista para Howard Baldwin de Mehcatronics Zone.

Hay una diferencia enorme entre lo que los fabricantes piensan de cómo de bien funcionan sus productos con otros productos y lo que los usuarios opinan acerca del mismo asunto. Mientras algunos expertos admiten que el diseño mecatrónico es mucho más sencillo que aquel con el que están más familiarizados, aún así hay interrogantes acerca de la facilidad con la cual los datos pueden consolidarse, convertirse e integrarse a lo largo de la cadena que va entre el diseño, el modelado y la simulación.

En su reporte del año pasado sobre el diseño de sistemas mecatrónicos, Michelle Boucher de Aberden Group Research, escribió acerca de los desafíos que enfrentan las empresas de manufactura, como calendarios de desarrollo de producto más cortos, incremento de las soluciones a la medida y presupuestos de desarrollo reducidos. Pero incluso más apremiante, serían probablemente los desafíos del desarrollo mecatrónico en sí mismo: “El coordinar el disparate de las disciplinas de ingeniería en un único diseño, plantea un conjunto de desafíos demandantes a superar por la industria manufacturera”. El qué tan bien se ocupen las empresas con los desafíos de diseño, afecta directamente su habilidad para abordar los desafíos comerciales.

Por qué piensas que el desarrollo mecatrónico es un tema popular en estos días?

Los productos están creciendo en complejidad. Una de las formas en las que las empresas diferencian sus productos es embebiendo más inteligencia en ellos. Obviamente, la mecatrónica lleva en la industria un bien tiempo, pero se esta volviendo más importante para todas las empresas, pero en especial aquellas compañías que compiten globalmente.

Qué tipos de desafíos se están encontrando los diseñadores mecatrónicos en estos días?

Esa es una pregunta interesante, porque está relacionada con lo que nosotros determinamos en nuestros estudios como el desafío de diseño número uno: superar las barreras de comunicación y la carencia de conocimiento inter-disciplinario e inter-funcional. Esto fué mencionado por la mitad de los ingenieros que encuestamos. Tu tienes ingenieros en disciplinas específicas con conjuntos de herramientas específicas que conocen muy bien, pero algunas de esas herramientas no trabajan juntas. El desafío número cinco de la lista, mencionado por el 28% de los ingenieros encuestados, fue la dificultad de implementar una solución integral de desarrollo de producto para todas las disciplinas involucradas en el desarrollo del producto mecatrónico. El gran desafío es identificar los problemas con suficiente anticipación en el ciclo del producto para arreglarlo.

Qué dices acerca de obtener información de un formato de un paquete de software a otro?

Definitivamente hay problemas de capacidades cuando se trata de enfrentarse con diferentes formatos. Es complicado por el hecho que los ingenieros están familiarizados con un conjunto de herramientas en particular que fue desarrollado con cierta aplicación de diseño en mente. Pero estas herramientas no incorporan mecatrónica o se acomodan a otros formatos

Hay algún estándar industrial que se este implementando?

No he visto ningún estándar industrial y tampoco hemos explorado si alguno es susceptible de implementarse. MathWorks y National Instruments (con una gama de soluciones en torno a MatLab y a LabView respectivamente) son las dos empresas que se mencionan mas comunmente cuando se trata de suministrar interfaces.

Hay empresas que estén haciendo más fácil la colaboración?

Si, algunas personas están tomando ventaja de la integración entre herramientas MCAD (CAD Mecánico) y ECAD (CAD Electrónico). Algo de esto esta viniendo de los vendedores de herramientas de visualización CAD, que son capaces de leer tanto datos de MCAD como de ECAD.

Donde vamos a ver la mayor innovación en el desarrollo mecatrónico?

Eso será en la tecnología en la cual las compañias estan poniendo en funcionamiento para simular un sistema integrado completo. Esa área de la industria crecerá y continuará para hacerse mas potente. Cuando diseñas con herramientas CAD, quieres asegurarte que todo encaha correctamente. Con las herramientas eléctricas te preocupas más por que la lógica funcione correczamente. El software también gira alrededor de la lógica, asegurandote que el programa va a hacer exactamente lo que quieres que haga. Pero estas tres cosas son esencialmente muy diferentes, de tal forma que el proceso que junte estos paquetes y los haga funcionar como un sistema tiene que ser muy potente y ahí es donde la simulación hace su entrada.

Las empresas se están convirtiendo a herramientas de simulación que validan si el producto va a funcionar. La otra cosa que encontramos que estaban haciendo, era que estaban usando herramientas de ingeniería para identificar como se vería el sistema de forma anticipada. Usando diagramas de bloque embeben requerimientos para servir como lineas directivas. Por ejemplo para el componente de software, embebían detalles de la implementación de software y luego generan el código automáticamente, basado en la lógica que se definió.

La habilidad para administrar esas interfaces será una característica de las empresas “mejores en su clase”. Vamos a ver vendedores tratando de ayudar a las empresas a manejar esta necesidad – asegurándose que el producto funciona como se pretende y suministrando herramientas para superar las barreraas del conocimiento.

Qué otros desafíos se pueden presentar en el diseño meactrónico y en general en el desarrollo profesional de un ingeniero mecatrónico?

Vía: Mechatronics-Zone

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Ramas y oportunidades de empleo en mecatrónica

Fernando — Mon, 11 May 2009 13:42:20 +0000

Muchos se preguntan, cuáles son los empleos específicos que se pueden conseguir en ciertas ramas de la mecatrónica? Sin embargo la oferta es tan amplia que los límites están tan solo en los gustos propios.

La mecatrónica no esta restringida a solo ramas dentro de la ingeniería, en vez de eso la mecatrónica tiene influencias en prácticamente todas las ramas de la ciencia y la industria.

Por lo general en aplicaciones complejas, nosotros los ingenieros mecatrónicos usamos nuestra perspectiva general y nuestra compresión de los sistemas para colaborar con especialistas de la ingeniería mecánica, la electrónica y la informática. Al contrario que esos especialistas, los mecatrónicos somos vistos como personas que pueden plantear estrategias y coordinar proyectos y problemas desde una perspectiva interdisciplinaria.

Ramas de la mecatrónica

Se pueden distinguir tres ramas principales de la mecatrónica:

Los sistemas mecatrónicos (ingeniería de control y simulación, máquinas y dispositivos, robótica, sistemas de movimiento, sensores y actuadores, medición e instrumentación y visión de máquinas).
La Micro-mecatrónica y la Nano-mecatrónica (Ingeniería de microsistemas, microinegeniería, metrología de microsistemas)
La Bio-mecatrónica (robótica, biosistemas, bioactuadores, control y diseno y sistemas de control automáticos).

Oportunidades de empleo

Los ingenieros mecatrónicos trabajamos en TODAS las ramas de la mecánica, las ingenierías de plantas e industriales, como también en la electricidad y la electrónica. Los mecatrónicos somos solicitados por empresas que trabajan con la industria automotríz, la aeroespacial, en la automatización, la robótica, los microsistemas y inegeniería de precisión, los medios impresos, la industria de audio y video, así como también en empresas que trabajen en aplicaciones de ingeniería médica.La mecatrónica es por ejemplo actualmente apliamente aplicada en campos como el control de robots basado en sensores, herramientas de máquinas auto ajustables, dispositivos medicos micromecánicos y sistemas de chasis activo para autos.

En todos estos campos los ingenieros mecatrónoicos comúnmente tenemos la responsabilidad en la investigación y desarrollo, en el diseño técnico, en el ensamblaje, en la manufactura, en la producción, en el mantenimiento, en la planeación de sistemas, en la planeación de proyectos, en la programación de operaciones, en la aseguración de la calidad, o incluso si es de nuestro agrado en ventas, marketing, servicio al cliente, asesorias, consultorias y otras actividades de servicios.

Incluso conozco mecatrónicos que encuentran trabajos en asociaciones de negocios o industriales, en empleos públicos, enseñando e investigando, o en oficinas de planeación o ingeniería

En conclusión el campo de aplicación de la mecatrónica es tan amplio que puedes trabajar en una gran cantidad de puestos, simplemente mira que es lo que más te gusta y esfuerzate por conseguirlo!

Conoces otros empleos de mecatrónicos o ramas de la mecatrónica? Tienes dudas? Comparte tus experiencias en los comentarios.

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La flexibilidad es el foco: Control integrado, flexibilidad e intercomunicación, la tendencia en controladores de máquinas

Fernando — Wed, 29 Apr 2009 14:00:24 +0000

Las empresas de hoy en día necesitan soluciones rápidas y confiables, pero más importante aún, soluciones escalables y flexibles que les permitan acomodarse a las necesidades fluctuantes del mercado.

Cuál es la tendencia predominante en cuanto a controladores de movimiento y automatización?

Las tendencias en cuanto a controladores están dictadas por las necesidades del mercado para mejorar el rendimiento y la flexibilidad de la maquinaria automatizada. Sin importar si es un OEM (Original Equipment Manufacturer, son las empresas que producen sus productos utilizando componentes de otras empresas y luego vendiéndolas a su nombre) o una empresa de manufactura, ambos están buscando una mayor productividad, rendimiento y rentabilidad. Esto está conduciendo el mercado a un uso mayor de conrol electrónico de movimiento, remplazando los sistemas mecánicos, hidráulicos y neumáticos con sistemas que pueden reconfigurase “instantáneamente” para fabricar múltiples productos en la misma línea.

Para reconfigurar una máquina los ingenieros están usando simplemente reconfiguraciones en el software y en la electrónica en vez de ajustes mecánicos, algo que es cada vez menos aceptable, aunque aún aplicable. El desafío es cómo reconfigurar las líneas de producción flexiblemente, tanto so se hace a través de la modularidad, la escalabilidad o la configuración de software. El objetivo es simplemente una operación más rápida, y mejorar la precisión del movimiento para de esta manera mejorar la calidad del producto.

Cuáles son las consideraciones que influyen en la escogencia de plataformas de control?

Una mayor integración entre los controladores de movimiento y los controladores del proceso de la máquina – como PLCs o PCs – es de vital importancia. En el pasado cuando la tendencia era usar controladores separados para diferentes funciones, había la necesidad de coordinar todos los controladores, esto era una sobrecarga para los ingenieros de control, que necesitaban coordinar a dos programas separados, uno que controla el movimiento y otro que hace prácticamente todo el control lógico de la máquina.

Cuando se hace el control de la máquina completa en un único conjunto de hardware y en un ambiente unificado de software, las cosas se hacen más sencillas. Ahí no ha necesidad de que haya handshaking (el proceso por el cual dos dispositivos inician comunicación o se traspasan información entre ellos) entre los programas de control para manejar la lógica de sincronización.

Puedes embeber una pantalla de control para la interface con el operario que use las mismas etiquetas y nombres de variable que el resto del control de la máquina. Además el entorno de programación puede estar conforme a estándares globales, lo que es importante para el usuario final o cliente que que desea portabilidad en el código.

Cómo se ajustan los controladores programables de automatización en las tendencias actuales?

Los PACs o Programmable Automation Controllers por sus siglas en inglés, les dan a las compañías la opción de tener una única plataforma que puede prestar servicios a una gran cantidad de diferentes tipos de máquinas y requerimientos del mercado. Tanto si la necesidad es un control para la máquina tipo PLC con o sin control de movimiento, como si la necesidad es la automatización de un proceso o la adquisición de datos para la administración de reportes, los PACs ofrecen una alternativa para lograr todo eso con un único ambiente de desarrollo de software. La tendencia continua de una plataforma consolidada de hardware/software hace la integración de los sistemas de la máquina mucho mas fácil desde el punto de vista de la implementación en y desde la perspectiva de la ingeniería de desarrollo.

Qué tecnologías están liderando el camino para desarrollos futuros de controladores?

Mayores niveles de conectividad y el mayor uso de Ethernet y protocolos de automatización sobre capas de Ethernet continuará siendo el foco. En el pasado, habían muchas capas en la arquitectura de la red, pero ahora los ingenieros están usando más las variaciones de Ethernet y sus plataformas de hardware, porque son baratas y ubicuas. Con protocolos sobre Ethernet, las soluciones son más fáciles de implementar, porque es más sencillo hacer los enlaces entre las soluciones, lo que siempre ha sido un desafío, especialmente si el objetivo es implementar soluciones de hardware de diferentes fabricantes.

Qué objetivos globales están impulsando estos desarrollos?

Hay un desafío hacia la escalabilidad de las soluciones y con enfoque en el dimensionamiento, el precio y el rendimiento de los controladores. Aquello de la “talla-única”, es decir un controlador para todas las aplicaciones se esta volviendo con el tiempo más raro, a medida que el mundo se vuelve cada vez más competitivo y global. Los vendedores deben suministrar soluciones que que sean acordes con el rendimiento requerido para la aplicación al menor precio posible. El objetivo supremo es la escalabilidad desde los controladores de más alto nivel, hasta los controladores de medio nivel o bajo nivel, al tiempo que se intenta mantener el rendimiento y mantener todo bajo un mismo entorno de desarrollo de software.

Has trabajado en automatización o control de procesos?, cuentanos tus experiencias en los comentarios.

Vía: Design News

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Caudalímetros electromagnéticos

Fernando — Thu, 23 Apr 2009 23:00:19 +0000

Desde 1970 cuando se inventó el caudalímetro de turbina estilo Woltman, los profesionales de la automatización han estado buscando el caudalímetro que trabaje en todas las aplicaciones. Desafortunadamente, hay 12 tecnologías de uso común para medición de caudal por una buena razón. No hay una tecnología que trabaje bien, o incluso aceptablemente en todas las aplicaciones.

Una de las tecnologías basadas en flujo más ampliamente extendida, que trabaja en la mayoría de las aplicaciones, en la mayoría de industrias y con una precisión incluso superior a los caudalímetros de diferencial de presión es el caudalímetro electromagnético. De acuerdo a Jese Yoder de Flow Research, el mercado mundial de caudalímetros o medidores de flujo es aproximadamente de US $4.700 millones, y los caudalímetros magnéticos hacen menos del 20% de ese total. Los medidores magnéticos de flujo son usados verticalmente en muchas industrias: la del agua, la de alcantarillado o aguas residuales, minería, alimenticia, y farmacéutica. Los medidores magnéticos están diseñados para manejar prácticamente todos los químicos y mezclas basadas en agua y están equipados con recubrimientos resistentes a la abrasión y a la corrosión, incluso hay diseños con el sistema de limpieza en el sitio (CIP) para alicaciones sanitarias.

Los caudalímetros magnéticos también ostentan el mas amplio rango de tamaño de todos las tecnologías de caudalímetros ya que pueden escalarse teoréticamente casi infinitamente. El primero uso para esta tecnología fue en las enormes compuestas del Zuieder Zee (o Mar del Sur) en los Países Bajos en los años 50s. Típicamente los vendedores ofrecen un rango de tamaño desde 12mm hasta 1 metro, aunque hay varios fabricantes que ofrecen tamaños extendidos de hasta 3 metros como también más pequeños que 12mm. La razón por la que es posible escalar tanto estos caudalímetros está directamente relacionada con la tecnología de medición que usan

Cómo funciona un caudalímetro magnético?

En 1832, Faraday formuló la ley de la inducción electromagnética que lleva su nombre. Como se usan en un caudalímetro electromagnético, las bobinas se colocan paralelas al flujo del fluido a ángulos rectos de un conjunto de electrodos a los lados del tubo, generando así un campo magnético. Ni el tubo en si mismo, ni el revestimiento deben estar hechos de materiales magnéticos, sino que se usan materiales como plástico, cauchos o Teflón. Cuando el fluido (que debe ser conductivo y estar libre de vacíos) pasa a través de las bobinas, se induce un pequeño voltaje en los electrodos que es proporcional al cambio del campo magnético. Por la ley de Faraday, este cambio es la sima de todos los vectores de velocidad que tienen un efecto en el campo magnético.

Los caudalímetros magnéticos modernos operan sobre el principio de un campo DC switcheado, para que no pueda inducirse ruido de interferencia electromagnética (EMI) o eléctrico del fluido. Los caudalímetros siguen un régimen de apagado del campo magnético midiendo el voltaje que continua induciéndose en los electrodos, luego encienden de nuevo el campo, miden el voltaje y lo restan del voltaje medido cuando estaba apagado. Haciendo esto varias veces por segundo, se reduce el ruido a prácticamente cero.

Lo que esto significa para profesionales de la automatización es que el voltaje inducido en los electrodos es directamente proporcional a la velocidad promedio del fluido dentro del tubo, y es por consiguiente significativamente más preciso que cualquier otro medidor de caudal basado en velocidad que solo “mira” y mide puntualmente o linealmente. De hecho, los caudalímetros magnéticos se consideran por lo general los caudalímetros de amplia aplicación con mayor precisión.

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La exactitud de los caudalímetros magnéticos es notable, se acercan incluso a la exactitud y precisión de los caudalímetros de desplazamiento positivo. Se usan frecuentemente para custodia de transferencia (cuando se vende el fluido, se mide el caudal a la salida del proveedor y a la entrada del cliente para detectar posibles fraudes en el transporte) cuando el flujo es relativamente de larga duración. La precisión típica de un caudalímetro magnético es de 0.5% medido en velocidades de 0.1 a 10m por segundo. Algunos fabricantes incluso indican precisiones mayores para algún rango específico de flujo de hasta 0.1%.

Dónde no funcionan los caudalímetros electromagnéticos?

Los caudalímetros magnéticos tienen un campo de aplicación tan amplio que es más fácil decir para que aplicaciones no son buenos que para cuales si lo son.

No trabajan adecuadamente cuando el tubo no está lleno (con excepción de algunas versiones diseñadas específicamente para esta aplicación). Si el tubo no está lleno, va a haber un error significante. Uno de los errores en la aplicación que se cometen con más frecuencia es el usarlos en una línea impulsada por la gravedad o que descarga líquidos a la atmósfera o en algún tanque. Frecuentemente con flujos muy bajos el tubo no está realmente lleno, y el caudalímetro mide erróneamente.

Tampoco trabajaran correctamente cuando el tubo está lleno con aire o gas. Esto cambia el volumen calculado del tubo y cambia el flujo volumétrico que pasa a través del medidor de una manera descontrolada que es proporcional a la cantidad de burbujas en el tubo.

No funcionará cuando el flujo arranque y pare repetidamente, ya que hay un retardo entre el tiempo en el que el flujo arranca y la velocidad correcta medida por el caudalímetro. Esto significa que los caudalímetros magnéticos no funcionan muy bien en operaciones “por lotes” de corta duración (con excepción de algunas unidades que están especialmente diseñadas para ser muy rápidas).

Aplicando los caudalímetros magnéticos

Hay algunas reglas simples al usar los caudalímetros magnéticos, que si se siguen, conducirán a una aplicación exitosa.

Recorrido recto

Los medidores de caudal magnéticos necesitan meno recorrido recto (nada de curvaturas en el tubo) del flujo que la mayoría de caudalímetros, con frecuencia tan poco como 3 veces el diámetro del tubo en el sentido contrario del flujo. No obstante, hay circunstancias en las que la mejor opción es ir tanto en recorrido recto como se pueda. Por ejemplo los flujos en espiral (remolinos en el flujo o vórtices) se pueden propagar por cientos de diámetros tras un doblez en la tubería. Los vórtices provocan mucha inexactitud en las mediciones del caudalímetro, a veces tanto como el 40% del valor medido

Montaje vertical

Una de las formas de asegurarse de que se tiene un perfil de flujo completamente desarrollado desplazándose a través del medidor, es montar el caudalímetro en la dirección vertical. Esto ayuda en casos de flujo con vórtices y también reduce la intrusión de aire.

Dimensionamiento adecuado

Aunque un caudalímetro magnético operara sobre un rango de velocidad de 0.09 a 10 metros por segundo, no es apropiado instalar un caudalímetro magnético que va a operar permanentemente en la parte inferior del rango. En aplicaciones en las cuales hay sólidos esto puede causar la sedimentación de sólidos dentro del tupo y en ocasiones en los electrodos mismos. Si la sedimentación ocurre dentro del tubo sobre el cual se está midiendo el flujo, el volumen calculado es erróneo, y si la sedimentación ocurre en los electrodos, las propiedades aislantes de los sedimentos pueden o reducir el voltaje medido o romper por completo el circuito. Cualquiera de los dos conducirá a lecturas inexactas. Es mejor dimensionar el caudalímetro para un flujo normal de aproximadamente el 60% de la velocidad para el tamaño del tubo, y si es necesario instalar una sección de tubo recta apropiadamente diseñada precediendo el sensor. Afortunadamente para el medidor magnético, esta sección no necesita ser tan larga como para algunas otras tecnologías de medición de caudal.

Aterrizaje adecuado

Hay que recordar que la sección del tubo del caudalímetro magnético necesita ser de un material no conductivo para que el circuito funcione. Sin embargo, la electrónica que procesa el voltaje inducido, es susceptible de interferencia si está flotando sobre el nivel de polo a tierra. Todos los fabricantes de los medidores tienen procedimientos de aterrizaje que no deberían ignorarse, si se hace, todo corre por cuenta y riesgo propio.

Temperatura y presión

Los caudalímetros magnéticos están diseñados para funcionar a temperaturas y presiones moderadas, y no se deben cargar por fuera de las especificaciones, tanto superiores como inferiores. Los caudalímetros magnéticos no se deben usar don de el vació pueda halar el tubo hacia el fluido al no ser que sea específicamente para esta característica. Esto es cierto especialmente cuando el revesitimiento del medidor está hecho de poliuretano presionado o de Teflón, en ellos no solo hay inexactitud en las mediciones, sino que también es potencialmente peligroso. Tanto el Teflón como el poliuretano son los materiales de revestimiento mas comunes, estos no son muy apropiados para presiones altas y se pueden deformar en temperaturas superiores a las recomendadas.

Selección de un caudalímetro magnético

En la página de OMEGA hacen una revisión de los caudalímetros y hacen una serie de preguntas clave que se deben responder a la hora de seleccionar un caudalímetro magnético para alguna aplicación mecatrónica o de automatización, que comparto a continuación

Is the fluid conductive or water based?

Is the fluid or slurry abrasive?

Do you require an integral display or remote display?

Do you require an analog output?

What is the minimum and maximum flow rate for the flow meter?

What is the minimum and maximum process pressure?

What is the minimum and maximum process temperature?

Is the fluid chemically compatible with the flow meter wetted parts?

What is the size of the pipe?

Is the pipe always full?

Dentro de los tipos de caudalímetros magnéticos que existen hay dos clases principales, los de inserción y los caudalímetros en línea. Los segundos son más precisos que los de inserción, pero también son más sensibles a errores causados por burbujas y requieren más sección de tubo recto antes y después del medidor.

Los caudalímetro magnéticos se han vuelto uno de las tecnologías de medición de flujo mas usados en los últimos 50 años desde que se introdujeron a la industria, de hecho se espera que el mercado de estos caudalímetros en específico crezca a US $800 millones. Son simples, fáciles de mantener, y debido a que no tienen partes móviles, son capaces de operar durante años son necesidad de mantenimiento.

Links: Introduction toM Magnetic Flowmeters, Magnetic Flowmeters, Back to de basics, flowresearch.com.

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Software CAD que se ajusta a componentes flexibles

Fernando — Mon, 20 Apr 2009 23:00:00 +0000

Los diseñadores de partes y componentes de autos no solamente tienen que asegurarse que sus diseños son atractivos visualmente, también tienen que pensar en el proceso de ensamblaje: puede instalarse con facilidad el nuevo panel de instrumentos que se diseñó? Qué caminos debe tomar el robot de ensamblaje para que los cables del robot o los componentes mismos no choquen contra el chasis del autos u otras partes y las dañen o rayen? Gracias a un nuevo programa de software, que simula caminos de ensamblaje y tiene en cuenta la fiabilidad de los componentes, las partes que solo existen en forma de modelos CAD pueden instalarse virtualmente en el modelo de auto que se está diseñando. Si una parte es demasiado grande para maniobrarse en el espacio de la instalación, el programa da un aviso concreto indicando en donde se debe modificar la forma del componente.

El software fué desarrollado y actualmente está siendo mejorado por investigadores del Centro de investigación Fraunhofer-Chalmers para Matemáticas Industriales FCC en Gotemburgo, Suecia, y en el instituto Fraunhofer para Matemáticas Industriales ITWM en Kaiserslautern, Alemania. “También podemos incluir la flexibilidad de los componentes en la simulación”, dice el manaher del grupo del ITWM el Dr. Ing. Joachim Linn. “En los modelos CAD, los componentes flexibles como plasticos, o partes para el compartimiento de los pasajeros aparecer rígidos, pero durante el ensamblaje estos tienene flexionarse ligéramente y presionarse”

Cuanta fuerza necesita aplicarse para doblar el tablero de instrumentos lo suficiente para instalarlo en el carro? Este trabajo puede hacerlo simplemente un empleado o se necesitan herramientas especiales? Cómo pueden instalarse las mangueras flexibles de los frenos de una manera más eficiente? . Los investigadores también simulan el uso de robots de ensamblaje, cuyas lineas de alimentación (como mangueras neumáticas o cables eléctricos) raspan frecuentemente el chasis del carro dejando pequeños rayones. El programa calcula como debe moverse el robot y encajar las piezas de tal forma que los cables no golpeen la carrocería.

Estos cálculos son rápidos – tal como los programas CAD que los diseñadores están acostumbrados a usar. “Puedes trabajar interactívamente con el programa, por ejemplo hacer alguna pieza más larga o más corta en solo unos pocos segundos. Para este propósito reducimos la alta precisión de los procesos computacionales mecánicos estructurales. Los resultados siguen siendo lo suficientemente precisos pero se entregan en tiempo real”, dice Linn. Las trayectorias de ensamblaje tabién se calculan en cuestión de minutos. Los investigadores van a dar una muestra en vivo del programa en la feria de Hannover (Hall 17, Stand D60) desde Abril 20 al 24, así que si tienes la oportunidad de asistir a esta espectacular feria mundial, no olvides pasar por allí. Se espera lanzar el software al mercado a finales del año, aunque los servicios de soporte y el material de entrenamiento ya están disponibles.

Vía: Software fits flexible componets

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Circuitos impresos flexibles

Fernando — Fri, 17 Apr 2009 23:00:29 +0000

Los circuitos impresos flexibles de propósito general tienen componentes que se pueden doblar para encajar adecuadamente en espacios estrechos. La mayoría de ellos son de simplemente una o dos capas , que están pensados para aplicaciones “doblar e instalar”, ya que solo toleran un pequeño número de flexiones (es decir pocos ciclos de flexionado). Estos circuitos se encuentran en una variedad de productos médicos y de consumo.

Circuitos flexibles mas complejos tienen tres o mas capas y están basados en las especificaciones que requieren, por ejemplo, una gran cantidad de ciclos de flexión o que tienen que doblarse para ajustar en empaques inusuales. Los ingenieros electrónicos se están volviendo tan inventivos que cada vez hay circuitos impresos flexibles nuevos, con ventajas inusuales, y hacen un poco de investigación y experimentación antes de que sean manufacturados en grandes cantidades.

Qué es posible con los circuitos impresos flexibles?

La mayoría de las personas piensan en los circuitos flexibles como una board con conductores en medio de capas de material aislante. Aunque es cierto, la descripción podria no ajustarse del todo a algunos tipos de circuitos impresos flexibles. A continuación algunas configuraciones posibles:

Circuitos flexibles de un solo lado

Los circuitos impresos flexibles de un solo lado, tienen una capa conductora de cobre sobre un material dieléctrico (aislante). Estos circuitos simples podrian ser usados en las bisagras de un computador portátil, o en las bisagras de un telefono celular con tapa abatible, soportando muchos ciclos de flexión. Estos son fabricados por un número relativamente grande de fabricantes.

Circuitos flexibles de doble lado

Los circuitos impresos flexibles de dos lados tienen cobre a ambos lados del dieléctrico. Las aplicaciones en las que se usan son similares a las que se mencionaron anteriormente, pero estos se usan en donde se necesitan más interconecciones en menos espacio.

Circuitos flexibles de varias capas

Cada capa se registra sobre las otras capas y se unen entre todas con una capa de adhesivo curado. Las capas se conectan entre si por medio de agujeros enchapados que atraviesan todo el sustrato.

Circuitos flexibles esculpidos

Los circuitos flexibles esculpidos son de un lado o de dos lados con capas de cobre más gruesas como terminales que permiten la conexión de otros circuitos como extensión rígida de los conductores flexibles. Estos circuitos tienen enchapados de cobre más gruesos en áreas expuestas donde los terminales se pueden insertar en los otros conectores base.

Circuitos flexibles moldeados térmicamente

Son aquellos circuitos flexibles que se moldean en formas simples, como por ejemplo un domo en un circuito flexible.

Circuitos rígidos con dobleces multicapa

Los circuitos rígidos con dobleces, son en principio una board rígida con circuitos flexibles como extensiones. Estas tarjetas son las más complejas y conectan dos o mas tarjetas (boards) multicapa.

Algunos materiales

Como es de esperarse los circuitos flexibles están hechos de un variado rango de materiales. Cada uno tiene sus pros y sus contras, así que el problema de diseño se trata de encontrar el material que mas cumpla los requerimientos de diseño o de uso. El material flexible de mayor uso hoy en día es Kapton de DuPont. Es una poliamida estable compatible con la mayoría de los procesos de fabricación de circuitos impresos. Tiene un alto límite elástico , no es inflamable y tiene aproximadamente el mismo coeficiente de expansión térmica que el cobre, sin embargo la principal debilidad del Kapton es que absorbe humedad muy fácilmente. En una board electrónica, la humedad hace más dificil la manufactura, puesto que puede causar delaminación o escamación, y desgasificación en ambientes en vacio.

El Mylar o las láminas de poliester también son usados en los circuitos flexibles. Estos materiales son altamente flexibles, dimensionálmente estables, son relativamente baratos y absorben poca humedad. Pero, las láminas de poliester no toleran las temperaturas de soldado, una vez que el material es usado, no es posible reparar los circuitos, hay que hacerlos todos de nuevo. También es de tener en cuenta que algunos circuitos flexibles trabajan sólo como conectores, y por lo tanto tienen pocos componentes que produzcan calor.

Nomex, un material de aramida, es dimensionalmente estable, tiene un buen módulo elástico y puede soportar las temperaturas de soldado. Su desventaja es su alta propensión a absorver químicos y humedad del proceso.

Ventajas y beneficios de los circuitos flexibles

Una solución para el problema del espacio
- Los circuitos flexibles permiten diseños únicos que solucionan los problemas de interconeccion
- La formabilidad de un circuito flexible permite una reducción en el tamaño del empaque o carcaza
- Un circuito flexible en general hace de la intalación y la reparación práctica y efectivo en costo
Reducción de los costos de ensamblaje
- Los circuitos flexibles pueden probarse antes del ensamblaje de componentes
- La eliminación de conectores y junturas de soldadura reduce los costos
Remplazo de una board de circuito y cableado
- Los circuitos flexibles simplifican el diseño del sistema
- Los circuitos flexibles reducne el número de niveles de interconección requeridos en un encapulado electrónico
Reducción de peso y espacio
- La reducción de peso considerable es un beneficio sobre los haces de hilos
- El grueso del circuito puede ser tan delgado como 0.1mm en total
Flexionamiento dinámico
- La delgadez de algunos materiales hace de los circuitos flexibles los mejores candidatos para aplicaciones en las que se neceiten hásta millones de flexiones
Administración térmica / Aplicaciones de alta temperatura
- Los circuitos flexibles disipan calor de una mejor manera que otros materiales dieléctricos
Estética
- Los circuitos flexibles mejoran la apariencia interna de un empaquetado electrónico, lo que puede tener influencia en el proceso de desición de los compradores potenciales del producto

Aplicaciones

Es posible encontrar un ejemplo de aplicación muy interesante de estos circuitos en un articulo de Medical Design “Unusual circuits call for unusual materials ” . Allí muestran un ejemplo de el diseño de un circuito flexible para una aplicación específica del acelerador Fermi, así como otros ejemplos enfocados en aplicaciones médicas.

Fuentes y más información

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Investigadores desarrollan el primer micro-robot volador / levitador

Fernando — Mon, 13 Apr 2009 23:00:22 +0000

Un equipo de invesitigación de la Universidad de Waterloo desarrolló el primer micro-robot voldador del mundo, capaz de manipular objetos para aplicaciones de pequeña escala. Este desarrollo de este minirobot le ofrece a los investigadores más control sobre los ambientes microscópicos – con objetos muy chicos, en niveles demasiado pequeños como para ser manipulados por humanos – permitiendo mover y posicionar cosas livianas con gran presición.

El profesor Behrad Khamesee, director del laboratorio de Microrobótica Magnética Levitada de la Universidad, encabeza el equipo que construye el prototipo de robot volador con sistemas micro-electro-mecánicos (MEMS). Este robot desafía la fuerza de la gravedad “volando” o levitando gracias a la fuerza de un campo magnético. Es capaz de moverse de un lugar a otro y manipular con destreza objetos con unos imánes aderidos a unas micro-pinzas, que se controlan remótamente con un rayo laser apuntado al robot.

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Se ha demostrado que el sistema tiene una precisión de 13.2µm e un volúmen de 3cmx3cmx2cm.

El robot puede usarse para micro-manipulación, una técnica que permite el posicionamiento preciso de micro-objetos. Las aplicaciones de estos manipuladores incluyen el microensamblaje de componentes mecánicos, el manejo de muestras biológicoas y microcirugias.

“Hemos desarrollado un micro-robot levitado magnéticamente, lo que es una nueva tecnología en cuanto a manipulación”, dijo Khamesee, un profesor de ingeniería mecánica y mecatrónica experto en el desarrollo de dispositivos a micro-escala usando levitación magnética.

“Somos los pirmeros en el mundo que hacemos un robot flotante de este tipo, equipado con micro-pinzas. Este robot puede entrar virtualmente en cualquier espacio, y puede operarse en un recinto sellado por una persona fuera del recinto, lo que lo hace útil para manejar materiales biológicamente riesgosos, o para trabajar en cámaras de vacio y cuartos limpios de manufactura”

Este proyecto presenta una instalación de levitación magnética que está conformada por dos unidades: el drive magnético que lo controla y el micro-robot (en la figura). El drive controla el campo generado usando una retroalimentación continua de sensores de posicionamiento para conocer la posición exacta del robot. Esto se logra con un arreglo de electroimánes que crean un campo magnético parabólico en 3D; el robot se sitúa siempre en la parte superior de la parábola, soportado por su propio campo magnético y el creado por los electroimánes. El grupo de Khamesee desarrollo un punto focal de un campo magnético en el espacio, en el cual “cuelga” el micro robot; el robot se mueve cambiando la posición del punto focal a través del control del flujo de corriente.

El robot en sí mismo está compuesto de imanes permanentes unidos a una mirco-pinza, actuada usando actuación foto-térmica sin contacto. Calentando las pinzas con un laser, estas se abren; cuando el laser se apaga, estas se enfrian y se cierran.

Dado que la alimentación de energía es externa, el robot no lleva alguna fuente de poder o algún controlador, lo que incrementa su maniobrabilidad.

Se ha demostrado que el sistema tiene una precisión de posicionamiento de 13.2 µm en un volumen de 3×3x2 cm3. Se ha mostrado micromanipulación de objetos de hasta 100-µm de diámetro.

Gracias a la levitación magnética, el micro-robot se posiciona fácilmente en superficies complejas – una ventaja clave cuando se compara por ejemplo con robots reptantes o caminadores. Adicionalmente, debido a que puede volar, el robot evita fuerzas de fricción y de adhesión. De acuerdo a los investigadores, el robot tiene una alta maniobrabilidad debido a que trabaja sin componentes mecánicos como brazos o cables de conexión. Movimiento libre de polvo y operabilidad en ambientes cerrados es otra característica clave.

Khamesee, junto con el estudiante de maestría Caglar Elbuken y su colega Mustafa Yavuz, han publicado un articulo explicando el robot [en inglés].

Links:

http://www.mme.uwaterloo.ca
http://mme.uwaterloo.ca/~khamesee/index.html

Vía: Design News