INTRODUCCION CLASE 1
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1. Ejemplo Tetera Automatica Agua Fria Te Caliente Cantidad Medida Hojas de Te Cantidad Medida Hojas de Te Desperdicio Energ a Modelos alternativos Agua s El agua se El agua y el t T en El agua y el t gt calienta se mezclan infusi n se separan Energ a Hojas Hojas de t Agua 3 calienta se sumergen Energia Hojas de te Las hojas de te Fl agua se se sumergen Las hojas de te calienta se sumergen Analisis de funciones REGULAR REGULAR el calentamiento La infusion te CALENTAR MEZCLAR PERMITIR SEPARAR a el agua El te y el agua La infusion el te y las hojas hojas TRANSFORMAR La energia en calor ACTIVAR La separacion Energia el ctrica Ejemplo Ropa Limpia Ropa ducia gt gt Lavadora Mugre ENTRADAS FUNCION SALIDAS Agua Agua Sucia Agua Aire h medo E a a E Aflojar Desprender Quitar Sacar Agua Planchar Mugre mugre mugre centrifugar ropa agregar agitar enjuagar agua y detergente Ropa Aire limpia Detergente Agua Caliente Funciones secundarias esenciales Medios para lograr las funciones secundarias Aflojar la mugre Desprender la mugre Quitar la mugre Sacar el agua Secar la ropa Agregar agua y detergente Agitar Agitar Exprimir centrifugar Soplar agua caliente Planchar Ejemplo gt2. No existe el dise o d hiiia sino buenos dise os lo perfecto es enemigo de lo bueno Se debe usar siempre que se pueda componentes est ndares disponibles en el comercio gt Toda proyecci n de tiempo para obtener el producto se va a quedar corta El proceso de dise o define tanto como el 70 del costo del producto pero solo contribuye con una fracci n muy menor de este gt El usuario del producto siempre har todo lo necesario para malograrlo Que funcione el prototipo es lo m s f cil que el producto sea robusto y confiable es lo que cuesta y La operaci n del producto debe ser f cil ojal a prueba de tontos Una gran cantidad del dise o de ingenier a es intuitivo basado en el pensamiento subjetivo Sin embargo un ingeniero no se conforma con esto Un ingeniero desea probar probar y medir Asi como ha sido formado y no est contento si no puede probar algo Por otra parte un dise ador industrial con su formaci n en la escuela de artes est totalmente conforme haciendo juicios que son intuitivos Richard Stevens Dise ador Industrial Sensores Un sensor es un elemento en un sistema mecatronico que detecta la magnitud de un parametro fisico y lo cambia por una senal que puede procesar el sistema Medicion deposicion y velocidad gt Interruptores de limite de carrera QU de proximidad o Interruptores mecanicos o Inductivos o C
3. 3 Organizar las necesidades en una jerarqu a gt Imprimir cada enunciado gt Eliminar los enunciados redundantes gt Agrupar de acuerdo con la similitud de la necesidad Para cada grupo elegir una etiqueta generalizada de la necesidad gt 64 Capitulo 4 El SD suministra potencia suficiente para ajustar tornillos El SD mantiene la corriente por muchas horas de uso pesado EI SD puede ajustar tornillos en madera dura El SD ajusta los tornillos de l mina met lica en una labor de conductos met licos El SD ajusta los tornillos m s r pido que manualmente El SD hace que sea f cil el inicio de apretar un tornillo EISD retiene el tornillo antes de que sea ajustado El SD se puede utilizar para crear un orificio gu a El SD funciona con una amplia variedad de tornillos El SD puede girar tornillos de cabeza hexagonal tomacorrientes Philips Torx EI SD puede ajustar tornillos de muchos tama os El SD se acopla a la mayor a de los tornillos El SD se puede maniobrar en reas cerradas El SD se acopla a los tornillos en el extremo de los orificios m s profundos y estrechos El SD gira los tornillos que est n en condiciones deficientes El SD se puede utilizar para remover grasa y suciedad de los tornillos El SD permite al usuario trabajar con tornillos pintados El SD se siente bien en la mano del usuario El SD es c
4. Para un motor de DC gt Tm Kt lm RPN Tm torque del motor Im corriente en el motor Ka constante de torque gt Vm Ka om IN Vm voltaje en el motor oe e eee wom velocidad angular del motor Ka constante electrica del motor Ejemplo gt Dadas las siguientes especificaciones del fabricante de un motor de DC Cual es la velocidad nominal la corriente cr tica el torque de nominal y la potencia m xima del motor para un voltaje aplicado de 10 V 2 Constante de torque 0 12 Nm A 2 Constante el ctrica 12V 1000 rpm 4 Resistencia de armadura 1 5 Ohms Seleccion de un motor El motor se arrancar y acelerar los suficientemente rapido a Tmotor Tcarga Cu l es la m xima velocidad que puede producir el motor Cu l es el ciclo de trabajo operativo Ton Toff Cu nta potencia requiere la carga Qu fuentes de potencia esta disponible CA CD Cu l es la inercia de carga La carga se impulsar a velocidad constante Se requiere control preciso de posici n velocidad Se requiere una transmisi n o engranaje Motorreductor Es necesario invertir el motor Existen restricciones de tama o y peso Costo Tarea No 2 Para cada una de las siguientes aplicaciones Cu l seria una buena eleccion de un motor electrico Justifique su eleccion contestando de ser posible las preguntas anteriores o Articulaci n de brazo rob tico para
5. Planos o informes 1 Presentaci n limpieza organizaci n distribuci n etc 50 11 Documentaci n informacion de valor 50 2 proyectos 4 pts gt Ex menes 3 3 pts gt Todos los trabajos deber n se entregados en hojas tama o carta Generales Se formar n solo 8 equipos entre los alumnos inscritos asignados aleatoriamente y No se reciben pr cticas y o proyectos atrasados Definicion del proyecto mecatronico gt El proyecto mecatr nico debe contener bien identificadas las partes de la ingenier a mec nica electronica de control y computaci n que lo componen aunque estas no se encuentren bien acotadas en el contexto del proyecto en general Descripcion de los proyectos de integracion 1 Sistema de posici n X O para tiro parab lico 2 P ndulo invertido Scanner 3D La naturaleza del dise o gt gt Todo lo que una persona pueda imaginar otras podr n hacerlo realidad Julio Verne CLASE 1 INTRODUCCION Mechatronics is the synergetic integration of mechanical engineering with electronics and intelligent computer control in the design and manufacturing of industrial products and processes Measured a q Boller Ly Steam ue es mecatronica steam engine 1860 Pure mechanical systems lt 1900 Sede nies ite lt d c motor 1870 combustion engine1880 a c motor 188
6. no Positivo no negativo Un atributo del producto Evitar debe y deber a a y Enunciado del cliente Por qu no incluyen blindajes protectores alrededor de los contactos de la bater a Todo el tiempo se me cae el desarmador No importa si est lloviendo necesito trabajar a la intemperie los s bados Me gustar a cargar la bater a en el encendedor del autom vil Me disgusta no saber cu nto queda en las bater as de mis herramientas inal mbricas Enunciado de necesidad correcto La bater a del desarmador est protegida contra un cortocircuito accidental El desarmador funciona normalmente despu s de que se ha dejado caer repetidas veces El desarmador funciona normalmente en la lluvia La bater a del desarmador se puede cargar en un encendedor de autom vil El desarmador tiene una indicaci n del nivel de energ a de la bater a Enunciado de necesidad incorrecto Los contactos de la bater a del desarmador est n cubiertos con una puerta deslizante de pl stico El desarmador es resistente El desarmador no deja de funcionar po la lluvia Un adaptador para el encendedor de autom vil puede cargar la bater a del desarmador El desarmador deber a tener una indicaci n del nivel de energ a de la bater a 4 Ejemplos que ilustran los lineamientos para los enunciados de las necesidades que se tienen por escrito
7. Diseno mecatronico Profesores Ing Serafin Castaneda Cedeno sera_castaneda yahoo com mx CDMIT Sala de proyectos Objetivo del curso gt Ofrecer al alumno un panorama amplio de las disciplinas de la ingenieria necesarias y sus interacciones para lograr el desarrollo de productos de innovaci n y desarrollo tecnol gico a trav s de la integraci n en un dise o mecatr nico basado en las metodolog as y herramientas de vanguardia para la soluci n de problemas Temario 1 Introducci n al dise o mecatronico 2 Dise o mec nico 3 Dise o electr nico 4 Control 5 Proyecto integral o Horario de asesoria o Viernes 12 00 14 00 hrs o Lunes y mi rcoles teoria o Viernes Laboratorio Bibliograf a CROSS Nigel Engineering Design Methods 2nd edition John Wiley amp Sons 1997 AYALA Alvaro Normas de dibujo Laboratorio de Ingenieria Mecanica Asistido por Computadora Mexico Facultad de Ingenieria UNAM 2003 ERONINI UMEZ ERONINI Dinamica de Sistemas y Control Thomson 2001 FRENCH Vierck Dibujo de Ingenieria Mexico Me Graw Hill 1981 ALACIATORE David Introduction to Mechatronics and Measurement System 3th edition McGraw Hill 2007 NECSULESCU Dan Mechatronics Prentice Hall 2002 Evaluacion gt Pr cticas 8 10 3 pts e Prototipo i Funcionamiento 50 11 Presentaci n 25 111 Documentaci n 25
8. P ndulo Invertido Posici n Energ a deseada Leer posici n de la interfaz Generar error Evaluar oa M Desplazar Corregir controlador a ONSI m vil posici n correcci n motor del p ndulo Acondicionar Leer posici n se al real 4 Taller No 2 Realizar una presentaci n por equipo donde se realice M x 10 min y seleccionar un integrante del equipo que realice la presentaci n Enunciados obtenidos de la entrevista con el cliente procesados Clasificaci n de los enunciados con prioridades Arbol de objetivos sistema mec nico electr nico y de control con posibles interacciones Caja Negra y funciones detalladas del sistema detallado Nota Enviar presentaci n a sera_castaneda yahoo com mx a mas tardar en dia viernes a las 9 00 hrs Determinacion de las caracteristicas gt gt Es necesario entender exactamente que desean los clientes en terminos de los atributos del producto y asegurar que estos se traduzcan cuidadosamente en especificaciones apropiadas a las Caracteristicas de ingenieria gt Un m todo completo para lograr la correspondencia entre los requerimientos del cliente con las caracteristicas de ingenier a es el m todo de despliegue de la funci n de calidad QFD gt Requerimientos del Cliente Zn PA E A Matriz de Correlaci n WELA Correlaci n ncia del requerimien l
9. Prefiero el mango de la pistola tiene una mejor El SD tiene una sujeci n confortable sensaci n Le gusta herramienta actual La punta del SD retiene el tornillo antes de que sea ajustado Me gusta la punta magnetizada No me gusta cuando la punta se sale del tornillo La punta del SD se mantiene alineada la cabeza del tornillo no se desliza Le disgusta herramienta actual n la bater al El usuario puede aplicar torsi n manualmente al SD para ajustar un tomillo No se pueden ajustar tornillos en madera dura El SD puede ajustar tornillos en madera dura Me gustar a que se pudiera utilizar co descargada Algunas veces se barren los tornillos r gidos El SD no barre las cabezas de los tornillos El SD puede acceder a tornillos hasta el extremo de los orificios m s profundos y m s estrechos Un aditamento que me permita alcanzar orificios m s reducidos Mejoras sugeridas El SD permite al usuario trabajar con tornillos que tienen pintura encima Una punta para que pueda quitar la pintura de los tornillos Estar a bien si pudiera perforar un orificio gu a El SD se puede utilizar para crear un orificio gu a FAMA AD To Ztantilla da datne can enunciados del cliente v las necesidades interpretadas El SD es una abreviatura Sistema desatornillador Que no como Especificidad to 39
10. pero la corriente es negativa esto es la energ a fluye del motor a la bater a funcionamiento regenerativo Tercer cuadrante Tanto la tensi n como la corriente del motor son negativas En este caso la bater a entrega energ a la motor pero el motor gira en sentido contrario al caso del primer cuadrante Cuarto cuadrante La tensi n del motor es negativa y la corriente positiva La energ a fluye del motor a la bater a Etapas de potencia Acondicionadores de salida Amplificadores Basicos IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor TBJ FET 1 E Ohmic Region a Voltage Mode Driver b Current Mode Driver El IGBT es adecuado para velocidades de conmutaci n de hasta 20 KHz y ha sustituido al BJT en muchas aplicaciones Es usado en aplicaciones de altas y medias energ a como fuente conmutada control de la tracci n en motores Circuitos excitadores para motores Tipos de amplificadores lineales a Amplificadores de Vec potencia clase A son tiles para motores que s lo funcionan en un cuadrante Suelen componerse de varias etapas dise adas con transistores unas para amplificar en tensi n y otras en corriente fig 3 saog Circuitos excitadores para motores vee b Amplificadores de potencia clase AB tambien denominada configuracion en T fig 4 Permiten excitar un motor en los cuatro cuadrantes aunque requieren alimentaci
11. realiza una selecci n en caso de que haya m s de uno El producto es un conjunto de dibujos del sistema general Desarrollo de detalles Ultima fase donde quedan por decidir muchos puntos pero importantes Demanda mucha habilidad y paciencia An lisis del problema Planteamiento del problema Dise o conceptual Esquemas Seleccionados gt Representacion de los esquemas Desarrollo de detalles Dibujos de trabajo etc En analisis del problema es una parte pequena pero importante del proceso global El resultado es un planteamiento del problema y este puede tener tres elementos 1 Un planteamiento del propio problema de diseno 2 Las limitaciones que se imponen a la soluci n por ejemplo normas restricciones fechas terminaci n etc 3 El criterio de excelencia hacia el que se va ha trabajar Fundamentacion Herramientas Moldes y CAE Matrices CAGD Ingenieria Automatizaci n Din mica de Rapid Fundici n Gaines Prototyping Metrolog a PROCESO Puesta en Marcha Fabricacion de Mercado Tecnologias de Aspectos Legales Fabricacion Normas Patentes Tratados Internacionales Investigaci n Modelo metodologia de dise o An lisis gt S ntesis gt Evaluaci n gt Analisis Elaborar un lista de todos los requisitos dise o y la reducci n de stos a un conjunto completo de especif
12. A ES ee mess dal leerlo lod M o eeke O e E No haya filtraci n de lluvia recone nips dal No deje entrar el ruido del camino paaga feai ye ig D E o T q Unidades de medici n pit lo lo peel po essa a ous A DLE e a A IO IE DEDO CODO 4 ta puerta delautoB Josf11 7 11 14 dificultad t cnica apj sja Jalofajs Potencia atribu da 1 sols 4 e e 2 4 3 sto estimado s a 2 o s elelolel ee TARZRNSERON pie lb lb lb pie lb lb lb piel Ib pulg Relaciones y Fuerte positiva y Mediana positiva x Mediana negativa x Fuerte negativa Percepciones del cliente 1 2 3 5 a VAN et ae Auto en dise o ElautoA Ye ElautoB Matriz de la calidad as a O WJ Consistencia con lo declarado en los entes de Salud Publica y con el bienestar de la poblaci n Al Valor objetivo de la caracteristica t cnica y sus unidades IV 100 Over A too o el Teeja alii Jole suele Y fol Ponderaci n total de cada caracter stica t cnica VI 5 38 leer posicion mantener error en un intervalo evaluar controlador corregir posicion mantener posicion vertical Responder rapidamente Soportar peque as perturbaciones lineal facil de ensamblar Oscilatorio Port til ligero Dimensiones peque as Tama o de la barra D naAula Invartida Tama o de la masa P ndulo Inve
13. Ingenierue Enfoque sistem tico para el dise o de sistemas t cnicos y productos gt El proceso de dise o como parte de la creaci n de un producto se subdivide en etapas de trabajos generales haciendo que el enfoque de dise o sea transparente l gicamente ordenado e independiente de una rama especifica de la industrial ETAPA S Clarificar y definir la tarea Determinar las funciones y sus estructuras Buscar principios de solucion y sus combinaciones Dividir en modulos realizables Desarrollar arreglos de los modulos claves Completar el arreglo general 7 Preparar las instrucciones de operacion y de produccion Realizacion Adicional RESULTADO S A Especificaci n Estructura de funciones Soluci n principal Estructura del modelos Arreglos preliminares Arreglo definitivo Documento del producto SOLUCION GENERAL PROBLEMA GENERAL CLARIFICACION D Carnie OBJETIVOS ESTABLECIMIENT EVALUACION DI O DE FUNCIONES ALTERNATIVAS FIJACION DE REQUERIMIENTOS DETERMINACION GENERACION D ALTENATIVAS SOLUCIONES SECUNDARIAS PROBLEMAS SECUNDARIOS Modeling Simulation Prototyping Development Life Cycle Recognition of Hardware in the Loop O Deployment of the Need Sunulation Embedded Software Conceptual Design and Design Life Cycle Functional Specification Optmmuzation Optimization First Pnncrple Modular M
14. tural del proceso moderno del dise o en ingenier a en realidad es una evoluci n OMOTVE Electronic Systems Mechanical c D 7 w E x 3 D 3 7 gt OL nn re rrr re rere cre rrr re cre cre ee ce q Se Fe eee aa aaa ea ae a er ee ana Mechanica Design e ee ee ee eee ee o ee ee a a a a a SS oai SU Controller and Software design System model Design tools connected to a common parameter data base PDM PLM system man machine interface reference v Variables information 7 processing manipulated lt measured variables information flow variables monitored variables energy flow actua mechanics amp primary consumer energy energy flow energy con sumer flow auxiliary energy supply energy supply mechanical hydraulic thermal electrical Actual distance between vehicles man machine a interface reference y variables formation pi processing Desired distance SS eft between vehicles Computer controll and ABS gt ontrol SS Radar Measured distance Measure a r measured variables mani ulate variables mechanics 8 Range and energy cota F gt Sos gt gt ge primary consumer velocity as energy energy OW OW measured by auxiliary ene
15. 9 mech typewriter Mechanical systems with 1920 tool machines electrical drives pumps lt relays solenoids E hydraulic pneumatic electric amplifiers lt Pl controllers 1930 Mechanical systems with 1935 electric typewriter steam turbines automatic control aircraft transistor 1948 lt 4 thyristor 1955 Mechanical systems with electronic O electronic analog control 1955 controlled O sequential control lifts digital computer 1955 process computer 1959 real time software 1966 lt microcomputer 1971 lt digital decentralized automation 1975 Mechanical systems with machine tools e digital continuous control 1975 Loe a tie e digital sequential control oa aa lt microcontroller 1978 lt personal computers 1980 lt process fieldbus systems ff new actuators sensors lt integration of components Mechatronic systems O integration mechanics amp mobile robots electronics hardware 1985 CIM O software determines functions magnetic bearings automotive control ABS ESP e new design tools for _ simultaneous engineering etic effects Increasing electrical drives Increasing automatic control Increasing automation with process computers and miniaturization Increasing integration of process amp microcomputers Mecatr nica termino concebido en Jap n en los a os 70 sy se ha adoptado por productos inteligentes de ina a
16. D para mow un tornillo El SD es muy durable La punta del SD sobrevive al uso pesado El SD se puede martillar EI SD se puede dejar caer desde una escalera sin que sufra ning n da o El SD es f cil de almacenar EI SD se guarda f cilmente en una caja de herramientas El SD se puede cargar mientras est almacenado El SD resiste la corrosi n cuando se deja en exteriores o en lugares h medos 1 El SD mantiene su carga durante largos periodos de almacenamiento El SD mantiene su carga cuando el ambiente es h medo El SD evita que su labor se da e EI SD evita que se da e la cabeza del tornillo El SD evita ralladuras en las superficies acabadas El SD tiene un sonido agradable cuando se utiliza El SD luce como una herramienta de calidad profesional El SD es seguro El SD se puede utilizar sobre dispositivos el ctricos El SD no corta las manos del usuario APR ete ie PBI 25125 EE 5 YO EPA A 4 Establecer la importancia relativa de las necesidades gt Ponderar cada una de las necesidades de acuerdo a un consenso entre los integrantes del equipo de trabajo Se pueden ponderar de tal manera que la suma de las importancias de todas las necesidades sea 100 gt 5 Reflejar en los resultados y en el proceso Las necesidades del cliente se deberan expresar en terminos de lo que el producto tiene que hacer y no en terminos de como deberia se implementado en el pro
17. ITION SYSTEM SOFTWARE a AMPLIFICATION t ATTENUATION JININ SUL ISOLATION icici a dle lala a ga o IM HA MULTIPLEXING HI LJ t FILTERING gt USE EXCITATION Amplificaci n DN P Wag yelifi adores aumentan el nivel de la se al de irki Mike a TAN rb site panas necesario SE ae Gi RS a NS O dE nagle AS Gade HW fac COLO JUNC TION COMPENSATION A PE s ERE a d GR Reta eye Fs Ws A 3 ae aas ot DAR desta ricas A MICO AA a gaia gegenenatmentreysotu se ab ane pata A nR EUAN te aeoperitesi n de miedo Acondicionador de senal para un LVDT voltaje de excitaci n Vent voltaje de salida con Vsa n cleo a la izquierda de nula V a Pvoltaje de salida con sal n cleo a la derecha de nula as TOR eee campos magn ticos primaria i y polaridades de Vent voltaje asociadas Filtro pasobajas Acondicionador de senal para un interruptor mecanico PT Ejemplo Cual ser a el mejor acondicionador de se al para una celda de carga strain gauge con resistencia nominal de 3000 Ohms y quiere ser conectado al DAC de un microcontrolador el cual puede realizar conversiones de 0 5 Volts gt Strain Gauges son dispositivos semiconductores en los cuales la resistencia varia con la deformaci n alignment marks GF AR R AL L AR R e El factor de medida GF para los Straing Gauges mas
18. apacitivos o Corriente par sita Eddy o Opticos Alineaci n en modo opuesto Retrorreflector modo de proximidad difuso A A A f Y Y f V V V a Alineaci n en modo retrorreflector Alineaci n en modo de proximidad difuso Alineaci n en modo opuesto gt Sensores pticos LED photoresistor photodiode phototransistor V Resistivos Potenciometro a ip _ 2 l 2 3 a No lineales Resoluci n Variaciones con respecto a Fuerza para provocar movimiento Transformador Lineal Diferencial Variable LVDT gt Transductor para medir el desplazamiento lineal Los E voltajes se inducen en la bobina w secundaria O Existe un punto medio en la isto de posicion del nucleo donde e pa voltaje inducido en cada bobina posici n nula es de la misma amplitud y 180 fuera de fase lo que produce una salida nula Conforme el n cleo se mueve desde la posici n nula la amplitud aumenta una cantidad proporcional idaria 1 y Codificador ptico digital Encoder Dispositivo que convierte movimiento en una secuencia de pulsos digitales disco de c digo pistas eje Uno o m s fotoemisores Y LED SRA AS fototransistores fotodetectores se ales de salida digital a esquema Tarjeta electr nica y condicionamiento de se al _ Fuente
19. athematical Modeling Sensor and Actuator Selection Detailed Modular Mathematical Modeling Control System Design Design Optimization Information for future modules and uperades Identificar las necesidades 1 Recopilar datos de los clientes 2 Interpretar los datos en terminos de las necesidades del cliente 3 Organizar las necesidades en una jerarquia de necesidades primarias secundarias y si es necesario terciarias 4 Establecer la importancia relativa de las necesidades 5 Reflejarla en los resultados y en el proceso 1 Recopilar datos de los clientes gt Entrevista con el cliente Uno o mas miembros del equipo analizan las necesidades con un solo cliente las entrevistas duran entre una y dos horas Que preguntar Que Como Porque Para que 1 Recopilar datos sin procesar de los clientes Sugerencias para la interaccion con el cliente v Ir con la corriente Utilizar estimulos y propuestas visuales Suprimir hip tesis previamente concebidas sobre la tecnologia del producto gt Hacer que el cliente demuestre el producto y o las funciones t picas relacionadas con ste gt Hay que estar alerta de que surjan sorpresas y de la expresi n de necesidades latentes gt Observar la informaci n no verbal Vv vy 1 Recopilar datos sin procesar de los clientes Documentar las interacciones con el clie
20. change in output to a unit change of the input d e Zero offset A nonzero value output for no input npm Linearity Percentage of deviation from the best fit linear calibration curve se eccion Zero Drift The departure of output from zero value over a period of time for no input Response time The time lag between the input and output Bandwidth Frequency at which the output magnitude drops by 3 dB Resonance The frequency at which the output magnitude peak occurs Operating temperature The range in which the sensor performs as specified Deadband The range of input for which there is no output Signal to noise ratio Ratio between the magnitudes of the signal and the noise at the output Acondicionador Ka de se al CONTROLLER CONTROLLED SYSTEM ACTUATING UNIT POWER SUPPLY FROM TO COUPLING SST ACTUATOR y ET y CONTROLLED SYSTEM Practica No 1 y Dise ar un encoder incremental con cuadratura 1X con una resoluci n de al menos 5 mostrando el incremento y decremento de la posici n un display LED 7segmentos Entregar plano informativo del disco bujes etc Conseguir dos motores de DC iguales para realizar un levantamiento del sistema mec nico Planos de ensamble del sensor cable soporte Diagrama el ctrico del circuito software y v vy Acondicionamiento de se al Acondicionamiento de se al SIGNAL CONDITIONING TECHNOLOGIES DATA ACQUIS
21. ci n de potencia b Variar el ciclo de trabajo de la se al de excitaci n PWM Modulaci n de pulsos en anchura Es la t cnica m s empleada teniendo en cuenta que la frecuencia de la se al debe cumplir ciertos requisitos t Te ETE el periodo de la se al debe al menos diez veces menor que la constante de tiempo del motor de modo que ste no pueda seguir los cambios de la se al PWM y siga al valor medio de la misma T gt tesp de los dispositivos en conmutaci n como los dispositivos activos deben conmutar de conducci n a corte y viceversa debe elegirse T de modo que se permita la conmutaci n Si no se cumple con esta condici n los dispositivos se encontrar an continuamente en la fase de conmutaci n Evitar ruido audible T lt 50 us La se al de PWM puede descomponerse en infinitas componentes de frecuencia algunas de las cuales pueden ser molestas al o do humano Para evitarlo deben elegirse frecuencias por encima del rango audible Circuitos para generar una senal de PWM gt T cnica tradicional Rampa Comparador gt Generador de PWM PULSE WIDTH MODULATOR When the timer is connected in the monostable mode and triggered with a continuous pulse train the output pulse width can be modulated by a signal applied to pin 5 Figure 8 shows the circuit and in Figure 9 are some waveform examples EN E cp 1 Veco 5V Top Trace Modulation oN TIME 02 MS DIV Bot
22. comunes es de GF 2 solder tabs active grid length carrier R R Vo a els Vex R R R R 9 Es claro que cuando la relaci n de R1 R2 R3 R4 el voltaje de salida es cero 9 Si estas condiciones se cumplen se dice que el puente esta balanceado Cualquier cambio en alguna de las resistencias provocara un voltaje diferente de cero en las terminales del puente Y despu s del puente Actuadores Actuadores Information Processing Electronics Software Sistema Mecatr nico Low Power Sensors Energy Conversion Signal Processing High Power mixture of mechanical fluid thermal chemical electrical components subsystems Actuadores Diagrama funcional del actuador Unmodulated energy source Power Control Low Amplification Signal Energy amp Modulation Jl 4 Power Amplification amp Modulation Control Signal ow Power E High Power Actuator Motores electricos gt Clasificaci n ntre otter vos id ea Motores de DC Fui a LL Se usan en gran APC das cantidad de dise os mecatr nicos debido INI a las caracteristicas La torque velocidad que O se pueden lograr con diferentes configuraciones el cticas Im n permanente Devanado Shunt Devanado en serie Devanado compuesto Y v v W Figura 10 15 ue ido s del e Stator
23. de luz LED ee ee pi aaa A one Disco Sa AS pa RN codificador fit giratorio y _ Mascara estacionaria _ Fotodetector Video sensores fijos bit 3 MSB LI bit 2 O bit 1 O bit 0 LSB LT 0 O 360 direcci n de movimiento positivo de pista YALE wy ert Ry AOS SERA b disco real Cortes a de Parker Compumotor Division Rohnert Park CA sensores fijos A HO l B HO NDICE O e mae 360 direcci n de movimiento positivo de pista l fos Med EF T Lk LE 0 l ad LIU he Le LP Le 0 i INDICE 0 a esquema y se ales b disco real Cortes a de Parker Compumotor Division Rohnert Park CA Figura 9 16 Patrones de pista de disco codificador incremental adelante CW inversa CCW MEL SA am Codificador optico diaital Encoder Rbias 7 UpClk o 74193 5V 7 Ls7o89 71DnCIk out LI 4 type oe E Gndl3l 61 X4 X1 input Aina S5iBin 5V y x4 x1 VDD salida de cuenta binaria contador arriba abajo abajo Video ejemplo Demostracion encoder LabVIEW Range Difference between the maximum and minimum value of the sensed parameter Resolution The smallest change the sensor can differentiate Accuracy Difference between the measured value and the true value Precision Ability to reproduce repeatedly with a given accuracy Criterios Sensitivity Ratio of
24. ducto gt Analisis de las necesiades gt Cuestionario adecuadamente estructurado gt Preguntas para que el dise ador pueda generar sus especificaciones de dise o y Una vez obtenida esta informaci n se pueden estimar los recursos materiales y humanos as como estimar el tiempo necesario para el desarrollo del proyecto o Planeaci n o Alcances Entregables Taller No 1 gt Realizar un cuestionario con preguntas concretas las cuales se har n a los profesores equipo por equipo en un tiempo m ximo de 10 min gt El cuestionario con las preguntas y respuestas ser n entregados al final de la pr ctica gt El cuestionario servir como base para posteriormente obtener la planeaci n del proyecto Clarificaci n de los objetivos gt gt Ha que saber a donde llegar Estructura Movil Animacion Cliente Solo conoce el Video tipo de producto que Estacionamiento radial desea Animacion 1 Animacion 2 Video PROBLEMA gt SOLUCION M todo de dise o Los objetivos de dise o tambi n se denominan requerimientos del cliente necesidades del usuario prop sitos del producto Metodo del arbol de objetivos gt Ejemplo Se requiere dise ar una m quina herramienta que sea segura gt Bajo riesgo de lesi n al operador gt Bajo riesgo de errores de operador gt Bajo riesgo de da o a la
25. ensi n Estos circuitos permiten trabajar en los cuatro cuadrantes requiriendo una o dos fuentes de alimentaci n seg n la configuraci n La corriente en la carga es variable seg n las exigencias del motor y su carga asociada con un valor m ximo determinado por el A O Circuitos excitadores para motores Amplificadores operacionales Con alimentaci n unica Seguin como se establezca el sentido de giro del motor pueden distinguirse dos tipos de circuitos de excitacion a saber con dos entradas una para modulo y otra para signo o con una unica entrada que lleva implicito el sentido de giro tensiones positivas un sentido de giro y tensiones negativas el otro Circuitos excitadores para motores Amplificadores operacionales ho dl 33K AS 33K L R2 R 0 1 0 O RI RI Yen YO O Fig 8 Control por tensi n de un motor DC con entrada para m dulo y sentido de giro Circuitos excitadores para motores Amplificadores operacionales para amplificar corriente con fuente dual MOTOR ADA CUN Rs E M Y Y RI 4 im RD Circuitos excitadores para motores Amplificadores operacionales para amplificar corriente con una sola fuente Metodos para variar el nivel de voltaje a Variar la frecuencia de la se al de excitaci n PFM Modulaci n de pulsos en frecuencia Esta t cnica presenta problemas de disipa
26. er rquicas e interconexiones Las rama o raices del rbol representan las relaciones que sugieren medios para alcanzar objetivos Ejemplo Tetera Automatica Elaboraci n autom tica de t e d Proceso del t con extracto del t Proceso normal del t Proceso del t por perfusi n Calentar Agua Combinar el agua Controlar el tiempo Separar el t de las y las hojas de t de preparaci n hojas Sacar las Remover hojas ambos Pasar por la Aguaa Te Te a Agua superficie de calentamiento Agua y T Sacar el Te Llevar 5 Van el E Medir el Medir la Medir en el a a i emento de tiempo concentraci n proceso el e emento e calentamiento del t estado que calentamiento depende del tiempo Funciones Medios Tarea No y Disene el rbol de objetivos sobre el transporte p blico Microbus en la ciudad de Mexico Considere como objetivos primarios R pido seguro c modo El sistema de transporte El sistema de El sistema de transporte transporte debe ser debe ser El sistema de transporte debe ser r pido seguro para c modo para los pasajero los usuarios Establecimiento de las funciones Divide y venceras Descripcion del metodo gt Este metodo ofrece un medio para considerar las funciones esenciales y el nivel en el que el problema debe abordarse Las fu
27. icaciones gt S ntesis Encontrar soluciones posibles para cada especificaci n y desarrollar dise os completos a partir de estos gt Evaluaci n Evaluar con exactitud con la cual los dise os alternativos satisfacen los requisitos de rendimiento para la operaci n manufactura y ventas antes de seleccionar el dise o final Modelo de Pahl y Beitz del proceso de dise o Tarea Clarificaci n de la tarea Clarificar la tarea Elaborar la especificaci n Especificaci n Dise Identificar los problemas esenciales ENO Establecer las estructuras de las funciones Conceptual Buscar principios de soluci n Combinar y confirmar en variantes de conceptos Evaluar contra los criterios t cnicos y econ micos Desarrollar arreglos preliminares y dise os de forma Seleccionar los mejores arreglos preliminares Refinar y evaluar contra los criterios t cnicos y econ micos Dise o para dar forma Arreglo preliminar Optimizar y completar los dise os de forma Verificar si hay errores y la eficacia en costos Preparar la lista de partes preliminares y documentos de producci n Arreglo definitivo Finalizar los detalles Dise o de detalles Verificar todos los documentos Soluci n Completar los dibujos de detalles y los documentos de producci n Icacion Adaptar la especif Informacion Modelo VDI 2221 gt Modelo desarrollado en Alemania VDI Verein Deutscher
28. iom Trace Output Voltage 2V DW Ra 9 1 C 0 01pF a Practica No 2 Realizar un circuito PWM 0 100 y una etapa de potencia para variar la velocidad de un motor de DC Acoplar el encoder realizado en la pr ctica No 1 gt Entregar Circuito funcionando diagramas de conexion y planos del motor soporte encoder gt Convertidores DAC y ADC El proceso de Dise o gt gt Sue a construye y disfruta requirements product L A e a J 2 g 6 a amp 36 verification validation A j Po ENT Y A o ee a domain specific design mechancial engineering electrical engineering control engineering modelling and model analysis Comunicacion de los disenos bitacoras de diseno gt La actividad esencial del dise o es la producci n de una descripci n final del artefacto gt Realizar dibujos Anotaciones adicionales Lista de partes y o componentes gt Modelo sencillo de cuatro etapas de diseno EXPLORACION GENERACION EVALUACION COMUNICACION Modelo de French del proceso de w FIS dise o Dise o conceptual Genera soluciones amplias en forma de esquemas Fase donde se conjuntas las ciencias de la ingenier a el conocimiento pr ctico y es donde se toman las decisiones mas Importantes Dar forma a los esquemas Se trabajan con mas detalle y se
29. la colocaci n de chasis en una linea de producci n de vehiculos o Ventilador dom stico de techo o Carretilla el ctrica construcci n o Sierra circular carpinter a o Fresador universal CNC o Gr a el ctrica 2 Toneladas o Actuador de cabeza disco duro o Limpiaparabrisas de vehiculo o Motor banda transportadora industrial para botellas de refresco o Lavadora de ropa con aspas de agitaci n Control de un motor Luego en un motor de DC puede actuarse sobre dos parametros a Variar la corriente para modificar el par Control de corriente La corriente por el motor determina el par que este produce Cuando el motor no realiza un trabajo util o no debe vencer un rozamiento un aumento disminucion de la corriente se traduce en una aceleraci n o desaceleraci n del motor independiente de la velocidad con la que se encuentre girando b Modificar la tension dado un par para variar la velocidad del motor Control de tension Como la corriente por el motor viene determinada por la suma de pares que debe vencer un aumento disminucion de la tension aplicada al motor se traduce en un aumento disminucion de la velocidad de giro del mismo Modos de funcionamiento de un motor de D C Primer cuadrante Tanto la tensi n del motor como la corriente que lo atraviesa son positivas esto es la energ a fluye de la bater a al motor Segundo cuadrante La tensi n del motor es positiva
30. modo cuando el usuario hace presi n sobre l El SD es c modo cuando el usuario resiste la torsi n El SD se equilibra bien en la mano del usuario El SD se puede utilizar f cilmente en ambas manos derecha o izquierda El peso del SD es adecuado El SD tiene una temperatura tibia cuando se toca en ambientes fr os El SD puede estar bajo el sol El SD es f cil de controlar cuando se giran los tornillos El usuario puede hacer fuerza de presi n sobre el SD El usuario puede resistir los giros del SD El SD se puede bloquear en modo de operaci n La velocidad del SD puede ser controlada por el usuario mientras gira un tornillo El SD se mantiene alineado sin que se resbale la cabeza del tornillo El usuario puede ver f cilmente d nde est el tornillo El SD no da a las cabezas del tornillo El SD es f cilmente reversible El SD es f cil de configurar y utilizar El SD es f cil de encender El SD evita apagarse inadvertidamente El usuario puede establecer la m xima torsi n del SD El SD proporciona un f cil acceso a las brocas o a los accesoric El SD se puede fijar al usuario para su almacenamiento tempo La corriente del SD es conveniente El SD es f cil de recargar El SD se puede utilizar mientras se recarga El SD se recarga de manera r pida Las bater as del SD son f ciles de utilizar cuando est n nuevas l El usuario puede aplicar torsi n manualmente al S
31. nciones esenciales son aquellas que debe satisfacer el dispositivo independientemente de los componentes f sicos que pudieran utilizarse gt Procedimiento 1 Expresar la funcion global del diseno en terminos de la conversion de entradas y salidas FUNCION E cancro IE ENTRADAS SALIDAS y 2 Descomponer la funci n global en un conjunto de funciones secundarias necesarias Cuando se especifican las funciones secundarias conviene plantearse con un verbo y un sustantivo Por ejemplo amplificar se al contar art culos separar desperdicio etc Cada funci n necesaria tiene sus propias entradas y salidas 3 Dibujar un diagrama de bloques que muestre las interacciones entre las funciones secundarias Salidas Entradas Funcion gt Dibujar los limites del sistema Aqui se definen los limites funcionales para el producto o dispositivo a disenar En el diagrama no puede haber entradas o salidas sueltas excepto aqu llas que provienen de los limites del sistema o van hacia afuera Muchos de estos limites dependen de los requerimientos del cliente o de la politica gerencial gt 5 Buscar componentes apropiados para realizar las funciones secundarias y sus iteracciones Aqu se determina el tipo de sistema a ser desarrollado posteriormente sistema mecanico electronico PC humano etc
32. nerg a externa Suministro de agua dura agua potable Identificaci n clara del ajuste de temperatura Marca comercial en lugar prominente Ausencia de conexi n de los dos suministros cuando est cerrada Ausencia de conexi n cuando se extraiga agua Que la manija no se caliente por arriba de 350C Que no queme al tocar los accesorios Colocar protecci n contra quemaduras si el costo extra es peque o Operaci n obvia manejo sencillo y conveniente Contornos suaves y de f cil limpieza sin bordes afilados Operaci n silenciosa 20 dB seg n DIN 52218 Vida de servicio de 10 a os con 300 000 operaciones aproximadamente F cil mantenimiento y reparaci n sencilla Usar refacciones est ndar Costos m x de fabr 30 marcos alemanes 3000 unidades al mes Programas desde el comienzo del desarrollo Dise o Dise o de Dise o de la Prototipo conceptual detalles forma despu s de 2 4 6 9 meses P gina 1 Responsable Especificaci n para Medidor de combustible Requerimientos Responsable 1 Contenedor conexi n distancia Volumen 20 160 Forma fija o no especificada rigida Material acero o plastico eg Conexi n al contenedor D Cambios y Conexi n de la brida Conexi n superior Conexi n lateral H 150 600 mm d 71 mm h 20mm Distancia del tanque al indicador 0m 3 4m 1 20m 2 Contenido rango de temperatura material Liq
33. nte gt Grabaci n de audio Notas gt Grabaci n de video gt Fotografia fija 2 Interpretar los datos sin procesar en terminos de las necesidades del cliente Expresar la necesidad en t rminos de lo que el producto tiene que hacer no en t rminos de c mo podr a hacerlo Expresar la necesidad tan especificamente como los datos sin procesar Utilizar fraseo positivo no negativo Expresar la necesidad como un atributo del producto Evitar las palabras debe y deber a Cliente Bill Esposito Entrevistador es Jonathan y Lisa Domicilio 100 Memorial Drive Fecha 19 de diciembre del 2002 Cambridge MA 02139 Tel fonos 617 864 1274 Actualmente utiliza Craftsman modelo A3 Le gustar a participar en el seguimiento S Tipo de usuario Mantenimiento del edificio Pregunta enunciado Enunciado del cliente Necesidad interpretada Usos t picos Necesito ajustar r pidamente los tornillos m s El SD ajusta los tornillos m s r pido que a mano r pido que con la mano El SD fija los tornillos de l mina met lica en los trabajos de conductos met licos Algunas veces hago trabajo en conductos utilizo tornillos de l mina met lica El SD se puede utilizar para tornillos en dispositivos el ctricos Muchos componentes el ctricos cubiertas de interruptores tomas de salida ventiladores aparatos de cocina
34. on simetrica y transistores complementarios Sin embargo en esta configuracion es muy sencillo medir la corriente y tension en los extremos del motor que suelen necesitarse para completar el lazo de realimentaci n Por otro lado es necesario prestar especial atencion a algunos de los riesgos que conlleva esta configuracion Ve Conducci n simult nea de los dos transistores debido a desequilibrios entre los transistores o al circuito de prepolarizaci n Esta circunstancia puede degenerar en un cortocircuito entre las dos fuentes de alimentaci n Vee Fig 4 Amplificador en T Circuitos excitadores para motores Wes 7 c Amplificador en H o etapa de salida en puente Esta configuracion requiere de una unica fuente de alimentacion para excitar al motor en los A A cuatro cuadrantes Sin embargo tambi n presenta ciertos problemas Necesita 4 transistores aunque todos del mismo tipo AN A vo Como el motor est flotante sin ning n terminal a masa es dif cil medir la tensi n y corriente que circulan por l Circuitos excitadores para motores Amplificadores operacionales Esta alternativa para la excitacion lineal de motores presenta la ventaja del empleo de circuitos integrados lo que conlleva circuitos mas faciles de montar y disenar Sin embargo su uso esta limitado a aplicaciones donde las potencias manejadas no superen los 100 w d 1 Control por t
35. pieza de trabajo o a la herramienta gt Corte autom tico de la operaci n en caso de una sobrecarga A medida que se ampl a la lista de objetivos deber quedar en claro que algunos se encuentran a mayores niveles de importancia que otros Las preguntas que son utiles para ampliar y clarificar los objetivos pueden ser Porqu C mo y Qu Ordenar la lista en conjuntos de objetivos de nivel superior a un nivel inferior La maquina debe ser segura Bajo riesgo de Bajo riesgo de Bajo riesgo de lesion para el errores del da o a la pieza de operador operador trabajooala herramienta Corte automatico de la operacion ante una sobrecarga Sistema de El sistema es El sistema 100 confiable toma a acciones Operaci n Solo el usuario No tiene fallas Locales Remotas lo desactiva El sistema funciona aun con cortes de Activa Notifica al Notifica a energia alarma usuario la policia sonora Resumen gt Preparar una lista de objetivos de dise o Estos se toman del planteamiento de dise o a partir de preguntas al cliente y de una reuni n con el equipo de dise o gt Ordenar la lista en conjuntos de objetivos de mayor y menor nivel Los objetivos principales y los objetivos secundarios de la lista ampliada se agrupan aproximadamente en niveles jer rquicos gt Dibujar un diagrama del rbol de objetivos que muestre la relaciones j
36. rgy radar pod bf con energy supply supply sumer mechanical hydraulic thermal electrical motores de CD con cabeza piezoel ctrica bandas y caja de engranes de inyecci n de tinta iptores placas de circuitos impresos con circuitos integrados Video ejemplo Sistema mecanico Acondicionador Actuadores de se al de entrada Acondicionador Control Interfaz de se al de salida Tarea No 1 Lavadora dom stica a Describa detalladamente el proceso de funcionamiento b Realice una descripci n de partes y componentes del sistema mec nico electr nico y de control con los que cuenta No requiere de habilidades especiales DISENO No es indispensable Diseno Fabricacion Lo que caracteriza el diseno que realizan los ingenieros en el ambito de su especialidad es que se emplean metodos y tecnicas apropiadas para hacer este proceso mas eficiente y para lograr un producto de mejor calidad todo ello al menor costo posible Disefio gt Fabricaci n A os Industria Minutos horas electr nica Muchas veces se comienza desde el final desde que el dise o se ha concluido por eso es mejor realizar una descripci n del artefacto que se va ha trabajar formas dimensiones materiales colores etc Postulados esenciales del diseno gt Lo simple es mas hermoso gt La ley de Murphy se cumple inexorablemente
37. rtido Configuraci n Variable kiuste d uste de ganancias Ajuste del control Cambio de tipo de control rotarorio Fijaci n de requerimientos 22 gt El conjunto de requerimientos comprende la especificaci n del rendimiento del producto o la m quina gt Hay que establecer o por lo menos identificar las especificaciones m s importantes en los primeros momentos del proceso de dise o S Ejemplos Oo Oo DU O Qs Bb wo N a O N 10 11 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 D Demandas d Deseadas oO 00 0 2 0 0 0 ef a 190 00 0 0 O 0 00 2 090 u Requerimientos Especificaci n Llave mezcladora operada con una mano Capacidad flujo mezclado m x 10 l min a 2 bars Presi n m x 10 bars presi n de prueba 15 bars seg n DIN 2401 Temp del agua 60 C est ndar 100 C tiempo breve Fijaci n de la temperatura independiente de la capacidad y presi n Fluctuaci n permisible de temp 5 C a una dif de presi n de 5 bars entre el suministro de agua caliente y fr a Conexi n 2 tubos de cobre 10 x 1 mm 400 mm Conexi n de un solo orificio 35 mm espesor de recipiente 0 18 mm Cumplir con las dimensiones del recipiente DIN EN 31 DIN EN 32 DIN 1368 Descarga por encima del borde superior del recipiente 50 mm Adaptarse a recipiente dom stico Convertible a accesorios en la pared Operaci n f cil ni os Ausencia de e
38. uaci n de Ingenieria omparaci n con la icompetencia Y gt NECESIDADES DEL CLIENTE PRIORIDAD Facil acceso alas terminales Sistema facilmente accesible Alta velocidad de los vehiculos Tiempos breves de recorrido Comodidad oca interferferencia con otro tipo de transito aja probabilidad de fallas Baja probabilidad de demoras aja susceptibilidad al clima Seguridad Ambiente agradable Usuario Atractivo Poco ruido exterior No usuario Sin obtrucciones visuales Un sistema c modo seguro y atractivo co wlolo T et 0 h ro m Z ro 3 D a a ro wi ro o o om 9 A Sin correlaci n Blanco 0 Grado de correlaci n Simbolo utilizado Valor num rico entre RC y CT asignado Caracteristicas t cnicas rimientos 2 a A A 2 RC con consideraci n d bil de los 3 OF of clientes A RC no considerado RC Requerimientos CT Caracter sticas t cnias CT innecesaria CT redundante ESSE ARRE ESFUERZO DE SELLADO APERTURA CIERRE AISLAMIENTO Importancia relativa CARACTER STICAS DE INGENIER A TRIBUTOS EL CLIENTE Fuerza para abrir la puerta Fuerza m xima de cierre fx Reducci n del ruido del camino f a Facil de cerrar por fuera Bue x i Permanezca abierta en pendientes SIW Y vi od LU O F cil de abrir por fuera gt e
39. uido Rango de operaci n Ambiente de almacenamiento Gasolina o diesel D 25 a 65 C 40 a 100 C 3 Se al energ a Salida del transmisor se al el ctrica cambio de voltaje con cambio en cantidad Fuente disponible de energ a c d a 6 12 24 V Variaci n de voltaje 15 a 25 Exactitud de se al de salida a m x 3 2 junto con error del indicador 5 bajo condiciones normales nivel horizontal v constante capaz de resistir sacudidas de un manejo normal Sensibilidad de respuesta 1 de m xima se al de salida 0 5 de m xima se al de salida Se al no afectada por el ngulo de la superficie del l quido Posibilidad de calibraci n de se al
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