Estructura, Componentes, Cableado Electrónico, Mantenibilidad.

Integrar la ingeniería mecánica, eléctrica, de programación y de control no es tarea fácil. Pero integrar los avances tecnológicos y centrarse en estas cinco áreas puede simplificar el proceso y facilitar la mecatrónica.

Los acelerados ciclos de desarrollo de productos y los rápidos avances tecnológicos actuales han impulsado la necesidad de una ingeniería más interdisciplinaria. Mientras que antes el ingeniero mecánico podía concentrarse únicamente en el hardware, el ingeniero eléctrico en el cableado y las placas de circuitos, y el ingeniero de control en el software y la programación algorítmica, la mecatrónica unifica estas áreas, creando un enfoque para una solución integral de movimiento. Los avances y la integración de estos tres campos optimizan el diseño mecatrónico.

Es esta simplificación la que está impulsando los avances en robótica y sistemas cartesianos de múltiples ejes para usos industriales y de fabricación, la automatización para mercados de consumo en quioscos y sistemas de entrega, junto con la rápida aceptación de las impresoras 3D en la cultura dominante.

A continuación se presentan cinco factores clave que, al combinarse, facilitan el diseño de mecatrónica.

1. Guías lineales integradas y estructura.

En el diseño de máquinas, los conjuntos de rodamientos y guías lineales se han utilizado durante tanto tiempo que, a menudo, la mecánica de un sistema de movimiento se deja de lado. Sin embargo, los avances en materiales, diseño, características y métodos de fabricación justifican la consideración de nuevas opciones.

Por ejemplo, la alineación prediseñada integrada en rieles paralelos durante el proceso de fabricación implica un menor costo debido a la menor cantidad de componentes, mayor precisión y menor cantidad de variables en juego a lo largo del riel. Estos rieles paralelos también mejoran la instalación, ya que se eliminan la necesidad de múltiples fijaciones y la alineación manual.

Anteriormente, era prácticamente seguro que, independientemente del sistema de guía lineal que seleccionara un ingeniero, también debía considerar placas de montaje, rieles de soporte u otras estructuras para lograr la rigidez necesaria. Los componentes más modernos integran estructuras de soporte en el propio riel lineal. Esta transición del diseño de componentes individuales a diseños de una sola pieza o subconjuntos integrados reduce el número de componentes, a la vez que reduce los costos y la mano de obra.

2. Componentes de transmisión de potencia

Seleccionar el mecanismo de accionamiento o los componentes de transmisión de potencia adecuados también es un factor importante. El proceso de selección, que implica equilibrar la velocidad, el par y la precisión con el motor y la electrónica, comienza por comprender los resultados que puede producir cada tipo de accionamiento.

Al igual que la transmisión de un automóvil en cuarta marcha, las transmisiones por correa son ideales para aplicaciones que requieren velocidades máximas en recorridos largos. En el extremo opuesto del espectro de rendimiento se encuentran los husillos de bolas y de avance, que se asemejan más a un automóvil con una primera y segunda marchas potentes y de alta respuesta. Ofrecen un buen par motor y son excelentes en arranques, frenadas y cambios de dirección rápidos. La tabla muestra las diferencias entre la velocidad de las correas y el par motor de los husillos.

Al igual que los avances en rieles lineales, la alineación prediseñada es otra área donde el diseño de husillos de avance ha avanzado para ofrecer una mayor repetibilidad en aplicaciones dinámicas. Al utilizar un acoplador, preste atención a la alineación del motor y el husillo para eliminar las oscilaciones que reducen la precisión y la vida útil. En algunos casos, el acoplador puede eliminarse por completo y el husillo puede fijarse directamente al motor, integrando así la mecánica y la electricidad, eliminando componentes, aumentando la rigidez y la precisión, a la vez que se reducen los costos.

3. Electrónica y cableado

Las configuraciones convencionales para la electrónica en aplicaciones de control de movimiento incluyen cableados complejos, además de gabinetes y hardware de montaje para ensamblar y alojar todos los componentes. El resultado suele ser un sistema desoptimizado y difícil de ajustar y mantener.

Las tecnologías emergentes ofrecen ventajas para el sistema al ubicar el controlador, el amplificador y el controlador directamente en un motor "inteligente". No solo se elimina el espacio necesario para alojar los componentes adicionales, sino que también se reduce el número total de componentes y se simplifica el número de conectores y cableado, lo que reduce la posibilidad de errores y ahorra costos y mano de obra.

4. Diseñado para la fabricación (DFM)

• Bracketing

Además de facilitar el ensamblaje de rieles en diseños integrados, la experiencia y las tecnologías emergentes como la impresión 3D aumentan la capacidad de crear prototipos de ensamblajes mecatrónicos y robóticos según los estándares DFM. Por ejemplo, procesar soportes de conectores personalizados para sistemas de movimiento en un taller de herramientas o fabricación solía ser costoso y lento. Hoy en día, la impresión 3D permite crear un modelo CAD, enviarlo a la impresora 3D y obtener una pieza de modelo utilizable en mucho menos tiempo y a un costo mucho menor.

• Conectorización

Otra área de DFM que ya se ha abordado es el uso de motores inteligentes que integran la electrónica directamente en el motor, lo que facilita el montaje. Además, las nuevas tecnologías que integran conectores, cableado y gestión de cables en un solo paquete simplifican el montaje y eliminan la necesidad de los tradicionales portacables de cadena de plástico, que son pesados.

5. Mantenibilidad a largo plazo

Las nuevas tecnologías y los avances en diseño no solo afectan la viabilidad de fabricación inicial, sino que también pueden influir en el mantenimiento continuo de un sistema. Por ejemplo, integrar el controlador y el variador en el motor simplifica la resolución de problemas. El acceso al motor y a la electrónica es sencillo y directo. Además, muchos sistemas ahora pueden conectarse en red, lo que permite el acceso desde prácticamente cualquier ubicación para realizar diagnósticos remotos.