Estructura, Componentes, Cableado Electrónico, Mantenibilidad.

Combinar ingeniería mecánica, eléctrica, de programación y de control no es fácil. Pero integrar los avances tecnológicos y centrarse en estas cinco áreas puede simplificar el proceso y garantizar que la mecatrónica sea sencilla.

Los rápidos ciclos de desarrollo de productos actuales y los rápidos avances en tecnología han impulsado la necesidad de una mayor ingeniería interdisciplinaria. Mientras que antes el ingeniero mecánico podía concentrarse únicamente en el hardware, el ingeniero eléctrico en el cableado y las placas de circuito, y el ingeniero de control en el software y la programación algorítmica, el campo de la mecatrónica reúne estas áreas creando un enfoque para una solución de movimiento completa. Los avances y la integración de los tres campos agilizan el diseño de la mecatrónica.

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

Aquí hay cinco factores clave que, cuando se combinan, dan como resultado un diseño mecatrónico más sencillo.

1. Guías lineales integradas y estructura.

En el diseño de máquinas, los conjuntos de rodamientos y guías lineales existen desde hace tanto tiempo que a menudo la mecánica de un sistema de movimiento se trata como una ocurrencia tardía. Sin embargo, los avances en materiales, diseño, características y métodos de fabricación hacen que valga la pena considerar nuevas opciones.

Por ejemplo, la alineación prediseñadas integrada en rieles paralelos durante el proceso de fabricación significa menos costos debido a menos componentes, mayor precisión y menos variables en juego a lo largo de un riel. Estos carriles paralelos también mejoran la instalación porque se eliminan los sujetadores múltiples y la alineación manual.

En el pasado, era casi una garantía que, independientemente del sistema de guía lineal que seleccionara un ingeniero, también tendría que considerar placas de montaje, rieles de soporte u otras estructuras para lograr la rigidez necesaria. Los componentes más nuevos integran estructuras de soporte en el propio riel lineal. Este cambio del diseño de componentes individuales a diseños de ingeniería de una sola pieza o subconjuntos integrados reduce la cantidad de componentes, al mismo tiempo que reduce los costos y la mano de obra.

2. Componentes de la transmisión de potencia

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

Al igual que la transmisión de un automóvil que funciona en cuarta marcha, las transmisiones por correa se adaptan a aplicaciones donde se requieren velocidades máximas en carreras de longitud extendida. En el extremo opuesto del espectro de rendimiento se encuentran los tornillos de bolas y de avance que se parecen más a un automóvil con una primera y segunda marcha con una respuesta potente. Ofrecen un buen par y sobresalen en arranques, paradas y cambios de dirección rápidos. El gráfico muestra las diferencias entre la velocidad de las correas y el par de los tornillos.

De manera similar a los avances en rieles lineales, la alineación prediseñadas es otra área donde el diseño de tornillos de avance ha avanzado para ofrecer una mayor repetibilidad en aplicaciones dinámicas. Cuando utilice un acoplador, preste atención a la alineación del motor y del tornillo para eliminar el "bamboleo" que reduce la precisión y la vida útil. En algunos casos, se puede eliminar completamente el acoplador y fijar el tornillo directamente al motor, fusionando directamente lo mecánico y lo eléctrico, eliminando componentes, aumentando la rigidez y la precisión, al tiempo que se reducen los costos.

3. Electrónica y cableado

Las configuraciones convencionales para la electrónica en aplicaciones de control de movimiento incluyen disposiciones de cableado complicadas, junto con los gabinetes y el hardware de montaje para ensamblar y alojar todos los componentes. El resultado suele ser un sistema que no está optimizado y además es difícil de ajustar y mantener.

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

4. Diseñado para la fabricación (DFM)

• Corchetización

Junto con un ensamblaje de rieles más sencillo de diseños integrados, la experiencia y las tecnologías emergentes, como la impresión 3D, aumentan su capacidad para crear prototipos de ensamblajes mecatrónicos y robóticos según los estándares DFM. Por ejemplo, los soportes de conectores personalizados para sistemas de movimiento a menudo han sido costosos y requieren mucho tiempo para procesarlos en una sala de herramientas o en un taller de fabricación. Hoy en día, la impresión 3D le permite crear un modelo CAD, enviarlo a la impresora 3D y tener una pieza de modelo utilizable en una fracción del tiempo y a una fracción del costo.

• Conectorización

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

5. Mantenibilidad a largo plazo

Las nuevas tecnologías y los avances en el diseño no sólo afectan la capacidad de fabricación inicial, sino que también pueden influir en la capacidad de mantenimiento continua de un sistema. Por ejemplo, mover el controlador y el variador a bordo del motor simplifica cualquier solución de problemas que pueda ser necesaria. El acceso al motor y a la electrónica es sencillo y ordenado. Además, muchos sistemas ahora se pueden conectar en red, lo que permite el acceso desde prácticamente cualquier ubicación para realizar diagnósticos remotos.