Estructura, componentes, cableado electrónico, facilidad de mantenimiento.

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

Los ciclos de desarrollo de productos acelerados y los rápidos avances tecnológicos actuales han impulsado la necesidad de una ingeniería multidisciplinar. Si bien antes el ingeniero mecánico se centraba exclusivamente 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 integra estas áreas, ofreciendo una solución integral para el control del movimiento. Los avances y la integración de estos tres campos optimizan el diseño mecatrónico.

Es esta simplificación la que impulsa los avances en robótica y sistemas cartesianos multieje para usos industriales y 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 popular.

Aquí presentamos cinco factores clave que, en conjunto, facilitan el diseño de sistemas mecatrónicos.

1. Guías lineales y estructura integradas

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

Por ejemplo, la alineación predefinida integrada en los rieles paralelos durante el proceso de fabricación reduce los costos gracias a la menor cantidad de componentes, la mayor precisión y la menor cantidad de variables a lo largo del riel. Estos rieles paralelos también facilitan la instalación, ya que eliminan la necesidad de múltiples fijaciones y la alineación manual.

Antes, era casi seguro que, independientemente del sistema de guía lineal que eligiera un ingeniero, también tendría que considerar placas de montaje, rieles de soporte u otras estructuras para lograr la rigidez necesaria. Los componentes más modernos integran las estructuras de soporte en el propio riel lineal. Este cambio, del diseño de componentes individuales a diseños monobloque o subconjuntos integrados, reduce el número de componentes, a la vez que disminuye los costos y la mano de obra.

2. Componentes de transmisión de potencia

La elección del 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 ofrecer 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 altas velocidades en recorridos prolongados. En el extremo opuesto del espectro de rendimiento se encuentran los husillos de bolas y de bolas, que se asemejan más a un automóvil con una primera y segunda marcha potentes y de respuesta rápida. Ofrecen un buen par motor y destacan por su capacidad para arranques, paradas y cambios de dirección rápidos. El gráfico muestra las diferencias entre la velocidad de las correas y el par motor de los husillos.

Al igual que con los avances en guías lineales, la alineación prefabricada es otra área donde el diseño de husillos ha evolucionado para ofrecer mayor repetibilidad en aplicaciones dinámicas. Al usar un acoplador, es fundamental prestar atención a la alineación del motor y el husillo para eliminar las oscilaciones que reducen la precisión y la vida útil. En algunos casos, se puede prescindir del acoplador por completo y fijar el husillo directamente al motor, integrando así los sistemas mecánicos y eléctricos, eliminando componentes, aumentando la rigidez y la precisión, y reduciendo costos.

3. Electrónica y cableado

Las configuraciones convencionales para la electrónica en aplicaciones de control de movimiento incluyen complejos sistemas de cableado, así como gabinetes y herrajes de montaje para ensamblar y alojar todos los componentes. El resultado suele ser un sistema poco optimizado, difícil de ajustar y mantener.

Las tecnologías emergentes ofrecen ventajas al sistema al integrar el controlador, el transductor y el amplificador directamente en un motor inteligente. Esto no solo elimina el espacio necesario para alojar los componentes adicionales, sino que también reduce la cantidad total de componentes y simplifica el número de conectores y el cableado, disminuyendo así la posibilidad de errores y ahorrando costos y mano de obra.

4. Diseñado para la fabricación (DFM)

• Corchetes

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 que cumplan con los estándares DFM. Por ejemplo, la fabricación de soportes de conexión personalizados para sistemas de movimiento solía ser costosa y lenta en talleres de herramientas o fabricación. Hoy en día, la impresión 3D permite crear un modelo CAD, enviarlo a la impresora 3D y obtener una pieza funcional en mucho menos tiempo y a un costo mucho menor.

• Conectorización

Otro aspecto del DFM que ya se ha tratado es el uso de motores inteligentes que integran la electrónica directamente en el motor, facilitando así 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 y pesados ​​portacables de plástico tipo cadena.

5. Mantenibilidad a largo plazo

Las nuevas tecnologías y los avances en el diseño no solo afectan la facilidad 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 lugar para realizar diagnósticos remotos.