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Elementos de
Mecatrónica
Dr. José Sebastián Gutiérrez Calderón
Profesor Investigador - Ingenierías UP
[email protected]
Temas generales del curso
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Conceptos básicos de la mecatrónica
Características principales de los transductores
Sensores y sistemas de medición
Actuadores y mandos
Mecanismos para la automatización
Control por computadora
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Unidad 4: Actuadores y
mandos
(continuación…)
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Actuadores
Músculos neumáticos
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Actuadores
Músculo neumático
Es un actuador de tracción que funciona
como un músculo humano, capaz de generar
una fuerza de tracción inicial muy grande.
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Actuadores
Músculo neumático - estructura
Los músculos neumáticos están compuestos por un tubo interno de
caucho, que aloja el aire a presión, recubierto por una malla de fibras
trenzadas. Uno de los extremos se encuentra cerrado por una placa y
es por donde el músculo aplica la fuerza al exterior. En el otro
extremo se sitúa una válvula de regulación con la que se hincha o
deshincha el tubo interior de caucho.
Placa
Malla de fibras
trenzadas
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Actuadores
Músculo neumático - funcionamiento
Al introducir aire a presión en el tubo de caucho este se hincha
expandiéndose en sentido transversal, lo cual provoca en la malla de
fibras una tensión en sentido tangencial al tubo de caucho y
ortogonal al eje de rotación del mismo, convirtiéndose en un
desplazamiento y una fuerza en sentido axial.
La malla de fibras inextensibles está trenzada en forma de rombo,
como se muestra a continuación:
transversal
axial
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Actuadores
Músculo neumático - ventajas
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Actuador de gran fuerza y carrera corta, sin movimientos a tirones.
Fuerza diez veces superior a la de un cilindro de dimensiones
semejantes.
Robusto e incluso se puede utilizar en condiciones extremas, como
las existentes en entornos con arena o polvo.
Regulación sencilla de las posiciones intermedias mediante ajuste
de la presión.
Liviano, hermético y sin fugas.
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Actuadores
Músculos neumáticos - MAS
En el MAS, la fijación de la membrana se realiza mediante una unión
roscada.
Tamaños: 10, 20, 40 mm
Longitudes nominales: 40 a 9000 mm
Fuerzas de elevación: 480 a 6000 N
Conexión atornillada
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Actuadores
Músculo neumático - DMSP
En el DMSP, la membrana está comprimida sobre un casquillo y los
adaptadores están integrados.
Además, el DMSP destaca respecto al MAS por su construcción
compacta (sección un 25% inferior, 30% menos de peso).
Tamaños: 10, 20, 40 mm
Longitudes nominales: 40 a 9000 mm
Fuerzas de elevación: 480 a 6000 N
Conexión prensada
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Actuadores
Músculo neumático - fuerza y carga
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La longitud nominal del músculo neumático se determina sin
presión.
El valor corresponde a la longitud visible de la membrana entre
los elementos de fijación.
El músculo se expande si es sometido a una fuerza de tracción
externa. Al aplicar presión se produce una contracción del
músculo con lo que su longitud es menor.
Para determinar el tipo de músculo neumático necesario para
cualquier aplicación, se puede simular utilizando el siguiente
software: MuscleSim - http://goo.gl/j5g6ML
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Actuadores
Músculo neumático - aplicaciones
Puede utilizarse para una gran cantidad de aplicaciones: industria
automovilística, automatización de procesos industriales en general,
técnicas médicas, técnicas de simulación, industria de la impresión,
técnicas de edificaciones y, por supuesto, automatización industrial.
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Actuadores
Músculo neumático - aplicaciones
Fuerza y dinamismo
Actuador de una punzadora
El músculo neumático funciona con
ciclos muy cortos.
La estructura sencilla del músculo
pretensado mediante dos muelles,
puede sustituir un complicado
sistema de sujeción mediante palanca
articulada con cilindros. De esta
manera es posible aumentar la
frecuencia de 3 a 5 Hz.
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Actuadores
Músculo neumático - aplicaciones
Fuerza y dinamismo
Sistema de parada de emergencia de
rodillo
El músculo neumático es la referencia en
aplicaciones que exigen reacciones muy
rápidas. La aplicación de parada de
emergencia de rodillos exige reacciones
rápidas y mucha fuerza. Con esta función
es posible evitar tiempos prolongados de
improductividad de las máquinas.
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Actuadores
Músculo neumático - aplicaciones
Fuerza y dinamismo
Accionamiento de un desvío
El músculo neumático es el actuador ideal
para tareas de clasificación y frenado de
piezas en sistemas de transporte: es capaz
de ejecutar movimientos muy rápidos y su
aceleración es inmediata. Gracias a su
respuesta inmediata, es posible obtener
ciclos muy cortos.
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Actuadores
Músculo neumático - aplicaciones
Movimientos sin tirones
Freno en un equipo rebobinado
El músculo neumático ejecuta los
movimientos sin fricción, por lo que es
posible frenar suavemente el tambor.
Ello significa que la operación de
bobinado es extremadamente precisa
ya que el movimiento es constante.
El control está a cargo de una válvula
proporcional, cuyas señales se regulan
mediante detectores de la fuerza.
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Actuadores
Músculo neumático - aplicaciones
Movimientos sin tirones
Alineación de una bobina en procesos
de enrollado
Tarea: enrollar de modo homogéneo
papel, folios o productos textiles.
Requisitos: utilización de un actuador
exento de fricciones y de respuesta
inmediata.
Solución: el tambor montado en un
bastidor móvil se desplaza por acción
de un músculo neumático, de este
modo, el canto del material siempre es
exacto al 100%.
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Actuadores
Músculo neumático - aplicaciones
Sistema de posicionamiento
Sistema elevador para la manipulación
de baldosas de hormigón
Es muy sencillo avanzar hasta posiciones
intermedias regulando la presión: con
una válvula de palanca manual se
aumenta o reduce la presión dentro del
músculo neumático, con lo que las
piezas pueden elevarse o descenderse
hasta alturas indistintas. Con músculos
de hasta 9 metros de largo es posible
encontrar soluciones óptimas para
muchas aplicaciones.
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Actuadores
Músculo neumático - aplicaciones
Sistema de posicionamiento
Ajuste del ancho en cintas de transporte
Tratándose de lotes pequeños, suele ser necesario
adaptar las máquinas a piezas de tamaños diferentes.
En los casos en los que es suficiente realizar un
ajuste aproximado, el músculo neumático es la
solución más apropiada y sencilla.
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Actuadores
Músculo neumático - aplicaciones
Entornos industriales difíciles
Tensor de cintas de transporte
En entornos polvorientos y sucios, el músculo
neumático ofrece ventajas evidentes en
comparación con actuadores convencionales.
El músculo no tiene juntas que pueden
desgastarse. El robusto músculo es muy
resistente, apropiado, por ejemplo, para la
difícil utilización en la industria del cemento.
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Actuadores
Músculo neumático - aplicaciones
Entornos industriales difíciles
Vibrador para desatascar un depósito
de alimentación por gravedad
En depósitos o silos suelen surgir
problemas porque se atascan las piezas.
Con la ayuda del músculo neumático es
posible conseguir que un vibrador
neumático alcance una frecuencia
desde 10 hasta 90 Hz. De este modo las
piezas avanzan de modo continuo y
fiable.
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Actuadores
Músculo neumático - aplicaciones
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Proyecto de
laboratorio 5
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Proyecto de laboratorio 5
Objetivo:
Realizar un juego mecánico utilizando por lo menos 4 músculos
neumáticos controlado mediante Visual Basic.
Características del sistema:
• El juego mecánico deberá ser innovador y creativo.
• Se interactuará y controlará mediante Visual Basic.
• Se deberá utilizar las teclas de la computadora para realizar algún tipo
de movimiento.
• La interfaz de usuario deberá tener un diseño profesional, sencillo y
funcional, con resolución de 1024 x 800 px. (Si se tiene problemas con
la resolución, aproximarse lo más posible).
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Proyecto de laboratorio 5
Entrega del proyecto:
• Tiempo de 1 hora y 30 minutos para entregar el proyecto.
• Jueves 06/10 se realizará la cuarta entrega.
• Documentación en formato de artículo IEEE a doble columna, entregar la
siguiente clase después de presentar el proyecto.
• Documentación sin haber aprobado la entrega, no se acepta.
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(ʘ‿ʘ)
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