1.- DATOS DE LA ASIGNATURA Nombre de la asignatura Desarrollo de proyectos mecatrónicos. Carrera Ingeniería Mecatrónica Clave de la asignatura PIF - 1304 SATCA1 3-2-5 2. – PRESENTACIÓN CARACTERIZACIÓN DE LA ASIGNATURA. Esta asignatura aporta: Al perfil del Ingeniero Mecatrónico la capacidad para explicar y realizar el control de sistemas electromecánicos en sistemas dinámicos. Permite la utilización de herramientas que simulen, analicen y diseñen controladores para sistemas de control en la mecatrónica. La materia en su constitución ha tenido especial interés en abordar los diferentes campos de las ingenierías y de la tecnología donde se da la mayor aplicación de enfoques de control sin dejar de lado la importancia que reviste en los campos diversos de la mecánica, eléctrica y electrónica en el quehacer profesional. La asignatura es columna vertebral de las diversas ingenierías, pues ofrece el conocimiento de diversos sistemas dinámicos y sus características fundamentales de funcionamiento. Temas como estabilidad, margen de error, rapidez, robustez y otros más son considerados con especial atención contemplando los enfoques clásico y moderno en el tratamiento de las señales en el proceso de control. El profesional en el desempeño cotidiano será capaz de comprender las características, parámetros y conceptos intrínsecos de un sistema mecatrónico al observar sus diferentes respuestas ante entradas diversas, y podrá realizar ajustes que permitan la optimización de los sistemas con enfoques actuales. Intención didáctica. El temario considera cuatro unidades, contemplando en su primera unidad la identificación de los sistemas y sus diferentes características. La unidad dos comprende el entendimiento claro de lo que significa un sistema dinámico y de la aplicabilidad del concepto de Función de Transferencia en los sistemas. Considera la identificación de los sistemas ante diferentes tipos de entradas, identificando sus salidas y los diferentes ordenes de operación del sistema. Centralmente se evalúa la estabilidad de los sistemas mediante diferentes criterios. Se considera el análisis de la respuesta transitoria y de estado estable. Dentro de los temas determinantes en esta unidad está la evaluación del error. La tercera unidad es dedicada al estudio del concepto de controlador en el tiempo y sus diferentes formas de análisis y diseño. Se emplean diferentes técnicas de diseño de controladores. La cuarta unidad está destinada a la aplicación de los conocimientos previamente recibidos para realizar un prototipo que cumpla con los campos de la mecatrónica, realizando una evaluación de los sistemas desde una óptica diferente, el estudio en el dominio de la frecuencia de los sistemas, para obtener las diferentes formas de compensación en adelanto y/o atraso de los controladores. 3.- COMPETENCIAS A DESARROLLAR Competencias específicas: -Aplicar los conocimientos adquiridos durante la carrera, necesarios para evaluar, analizar, comprender, construir, sintonizar, controlar y mantener sistemas dinámicos invariantes en el tiempo para diferentes procesos industriales en el campo de la mecatrónica. -Desarrollar y generar tarjetas electrónicas de adquisición de datos para comunicación de la computadora con el sistema de control y la máquina electromecánica. -Desarrollar y generar tarjetas de potencia y control electrónico de los actuadores que se ubican en un sistema electromecánico y su comunicación con la tarjeta de adquisición de datos. Competencias genéricas: • Capacidad de análisis y síntesis • Capacidad de organizar y planificar • Conocimientos básicos de la carrera • Comunicación oral y escrita • Conocimiento de la Transformada de Laplace • Habilidades básicas en el modelado de sistemas mediante la utilización de la Transformada de Laplace. • Habilidades básicas de manejo de la computadora • Habilidad de manejo de software de Ingeniería y virtual • Habilidad para simular mediante modelaje matemático los sistemas físicos • Conocimiento de electrónica analógica • Habilidad para buscar y analizar información proveniente de fuentes diversas • Solución de problemas • Toma de decisiones. -Desarrollar programas de trabajo para el sistema mecatrónico mediante un Competencias interpersonales lenguaje de programación virtual. • Capacidad crítica y autocrítica • Trabajo en equipo • Habilidades interpersonales • Creatividad • Habilidad de modelar Competencias sistémicas • Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica • Habilidades de investigación • Capacidad de aprender • Capacidad de generar nuevas ideas (creatividad) • Habilidad para trabajar en forma autónoma • Búsqueda del logro 4.- HISTORIA DEL PROGRAMA Lugar y fecha de elaboración y revisión Instituto Tecnológico de Tlalnepantla del 11 al 15 de junio del 2013 Participantes Evento M. C. Maximiano Tiscareño Elaboración del Rangel programa de estudio de Ing. Juan Martínez Jurado la especialidad de la carrera de Ingeniería Mecatrónica 5.- OBJETIVO GENERAL DEL CURSO. Establecer y crear sistemas mecatrónicos comandados mediante controlador lógico programable o microcontroladores e interfase electrónica en tiempo real, enlazados a la computadora y que satisfaga necesidades industriales. 6.- COMPETENCIAS PREVIAS. - Instalar, programar y controlar redes de controladores lógicos programables - Manejar la programación en tiempo real de sistemas mecatrónicos. - Diseñar y construir interfases Analógicas y digitales, como convertidores A-D y D-A - Aplicar los conocimientos y experiencias generadas en la Robótica Industrial - Aplicar normas internacionales en la conformación de proyectos mecatrónicos - Analizar las funciones de transferencia para el sistema propuesto mediante la información recopilada. - Retomar proyectos que se establecieron con anterioridad, aplicando el concepto de control mecatrónico funcional 7.- TEMARIO Unidad | 2 Temas Diseño mecatrónico Modelado de mecatrónicos Subtemas 1.1 Identificación de una necesidad 1.2 Análisis del problema: PC – interfase controlador - máquina 1.3 Elaboración de una especificación 1.4 Propuesta de posibles soluciones 1.5 Elaboración de un diseño detallado sistemas 2.1 Características mecánicas en giro y traslación 2.2 Características eléctricas de motores 2.3 Sistemas electromecánicos 2.4 Sistemas hidráulico – mecánicos 2.5 Respuestas dinámicas de sistemas 3 Estudio de casos en 3.1 Control de movimiento de motores sistemas mecatrónicos eléctricos 3.2 Control de sistema articulado 3.3 Control del motor automotriz 3.4 Control de cámara automática digital 4 Generación de sistemas de Desarrollo de proyecto y prototipo control representativo. 8.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS. El profesor debe: Ser conocedor de la disciplina de control, la cual está bajo su responsabilidad, conocer su origen y desarrollo histórico para considerar este conocimiento al abordar los temas. Desarrollar la capacidad para coordinar y trabajar en equipo; orientar el trabajo del estudiante y potenciar en él la autonomía, el trabajo cooperativo y la toma de decisiones. Mostrar flexibilidad en el seguimiento del proceso formativo y propiciar la interacción entre los estudiantes. Tomar en cuenta el conocimiento de los estudiantes como punto de partida para la construcción de nuevos conocimientos. • Propiciar actividades de metacognición. Ante la ejecución de una actividad, señalar o identificar el tipo de proceso intelectual que se realizó: una identificación de patrones, un análisis, una síntesis, la creación de un heurístico, etc. Al principio lo hará el profesor, luego será el alumno quien lo identifique. Ejemplos: reconocer el orden de un sistema físico dada la función de transferencia del mismo: reconocimiento de patrones; elaboración de un principio a partir de una serie de observaciones producto de un experimento: síntesis. • Propiciar actividades de búsqueda, selección y análisis de información en distintas fuentes. Ejemplo: buscar y contrastar comportamientos como aquellos de segundo orden, identificando puntos de coincidencia y diferencia entre ellos en cada situación concreta (subamortiguado, críticamente amortiguado, sobreamortiguado). • Fomentar actividades grupales que propicien la comunicación, el intercambio argumentado de ideas, la reflexión, la integración y la colaboración de y entre los estudiantes. Ejemplo: al socializar los resultados de las investigaciones hechas a partir de software de simulación (Matlab, LabView, Multisim) y las experiencias prácticas solicitadas como trabajo extra clase. • Observar y analizar fenómenos y problemáticas propias del campo ocupacional. Ejemplos: el proyecto final se realizará tomando en cuenta el contenido de todas las unidades. • Relacionar los contenidos de esta asignatura con las demás del plan de estudios a las que ésta da soporte para desarrollar una visión interdisciplinaria en el estudiante. Ejemplos: señalar que el control continuo basado en Laplace estudiado en esta clase puede ser extendido a un control discreto basado en transformada Z con conceptos similares, y que ambos son necesarios para controlar el movimiento de robots, los cuales son necesarios para implementar la manufactura integrada por computadora. • Propiciar el desarrollo de capacidades intelectuales relacionadas con la lectura, la escritura y la expresión oral. Ejemplos: trabajar las actividades prácticas a través de guías escritas, redactar reportes e informes de las actividades de experimentación, exponer al grupo las conclusiones obtenidas durante las observaciones. • Facilitar el contacto directo con materiales e instrumentos, al llevar a cabo actividades prácticas, para contribuir a la formación de las competencias para el trabajo experimental como: identificación manejo y control de variables y datos relevantes, planteamiento de hipótesis, trabajo en equipo. • Propiciar el desarrollo de actividades intelectuales de inducción-deducción y análisis-síntesis, que encaminen hacia la investigación. • Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicación de los conceptos, modelos y metodologías que se van aprendiendo en el desarrollo de la asignatura. • Proponer proyectos que permitan al estudiante la integración de contenidos de la asignatura y entre distintas asignaturas, para su análisis y solución. • Relacionar los contenidos de la asignatura con el cuidado del medio ambiente. • Cuando los temas lo requieran, utilizar medios audiovisuales para una mejor comprensión del estudiante. • Propiciar el uso de las nuevas tecnologías en el desarrollo de la asignatura (Matlab, LabView, Multisim, Mathematica, Simmon, CircuitMaker, Internet, etc.). Proponer el diseño de sistemas mecatrónicos y generación de prototipos que sean representativos de la necesidad en la industria o en el ámbito social, mediante el asesoramiento directo y personalizado del docente. Visitar empresas y eventos donde se cuente con sistemas mecatrónicos en función operable dentro de un proceso o en salas de exhibición. Analizar videos de sistemas mecatrónicos trabajando en procesos de producción en serie. 9.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN. Evaluar el curso por etapas conforme a la aplicación de los subtemas en la generación de un proyecto de diseño para un sistema mecatrónico con su control respectivo, deduciendo el porcentaje sustantivo para cada unidad respectivamente. • Exposición de temas por parte de los alumnos con apoyo y asesoría del profesor • Evaluación trabajos de investigación entregados en forma escrita • Evaluación por unidad para comprobar el manejo de aspectos teóricos y declarativos • Evaluación de las prácticas por unidad, considerando los temas que ésta contiene • Evaluación de las aplicaciones del contenido de la materia • Considerar reporte de un proyecto final que describa las actividades realizadas y las conclusiones del mismo 10.- UNIDADES DE APRENDIZAJE. Unidad 1 Diseño mecatrónico Competencia específica a desarrollar Emitirá una propuesta mecatrónica, fundamentada de la relación que guardan los campos de la mecánica, electrónica y computación para el control dinámico de sistemas. Actividades De Aprendizaje -Examinar lecturas e investigaciones respecto a sistemas mecatrónicos, su control, comunicación y programación. - Analizar el sistema propuesto mediante la información conocida. -Aplicar la información en el desarrollo de un diseño mecatrónico propuesto Unidad 2 Modelado de sistemas mecatrónicos Competencia específica a desarrollar Actividades De Aprendizaje Elaborará documento técnico - Realizar investigación documental fundamentado de la modelación de respecto a modelado de sistemas elementos (parámetros) que actúan en dinámicos mecatrónicos, su control y la mecatrónica relacionando: programación. mecánica, electrónica y control para la -Definir el análisis en el sistema propuesto función dinámica de sistemas. mediante la información recopilada. -Aplicar la información en el desarrollo del modelado matemático del sistema mecatrónico propuesto. Unidad 3 Estudio de casos en sistemas mecatrónicos Competencia específica a desarrollar Emitirá una solución fundamentada de la relación que guardan los campos de la mecánica, electrónica, computación, y comunicación para el control Actividades De Aprendizaje -Exponer y discutir casos de interés personal que cumplan como sistemas mecatrónicos para establecer su control dinámico. dinámico de sistemas y su aplicación -Proponer un sistema mediante la mediante la programación. información recopilada en unidades anteriores para generar los algoritmos de control y su programación dinámica. -Aplicar la información en el desarrollo del diseño mecatrónico. Unidad 4 Generación de sistemas de control Competencia específica a desarrollar Aplicará los conocimientos a la culminación de un sistema mecatrónico que cumpla con los campos de mecánica, eléctrica, electrónica, control y programación. Actividades De Aprendizaje -Aplicar los conocimientos electrónicos y de control para la generación de interfases que interactúen en el movimiento y operación del sistema mecatrónico propuesto en función del tiempo real. -Construir el prototipo didáctico propuesto para ser controlado mediante las interfases de control y programación de parámetros. 11.- FUENTES DE INFORMACIÓN 1.- Balcells, J. Romeral, J. L., Autómatas Programables, Alfaomega Grupo Editor, 1998. 2.Standler, W., Analytical Robotics and mechatronics, McGraw Hill International Ed., 1995. 3.Spong, M. W., Vidyasagar, M., Robot Dynamics and control, John Wiley Sons, 1989. 4.Fu, K. S., González, R. C., y Lee, C. S. G., Robótica: Control, Detección, Visión e Inteligencia , McGraw Hill, 1987. 5.Shahinpoor, M., A robot Engineering Textbook, Harper Row, N.Y., 1987. 6.www.kuka.com:(ArcWelding_engl.,Food_Suppy_Chain_engl. Kuka_CAMROB_de., Kuka_Jet_en., Kuka_Reinraum_en.). 7.Koren, Y., ROBOTICS for engineers, McGraw Hill International Ed., 1987 8.www.unimation.com: catalog. 9.www.abbrobots.com: catalog. 10.- Safford, E. L., Handbook of Advanced Robotics, TAB BOOKS inc., 1982 12.- PRÁCTICAS PROPUESTAS El alumno deberá aplicar el contenido temático de cada unidad y lo probará en el laboratorio de mecatrónica aplicada hasta concluir el control respectivo del prototipo que al inicio de semestre propuso. De la manera siguiente: - Proponer un diseño mecatrónico en forma esquemática del sistema dinámico que sea de interés personal para el alumno - Experimentar con interfases electrónicas para comandar a un elemento actuador del sistema propuesto integrando con sensorica para el control regulable. - Idear el control electrónico del sistema dinámico propuesto en forma total considerando “n” actuadores con “n” sensores enlazados a un microcontrolador o microprocesador. - Estructurar el lenguaje de programación que permita en tiempo real el control total del sistema mecatrónico.