Desde un motor hasta un sistema motor

maxon ha pasado de ser un proveedor de componentes a un proveedor de soluciones de sistema. Los componentes pueden ser tanto motores, reductores y encoders como controladores de velocidad y posición. Para nosotros, un sistema es una solución motriz completa formada por unidades mecatrónicas y subsistemas que se integran en un contexto de mayor tamaño. El enfoque se incluye desde los componentes individuales hasta las funciones principales que deben satisfacerse.

El punto de partida es un componente personalizado, en concreto un motor plano. Para una mejor disipación del calor, el rotor está perforado y se requieren un cable y un conector especiales para la conexión a la electrónica de control del motor diseñada a la medida del cliente. Al principio no se conoce el objetivo exacto del motor ni sus interfaces mecánicas y eléctricas. Solo después de un examen más detallado proporcionado por el cliente queda claro que el motor acciona una articulación robótica con engranajes. El espacio muy reducido, junto con el correspondiente montaje complejo de la solución ya existente, así como las funciones adicionales requeridas, son buenos motivos para decidirse por una solución de sistema integrado.

Requisitos mecánicos
· Bajas velocidades y pares elevados para un motorreductor
· Rango de movimiento en la salida del reductor: aprox. 120°
· Bloqueo de la articulación en caso de fallo de electricidad (freno de retención)
· Posibilidad de soltar el bloqueo. El sistema no debe ser autobloqueante.
· Los cables deben atravesar las articulaciones.

Requisitos eléctricos y electrónicos
· Controlador para el motor sin escobillas (incluyendo control de conmutación, corriente y velocidad)
· Comunicación con el control maestro de nivel superior
· Sensor angular para la salida de motor y reductor, información de posición para enviar al maestro

Todo esto ocurre en un contexto de dimensiones y peso predefinidos y limitados. Además, es necesario mantener bajas las emisiones (temperatura, vibraciones y ruido audible). Alimentación con baterías, el sistema debe funcionar con eficiencia energética. Y, por supuesto, también es necesario tener en cuenta los costes.

La lista de los requisitos es una muestra de los factores que hay que tener en cuenta a la hora de adquirir una solución integrada. Estos aspectos solo pueden clarificarse mediante una comunicación intensa y abierta entre el cliente y el integrador de sistemas.

Delimitación del sistema

La primera pregunta a la que es necesario responder es: ¿qué debe formar parte del sistema? ¿Dónde pueden definirse límites razonables del sistema teniendo en cuenta los objetivos de funcionamiento que se desean lograr? ¿Cuál es el entorno del sistema? ¿Cómo deben ser las interfaces mecánicas y eléctricas? ¿Cómo se intercambia la información y cómo se comunica el usuario final con el sistema completo?

En el desarrollo de sistemas complejos se ven involucradas personas con diferentes conocimientos previos y diferentes puntos de vista. ¿Cómo puede configurarse la comunicación de forma óptima para que todas las personas entiendan lo mismo y persigan los mismo objetivos? Una caja negra como la anteriormente esbozada puede servir de ayuda. Una estrategia «top-down» (de arriba abajo) que no se pierda en los detalles también puede ser útil. Otro aspecto a menudo ignorado cuando se trata de sistemas completos: ¿cómo es posible tener en cuenta las necesidades del usuario final?
 

Especificación de sistemas

Los motivos por los que se inicia el desarrollo de un sistema pueden ser un buen punto de partida para formular los objetivos. ¿Se trata de un nuevo desarrollo? ¿Se trata de mejorar una solución ya existente? ¿Por qué no es satisfactoria la solución ya existente? La base de una especificación siempre es un análisis de la situación: ¿de qué se trata realmente? ¿Cómo es el contexto del sistema? Es importante formular de forma neutra el catálogo de objetivos, p. ej., sin implicar un solución. En el ejemplo anterior, el bloqueo requerido en caso de fallo de la electricidad también puede obtenerse mediante un reductor autobloqueante y no solo con un freno de retención.

Soluciones

El catálogo de objetivos sirve como base para desarrollar diferentes soluciones, las cuales deben ser juzgadas en función de su idoneidad. Las soluciones posibles a menudo se basan en productos ya existentes. En este contexto quiero mencionar el diseño de la plataforma de productos maxon en los últimos años. Permite utilizar, durante el desarrollo del sistema, componentes ya existentes y de eficacia probada, con la ventaja añadida de que pueden personalizarse rápidamente. Todo esto minimiza los riesgos tecnológicos, temporales y económicos.

La mayoría de las veces, los sistemas de maxon aparecen en un contexto mecatrónico que combina componentes mecánicos y eléctricos: mecánica de transmisión, actuadores, sensores, controladores. El software es cada vez más importante, por ejemplo en forma de firmware de controlador o de programa de ordenador que controle la planta completa.

A la hora de vincular soluciones diferentes, es necesario asegurarse de que se están comparando manzanas con manzanas. Para el cliente, por ejemplo, los costes de un sistema integrado deben compararse no solo con los costes de los componentes individuales, sino también con los de las interfaces y el montaje.
 

Límites económicos

Un componente integral del análisis de la situación es la pregunta de si un diseño es rentable y en qué circunstancias. ¿Qué cantidades cabe esperar en qué periodo de tiempo? Son requieren estimaciones de mercado fiables. Debe definirse si los costes no recurrentes de ingeniería y herramientas deben ser parte del precio del producto o si deben pagarse por separado. Básicamente, un cálculo del valor actual neto (VAN) puede servir para tomar la decisión económica de iniciar un proyecto. Las consideraciones del ajuste estratégico y el análisis de riesgos son criterios adicionales.

En resumen, además de los aspectos aquí presentados, siga los pasos y procedimientos explicados en el libro de texto «Selección de micromotores de alta precisión».
 

Por cierto

La solución propuesta para la articulación de cadera robótica incorpora el motor seleccionado originalmente, pero con electrónica integrada basada en la plataforma de controlador ESCON y combinada con un reductor especial. Encoders integrados transmiten las posiciones del motor y el reductor. Un freno de retención con diseño especial actúa directamente sobre el rotor y está ubicado en la carcasa compacta. Para el cliente, el montaje de este sistema integrado es mucho más sencillo y rápido en comparación con la solución ya existente formada por componentes individuales.