Control de movimiento

Vídeo del cielo nocturno creado con la función de exposición prolongada/time-lapse de una cámara DSLR. El fotógrafo añadió movimiento de cámara (control de movimiento) montándola en una montura de telescopio computarizada que rastreaba en una dirección aleatoria fuera del eje ecuatorial normal.

El control de movimiento es un subcampo de la automatización que abarca los sistemas o subsistemas implicados en mover partes de máquinas de forma controlada. Los sistemas de control de movimiento se utilizan ampliamente en diversos campos para fines de automatización, incluyendo la ingeniería de precisión, la micromanufactura, la biotecnología y la nanotecnología. Los componentes principales implicados suelen incluir un controlador de movimiento, un amplificador de energía, y uno o más motores primos o actuadores. El control de movimiento puede ser en lazo abierto o en lazo cerrado. En sistemas de lazo abierto, el controlador envía una orden a través del amplificador al motor primo o actuador, y no sabe si se logró el movimiento deseado. Los sistemas típicos incluyen el control de motores paso a paso o de ventiladores. Para un control más preciso, se puede añadir un dispositivo de medición al sistema (generalmente cerca del movimiento final). Cuando la medición se convierte en una señal que se envía de vuelta al controlador, y el controlador compensa cualquier error, se convierte en un sistema de lazo cerrado.

Normalmente, la posición o velocidad de las máquinas se controla mediante algún tipo de dispositivo como una bomba hidráulica, un actuador lineal o un motor eléctrico, generalmente un servo. El control de movimiento es una parte importante de la robótica y las máquinas herramienta CNC, aunque en estos casos es más complejo que cuando se utiliza con máquinas especializadas, donde la cinemática suele ser más simple. Esto último se denomina a menudo Control de Movimiento General (GMC, por sus siglas en inglés). El control de movimiento se utiliza ampliamente en las industrias de envasado, impresión, textil, producción de semiconductores y montaje.

El Control de Movimiento abarca toda la tecnología relacionada con el movimiento de objetos. Cubre todos los sistemas de movimiento, desde sistemas de tamaño microscópico, como los microactuadores de inducción de tipo silicio, hasta sistemas microsimilares como una plataforma espacial. Pero, hoy en día, el enfoque del control de movimiento es la tecnología de control especial de sistemas de movimiento con actuadores eléctricos como servomotores de corriente continua/alterna. El control de manipuladores robóticos también se incluye en el campo del control de movimiento porque la mayoría de los manipuladores robóticos son accionados por servomotores eléctricos y el objetivo clave es el control del movimiento.

Descripción general

La arquitectura básica de un sistema de control de movimiento contiene:

Un controlador de movimiento, que calcula y controla las trayectorias mecánicas (perfil de movimiento) que debe seguir un actuador (es decir, planificación de movimiento) y, en sistemas de lazo cerrado, emplea retroalimentación para realizar correcciones de control y así implementar el control de lazo cerrado.
Un accionamiento o amplificador para transformar la señal de control del controlador de movimiento en energía que se presenta al actuador. Los accionamientos "inteligentes" más nuevos pueden cerrar los bucles de posición y velocidad internamente, lo que resulta en un control mucho más preciso.
Un motor primo o actuador, como una bomba hidráulica, un cilindro neumático, un actuador lineal o un motor eléctrico para el movimiento de salida.
En sistemas de lazo cerrado, uno o más sensores de retroalimentación, como codificadores absolutos e incrementales, resolvers o dispositivos de efecto Hall, para devolver la posición o velocidad del actuador al controlador de movimiento a fin de cerrar los bucles de control de posición o velocidad.
Componentes mecánicos para transformar el movimiento del actuador en el movimiento deseado, incluyendo: engranajes, ejes, husillos de bolas, correas, mecanismos de articulación y rodamientos lineales y rotativos.

La interfaz entre el controlador de movimiento y los accionamientos que controla es muy crítica cuando se requiere movimiento coordinado, ya que debe proporcionar una sincronización estricta. Históricamente, la única interfaz abierta era una señal analógica, hasta que se desarrollaron interfaces abiertas que cumplían con los requisitos del control de movimiento coordinado, siendo la primera SERCOS en 1991, que ahora se ha mejorado a SERCOS III. Las interfaces posteriores capaces de control de movimiento incluyen EtherNet/IP, Profinet IRT, Ethernet Powerlink y EtherCAT.

Las funciones de control comunes incluyen:

Control de velocidad.
Control de posición (punto a punto): Existen varios métodos para calcular una trayectoria de movimiento. A menudo se basan en los perfiles de velocidad de un movimiento, como un perfil triangular, un perfil trapezoidal o un perfil en curva S.
Control de presión o control de fuerza.
Control de impedancia: Este tipo de control es adecuado para la interacción con el entorno y la manipulación de objetos, como en robótica.
Engranaje electrónico (o perfilado de levas): La posición de un eje esclavo está matemáticamente vinculada a la posición de un eje maestro. Un buen ejemplo de esto sería un sistema en el que dos tambores giratorios giran en una proporción determinada entre sí. Un caso más avanzado del engranaje electrónico es el accionamiento por levas electrónico. Con el accionamiento por levas electrónico, un eje esclavo sigue un perfil que es una función de la posición del maestro. Este perfil no tiene por qué ser salado, pero debe ser una función animada.

Véase también

Match moving, para el seguimiento de movimiento en imágenes generadas por computadora
Mecatrónica, la ciencia de los dispositivos de movimiento inteligentes controlados por computadora
Sistema de control
Controlador PID, controlador proporcional-integral-derivativo
Girado
Neumática
EtherNet/IP
Sistema de posicionamiento de alto rendimiento para controlar alta precisión a alta velocidad

Lectura adicional

Tan K. K., T. H. Lee and S. Huang, Precision motion control: Design and implementation, 2nd ed., London, Springer, 2008.
Ellis, George, Control System Design Guide, Fourth Edition: Using Your Computer to Understand and Diagnose Feedback Controllers

Referencias

↑ Ma, Jun; Li, Xiaocong; Tan, Kok Kiong (2020). «1.1: Overview of Motion Control Systems». Advanced Optimization for Motion Control Systems. United States: CRC Press, Taylor & Francis Group. p. 1. ISBN 978-1000037111. , Google Books. Consultado el 30 de abril de 2020.
↑ Harashima, F. (1996). «Recent advances of mechatronics». Proceedings of IEEE International Symposium on Industrial Electronics 1. pp. 1-4. ISBN 0-7803-3334-9. S2CID 108759313. doi:10.1109/ISIE.1996.548386.

Enlaces externos

What is a Motion Controller? Technical Summary for Motion Engineers

Datos: Q852514
Multimedia: Motion control / Q852514

[1] Ma, Jun; Li, Xiaocong; Tan, Kok Kiong (2020). «1.1: Overview of Motion Control Systems». Advanced Optimization for Motion Control Systems. United States: CRC Press, Taylor & Francis Group. p. 1. ISBN 978-1000037111. , Google Books. Consultado el 30 de abril de 2020.

[2] Harashima, F. (1996). «Recent advances of mechatronics». Proceedings of IEEE International Symposium on Industrial Electronics 1. pp. 1-4. ISBN 0-7803-3334-9. S2CID 108759313. doi:10.1109/ISIE.1996.548386.