Els automatismes i els robots semblen objectes molt complicats, però pràcticament a diari tots fem servir algun tipus d'automatisme, a casa, al carrer, a l'escola, en el cotxe, a les fabriques, en els mitjans de transport, etc. A tots aquests llocs hi ha elements automàtics.
Les màquines automàtiques i els automatismes en general ajuden a realitzar feines o processos amb la mínima intervenció humana.

Aplicacions dels automatismes

A la indústria la necessitat d'augmentar les produccions ha donat lloc a la invenció de maquines que realitzin el màxim d'operacions de forma automàtica, reduint al mínim la intervenció dels operaris.

A les llars l'augment de la qualitat de vida a estès els automatismes a les cases

Als sistemes de transport els automatismes han contribuït a un augment de la seguretat i del rendiment.

Evolució dels automatismes:

Els automatismes utilitzen diferents tecnologies i han evolucionat molt i en poc temps.

• Sistemes mecànics, complicats i difícils de modificar o ajustar.
• Sistemes elèctrics i electromagnètics més fiables i fàcils d'implementar.
• Sistemes electrònics gran reducció d'espai, augment considerable de la fiabilitat.
• Sistemes programables basats en la informàtica són molt fiables, flexibles, econòmics, van des de sistemes molt simples amb autòmates programables a sistemes molt complexos controlats per ordinador.

En el camp dels automatismes, moltes vegades els sistemes nous no han desplaçat totalment els sistemes anteriors i per tant podem trobar automatismes que combinen totes les tecnologies exposades.

Els robots són màquines molt flexibles capaces de realitzar funcions molt diferents tant sols canviant el programa que executen.

Sistemes mecànics

Les màquines per fer les seves tasques fan servir elements mecànics: rodes, engranatges, politges, palanques, lleves, etc.
Amb la combinació de mecanismes les màquines desplacen o subjecten carregues, mecanitzen peces, omplen envasos, etc.
Algunes funcions es fan només amb elements mecànics: lleves, engranatges, excèntriques, etc. Són els automatismes mecànics.
Aquest mecanismes moltes vegades utilitzen com a fon d'energia l'electricitat.

Sistemes elèctric i electromagnètics

Els encarregats de moure les màquines en moltes ocasions són els motors elèctrics.
Per altra banda molts automatismes utilitzen electroimants per accionar elements mecànics.
Els motors poden ser :
de CA corrent altern monofàsic o trifàsics molt utilitzats moure maquines o mecanismes grans.
De CC corrent continu, van des de petits motorets d'1 volt fins a potents motors capaços de moure un tren.
Propietats: fàcil regulació de velocitat i canvi de sentit de gir.
Motors pas a pas, són motors controlats per impulsos elèctrics, de manera que a cada impuls giren un nombre determinat de graus, els impulsos de control són generats per un circuit electrònic. Són utilitzats en màquines de precisió com màquines de control numèric, impressores i ploters.

Sistemes hidràulics i pneumàtics

Són sistemes que utilitzen fluids per transmetre força o energia.

Sistemes hidràulics basats en l'ús de líquids
Sistemes pneumàtics basats en l'ús d'aire comprimit

Amb els sistemes hidràulics i pneumàtics es possible realitzar grans esforços amb uns sistemes relativament simples.

El principi de funcionament consisteix en introduir un fluid a l'interior d'un cilindre que disposa d'un èmbol mòbil a seu interior, al introduir el fluid a l'interior del cilindre, l'èmbol, que du acoblada una tija, es desplaça transmeten la força.

Què és un fluid?

Els fluids són substàncies en estat líquid o gasos.
Els fluids utilitzats en la indústria són: aigua, olis minerals, vapor d'aigua i aire comprimit.
Propietats dels fluids
Mobilitat, s'adapten a la forma del recipient.
Viscositat resistència a fluir o canviar de forma (líquids)
Incompressibilitat, els líquids no es poden comprimir.
Expansibilitat, propietat dels gasos que fa que ocupin tot l'espai del recipient.
Isotropia les propietats dels líquids no varien en funció de la direcció.

La hidràulica

Els sistemes hidràulics es basen en el principi de Pascal segons el qual la pressió exercida en un punt d'un líquid que omple totalment un recipient es transmet instantàniament en totes direccions.

Paràmetres de mesura dels sistemes hidràulics

Cabal és el volum de fluid que passa en un temps determinat per la secció d'un conducte.

C = V / t es mesura en m3/ s.

Pressió és la força que s'aplica per unitat de superfície

P = F / s es mesura en Pa (Pascal) 1 Pa = 1N / 1m2

Elements d'un sistema hidràulic

Cilindres
Els cilindres tenen al seu interior un èmbol o pistó unit a una tija, quan l'oli entra per un costat del cilindre el pistó es desplaça en sentit contrari.
Els cilindres poden ser de simple efecte només tenen una entrada d'oli i el retorn es per molla. Només poden realitzar treball en un sentit.
Cilindre de doble efecte l'oli pot entrar pels dos extrems, permet realitzar treball en els dos sentits de desplaçament de l'èmbol.

Canonades
Són les encarregades de transportar el fluid. Poden ser rígides o flexibles

Vàlvules
Són les encarregades de controlar el pas del fluid i per tant el moviment dels pistons.

Bomba hidràulica
És l'encarregada de bombejar el líquid des del dipòsit a l'interior dels cilindres.
Propietats
Poden transmetre esforços molt importants.
Moviments molt precisos, regulars i suaus

Aplicacions dels sistemes hidràulics

A la indústria: premses, injectadores, laminadores, etc.
Obres publiques i construcció: excavadores, camions, elevadors, etc.
Màquines per mineria, agricultura,
nàutica i aeronàutica
sistemes de fre de màquines i vehicles

Pneumàtica

Els sistemes pneumàtics o d'aire comprimit utilitzen aire a pressió per transmetre la força.

Elements d'un sistema pneumàtic.

• Cilindres de simple i doble efecte.
• Canonades
• Vàlvules
• Compressor

El compressor és l'encarregat d'agafar l'aire a pressió atmosfèrica i introduir-lo en un calderí o dipòsit a una pressió entre 6 i 10 bars (de 6 a 10 vegades la pressió atmosfèrica).
El principi de funcionament és similar als sistemes hidràulics però amb la diferència que s'utilitza aire en lloc d'oli.

Propietats i aplicacions

• Permeten moviments més ràpids.
• Admeten sobrecarregues.
• L'aire comprimit és fàcil de emmagatzemar i transportar.

Aplicacions

• automatismes en general.
• fixació de peces.
• martells pneumàtics.
• turbines o motors pneumàtics capaços de girar a gran velocitat.
• sistemes d'obertura i tancament de portes.
• sistemes d'embragatge i fre, etc.

Automatismes i realimentació

Un automatisme per realitzar bé la seva funció, ha de rebre informació del resultat de les seves accions i actua en conseqüència.

Els automatismes que actuen d'aquesta forma són automatismes amb realimentació o de llaç tancat.

La realimentació consisteix en mesurar el paràmetre que es vol controlar i informar al controlador del seu valor.
En funció de la informació de la realimentació el controlador modificarà la seva acció.

Els sistemes que actuen amb aquest principi s'anomenen genèricament servos o servosistemes.

Els sensors

Els sensors són elements capaços de mesurar diferents paràmetres físics com: la llum, la temperatura, la humitat, la velocitat, la distància, el pes, el so, etc.
Tret alguns servomecanismes mecànics, els sensors transformen la magnitud física que mesuren en un senyal elèctric.
El senyal elèctric dels sensors informen al sistema de control del resultat de les seves accions.
Els sensors són indispensables en els sistemes robotitzats.

Els sensors poden ser:

• mecànics
• elèctrics
• magnètics
• òptics
• químics

Els robots

Són màquines programables que fan o ajuden a fer una feina.
Són màquines versàtils capaces d'adaptar-se a diverses tasques gràcies als sistemes informàtics que els controlen.

La versatilitat és el que diferència als robots de les màquines automàtiques.

En moltes ocasions els robots disposen de sensors per captar informacions del seu entorn.
també poden estar controlats amb sistemes d'intel·ligència artificial que els fa capaços d'aprendre moviments i prendre decisions.

Parts d'un robot

Estructura física
Els robots poden tenir formes molt diferents en funció de les tasques per les que han esta dissenyats.
Els robots industrials acostumen a ser braços amb més o menys mobilitat, capaços de manipular eines o materials.
Tots els robots tenen unes parts fixes i mòbils, les parts mòbils i les articulacions permeten moviments diversos.
Les articulacions es mouen per mitja de sistemes hidràulics, pneumàtics o per motors pas a pas.

Equip de control està format per circuits electrònics i ordinadors que processen les informacions dels sensors i controlen els moviments del robot.

Alguns robots poden disposar de sistemes de visió artificial, aquest sistemes capten una imatge per mitja d'una càmara, posteriorment un ordinador interpreta la imatge i dona les ordres oportunes al robot per realitzar la tasca encomanada. Exemple evitar un obstacle o posicionar una peça.

Aplicació industrial del automatismes

La combinació del automatismes, els robots i la informàtica han suposat un canvi molt important en els sistemes de producció:

• Nivells de producció molt alts
• Gran augment de la qualitat
• Reducció dràstica de personal
• Baixada de costos

Casos concrets de aplicació d'aquestes tecnologies són:

• Els sistemes de transferència
• Els sistemes CAD/CAM
• Unitats de fabricació flexible

Sistemes de transferència

• Són una evolució de la cadena de muntatge.
• En els sistemes de transferència les peces o els materials són transportats automàticament entre els diferents punts o fases del sistema productiu.
• A diferència de la cadena de producció les peces passen d'una màquina a la següent de forma precisa són manipulades i inspeccionades amb una intervenció mínima del operaris.
• En cas de produir-se algun fallo el sistema es capaç de detectar-lo i actuar en conseqüència.
• En els sistemes de transferència els materials i les peces solen ser moguts per robots controlats per un sistema informàtic.

Sistemes CAD/CAM

CAD (Computer assisted desing)
Consisteix en dissenyar les peces mitjançant ordinadors. Totes les formes i dimensions de les peces queden emmagatzemades a disc de l'ordinador,
Un cop dissenyades les peces poden ser:

• impreses en forma de plànols.
  
• Transmeses per sistemes telemàtics als tallers on s'han de fabricar
  
• Enviades a unes màquines especials capaces de elaborar la peça amb la informació rebuda.

CAM (Computer assisted manufacture)
Consisteix en l'ús d'unes màquines anomenades de control numèric, capaces de elaborar una peça en funció d'unes dades enviades des d'un teclat o un ordinador.

La combinació dels dos sistemes CAD i CAM facilita molt la fabricació sense importar la quantitat de peces a fabricar.

Unitats de fabricació flexible

Són d'unes instal·lacions industrials molt flexibles o versàtils a l'hora de fabricar productes diferents dins d'una determinada gamma.

Un exemple pot ser una fabrica de cotxes.
Actualment els cotxes dins d'un determinat model permeten una gran quantitat d'opcions i accessoris. Quan es compra un cotxe la comanda amb totes les opcions i accessoris triats es enviada a la fabrica on es fabrica de forma quasi automàtica el cotxe amb les opcions triades. El venedor pot saber en tot moment l'estat de fabricació en que es troba la comanda.

Les unitats de fabricació flexibles estan totalment controlades per sistemes informàtics.

Avantatges i inconvenients de l'automatització

Avantatges

• Augment de la producció
• Augment de la qualitat i homogeneïtzació dels productes.
  
• Estalvi energètic i de materials
  
• Reducció de costs
  
• Millora de la seguretat laboral
  
• Alliberament de tasques pesades i perilloses
  
• Realització de tasques en llocs no aptes per les persones.

Inconvenients

• Pèrdua de llocs de treball
  
• Augment de la desigualtat entre països
  
• Sobre produccions

Activitats

Joc Intel·ligència Artificial http://www.20q.net/index.html

Activitats
5 -12, 14 -16, 20, 21, 23, 24