2.4 Modelado de Sistemas Básicos

El análisis computacional y el diseño de dispositivos mecatrónicos necesitan una fuerte aproximación (interacción) interdisciplinaria. Esto requiere la construcción de un modelo interdisciplinario del entorno para el control por computador del modelo físico.

El desarrollo asistido por computador de sistemas mecatrónicos es un proceso que abarca tres diferentes puntos de vista del modelado:

"Constructivo" 

Construcción y especificación del modelo en el estado de desarrollo de ingeniería usando herramientasCAD y CAE.

Descriptivo

Construcción del modelo para el análisis del comportamiento dinámico físico e informacional.

"Procedimental"

 Modelado para codificar en computador y ser utilizado en sistemas de simulación y experimentos computacionales.

Los productos mecatrónicos consisten de componentes y sistemas que tienen una intrínseca y fuerte base de mecánica, electrónica y control por computador, solo para mencionar las mayores disciplinas involucradas. De aquí que para un proceso de diseño mecatrónico eficiente nosotros necesitamos una aproximación soportada por herramientas CA para integración dinámica en adición a la función integradora mencionada anteriormente.

La integración dinámica requiere un apropiado modelado físico (energía involucrada) y comportamiento informativo (control por computador involucrado) de los sistemas de ingeniería. Hasta ahora esta tarea de modelado estaba siendo soportada por paquetes de simulación, o simuladores de propósito general tales como ACSL o una variedad de simuladores de propósito especial tales como SIMPACK para dinámica multicuerpos, o SPICE para la dinámica de circuitos integrados.

Sin embargo, esta situación no es bien satisfecha para el modelado multiciplinario de la mecatrónica donde todas estas disciplinas deben ser tratadas concurrentemente y con igual énfasis. Aquí, una cualitativa nueva aproximación es hecha por Dymola, basado en el paradigma del modelado orientado a objetos.

El problema de la simulación y control de manipuladores robotizados ha hecho que los investigadores produzcan algoritmos computacionalmente eficientes para modelos  dinámicos y cinemáticos no lineales complejos. Modelos dinámicos adecuados para el control digital fueron desarrollados una década tras.

 Para reducir el tiempo de computación de modelos cinemáticos y dinámicos, paquetes de software han sido desarrollados desde entonces para producir estos modelos en forma algebraica. Su salida es un código de computador que puede ser unido dentro de una simulación compilada o software de control.  Aunque los modelos generados por esta aproximación son muy eficientes, el usuario debe proveer un ambiente para soportar la simulación o síntesis de control.

Existe comercialmente software diverso para la simulación robótica, sin embargo los principios básicos pueden ser utilizados bajo plataformas de programación tanto o menos sofisticadas para generar rutinas que adecuadamente se aproximen al comportamiento de los robots, convirtiéndose en una herramienta útil en la simulación y análisis experimental.

Las dos técnicas mas utilizadas son :

1. Programación orientada a objetos para simulación de manipuladores. (C++)

Eficiencia computacional.

Permite su implementación en tiempo real.

El código es compilado, no interpretado, esto lo hace mas rápido.

Utilizar las características del lenguaje C++.

2. Programación y/o manejo matemático con las utilidades de Matlab. (Rutinas que utilizan algoritmos eficientes para la cinemática y dinámica de los robots)

Las rutinas son generalmente escritas de manera plana o en texto, útil desde el punto de vista pedagógico mas que por eficiencia computacional.

Las utilidades proveen muchas de las herramientas necesarias para modelado y simulación de robots, así también como para el análisis experimental e instrucción.

Rápido prototipado de las leyes de control y estrategias de generación de trayectorias, pero la naturaleza interpretativa de MATLAB previene el uso eficiente de los recursos del computador para proveer implementación en tiempo real.

Independientemente de la técnica utilizada y de las ventajas y desventajas de cada una de ellas, estas se rigen por los mismos principios cinemáticos y dinámicos.