MINI CURSO Mecatrónica Fundamentos de Ingeniería

Mini Curso: Introducción a la Mecatrónica

De los 4 Pilares Fundamentales (Mecánica, Electrónica, Control y Cómputo) a tu Primera Celda Automatizada

Un recorrido integral y visual por la Ingeniería Mecatrónica uniendo transmisión mecánica de movimiento, instrumentación con encoders e IMU, electrónica de potencia (Puente H y drivers A4988), automatización secuencial neumática, control PID intuitivo y la construcción de una cinta clasificadora con brazo robótico.

Bloques del Programa Curricular

Módulos 01 y 02: Los 4 Pilares de la Mecatrónica, Lazo Cerrado, Engranajes, Poleas, Husillos y Torque
Módulos 03 y 04: Finales de Carrera, Encoders por Interrupción, IMU y Motores DC con Puente H (L298N)
Módulos 05 y 06: Servomotores, Motores Paso a Paso (CNC/A4988), Neumática y Máquinas de Estados (FSM)
Módulos 07 y 08: Control Automático PID Intuitivo y Celda Integradora con Cinta Clasificadora y Brazo

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CLASE EN VIDEO RESUMEN EJECUTIVO

Introducción al Curso: Ingeniería Mecatrónica desde los 4 Pilares

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CLASE EN VIDEO Presentación del Curso (<= 60 s)

Introducción al Curso: Ingeniería Mecatrónica desde los 4 Pilares

Bienvenida al curso y visión general de cómo convergen la Mecánica, la Electrónica, el Control Automático y la Computación en las máquinas inteligentes modernas.

Apuntes Clave de la Clase:

Sinergia de los 4 pilares: estructura mecánica, sensores, potencia y algoritmos de control.
Diferencia esencial entre máquinas secuenciales ciegas y sistemas mecatrónicos en lazo cerrado.
Recorrido por los 8 módulos prácticos hasta la celda clasificadora robotizada.
Planos de montaje, ecuaciones aplicadas y código C++/Python incluidos en cada clase.

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CLASE EN VIDEO Módulo 01 · Arquitectura Mecatrónica

Módulo 01: ¿Qué es la Mecatrónica? Los 4 Pilares y el Lazo Cerrado

Analiza la anatomía de un sistema mecatrónico real, comprende el concepto de Grados de Libertad (DoF) y construye tu primer banco de pruebas en lazo cerrado.

Apuntes Clave de la Clase:

Flujo universal: Percepción (Sensor) -> Decisión (Controlador) -> Acción (Actuador) -> Planta.
Grados de Libertad (DoF) en mecanismos planos y brazos manipuladores.
Comparativa experimental: deriva en Lazo Abierto vs. corrección activa en Lazo Cerrado.
Montaje de banco de prueba con retroalimentación continua y telemetría por puerto serie.

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CLASE EN VIDEO Módulo 02 · Transmisión Mecánica

Módulo 02: Mecánica Aplicada — Engranajes, Poleas, Torque y Velocidad

Domina el intercambio entre velocidad angular (RPM) y par motor (Torque) mediante cajas reductoras, correas dentadas GT2, piñón-cremallera y husillos.

Apuntes Clave de la Clase:

Física del par motor: Torque T = F * r (N·m) y potencia mecánica P = T * omega (W).
Relación de transmisión i = Z_salida / Z_entrada: reduce velocidad y multiplica el torque.
Transformación de movimiento rotativo a lineal: husillo roscado, biela-manivela y cremallera.
Instrumentación de un tren reductor para medir RPM de entrada/salida y par efectivo.

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CLASE EN VIDEO Módulo 03 · Instrumentación de Movimiento

Módulo 03: Sensores Mecatrónicos — Finales de Carrera, Encoders e IMU

Implementa topes físicos de seguridad (Homing) con microswitches finales de carrera, cuenta pulsos de alta velocidad por interrupción de hardware y mide inclinación con MPU6050.

Apuntes Clave de la Clase:

Finales de carrera (Limit Switches NO/NC): referencia de origen (Homing) y corte de sobreviaje.
Encoders rotativos leídos mediante attachInterrupt() para no perder pulsos a altas RPM.
Sensores ópticos de barrera/reflexión para conteo industrial de piezas en movimiento.
Lectura I2C de acelerómetro y giroscopio MPU6050 para estimación de ángulo de inclinación.

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CLASE EN VIDEO Módulo 04 · Electrónica de Potencia

Módulo 04: Motores DC y Electrónica de Potencia con Puente H (L298N / TB6612)

Controla el sentido de giro horario/antihorario, el frenado dinámico y la velocidad PWM de motores de corriente continua separando la fuente lógica de la fuente de fuerza.

Apuntes Clave de la Clase:

Por qué jamás alimentar un motor directo desde un pin del microcontrolador (límite 20 mA).
Topología del Puente H: inversión de polaridad con IN1/IN2 y modulación de velocidad en ENA.
Regla de oro de las dos fuentes: 12 V externos para potencia + 5 V lógicos con GND común.
Generación de rampas suaves de aceleración y desaceleración para proteger la mecánica.

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CLASE EN VIDEO Módulo 05 · Robótica y Ejes CNC

Módulo 05: Posicionamiento Exacto — Servomotores y Motores Paso a Paso (A4988)

Domina el control angular de servomotores y el desplazamiento lineal milimétrico con motores paso a paso NEMA 17 y drivers A4988 con rutina automática de Homing.

Apuntes Clave de la Clase:

Anatomía de un servomotor: motor DC, tren reductor, potenciómetro y control por ancho de pulso.
Motores paso a paso (200 pasos/vuelta = 1.8°/paso) y multiplicación por micropasos (1/16).
Interfaz con driver A4988 mediante pines STEP y DIR y ajuste del límite de corriente Vref.
Secuencia completa de búsqueda de origen (Homing) en final de carrera y avance en milímetros.

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CLASE EN VIDEO Módulo 06 · Automatización Industrial

Módulo 06: Automatización Secuencial, Neumática y Máquinas de Estados (FSM)

Programa secuencias industriales deterministas sin bloqueos usando Máquinas de Estados Finitos (switch/case), electroválvulas neumáticas y Parada de Emergencia.

Apuntes Clave de la Clase:

Fundamentos de actuación neumática: compresor, unidad FRL, cilindros y electroválvulas 3/2 y 5/2.
Diseño de Máquinas de Estados Finitos (FSM): REPOSO -> ALIMENTAR -> PRENSAR -> RETORNAR.
Eliminación total de delay() para vigilar sensores y botones en cada milisegundo.
Gestión prioritaria del pulsador de Parada de Emergencia hacia estado seguro inmediato.

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CLASE EN VIDEO Módulo 07 · Ingeniería de Control

Módulo 07: Control Automático en Lazo Cerrado y Algoritmo PID Intuitivo

Comprende e implementa en código C++ un controlador Proporcional-Integral-Derivativo (PID) en tiempo discreto para estabilizar posición y velocidad frente a perturbaciones.

Apuntes Clave de la Clase:

Cálculo continuo del error e(t) = Referencia (Setpoint) - Variable Medida (PV).
Acción Proporcional (Kp * e): respuesta inmediata proporcional a la magnitud actual del error.
Acción Integral (Ki): elimina el error estacionario; Acción Derivativa (Kd): amortigua oscilaciones.
Implementación discreta con muestreo fijo Ts, saturación Anti-Windup y graficación en vivo.

Archivos en el .ZIP: 01_firmware_arduino_modulo_07.ino02_supervision_mecatronica_modulo_07.py03_pruebas_y_calibracion_modulo_07.shplano_mecatronico_modulo_07.pngarquitectura_control_modulo_07.png

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CLASE EN VIDEO Módulo 08 · Celda Mecatrónica Completa

Módulo 08: Proyecto Integrador — Cinta Clasificadora y Brazo Robótico

Construye y pon en marcha una celda automatizada completa con cinta transportadora DC, detección óptica/ultrasónica de piezas, desvío por servomotor y supervisión en Raspberry Pi.

Apuntes Clave de la Clase:

Integración de los 4 subsistemas: transporte PWM, detección de altura, clasificación y HMI.
Coordinación por Máquina de Estados Finitos con confirmación por sensores de entrada/salida.
Enlace serie con Raspberry Pi para contabilizar lotes de producción Tipo A, Tipo B y rechazos.
Protocolo de validación operativa, paro de emergencia y diagnóstico de fallas en planta.

Archivos en el .ZIP: 01_firmware_arduino_modulo_08.ino02_supervision_mecatronica_modulo_08.py03_pruebas_y_calibracion_modulo_08.shplano_mecatronico_modulo_08.pngarquitectura_control_modulo_08.png

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CLASE EN VIDEO Síntesis y Cierre del Curso (<= 60 s)

Resumen y Cierre del Curso: Introducción a la Mecatrónica

Síntesis de los 8 módulos de Ingeniería Mecatrónica y conexión directa con los cursos de especialización en Sensores y Sistemas de Actuación.

Apuntes Clave de la Clase:

Integración lograda entre transmisión mecánica, sensores, drivers de potencia y control PID.
Metodología de diseño basada en Máquinas de Estados Finitos y seguridad por hardware.
Celda clasificadora completa operativa con supervisión y registro de telemetría.
Cimiento ideal para profundizar en Acondicionamiento de Señales y Sistemas de Actuación.

Archivos en el .ZIP: Guia_Resumen_Cierre_Mecatronica.pdfplano_resumen_celda_mecatronica.png09_diagnostico_celda_completa.ino

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