IDENTIFICACIÓN NOMBRE ESCUELA NOMBRE DEPARTAMENTO ESCUELA DE INGENIERIA Ingeniería De Diseño ÁREA DE CONOCIMIENTO NOMBRE ASIGNATURA EN ESPAÑOL NOMBRE ASIGNATURA EN INGLÉS CÓDIGO INGENIERIA ELECTRONICA, TELECOMUNICACIONES Y AFINES ACTUADORES Y SENSORES ACTUATORS AND SENSORS ID0617 SEMESTRE DE UBICACIÓN 20171 INTENSIDAD HORARIA SEMANAL INTENSIDAD HORARIA SEMESTRAL CRÉDITOS 3 CARACTERÍSTICAS 2 horas semanales 36 horas semestral No suficientable 2. JUSTIFICACIÓN DEL CURSO Los actuadores y sensores son de vital importancia en cualquier máquina, sistema, instrumento o dispositivo moderno. En conjunto permiten capturar la información necesaria del entorno y mortificarlo según la necesidad del sistema. La inspiración viene de la naturaleza misma. Así como los seres humanos (y en general los seres vivos) requieren de los sentidos para palpar y reconocer el entorno, los sistemas técnicos requieren de sensores para capturar información de su ambiente alrededor. Casi simultáneamente, ante una decisión del cerebro frente a lo que dicen los sentidos, interactuamos con el entorno por medio de nuestros músculos para cambiar las condiciones del mismo. Los sistemas técnicos por su parte se valen de actuadores para manipular dichas condiciones expresadas en variables físicas (posición, velocidad, aceleración, temperatura, presión, entre otras). Los sensores y actuadores, son así, dos componentes críticos en el desempeño de cualquier sistema mecatrónico y en especial los diseñados con sistemas de control en l a z o c e r r a d o. Este curso pretende: (i) hacer un estudio comprensivo de los sensores modernos y el eventual procesamiento de sus señales y datos. (ii) abordar los principales actuadores y su relación con el sistema de control. Ambos temas serán tratados desde la perspectiva de la mecatrónica (sin ignorar su importancia en la industria de procesos). 1/5
El énfasis será en las tecnologías mecánicas, eléctricas e informáticas. Como aporte a la formación integral de los estudiantes, el curso se desarrolla junto con otras 3 materias (ID0616, ID0616, ID0618) a manera de currículo integrado. Se comparte un proyecto en común y con ello se busca además una asociación del aprendizaje en problemas reales, habilidades de trabajo en grupo, y trabajo m u l t i d i s c i p l i n a r i o. Durante el primer semestre se realiza un proyecto integrado en colaboración con las otras 3 materias. Dicho proyecto consiste del diseño y desarrollo de un producto o sistema que solucione algún problema. 3. PROPÓSITO U OBJETIVO GENERAL DEL CURSO OBJETIVOS ESPECÍFICOS Aprender las diferentes características de los sensores y actuadores tales como exactitud, precisión, calibración, histéresis, no linealidades, etc. para tener los suficientes argumentos necesarios en la evaluación, selección y diseño. Estudiar los diferentes tipos de sensores y actuadores, su clasificación, sus ventajas y desventajas para una correcta evaluación a la hora de implementación. Comprender los diferentes principios físicos implementados por la tecnología moderna de sensores en la transformación de una variable física en una variable eléctrica. En los actuadores: entender la transformación de señales eléctricas en trabajo mecánico. Introducción al procesamiento de señales complejas y de grandes volúmenes de datos generados por los sensores modernos, tales como: imágenes de cámaras, nube de puntos de sensores 3D, y señales análogas. Introducción al filtrado robusto en condiciones extremas de ruido y valores atípicos. Introducción a varias herramientas computacionales de (i) modelación, (ii) simulación de sistemas técnicos y de control y (iii) procesamiento de datos y señales. 4. COMPETENCIAS BÁSICAS QUE EL ALUMNO ESTARÁ EN CONDICIONES DE LOGRAR: 5. DESCRIPCION ANALITICA DE CONTENIDOS: TEMAS Y SUBTEMAS 5.1. INTRODUCCIÓN A MATLAB PARA ACTUADORES Y SENSORES 5.2. INTRODUCCIÓN A LOS SENSORES Y ACTUADORES 2/5
Tipos de sistema de control. Clasificación general y funcional. Características estáticas y dinámicas. Calibración. 5.3. SENSORES DE IMAGEN Procesamiento de Imágenes, Visión por computador. Visión Artificial. 5.4. PROCESAMIENTO INTELIGENTE DE SEÑALES Y DATOS Machine Learning, Conceptos estadísticos avanzados, Robust Fitting, RANSAC. 5.5. SENSORES DE POSICIÓN ANGULAR Y LINEAL 5.6. SENSORES DE VELOCIDAD ANGULAR Y LINEAL 5.7. HERRAMIENTAS COMPUTACIONALES Simulación de sistemas físicos, modelación y realidad virtual. 5.8. ACTUADORES Motores DC, motores AC, motores paso a paso y servos. 6. ESTRATEGIAS METODOLÓGICAS Y DIDÁCTICAS: El curso se dicta en gran parte bajo modalidad magistral, en el cual los estudiantes deben realizar lecturas previas tanto de la presentación en clase como de artículos. Los parciales individuales son escritos y se realizan a partir de las clases expuestas por el docente y las lecturas propuestas. Los talleres se realizan a manera de retos propuestos por el profesor en el cual cada pareja debe solucionar el problema indicado, y en el cual se evalúa teniendo en cuenta la optimización de una ecuación objetivo (i.e. peso + desviación + tiempo) con lo cual se promueve el diseño hacia la optimización. El proyecto integrador se realiza en conjunto con las otras 3 materias de la línea de énfasis o del 1er semestre de la especialización y en los grupos formados por el coordinador de la especialización. Con ello se promueve el trabajo en equipo multidisciplinarios y la complementariedad de los temas, así como también el aprendizaje práctico enfocado a proyectos El proyecto integrador además de materializarse en un prototipo funcional, debe ser documentado en un artículo en inglés, escrito en LaTeX. 7. RECURSOS 7.1. Locativos 3/5
Universidad EAFIT. Sede Medellín, Bloque 19? 2do piso Espacio para la integración tecnológica Aula 19-206 7.2. Didácticos Cámaras, sensores laser 3D, ultrasónicos, banda transportadora, sensores de diversos tipos para Arduino y Raspberry Pi, drivers, motores. En general el equipo y material de laboratorio del laboratorio de control digital y mecatrónica 8. CRITERIOS Y POLÍTICAS DE SEGUIMIENTO Y EVALUACIÓN ACADÉMICA Nota mínima La nota mínima para pasar la asignatura es 3.0 en el caso de pregrado, y de 3.5 en el caso de pos-grado y/o homologaciones de línea de énfasis. 35% TEORICO - INDIVIDUAL Dos exámenes parciales escritos de 17.5% cada uno. 30% PRÁCTICO - PAREJAS Cuatro talleres prácticos. 35% PRÁCTICO - GRUPAL Un proyecto integrador que consta de 4 entregas parciales de informe escrito 5% c/u y 2 presentaciones orales (una del 5% y otra del 10%). 9. BIBLIOGRAFIA GENERAL Libros Textos guía Bishop, R. H. (2007). Mechatronic Systems, Sensors, and Actuators: Fundamentals and Modeling (2nd ed.). CRC Press. Fraden, J. (2010). Handbook of Modern Sensors. Physics, Design and Applications (4th ed.). New York: Springer-Verlag. doi:10.1007/978-1-4419-6466-3 Gonzalez, R. C., & Woods, R. E. (2009). Digital Image Processing. Pearson Education. Gyorki, J. R. (2004). Signal Conditioningand PC-Based Data Acquisition Handbook (3rd ed.). IOtech. Kalantar-zadeh, K. (2013). Sensors. An Introductory Course. New Delhi: Springer US. doi:10.1007/978-1-4614-5052-8 4/5
Noureldin, A., Karamat, T. B., & Georgy, J. (2013). Fundamentals of Interial Navigation, Satellite-based Positioning and their Integration (1st ed.). Berlin: Springer-Verlag. Szeliski, R. (2011). Computer Vision. Algorithms and Applications (1st ed.). London: Springer-Verlag. doi:10.1007/978-1-84882-935-0 10. NOMBRE DEL PROFESOR COORDINADOR DE MATERIA Y NOMBRE DE PROFESORES DE LA MATERIA QUE PARTICIPARON EN LA ELABORACIÓN. Coordinador ALEJANDRO VELÁSQUEZ LÓPEZ Participante(s) LUIS FELIPE POSADA ARISTIZÁBAL 11. REQUISITOS DEL PROCESOS DE ASEGURAMIENTO DE LA CALIDAD Versión número: 1,0 Fecha elaboración: 2016/09/30 Fecha actualización: 2016/10/03 Aprobación: JOSE FERNANDO MARTINEZ CADAVID 5/5