Mecatrônica – definição e principais conceitos associados

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Curso de Engenharia de Controle e 
Automação 
 
(Mecatrônica) 
Universidade Federal do Rio Grande do Sul 
Departamento de Engenharia Mecânica 
 
Mecatrônica – definição e principais 
conceitos associados 
 
Definição de Mecatrônica 
 A Mecatrônica pode ser definida 
como “a integração de Mecânica; 
Eletrônica e Computação de forma 
concorrente”. 
 
uma visão simultânea das possibilidades nas diferentes disciplinas 
envolvidas, em contraste com as abordagens tradicionais, que 
geralmente tratam os problemas separadamente. 
Mecatrônica – definição 
• No Japão, a combinação bem sucedida de 
Mecânica, Eletrônica e Processamento Digital 
em produtos de consumo começou a ser 
conhecida como Mecatrônica no final da 
década de 70. 
 
• Essa combinação de ciências pode gerar uma 
gama muito ampla de aplicações, de tal 
forma que o termo Mecatrônica pode ser 
interpretado de formas diferentes 
dependendo da aplicação em questão. 
Mecatrônica – definição 
É praticamente consenso para a grande maioria 
dos autores, profissionais e pesquisadores 
na área que a Mecatrônica é, mais que a 
simples soma, a integração de diferentes 
tecnologias, notadamente: 
 
• Engenharia Mecânica 
• Engenharia Eletrônica 
• Ciências da Computação. 
 
Engenharia 
Eletrônica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ciência da 
Computação 
 
Engenharia 
Mecânica 
 Mecatrônica 
Mecatrônica - definição 
Objetivos da Mecatrônica na área 
de Automação Industrial 
1. Com o auxílio da eletrônica e informática, 
simplificar os sistemas mecânicos projetados. 
2. Reduzir os tempos de desenvolvimento e custos 
através do uso de técnicas apropriadas. 
3. Obter produtos com elevado grau de 
flexibilidade e capacidade de adaptação a 
diferentes condições de operação. 
Histórico da Mecatrônica 
Componentes eletrônicos (tais como sensores, 
atuadores eletromecânicos e circuítos de controle) 
são utilizados no controle e acionamento de 
sistemas mecânicos há algum tempo. 
No entanto, o desenvolvimento dos circuitos 
integrados é que possibilitaram a produção em 
larga escala e baixo custo de microprocessadores 
dedicados, conhecidos como microcontroladores. 
Histórico da Mecatrônica 
Antigamente as máquinas ferramentas e máquinas de 
manufatura em geral eram compostas por mecanismos 
para sincronização de movimentos e normalmente 
acionados por um só atuador (em geral, um motor 
elétrico). 
A grande complexidade dos mecanismos exigia precisão 
elevada para diminuir folgas e dispositivos de 
lubrificação para reduzir atritos. Hoje, as técnicas de 
controle baseadas em realimentação permitem que 
equipamentos mecânicos mais simples apresentem 
desempenho superior, com maior precisão e 
flexibilidade de operação. 
Histórico da Mecatrônica 
Atualmente os dispositivos eletrônicos estão presentes 
não apenas em máquinas e equipamentos 
industriais, mas também nos automóveis, nos 
eletrodomésticos, nos sistemas de ar condicionado, 
aparelhos de vídeo, etc. 
Os sistemas mecânicos sofreram profundas 
modificações conceituais com a incorporação da 
capacidade de processamento, o que permitiu 
torná-los mais rápidos, eficientes e confiáveis, a 
custos cada vez menores. 
Condições que Propiciaram o 
Desenvolvimento da Mecatrônica 
1. O avanço vertiginoso da Microeletrônica tem resultado em 
circuitos eletrônicos cada vez mais rápidos e poderosos e 
cada vez menores, além de mais econômicos. 
2 .O Desenvolvimento acelerado dos computadores e das 
Ciências da Computação, que associados à 
Microeletrônica estabeleceram um círculo virtuoso em que 
computadores mais poderosos favorecem o 
desenvolvimento de aplicações mais complexas, que por 
sua vez exigem cada vez mais poder computacional. 
Condições que Propiciaram o 
Desenvolvimento da Mecatrônica 
3.O surgimento de Controladores Lógicos Programáveis 
(CLP) possibilitou grandes modificações na indústria com 
a automação de processos, melhorando o desempenho e a 
qualidade dos produtos. 
 
4.A introdução do controle numérico computadorizado 
(CNC) possibilitou a obtenção de peças com formas 
tridimensionais complexas. 
. 
Condições que Propiciaram o 
Desenvolvimento da Mecatrônica 
5. As aplicações de computação em Engenharia Mecânica 
evoluíram a partir do início da década de 80 com a grande 
evolução do poder de processamento dos computadores, 
acompanhado por um acentuado declínio de preços (antes 
disso, programas para análise estrutural, térmica ou fluida 
eram processados em computadores tipo main frame com 
entrada de dados em cartões perfurados e saídas em forma 
de listagens). 
Condições que Propiciaram o 
Desenvolvimento da Mecatrônica 
6. A evolução dos programas de análise, que hoje oferecem 
excelentes interfaces gráficas para o usuário, tanto 
relacionadas à entrada de dados como apresentação dos 
resultados (atualmente, modelos matemáticos 
sofisticados e cada vez mais complexos podem ser 
simulados mesmo em computadores pessoais). 
Conceito de Mecatrônica 
Atualmente a Mecatrônica é entendida como uma 
filosofia relacionada à aplicação combinada de 
conhecimentos de áreas tradicionais como a 
Engenharia Mecânica, Eletrônica e Computação 
de forma integrada e concorrente. 
 (uma combinação, para ser concorrente, deve 
extrair o que há de mais adequado em cada uma das 
áreas, de tal forma que o resultado final é mais do 
que a simples soma de tais especialidades, mas sim 
uma integração entre elas) 
Conceito de Mecatrônica 
A idéia geral de Mecatrônica baseia-se 
combinação adequada das seguintes áreas de 
conhecimento 
1. Mecanismos (cinemática, dinâmica) 
2. Sensores 
3. Materiais (resistência dos materiais, comportamento 
térmico, etc.) 
4. Atuadores 
5. Eletrônica (analógica e digital) 
6. Processamento digital (controle, processamento de 
sinais, simulação, projeto auxiliado por computador) 
Outros Conceito de Mecatrônica 
Para engenheiros projetistas 
 
Mecatrônica é o conceito de engenharia 
integrada que utiliza CAD e CAM para gerar 
um produto complexo. 
 - um engenheiro mecânico, ao projetar uma 
câmara de vídeo, pode entendê-la como a 
utilização de Eletrônica numa aplicação 
Mecânica, por exemplo para visão robótica... 
Outros Conceito de Mecatrônica 
Para engenheiros de produção 
 
Mecatrônica consiste na implementação de 
um sistema flexível de manufatura. 
(FMS) 
Outros Conceito de Mecatrônica 
Para engenheiros químicos 
 
Mecatrônica consiste nas técnicas de 
controle de processos químicos 
utilizando sensores e atuadores 
controlados por um processador digital. 
Esquema Geral de um Sistema 
Mecatrônico 
 
 
Atuadores 
Sistema 
Mecânico 
 
 
 
Ações 
 
 
 
Informações 
 
 
Sensores 
 
 
 
Processamento 
Digital 
Características de um Sistema 
Mecatrônico 
a) No projeto 
 
• Simplificação do sistema mecânico 
• Redução de tempo e de custo de 
desenvolvimento 
• Facilidade de se introduzir modificações ou 
novas capacidades 
• Flexibilidade para receber futuras 
modificações ou novas funcionalidades 
Características de um Sistema 
Mecatrônico 
b) No produto 
 
• Programabilidade e flexibilidade de operação 
• Inteligência (capacidade para sensoriar e processar 
informações para se adaptar a diferentes condições 
de operação) 
• Auto-monitoração e prevenção ativa de acidentes 
• Auto-diagnóstico em caso de falhas 
• Redução do custo de manutenção e consumode 
energia 
• Elevado grau de precisão e confiabilidade 
Níveis de abordagem 
A atuação profissional está 
relacionada com o grau de 
compreensão exigido dos 
fenômenos físicos envolvidos. 
Níveis de abordagem 
Os níveis básicos de abordagem são os seguintes: 
 
• Componente (por exemplo, circuitos 
integrados, sensores, atuadores, mecanismos) 
• Máquina (máquinas de usinagem, medição, 
inspeção, movimentação, embalagem) 
• Sistema (FMS - flexible manufacturing 
system, FAS - factory automation system, 
CIM - computer integrated manufacturing) 
Conclusões - mecatrônica 
 O ponto importante do conceito e da filosofia de 
Mecatrônica é a combinação concorrente da 
Mecânica, Eletrônica e Computação para se obter: 
 
1. No produto - características de flexibilidade e 
inteligência 
 
2. No projeto - sistemas mecânicos mais simples, 
redução de custos e facilidade para se introduzir 
modificações. 
Conclusões - mecatrônica 
Os grandes desafios impostos pela Mecatrônica 
envolvem 
 
1. Atualização constante 
 
2. Projetos visando a integração de 
conhecimentos de diferentes áreas 
Conclusões - mecatrônica 
A integração, sendo uma característica dos projetos em 
Mecatrônica, exige do profissional 
 
1. Conhecimento técnico abrangente 
 
2. Habilidade para trabalhar em equipe (é muito difícil 
um único profissional ter domínio total sobre todas 
as áreas envolvidas) 
Conclusões - mecatrônica 
O rápido desenvolvimento científico e 
tecnológico: 
 
1. Inviabiliza a formação de profissionais com 
profundo domínio de todas as especialidades que 
compõem a Mecatrônica 
 
2. Exige que a educação ocorra de forma continuada 
mesmo após a conclusão do curso de formação 
superior