Actuadores

Los actuadores son los dispositivos encargados de efectuar acciones físicas ordenadas por algún sistema de control, es decir son los elementos que permitirán a un sistema actuar con el medio que le rodea de ahí su nombre de actuadores. Esta acción física puede ser un movimiento lineal,  un movimiento circular o cualquier otra acción mediante la cual el robot interactúe con el medio obedeciendo las ordenes del sistema de control.

Son los encargados de dotar de movimiento a la estructura mecánica, existen diferentes tipos dependiendo de la tecnología que utilicen pueden ser neumáticos, hidráulicos o eléctrico-electrónicos.

Un robot precisa de elementos motrices capaces de convertir señales de control en movimientos con una potencia de actuación acorde con las tareas que tenga encomendadas, los motores que crean movimientos en las articulaciones de los robots, se llaman actuadores. Los diferentes tipos de actuadores utilizados en robótica suministran energía mecánica y difieren en particular por su energía de activación que puede ser eléctrica, neumática o hidráulica. En el caso de que por necesidades mecánicas o constructivas sea preciso separar el punto de aplicación de las fuerzas generadas por los elementos motores, de dichos elementos, se utilizan elementos transmisores. La clasificación siguiente se basa en el criterio de la energía de activación:

.- Actuadores eléctricos.

.- Actuadores neumáticos.

.- Actuadores hidráulicos.

Actuadores eléctricos.

De los tres sistemas de alimentación enunciados, el que utiliza la energía eléctrica es el más manejable y el que precisa de una instalación más simple. Los actuadores eléctricos más utilizados son los motores de corriente continua de baja inercia y los motores paso a paso. Los motores eléctricos son máquinas utilizadas en transformar energía eléctrica en mecánica. Son los motores utilizados en la industria, pues combinan las ventajas del uso de la energía eléctrica (bajo, costo, facilidad de transporte, limpieza y simplicidad de la puesta en marcha, etc) con una construcción relativamente simple, costo reducido y buena adaptación a los mas diversos tipos de carga.

Actuadores neumáticos.

Al tratar de actuadores neumáticos en robots, se hará hincapié en aquellos actuadores especialmente aptos para el mando continuo, dado que la fuente de energía de este tipo de elementos es aire a presión y dado que el aire es compresible, el posicionamiento dependerá de la carga de trabajo. Por ello la precisión en trayectoria continua que podrá obtenerse con este tipo de elementos será menor a la obtenida por otros tipos de actuadores, a menos que se utilicen sensores de posicionamiento. Los actuadores neumáticos son básicamente de dos tipos: a.- Motores. b.- Cilindros neumáticos.

Actuadores Hidráulicos. La energía hidráulica consiste en un líquido bajo presión, el cual puede ser almacenado por gravitación (presa, salto de agua) o por medio de un acumulador hidráulico. Los actuadores cuya fuente de energía es hidráulica son análogos a los neumáticos, en ambos casos se trata de un fluido, pero en este caso el fluido es aceite y presenta unas características distintas. Así como el aire es compresible y de baja viscosidad, el aceite es incompresible a la presión de trabajo y más viscoso.Estas características hacen adecuado el accionamiento hidráulico para movimientos que no sean excesivamente rápidos, pero que requieran una mayor precisión y repetitividad, manejando cargas importantes. Al igual que en los neumáticos, se deben considerar los motores y los cilindros.

Funcionamiento

Es importante comprender el funcionamiento de los actuadores para su correcta aplicación.Funcionamiento del actuador RotatorioEl objetivo final del actuador rotatorio es generar un movimiento giratorio. El movimiento debe estar limitado a un ángulo máximo de rotación. Normalmente se habla de actuadores de cuarto de vuelta, o 90º; fracción de vuelta para ángulos diferentes a 90º, por ejemplo 180º; y de actuadores multivuelta, para válvulas lineales que poseen un eje de tornillo o que requieren de múltiples vueltas para ser actuados.

Actuador Rotatorio Neumático

Para hacer funcionar el actuador neumático, se conecta aire comprimido a uno de loslados del émbolo o veleta (en adelante, solo “émbolo”) generando una fuerza en sentido de la expansión del espacio entre el émbolo y la pared del cilindro o el cuerpo.

Hoy existen 3 tipos de actuadores neumáticos• Piñón y cremallera• Yugo Escocés• Veleta

Actuador de Piñón y Cremallera (Rack & Pinion)

Actuador de Yugo Escocés (Scotch Yoke)TIPO RANGO de movimiento Tipo de Torque Rango de TORQUEPiñón y Cremallera 0º a 90º (180º y 270º) Constante Torques Bajos y MediosYugo Escocés 0º a 90º Variable Torques Medios y AltosVeleta 0º a 90º (180º y 270º) Constante Torques Bajos

Actuador Hidráulico Rotatorio

Para hacer funcionar el actuador hidráulico, se conecta la presión hidráulica a uno de los lados del émbolo o veleta (en adelante, solo “émbolo”) generando una fuerza en sentido de la expansión del espacio entre el émbolo y la pared del cilindro o el cuerpo. Mediante un dispositivo mecánico que puede ser el conjunto piñón y cremallera, yugo escocés, o una simple veleta, el movimiento se transforma en rotatorio. Para mover el actuador en sentido contrario es necesario introducir aire comprimido en el lado opuesto del émbolo. El torque que genera el actuador es directamente proporcional a la presión de aceite hidráulico, pero puede ser variable de acuerdo a la posición actual del actuador, si el actuador es de Yugo Escocés.

Actuador Rotatorio Eléctrico

Para hacer funcionar el actuador eléctrico, se debe energizar los bornes correspondientes para que el motor actúe en la dirección apropiada. Usualmente vienen con un controlador local o botonera que hace este proceso mas sencillo. Sin embargo para la automatización remota del actuador, se debe considerar el diagrama de cableado que viene con el actuador. Las conexiones deben considerar fuerza, señales de límites

de carrera y torque, señales análogas o digitales de posición y torque, etc. El torque generado por el motor eléctrico es aumentado por un reductor interno o externo para dar salida al torque final en el tiempo seleccionado. Esta es la razón por la que los actuadores eléctricos toman mas tiempo en recorrer la carrera que los neumáticos o hidráulicos.