Actuadores en Robótica y Automatización: Tipos, Funcionamiento y Aplicaciones Clave

Actuadores: Fundamentos y Aplicaciones en Robótica y Automatización

1. ¿Qué es un Actuador?

Un actuador es un dispositivo capaz de generar una fuerza o movimiento a partir de diferentes fuentes de energía, como líquidos a presión, energía eléctrica o gas. Son componentes esenciales en sistemas de control y automatización, transformando señales de control en acciones físicas.

2. Actuadores Eléctricos

Los actuadores eléctricos son dispositivos encargados de efectuar acciones físicas ordenadas por algún sistema de control, generando movimientos lineales o circulares. Su versatilidad y precisión los hacen ideales para diversas aplicaciones en robótica y maquinaria.

2.1. Tipos de Actuadores Eléctricos

• Motores de Corriente Continua (DC): Controlados principalmente por inducción o por excitación. Son conocidos por su facilidad de control de velocidad y par.
• Motores de Corriente Alterna (AC): Se clasifican en síncronos y asíncronos. Son robustos y adecuados para aplicaciones de alta potencia y velocidad constante.
• Motores Paso a Paso: Permiten un control de posición muy preciso sin necesidad de retroalimentación, moviéndose en incrementos discretos (pasos).

2.2. Características y Funcionamiento de Actuadores Eléctricos

El funcionamiento de los actuadores eléctricos implica un proceso bajo control, donde se define la acción a llevar a cabo y la velocidad con la que debe realizarse. Ofrecen una mayor exactitud y repetitividad, siendo adecuados para tareas de ensamblaje de precisión.

• Motores DC:
  • La interacción entre el campo magnético y el campo eléctrico provoca el movimiento rotatorio.
  • Son eficientes para girar con poca fuerza y gran velocidad.
• Servomotores:
  • Son capaces de colocarse y mantener una posición específica con alta precisión.
  • Suelen estar limitados a un rango de movimiento de 180º en muchas aplicaciones estándar, aunque existen modelos con mayor rango.
  • Su posición se controla mediante la anchura de un pulso, que es proporcional a la posición deseada.

2.3. Aplicaciones de Actuadores Eléctricos

Se utilizan comúnmente en robots de tamaño mediano, ya que no siempre requieren de una velocidad o potencia extremadamente altas, pero sí de precisión y control fino.

2.4. Modo de Comunicación

El modo de comunicación representa la interfaz entre el sistema de control de proceso y el actuador, permitiendo la transmisión de comandos y la recepción de retroalimentación sobre su estado.

3. Actuadores Mecánicos

Los actuadores mecánicos son dispositivos que transforman un movimiento rotativo en la entrada en un movimiento lineal en la salida. Son aplicables en una amplia gama de movimientos lineales, como elevación, traslación y posicionamiento lineal.

3.1. Ventajas de los Actuadores Mecánicos

Estos actuadores son fundamentales en la construcción de robots y sistemas automatizados, permitiendo tanto movimientos de rotación (mediante motores) como de traslación (mediante cilindros o husillos).

• Alta fiabilidad.
• Simplicidad de utilización.
• Mínimo mantenimiento.
• Seguridad y precisión de posicionamiento.

3.2. Tipos de Actuadores Mecánicos

• Actuadores Hidráulicos: Son aquellos que utilizan un fluido a presión (generalmente aceite) para movilizar los mecanismos del robot. Se emplean habitualmente en robots grandes y aplicaciones que requieren gran fuerza y potencia.
• Actuadores Neumáticos: Funcionan comprimiendo aire, el cual es abastecido por un compresor y viaja a través de mangueras. Son ideales para robots pequeños y aplicaciones donde se requiere velocidad, limpieza y bajo costo.

3.3. Criterios de Selección para Actuadores Mecánicos

La selección adecuada de un actuador mecánico depende de varios factores clave, incluyendo:

• Características de funcionamiento: La fuerza y el desplazamiento requeridos para la aplicación.
• Características de rendimiento: Consideraciones como la generación de calor, la resonancia y la eficiencia energética.

3.4. Aplicaciones Típicas de Actuadores Mecánicos

Los actuadores mecánicos encuentran aplicación en diversos sectores industriales y tecnológicos:

• Industria aeroespacial.
• Equipo industrial pesado.
• Desarrollo de tecnología avanzada.
• Sistemas de mando y control, a través de tornillos y/o equipos (por ejemplo, el tornillo de gato de un coche).
• En el campo de láseres y la óptica, donde a menudo incluyen un codificador y lectura digital de posición para una precisión extrema en el posicionamiento.