ACTUADORES

1.-Definicion

Los actuadores tienen como misión generar el movimiento de los elementos del robot según las órdenes dadas por la  unidad de control. Los actuadores utilizados en robótica pueden emplear energía neumática, hidráulica o eléctrica. Cada uno de estos sistemas presenta características diferentes, siendo preciso evaluarlas a la hora de seleccionar el tipo de actuador más conveniente.

Las características a considerar son entre otras:

Potencia. Controlabilidad. Peso y volumen. Precisión. Velocidad. Mantenimiento. Coste

Existen varios tipos de actuadores como son:

Electrónicos

Hidráulicos

Neumáticos

Eléctricos

Los actuadores hidráulicos, neumáticos y eléctricos son usados para manejar

aparatos mecatrónicos. Por lo general, los actuadores hidráulicos se emplean

cuando lo que se necesita es potencia, y los neumáticos son simples

posicionamientos. Sin embargo, los hidráulicos requieren mucho equipo para

suministro de energía, así como de mantenimiento periódico. Por otro lado, las

aplicaciones de los modelos neumáticos también son limitadas desde el punto de

vista de precisión y mantenimiento.

2.-Actuadores Electrónicos

Los actuadores electrónicos hacen honor a su nombre y están basados en mecanismos electrónicos para su funcionamiento. Existen actuadores electrónicos que consumen una considerable cantidad de energía, para este tipo de casos se utilizan drivers. Los actuadores eléctricos son utilizados en diferentes aparatos mecatrónicos, como pueden ser robots. Algunos tipos de actuadores electrónicos son:

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LEDs DC Motor Electro válvula Nitinol  Rele

Los servomotores CA sin escobillas se utilizarán en el futuro como actuadores de posicionamiento preciso debido a la demanda de funcionamiento sin tantas horas de mantenimiento.

En la actualidad y con el avance de la tecnología se observa cómo se utilizan diferentes dispositivos para innumerables actividades que en el pasado eran impensadas. Existen empresas que utilizan los actuadores electrónicos para ofrecer soluciones integrales para la vida diaria. Un ejemplo de esto es crear un sistema con control independiente que funciona como control de la temperatura del agua, tanto fría como caliente. También se puede observar que hay actuadores electrónicos que son utilizados en gran medida para válvulas pequeñas, lo cual permite un control sobre el encendido-apagado en sistemas de calefacción y refrigeración.

3.-Actuadores Hidráulicos

Estos actuadores se basan, para su funcionamiento, en la presión ejercida por un líquido, generalmente un tipo de aceite. Las maquinas que normalmente se encuentran conformadas por actuadores hidráulicos tienen mayor velocidad y mayor resistencia mecánica y son de gran tamaño, por ello, son usados para aplicaciones donde requieran de una carga pesada.

Cualquier tipo de sistema hidráulico se encuentra sellado herméticamente a modo que no permita, de ninguna manera, derramar el líquido que contiene, de lo contraria se corre un gran riesgo.

Los actuadores hidráulicos requieren demasiado equipo para suministro de energía, así como de mantenimiento periódico.

Las ventajas que presentan los actuadores de esta naturaleza son:

Altos índices entre potencia y carga. Mayor exactitud. Respuesta de mayor frecuencia. Desempeño suave a bajas velocidades. Amplio rango de velocidad. Produce más fuerza que un sistema neumático de mismo tamaño.

Las desventajas de este sistema son que debido a las elevadas presiones a las que se trabajan propician la existencia de fugas de aceite a lo largo de la instalación.

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Además, estas instalaciones suelen ser más complicadas que las necesarias para actuadores neumáticos y mucho más que para los eléctricos, necesitando de equipos de:

Filtrado de partículas. Eliminación de aire. Sistemas de refrigeración. Unidades de control de distribución.

Las principales aplicaciones se encuentran en máquinas troqueladoras, en cargadores y en maquinarias pesada para obras civiles. Este sistema de actuadores se divide en tres grandes grupos:

Cilindro hidráulico. Motor hidráulico. Motor hidráulico de oscilación.

3.1.-Cilindro hidráulico

De acuerdo con su función podemos clasificar a los cilindros hidráulicos en 2 tipos:

De efecto simple: se utiliza fuerza hidráulica para empujar y una fuerza externa, diferente, para contraer.

De acción doble: se emplea la fuerza hidráulica para efectuar ambas acciones.

3. 2.-Motor hidráulico

En los motores hidráulicos el movimiento rotatorio es generado por la presión. Estos motores los podemos clasificar en dos grandes grupos:

El de tipo rotatorio: en el que los engranes son accionados directamente por aceite a presión.

El de tipo oscilante: el movimiento rotatorio es generado por la acción oscilatoria de un pistón o percutor; este tipo tiene mayor demanda debido a su mayor eficiencia.

3.3.-Motor de engranaje

El aceite a presión fluye desde la entrada que actúa sobre la cara dentada de cada engranaje generando torque en una dirección. La estructura del motor es simple, por lo que es muy recomendable su uso en operaciones a alta velocidad.

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3.4.-Motor oscilante con pistón axial

Tiene como función, el absorber un determinado volumen de fluido a presión y devolverlo al circuito en el momento que éste lo precise.

3.5.-Motor con pistón eje inclinado

El aceite a presión que fluye desde la entrada empuja el pistón contra la brida y la fuerza resultante en la dirección radial hace que el eje y el bloque del cilindro giren en la dirección de la flecha. Este tipo de motor es muy conveniente para usos a alta presión y a alta velocidad. Es posible modificar su capacidad al cambiar el ángulo de inclinación del eje.

4.-Actuadores Neumáticos

A los mecanismos que convierten la energía del aire comprimido en trabajo

mecánico se les denomina actuadores neumáticos. Aunque en esencia son

idénticos a los actuadores hidráulicos, el rango de compresión es mayor en este

caso, además de que hay una pequeña diferencia en cuanto al uso y en lo que se

refiere a la estructura, debido a que estos tienen poca viscosidad.

En esta clasificación aparecen los fuelles y diafragmas, que utilizan aire

comprimido y también los músculos artificiales de hule, que últimamente han

recibido mucha atención.

De efecto simple

Cilindro neumático

Actuador neumático De efecto doble

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Con engranaje

Motor neumático Con veleta

Con pistón

Con una veleta a la vez

Multiveleta

Motor rotatorio Con pistón

De ranura vertical

De émbolo Fuelles, diafragma y músculo artificial

Cilindro de efecto simple

4.1.-Cremallera

Transforman un movimiento lineal en un movimiento rotacional y no superan los

360° porque al solo usar 360°, esto causara un gran desarrollo de engranaje en

las líneas de campo.

4.2.-Rotativos de paletas

Son elementos motrices destinados a proporcionar un giro limitado en un eje de

salida. La presión del aire actúa directamente sobre una o dos palas imprimiendo

un movimiento de giro. Estos no superan los 270° y los de paleta doble no superan

los 90°.

5.-Actuadores Eléctricos

La estructura de un actuador eléctrico es simple en comparación con la de los

actuadores hidráulicos y neumáticos, ya que sólo requieren de energía eléctrica

como fuente de poder. Como se utilizan cables eléctricos para transmitir

electricidad y las señales, es altamente versátil y prácticamente no hay

restricciones respecto a la distancia entre la fuente de poder y el actuador.

Existe una gran cantidad de modelos y es fácil utilizarlos con motores eléctricos

estandarizados según la aplicación. En la mayoría de los casos es necesario

utilizar reductores, debido a que los motores son de operación continua.

Utilización de un pistón eléctrico para el accionamiento de una válvula pequeña.

La forma más sencilla para el accionamiento con un pistón, sería la instalación de

una palanca solidaria a una bisagra adherida a una superficie paralela al eje del

pistón de accionamiento y a las entradas roscadas.

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Existen Alambres Musculares, los cuales permiten realizar movimientos

silenciosos sin motores. Es la tecnología más innovadora para robótica y

automática, como así también para la implementación de pequeños actuadores.

6.-Actuadores Piezoeléctricos

Son aquellos dispositivos que producen movimiento (desplazamiento)

aprovechando el fenómeno físico de piezoelectricidad. Los actuadores que utilizan

este efecto están disponibles desde hace aproximadamente 20 años y han

cambiado el mundo del posicionamiento de precisión. El movimiento preciso que

resulta cuando un campo eléctrico es aplicado al material, es de gran valor para el

nanoposicionamiento.

Es posible distinguir los siguientes tipos:

De tipo pila

De tipo "Flexure"

Combinados con sistema de posicionamiento motorizado de alto rango

Conclusión:

Los actuadores son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de

líquidos, de energía eléctrica y gaseosa. El actuador recibe la orden de un

regulador o controlador y da una salida necesaria para activar a un elemento final

de control como lo son las válvulas. Pueden ser hidráulicos, neumáticos o

eléctricos. Los actuadores hidráulicos se emplean cuando lo que se necesita es

potencia, y los neumáticos son simples posicionamientos. Sin embargo, los

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hidráulicos requieren demasiado equipo para suministro de energía, así como de

mantenimiento periódico. Por otro lado, las aplicaciones de los modelos

neumáticos también son limitadas desde el punto de vista de precisión y

mantenimiento.

Bibliografía

http://www.uhu.es/rafael.sanchez/ingenieriamaquinas/carpetaapuntes.htm/

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http://www.uhu.es/rafael.sanchez/ingenieriamaquinas/carpetaapuntes.htm/

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http://www.aie.cl/files/file/comites/ca/abc/actuadores.pdf

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