Actuadores y Sistemas de Actuación

Study Notes

Los sistemas de actuación mueven las partes del robot utilizando una fuente de poder (eléctrica, hidráulica o neumática).
Componentes clave incluyen la fuente de poder, amplificador de potencia, actuador (motor) y transmisión.
La fuente de poder provee energía al actuador mediante un amplificador, que ajusta la potencia según la señal de control.

Fuentes eléctricas para motores AC se conectan a la corriente directa. Para motores DC, se utilizan transformadores y rectificadores.
Los robots móviles utilizan baterías como NiMH (rápida descarga) o LiPo (alta densidad de energía y ligera).
Fuentes hidráulicas requieren un compresor que suministre aceite, mientras que fuentes neumáticas utilizan compresores que brinden aire.

El amplificador aumenta la potencia de la señal de control, alimentando directamente al actuador.
Para actuadores hidráulicos y neumáticos, varía el flujo del fluido; para motores eléctricos, ajusta voltaje o corriente.
Ejemplos incluyen convertidores DC-DC y puentes H, con control de dirección de giro mediante PWM (modulación de ancho de pulso).

Actuadores eléctricos: convierten energía eléctrica en energía mecánica, incluyendo motores AC, DC y brushless.
Actuadores neumáticos: utilizan aire comprimido, con tipos lineales (cilindros de simple y doble efecto) y de giro (motores de paletas y cilindros giratorios).
Actuadores hidráulicos: convierten presión de fluido en energía mecánica, ofreciendo mayor precisión y fuerza que los neumáticos.

Presentan dificultad para posicionamiento preciso y no son adecuados para seguimiento de trayectoria.
Aplicaciones incluyen efectores finales para abrir y cerrar, y músculos artificiales como los actuadores McKibben.

Ventajas incluyen alta precisión, fuerza, estabilidad y auto lubricación.
Desventajas abarcan la necesidad de estaciones de potencia, alto costo y posibles contaminaciones.

Son los más utilizados en robótica debido a su bajo costo, alta eficiencia y gran variedad de modelos disponibles.
Desventajas comprenden sobrecalentamiento durante cargas estáticas y requerimientos especiales en ambientes inflamables.

La transmisión conecta el motor a la articulación del robot, aborda la discrepancia entre alta velocidad y bajo torque de motores con baja velocidad y alto torque requerido por articulaciones.
Mejora las características estáticas y dinámicas, reduciendo el peso al colocar el motor cerca de la base del robot.

Relación entre velocidad angular de entrada del motor y la de salida en la carga.
Si no hay disipación de potencia, esta relación determina el torque de salida en comparación con el torque de entrada.

Engranajes rectos: modifican la dirección del eje y trasladan el punto de aplicación pero pueden presentar problemas de deformación.
Husillos y engranajes helicoidales: convierten movimiento rotacional a translacional, aunque presentan fricción.
Fajas dentadas y cadenas pueden causar elasticidad y vibraciones; el accionamiento directo coloca el motor alineado con la articulación.
Los harmonic drives ofrecen alta relación de reducción y eficiencia, con cero backlash pero consecuencias de elasticidad.

Robots como KUKA y DLR Light Weight III ejemplifican innovaciones en transmisión y actuation en robótica, mostrando la evolución y especificaciones técnicas para tareas complejas.