Actuadores y cilindros de simple efecto

Actuadores.

Los actuadores tienen como misión generar el movimiento de los elementos del robot según las ordenes 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.

Se clasifican en tres grandes grupos, según la energía que utilizan:

-Neumáticos.

-Hidráulicos.

-Eléctricos.

ACTUADORES NEUMATICOS

El trabajo realizado por un actuador neumático puede ser lineal o rotativo:

El movimiento lineal se obtienen por cilindros de émbolos (éstos también proporcionan movimientos rotativos con un ángulo de hasta 270º por medio de actuadores de tipo piñón-cremallera)

Para el movimiento de giro continuo se emplean motores neumáticos de rotación continua.

ACTUADORES LINEALES.

Los cilindros son los componentes más comunes en neumática. Existen dos tipos fundamentales:

Cilindros de simple efecto con una entrada de aire para producir la carrera de trabajo en un sentido.

Cilindros de doble efecto con dos entradas de aire para producir carreras de trabajo de salida y retroceso.

CILINDROS DE SIMPLE EFECTO

 Consumo de aire algo más bajo que el cilindro de doble efecto de igual tamaño.

 Reducción de impulso debida a la fuerza contraria del resorte

 Longitud global más larga y una longitud de carrera limitada

El trabajo se desarrolla en las dos carreras de salida y retroceso

El impulso disponible en la carrera de retroceso es menor debido a que el área efectiva del émbolo es más pequeña.

Mayor longitud de carrera para un mismo tamaño constructivo que el de simple efecto.

Las características principales de un buen actuador neumático lineal:

Que su rozamiento interno sea lo más bajo posible.

Que su montaje o instalación sea lo más simple y rápida.

Que su vida útil sea lo más larga posible.

Que existan gran variedad de diseños para adaptarlos a diversas necesidades.

Que pueda utilizarse con o sin lubricación.

Que pueda resistir la temperatura, y esfuerzos de compresión y tracción a las que será sometido.

Que tenga gran capacidad de amortiguación.

Que tenga posibilidad de detectar su posición de carrera

CILINDROS DE DOBLE EFECTO

Los cilindros de doble efecto son aquellos que realizan tanto su carrera de avance como la de retroceso por acción del aire comprimido. Su denominación se debe a que emplean las dos caras del émbolo (aire en ambas cámaras), por lo que estos componentes sí que pueden realizar trabajo en ambos sentidos.

Sus componentes internos son prácticamente iguales a los de simple efecto, con pequeñas variaciones en su construcción. Algunas de las más notables las encontramos en la culata anterior, que ahora ha de tener un orificio roscado para poder realizar la inyección de aire comprimido (en la disposición de simple efecto este orificio no suele prestarse a ser conexionado, siendo su función la comunicación con la atmósfera con el fin de que no se produzcan contrapresiones en el interior de la cámara).

El perfil de las juntas dinámicas también variará debido a que se requiere la estanqueidad entre ambas cámaras, algo innecesario en la disposición de simple efecto.

En definitiva, podemos afirmar que los actuadores lineales de doble efecto son los componentes más habituales en el control neumático. Esto es debido a:

• Se tiene la posibilidad de realizar trabajo en ambos sentidos (carreras de avance y retroceso).

• No se pierde fuerza en el accionamiento debido a la inexistencia de muelle en oposición.

• Para una misma longitud de cilindro, la carrera en doble efecto es mayor que en disposición de simple, al no existir volumen de alojamiento.

No debemos olvidar que estos actuadores consumen prácticamente el doble que los de simple efecto, al necesitar inyección de aire comprimido para producir tanto la carrera de avance como la de retroceso. También presentan un pequeño desfase entre fuerzas y velocidades en las carreras, aspecto que se detalla a continuación. -CILINDROS DE DOBLE VASTAGO

Este tipo de cilindros tiene un vástago corrido hacia ambos lados. La guía del vástago es mejor, porque dispone de dos cojinetes y la distancia entre éstos permanece constante. Por eso, este cilindro puede absorber también cargas laterales pequeñas. Los emisores de señales, pueden disponerse en el lado libre del vástago. La fuerza es igual en los dos sentidos (las superficies del émbolo son iguales), al igual que sucede con la velocidad de desplazamiento. Este tipo de cilindros recibe también la denominación de cilindro compensado y es importante recordar el equilibrio entre fuerzas y velocidad de lo que puede considerarse como “teóricos” avances y retornos de vástago.

-CILINDROS MULTIPOSICIONALES

Los cilindros multiposicionales son una buena opción el aquellos casos en los que se requiera alcanzar 3 ó 4 posiciones diferentes y no se requiera una variabilidad frecuente de las mismas. Son no obstante, unidades sencillas ya que tan solo se componen de 2 unidades convencionales unidas por el extremo de los vástagos o bien por las culatas (mediante placa adaptadora comercial). Para 4 posiciones, se requiere que la carrera de las 2 unidades sean diferentes.

CILINDROS DE VÁSTAGO HUECO

Algunos actuadores neumáticos presentan la ventaja de tener el vástago o eje hueco, lo que los hace ideales para el trabajo con aplicación de la técnica de vacío, o bien, para pasar cables eléctricos si fuera necesario. La aplicación de este tipo de actuadores permite y facilita el conexionado de elementos, ya que no será necesario el guiado de tubos para vacío o cableado 11 eléctrico desde los puntos de generación de energía hasta los consumidores (ventosas, electroimanes, etc.), sino que pueden pasar a través del hueco que encontramos en el vástago, consiguiendo así una instalación más simple y por tanto más económica.

ACTUADORES DE GIRO

Los actuadores rotativos son los encargados de transformar la energía neumática en energía mecánica de rotación. Dependiendo de si el móvil de giro tiene un ángulo limitado o no, se forman los dos grandes grupos a analizar:

• Actuadores de giro limitado, que son aquellos que proporcionan movimiento de giro pero no llegan a producir una revolución (exceptuando alguna mecánica particular como por ejemplo piñón – cremallera). Existen disposiciones de simple y doble efecto para ángulos de giro de 90º, 180º..., hasta un valor máximo de unos 300º (aproximadamente).

• Motores neumáticos, que son aquellos que proporcionan un movimiento rotatorio constante. Se caracterizan por proporcionar un elevado número de revoluciones por minuto.

ACTUADORES DE PALETA

El actuador de giro de tipo paleta quizá sea el más representativo dentro del grupo que forman los actuadores de giro limitado. Estos actuadores realizan un movimiento de giro que rara vez supera los 270º, incorporando unos topes mecánicos que permiten la regulación de este giro.

Están compuestos por una carcasa, en cuyo interior se encuentra una paleta que delimita las dos cámaras. Solidario a esta paleta, se encuentra el eje, que atraviesa la carcasa exterior. Es precisamente en este eje donde obtenemos el trabajo, en este caso en forma de movimiento angular limitado. El funcionamiento es similar al de los actuadores lineales de doble efecto. Al aplicar aire comprimido a una de sus cámaras, la paleta tiende a girar sobre el eje, siempre y cuando exista diferencia de presión con respecto a la cámara contraria (generalmente comunicada con la atmósfera). Si la posición es inversa, se consigue un movimiento de giro en sentido contrario.

Estos componentes presentan ventajas propias de los componentes de última generación, tal y como amortiguación en final de recorrido, posibilidad de detección magnética de la posición (mecánica o magnética), etc.

La detección mecánica se ejecuta mediante elementos móviles exteriores ajustables en grado mediante nonio graduado.

Este tipo de actuadores ha de recuperar siempre la posición (ejecución de retorno), por lo cual no son aptos para el marcado de pasos regulares a no ser que el fabricante incorpore una rueda libre (consiguiéndose un avance regular de pasos apto para un número importante de aplicaciones).

Este tipo de piñones o ruedas libres son comercializadas por los propios fabricantes para el acople directo con sus productos y se presentan Inversiones de giro a izquierdas o a derechas (para cubrir las necesidades del automatismo).

ACTUADORES HIDRAULICOS

Los actuadores hidráulicos son usados para manejar aparatos mecatrónicos. Por lo general, los actuadores hidraulicos se emplean cuando lo que se necesita es potencia. Los actuadores hidraulicos permiten realizar a distancia la maniobra automática de las válvulas y llaves. Atendiendo a su forma de operación, los actuadores hidraulicos se clasifican en:

Actuadores lineales llamados Cilindros

Actuadores rotativos en general denominados

...