sensores y actuadores

¿QUÉ SON LOS SENSORES?

Para que un robot sea capaz de interactuar con el entorno de forma efectiva, necesita acondicionarse a ese entorno de forma constante. La manera en que esto se puede lograr es mediante sensores, los cuales perciben objetos, obstáculos o situaciones como lo haría una persona o un animal.

Un sensor es un dispositivo formado por células sensibles que detecta variaciones en una magnitud física u otras alteraciones de su entorno, y las convierte en señales útiles para un sistema de medida o control. Pueden ser de indicación directa o pueden estar conectados a un indicador de modo que los valores obtenidos se puedan leer.

Cada sensor necesita cumplir su función específica y, para ello, se le exige que cumpla una serie de características:

• Exactitud y precisión: La importancia de esta característica es relativa, puesto que depende mucho de la función o el trabajo que tenga que cumplir el robot. Si es una tarea como posicionar un objeto sobre una superficie grande, no necesita de gran precisión pero si ha de ubicar un objeto en una posición específica, requerirá de una gran precisión para llevarla a cabo.
• Rango: Es el intervalo en que el sensor es capaz de detectar variaciones de una magnitud. Una condición indispensable del sensor es que este ha de proporcionar un rango de medidas superior a los valores máximo y mínimo que pudiera alcanzar el robot en cualquier momento.
• Respuesta: También depende de la situación o tarea que se le encargue al robot realizar, pero de todos modos, el tiempo de respuesta de un sensor es muy importante para que el sistema pueda detectar rápidamente cualquier cambio en la variable física de entrada.

Tipos de sensores

Existen dos grandes tipos de sensores que son:

• Analógicos: Un sensor analógico es capaz de entregar una salida variable dentro de un rango determinado.
  
• Digitales: El sensor digital es capaz de entregar una salida dentro de un rango de valores más pequeño. Un ejemplo puede ser un botón el cual solo puede poseer una salida de dos valores, los cuales son abierto o cerrado, que pueden ser entregados en tipo binario (0 y 1).
  

Sin duda, distinguir entre un sensor analógico y uno digital es un paso importante para construir un robot el cual requerirá de estos sensores. También depende de la capacidad y características del controlador a usar.

Otra forma de clasificar los tipos de sensores es por medio de la información externa de una magnitud que estos son capaces de percibir para transformarla en un valor electrónico.

Las magnitudes físicas necesarias a medir para que el robot tenga conocimiento del entorno son:

• Luz
• Sonido y ultrasonido
• Gravedad
• Temperatura y humedad
• Proximidad y distancia

Entre los diversos tipos de captadores o sensores están:

Sensores de luz

           Fotoresistores

• Fotoceldas
• Fototransistores

Medición de distancia

• Medidores de distancia ultrasónicos
• Medidores de distancia por haz infrarrojo

Sensores de temperatura

• Termistores y termorresistencias

¿QUÉ SON ACTUADORES?

Los actuadores son dispositivos que se añaden a la estructura del robot y le dan movimiento, así podrá desplazarse, abrir o cerrar pinzas, girar, lanzar objetos, etc. 

Los actuadores se pueden clasificar en:

Hidráulicos

Estos actuadores se basan, para su funcionamiento, en la presión ejercida por un líquido, generalmente un tipo de aceite.

Las máquinas 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.

Las ventajas de utilizar estos actuadores son:

• Altos índices de potencia y carga
• Mayor exactitud
• Respuesta de mayor frecuencia
• Desempeño suave a bajas velocidades

Y sus desventajas son que debido a las altas presiones pueden haber fugas de aceite, además estas instalaciones suelen ser más complicadas las necesarias para actuadores neumáticos.

En las principales aplicaciones de los actuadores hidráulicos están:

• Cilindro hidráulico
• Motor hidráulico

Cilindro hidráulico

Se puede clasificar en dos tipos:

De efecto simple: Una barra es colocada en un extremo del pistón, cuando la presión es ejercida en la parte contraria al extremo del pistón donde está la barra, esta sube hasta donde la presión lo empuje, ejerciendo una fuerza sobre la barra de contracción, luego la barra regresa a la posición inicial por la gravedad.

De efecto doble: La carga puede colocarse en cualquiera de los lados del cilindro. Se genera un impulso horizontal debido a la diferencia de presión entre los extremos del pistón cuando el líquido entra en este.

Motor hidráulico

El movimiento rotatorio es generado por la presión en estos motores.

Se pueden clasificar en dos grandes grupos:

El de tipo rotatorio: 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 eficacia

Y la clasificación de este tipo de motores:

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 de alta velocidad.

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 este lo precise.

Neumáticos

Independientemente de su forma, representan a los actuadores más comunes utilizados en circuitos neumáticos.

Existen dos tipos fundamentales de los cuales derivan construcciones especiales:

Cilindros de simple efecto: Con una entrada de aire, este cilindro desarrolla un trabajo en un sólo sentido. El émbolo se hace retornar por medio de un resorte interno o por algún otro medio externo como cargas, movimientos mecánicos, etc. Puede ser de tipo "normalmente dentro" o "normalmente fuera". La variedad constructiva de estos cilindros es muy importante, pero todos ellos presentan la misma mecánica de trabajo.

Cilindros de doble efecto: Estos son los que realizan tanto su carrera de avance como la de retroceso por acción del aire comprimido.

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. Los cilindros de doble efecto siempre contienen aire en una de sus dos cámaras, por lo que se asegura el posicionamiento.

Para poder realizar un movimiento determinado, es preciso que entre las cámaras haya una diferencia de presión. Por lo general, cuando una cámara recibe  aire a presión, la otra está comunicada con la atmósfera, y viceversa.

Eléctricos

Estos actuadores son accionados por medio de corrientes eléctricas. Existen actuadores electrónicos que consumen una considerable cantidad de energía, para este tipo de casos se utilizan controladores. Los actuadores eléctricos son utilizados en diferentes aparatos mecatrónicos. Algunos tipos son:

• Motores de corriente directa
• Motores de pulso
• Electro válvulas

Comparado a los otros actuadores, la estructura de un actuador eléctrico es simple, ya que solo requieren de energía eléctrica como fuente de energía. 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 energía y el actuador.

Existe una gran cantidad de modelos y es fácil utilizaros. En la mayoría de los casos es necesario utilizar controladores, como se menciona anteriormente, debido a que son de operación continua.