Este documento describe los diferentes tipos de actuadores utilizados en robots, incluyendo actuadores neumáticos, hidráulicos y eléctricos. Los actuadores neumáticos utilizan aire comprimido y son económicos pero menos precisos, mientras que los actuadores hidráulicos pueden manejar mayores cargas pero son más ruidosos. Los actuadores eléctricos ofrecen un control más preciso pero no pueden manejar cargas tan pesadas. El documento analiza las ventajas y desventajas de cada tipo de actuador.

1. ROBOTICA (3)
Presenta: Dr. Ing. Ángel Francisco Villalpando
Reyna
angelvillalpando82@gmail.com
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2. Actuadores
• En este capítulo se analizará
uno de los componentes básicos
del robot: el actuador. Los
actuadores son los músculos de
los robots y comprenden lo
siguiente:
• i) una fuente de alimentación
• ii) un amplificador de
potencia
• iii) un servomotor
• iv) un sistema de transmisión

3. Las conexiones entre todos los componentes de los
actuadores se describen en la figura 3.1. Para elegir un
actuador, vale la pena empezar desde el requerimiento
impuesto sobre la potencia mecánica, por la fuerza y
velocidad que describe el movimiento de articulaciones.
Con base en la fuente de la potencia de entrada, los
actuadores pueden clasificarse en tres grupos

4. i) Actuadores neumáticos Estos actuadores utilizan
energía hidráulica proporcionada por un compresor y
la transforman en energía mecánica por medio de
pistones o turbinas.
ii) Actuadores hidráulicos Estos actuadores
emplean la energía neumática almacenada por un
compresor que la transforma en energía mecánica
mediante pistones o turbinas.

5. iii) Actuadores eléctricos La fuente principal de
energía de entrada es la energía eléctrica que fluye
desde el sistema de distribución eléctrico.
Una parte de la potencia de entrada del motor, – Pa,
se convierte en potencia mecánica, –Pm, a la salida y
el resto , – Pds, se disipa debido a las pérdidas de los
motores mecánicos, eléctricos, hidráulicos o
neumáticos.

7. Actuadores neumáticos
El actuador neumático es uno de los dos tipos de
dispositivos de potencia dada por fluidos para
robots industriales. Los actuadores neumáticos
utilizan aire comprimido para su accionamiento y
se usan extensamente para realizar los
movimientos típicos de abrir y cerrar las mordazas
en el sujetador (gripper) de un robot, como se
muestra en la figura 2.4, o bien para su
accionamiento de brazos de robot sencillos en
aplicaciones donde el control continuo de
movimientos no sea una preocupación.

8. Un actuador neumático que incluye un cilindro neumático y otros accesorios se
muestran en la figura 3.2. Las especificaciones de estos sistemas son
empleadas, por ejemplo, en los sujetadores de robots de la figura 2.4 y se
exponen en la tabla 3.1.

10. Ventajas
• Es la forma más económica de todos los actuadores. Los
componentes son perfectamente asequibles y por lo regular
el aire comprimido ya se encuentra disponible en las
instalaciones de las fábricas.
• El aire comprimido puede almacenarse y transportarse
fácilmente a través de largas distancias.
• El aire comprimido es limpio, a prueba de explosiones e
insensible a fluctuaciones de temperatura. Por lo tanto,
puede emplearse en muchas aplicaciones.
• Estos actuadores tienen pocas partes móviles, por lo que
son muy confiables y ayudan a reducir los costos de
mantenimiento.

11. • Puesto que los sistemas neumáticos son comunes en toda la industria, el
personal que suple a otro está frecuentemente muy familiarizado con la tecnología.
• Tienen una acción y un tiempo de respuesta muy rápida, lo que permite ciclos de
trabajo expeditos.
• Normalmente no se requiere ninguna transmisión mecánica.

12. • Un sistema neumático puede ser
intrínsecamente seguro en áreas con
peligro de explosión, ya que no se
requiere un control eléctrico. En
condiciones de humedad, no existe
tampoco peligro de electrocución.
• Los sistemas son por lo regular
compactos.
• El control es sencillo, por ejemplo, se
usan con frecuencia topes mecánicos.
• Los componentes individuales pueden
interconectarse fácilmente.

13. Desventajas
• Puesto que el aire es compresible, el control de la
precisión en la velocidad y la posición no es fácil de
lograr, a menos que se incorporen dispositivos
electromecánicos mucho más complejos en el sistema.
Esto significa que a menudo sólo está disponible una
secuencia limitada que opera con una velocidad fija.

14. • Si se usan topes mecánicos, la reanudación del
sistema puede ser lenta.
• Los sistemas neumáticos no son convenientes para
mover cargas pesadas bajo control preciso, debido a la
compresibilidad del aire. Esta compresibilidad requiere
de la aplicación de más fuerza de la que normalmente
sería necesaria para asegurar que el actuador esté
firmemente en posición contra su tope en condiciones
de carga.
• Si penetra humedad en las unidades y se ha usado
metales ferrosos, podrían ocasionarse daños en los
componentes individuales.

15. Actuadores hidráulicos
Los actuadores hidráulicos también son dispositivos de potencia de fluidos para
robots industriales. Ellos utilizan fluidos de alta presión, como aceite, para
transmitir fuerzas al punto de aplicación deseado. Un actuador hidráulico es muy
similar en aspecto a uno accionado neumáticamente. Los diferentes componentes
se muestran en la figura 3.3 y una especificación típica del cilindro se ofrece en la
tabla 3.2.

16. Estos actuadores están diseñados para operar con
presiones mucho más altas (normalmente entre 70 y
170 bar). Son apropiados para aplicaciones de alta
potencia.

17. Ventajas
• Alta eficiencia y alta relación potencia-tamaño.
• Es posible el control completo y preciso de velocidad, posición y
dirección de los actuadores.
•Por lo general, tienen una mayor capacidad de carga que los
actuadores eléctricos y neumáticos.
• No se requiere ninguna conexión mecánica, es decir, se obtiene un
accionamiento directo con simpleza mecánica.

18. Ventajas
• Son autolubricantes (bajo desgaste) y
no corrosivos.
• Debido a la presencia de un
acumulador, el cual actúa como un
dispositivo de “almacenamiento”, el
sistema puede responder a súbitas
demandas de potencia.
• Los robots hidráulicos son más
capaces de resistir cargas súbitas que
los eléctricos.

19. Sistemas hidráulicos impulsan a los robots más fuertes y rígidos, y por ende
la selección del módulo de compresibilidad del aceite es un atributo de suma
importancia. Un módulo de compresibilidad alta implica un sistema de respuesta
rígido, de respuesta rápida y con un aumento de presión de rapidez
correspondiente, mientras que uno de compresibilidad baja podrá dar como
resultado un sistema muy libre debido a la alta compresibilidad del aceite.

20. Desventajas
• Pueden darse fugas que causan una
pérdida de rendimiento y contaminación
general del área de trabajo. También hay un
mayor riesgo de incendios.
• La fuente de alimentación puede ser
ruidosa, normalmente alrededor de 70
decibeles o dBA, o incluso más, si no está
protegida por un amortiguador acústico.

21. • Cambios de temperatura alteran la viscosidad del
líquido hidráulico. Por lo tanto, la viscosidad del
líquido se incrementará y posiblemente cause
movimiento lento del robot.
• Para robots más pequeños, la energía hidráulica
usualmente no es económicamente factible, puesto
que el costo de los componentes hidráulicos no se
reduce en proporción al tamaño.
• El servocontrol de sistemas hidráulicos es
complejo y no se entiende tan ampliamente como el
servocontrol eléctrico.

22. Los sistemas o circuitos hidráulicos siempre tienen
cuatro componentes esenciales: un depósito para
almacenar el fluido, bombas para transportarlo,
válvulas para controlar el flujo y un actuador para
llevar a cabo los dictados del fluido sobre alguna
carga. Igual que los actuadores rotativos neumáticos,
los hidráulicos están disponibles en el mercado.