Actuadores Mecánicos
Movimiento Controlado
Los actuadores transforman la energía en movimiento preciso y controlado, permitiendo a las máquinas realizar tareas complejas.
Diversidad de Tipos
Existen diferentes tipos de actuadores, cada uno diseñado para aplicaciones específicas, desde la automatización industrial hasta la robótica.
Introducción a los Actuadores
Los actuadores son dispositivos que convierten la energía en movimiento mecánico. Reciben una señal eléctrica como entrada y generan una salida mecánica, como la posición, el ángulo o la velocidad de un objeto. Existen diferentes tipos de actuadores, como los hidráulicos, los neumáticos y los eléctricos.
Los actuadores eléctricos son dispositivos fundamentales en los sistemas automatizados, ya que permiten transformar la energía eléctrica en movimiento mecánico controlado. Estos dispositivos reciben una señal eléctrica como entrada y generan una salida mecánica, como la posición, el ángulo o la velocidad de un objeto.
Dentro de los actuadores eléctricos, existen diferentes tipos que se adaptan a diversas aplicaciones. Los servomotores se caracterizan por su precisión y control de posición, mientras que los motores paso a paso se caracterizan por su capacidad de movimiento preciso, paso a paso.
Además de estos tipos de actuadores, también existen los motores de corriente continua (CC), que son ampliamente utilizados en proyectos de robótica y automatización. Mediante el uso de la técnica de modulación por ancho de pulso (PWM), es posible controlar la velocidad y el par de estos motores de una manera sencilla y eficaz.
Cada tipo de actuador eléctrico tiene sus propias características y aplicaciones específicas, por lo que es importante seleccionar el dispositivo más adecuado para cada proyecto en función de los requisitos de movimiento, precisión, velocidad y entorno de trabajo.
Servomotores
Ofrecen un control preciso de la posición.
Motores CC
Proporcionan una rotación continua.
Motores Paso a Paso
Permiten un movimiento incremental.
Servomotores
Los servomotores son actuadores mecánicos especiales que permiten controlar la posición del eje en un momento específico. Su funcionamiento se basa en un servomecanismo interno que transforma velocidad angular en torque. La comunicación entre el servomotor y Arduino se realiza mediante PWM (modulación por ancho de pulso).
Estos dispositivos son ideales para aplicaciones que requieren un control preciso de la posición, como en robótica o en sistemas de control automatizado.
Características del Servomotor
  • Control preciso de posición
  • Utiliza PWM para la comunicación
  • Ideal para robótica y automatización
Ventajas del Servomotor
  • Alta precisión en el control de posición
  • Fácil integración con sistemas de control
  • Tamaño compacto y eficiencia energética
PWM: Modulación por Ancho de Pulso
PWM (Pulse Width Modulation) es una técnica utilizada para generar una salida pseudo analógica a partir de una salida digital mediante pulsos cuadrados. Consiste en variar el ancho de cada pulso para modificar su valor eficaz (RMS) a lo largo del tiempo, obteniendo valores de tensión intermedios entre 0 y 5 voltios.
Esta técnica es fundamental en el control de servomotores y otros dispositivos que requieren una señal analógica precisa a partir de una salida digital.
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Generación de Pulso
Se crea un pulso digital cuadrado
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Variación del Ancho
Se modifica el ancho del pulso
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Obtención de Valor RMS
Se calcula el valor eficaz resultante
Ciclo de Trabajo en PWM
El ciclo de trabajo en PWM se refiere a la proporción de tiempo que la señal está en estado alto en relación con el período total del pulso. Este concepto es crucial para entender cómo se controla la potencia o la posición en dispositivos que utilizan PWM.
Variando el ciclo de trabajo, podemos controlar efectivamente la cantidad de energía que se entrega a un dispositivo, como un motor o un LED, permitiendo un control preciso de la velocidad o el brillo.
Ciclo Bajo
Menor tiempo en estado alto, menor potencia entregada
Ciclo Medio
Equilibrio entre tiempo alto y bajo, potencia moderada
Ciclo Alto
Mayor tiempo en estado alto, mayor potencia entregada
Motores de Corriente Continua (CC)
Los motores de corriente continua (CC) son el tipo de motor más común. Tienen solo dos conductores (positivo y negativo) y funcionan convirtiendo energía eléctrica en mecánica, produciendo un movimiento rotatorio. El sentido de giro del motor depende de la polaridad aplicada.
Es importante no accionar directamente el motor desde los pines de Arduino, ya que podría dañarse. En su lugar, se utiliza un circuito transistorizado llamado "Driver" para manejarlo eléctricamente. Mediante la programación, podemos controlar tanto la velocidad como el sentido de giro de cada motor.
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Características
Dos conductores, movimiento rotatorio, control de velocidad y dirección
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Precauciones
Uso de driver para proteger Arduino, no conexión directa
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Control
Programación para ajustar velocidad y sentido de giro
Por otro lado, los motorreductores son motores CC con caja de reducción. Esta combinación les permite ofrecer ajustes específicos en cuanto a torque y RPM, lo cual es muy útil en aplicaciones que requieren una combinación de velocidad baja y alto torque.
La caja de reducción es la encargada de transformar las altas revoluciones del motor en un movimiento más lento y con mayor fuerza de giro. Esto se logra mediante un sistema de engranajes que reduce la velocidad final del eje. De esta manera, los motorreductores son ideales para aplicaciones que necesitan generar un movimiento con alto par motor, como pueden ser sistemas de elevación, transportadores, o mecanismos de apertura y cierre. Su diseño compacto y robusto los hace también muy apropiados para usar en entornos industriales y de automatización.
Motores CC con Puente H
El puente H es un circuito integrado que sirve como driver o interfaz entre la placa Arduino y un motor de CC. Permite manejar una mayor potencia, protegiendo el Arduino, y controlar el sentido de giro de forma digital desde los pines.
Habilitando los pines IN, se controla la polaridad de los motores y, por ende, su sentido de giro. Con los pines Enable, se define la velocidad de giro utilizando la función analogWrite() con valores de 0 a 255. La alimentación para este módulo debe ser de 5 a 12 voltios.
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Conexión
Conectar puente H entre Arduino y motor CC
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Control de Dirección
Usar pines IN para definir sentido de giro
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Control de Velocidad
Usar pines Enable con analogWrite() para velocidad
Programación de Motores CC
Para controlar motores CC con el módulo L-298N, se inician las variables y se asignan los pines de salida necesarios. En este ejemplo, se controlan dos ruedas independientes de un vehículo automatizado.
Las salidas "Enable" A y B controlan la velocidad, mientras que IN1, 2, 3 y 4 controlan el sentido de giro. Es crucial que los pines asignados a las salidas ENA y ENB tengan capacidad PWM para un control preciso de la velocidad.
Actuadores Mecánicos 2024 Luis Carlos Molina Pacalagua y Eugenia Olaizola está bajo la licencia CC BY-NC-SA 4.0
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