Una sensación de encogimiento
Gordon Moore, creador de la Ley de Moore
Ahora mismo, lo más probable es que lleves un smartphone de menos de un centímetro de grosor con más capacidad de procesamiento que los ordenadores que se utilizaron para guiar a los astronautas a la luna. ¿Cómo hemos llegado hasta aquí?
En 1965, el cofundador de Intel, Gordon Moore, afirmó que el número de transistores instalados en un circuito integrado denso de PCB se duplica cada dos años. La "Ley de Moore", como llegó a conocerse, se mantuvo durante más de 50 años de innovación.
Aunque el ritmo de reducción ha empezado a estabilizarse en los últimos años, los circuitos electrónicos siguen haciéndose cada vez más densos. Para los que nos dedicamos al control del movimiento, esto significa ofrecer a los ingenieros soluciones de servoaccionamiento más ligeras, pequeñas y potentes.
¿Por qué necesitamos servoaccionamientos más pequeños?
Sí, la innovación ha permitido crear servoaccionamientos muy pequeños. Unos servoaccionamientos que no sólo son más compactos e inteligentes que los voluminosos amplificadores anteriores, sino que también tienen una mayor densidad de potencia para poder seguir proporcionando el par y la velocidad necesarios a los motores. Pero no fabricamos servoaccionamientos de tamaño micro sólo porque podamos; disponer de soluciones de servoaccionamiento compactas tiene sus ventajas.
Dado que los robots son cada vez más pequeños, elegantes y complejos, necesitamos soluciones de servoaccionamiento más pequeñas que quepan en ellos y que ofrezcan el mismo rendimiento. No es solo una cuestión de estética, los servoaccionamientos más pequeños y ligeros son mejores para el rendimiento.
Tomemos el ejemplo de un simple brazo de cobot con múltiples articulaciones. Cada segmento adicional significa un motor más y un accionamiento más en cada articulación. Cada vez que un motor de una articulación gira, tiene que proporcionar el par suficiente para levantar los eslabones que están más alejados del punto base del cobot. Por lo tanto, sólo con reducir el peso de los servomotores se reduce el consumo de energía necesario del robot y lo hace más eficiente.
Tener servomotores más ligeros en las articulaciones reduce el par necesario para levantar el brazo
Ahora uno podría decir, "¿por qué no montar todos los servomotores en la base del robot en lugar de en las articulaciones?". Esto es teóricamente posible, pero no muy práctico. Instalar los servoaccionamientos con sus respectivos motores en cada una de las articulaciones no sólo es conveniente para el mantenimiento, sino que también alivia la necesidad de pasar diferentes longitudes de cables de fase del motor y cables de retroalimentación por todo el brazo del robot. Esto no sólo evitaría la pesadilla de tener que trazar un conjunto de cables a lo largo de todo el brazo, sino que también evitaría los problemas de retroalimentación relacionados con el ruido eléctrico.
A efectos de fabricación y fiabilidad, es mucho mejor contar con servoaccionamientos compactos y ligeros que puedan montarse con los motores en cada articulación.
Los servomotores más pequeños significan menos peso muerto que desgasta a los robots.
Más allá de la robótica fija, los servoaccionamientos más pequeños también son útiles en aplicaciones robóticas móviles. Al igual que en el ejemplo del cobot, tener servoaccionamientos pequeños y ligeros a bordo puede reducir el peso innecesario para mejorar la eficiencia y/o permitir más espacio para una batería más grande. En cualquier caso, el resultado final es un robot que puede trabajar más y durante más tiempo a lo largo del día.
Reducir el peso suele ser esencial también en las industrias médica y militar, sobre todo con equipos que deben ser portátiles. En las aplicaciones aeroespaciales, encontrar soluciones ligeras es fundamental para reducir el consumo de combustible en la lucha contra la gravedad.
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Producto destacado: FlexPro®
Servoaccionamiento digital FlexPro FE060-25-EM
FlexPro® es la nueva familia de servoaccionamientos digitales de ADVANCED Motion Controls. La mayoría de estos servoaccionamientos son de "tamaño micro". Con una ingeniería de vanguardia, FlexPro está pensado para ampliar las capacidades de la ya potente y diversa selección de productos de AMC en aplicaciones con limitaciones de espacio más pequeñas.
Con un tamaño de tan sólo 1,5 x 1 x 0,6 pulgadas (38 x 25 x 16 mm), el espacio que ocupa un servoaccionamiento FlexPro de tamaño micro es aproximadamente el mismo que el de dos sellos de correos estándar. En otras palabras, cuatro de estas unidades pueden caber en una tarjeta de visita estándar. Por ejemplo, el FE060-60C-EM puede alimentar servomotores con escobillas, sin escobillas, paso a paso y lineales con hasta 60 amperios de corriente continua.
Las características de los modelos FlexPro de tamaño micro incluyen:
- Corriente máxima y continua de hasta 60 amperios
- Entrada de 10-55 VDC o 20-90 VDC
- Los servoaccionamientos de mayor densidad de potencia de ADVANCED Controles de movimiento hasta la fecha
- Comunicación EtherCAT, Ethernet/IP, CANopen, RS485/232
- Admite codificador incremental, modo C BISS, EnDat, Tamagawa y retroalimentación del sensor Hall
- Modos de funcionamiento de par, velocidad y posición
Vale, ¿entonces por qué no todos los servoaccionamientos son pequeños?
A pesar de los avances en la densidad de potencia, los servoaccionamientos siguen siendo de distintos tamaños
Con muchos servoaccionamientos de tamaño micro disponibles y sus ventajas evidentes, es posible que se pregunte por qué ADVANCED Motion Controls y otras empresas de servoaccionamientos siguen comercializando y vendiendo servoaccionamientos de mayor tamaño. Es una pregunta justa, y hay un par de razones.
Limitaciones de la densidad de potencia
Como se observa con la ley de Moore, la electrónica es cada vez más compacta. Sin embargo, a diferencia de la mayoría de los componentes informáticos, los servoaccionamientos no se limitan a realizar funciones lógicas, sino que tienen que transmitir suficiente potencia a través de la placa de circuito impreso para accionar un motor.
En el caso de los motores de alta potencia, esto requiere una gran cantidad de corriente, y sólo hay una cantidad de corriente que se puede bombear a través de una pequeña placa de circuito sin que los componentes se dañen por el sobrecalentamiento, incluso con ventiladores de refrigeración, disipadores de calor y otras técnicas de gestión térmica.
Además, a medida que aumenta el voltaje, también debe aumentar la separación necesaria entre las trazas de una placa de circuito impreso para evitar interferencias de ruido o incluso la formación de arcos.
Aunque la densidad de potencia posible dentro de la propia placa de circuito impreso mejore, encontrar conectores de motor y alimentación fiables que puedan soportar una salida de corriente elevada sin fundirse y que, al mismo tiempo, encajen perfectamente en los servoaccionamientos se convierte en un factor limitante.
Para las aplicaciones de control de movimiento de alta resistencia, simplemente se necesitan servoaccionamientos más grandes y resistentes.
Coste vs. Necesidad
En las máquinas grandes, los servoaccionamientos de tamaño micro no son necesarios y a veces resultan poco prácticos.
El otro factor es el coste frente a la necesidad. En muchos casos, las unidades menos compactas pueden ser más fáciles y menos costosas de fabricar, por lo que naturalmente pueden tener un precio más bajo. Las unidades pequeñas pueden ser muy buenas, pero si la aplicación no tiene limitaciones de espacio, puede bastar con una unidad más grande pero de menor precio.
Si estás diseñando un sistema de pórtico grande que tiene mucho espacio para montar un servoaccionamiento grande, no tiene sentido pagar el dinero extra para tener un servoaccionamiento diminuto que no tendrá prácticamente ningún efecto en el rendimiento.
A veces, tener un servoaccionamiento más voluminoso no sólo es aceptable, sino que es preferible. Imagínese que tiene que meter la parte superior de su cuerpo en una gran máquina de fabricación para el mantenimiento. ¿Quiere pasar 10 minutos agachado intentando conectar docenas de pequeños conectores de clip con clavijas engarzadas, jugueteando con ellos en la mala iluminación, o simplemente quiere atornillar los cables de alimentación y un par de conectores D-Sub y terminar en 30 segundos?
No cabe duda de que la demanda y los usos de las unidades más pequeñas están aumentando, pero la necesidad de unidades grandes tampoco va a desaparecer.
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Producto destacado: µZ
Los accionamientos µZ (Micro-Z), un subconjunto de la familia de servoaccionamientos AxCent, son minúsculos servoaccionamientos analógicos de montaje en placa. Para aquellos que buscan una solución especialmente ligera para aplicaciones con esquemas de control centralizados, estos pequeños accionamientos son el camino a seguir.
Los servoaccionamientos µZ están diseñados para accionar motores de CC sin escobillas y con escobillas a una alta frecuencia de conmutación. Para aumentar la fiabilidad del sistema y reducir los costes de cableado, los accionamientos están diseñados para su integración directa en la placa de circuito impreso. Con un peso de sólo 8,5 gramos, los accionamientos µZ tienen una potencia de 10 A de pico y 5 A continuos y funcionan con un rango de tensión de bus de 10-36 VCC.
μZ AZBDC10A4 servoaccionamiento analógico
Las características incluyen:
- Diseñado para la integración directa de placa a placa.
- La ausencia de disipador y la no necesidad de un disipador adicional dan como resultado el menor volumen instalado
- Peso de la pluma, 8,5 gramos
- Dimensiones: 1,50 x 1,50 x 0,29 in (38,1 x 38,1 x 7,34 mm)
- Compatible con motores de baja inductancia
- Señales de comando de ±10V o PWM/Dirección
- Frecuencia de conmutación de 40 kHz
Reflexiones finales
Los accionamientos de tamaño micro son perfectos para cobots (robots colaborativos), AGV, robótica fija, robótica móvil, animatrónica, dispositivos portátiles, automatización de laboratorios, equipos militares, aeroespaciales, equipos médicos y, en realidad, cualquier aplicación que requiera una solución integrada compacta y/o ligera.
¿Está trabajando en un proyecto que podría utilizar un servoaccionamiento de tamaño micro? Póngase en contacto con nosotros y encontraremos el accionamiento que mejor se adapte a sus necesidades. Los servoaccionamientos µZ y FlexPro™ de ADVANCED Motion Controls son todos productos estándar, pero si busca una solución de tamaño micro, sus opciones no se limitan a ellos. Estamos encantados de desarrollar servoaccionamientos de tamaño micro personalizados, incluidos los que utilizan la misma arquitectura IMPACT™ que hace posible el FlexPro™.
La necesidad de servoaccionamientos más pequeños no va a hacer más que aumentar en los próximos años, y cualquiera que nos conozca sabe que siempre estamos a la altura de las circunstancias. Adelante.
por Jackson McKay, ingeniero de marketing
