Solenoide

Un actuador puede ser simplemente un mecanismo accionado directamente por los movimientos o fuerzas de otras partes del sistema. Un ejemplo son los árboles de levas que accionan las válvulas de admisión y escape en los motores de combustión interna , impulsados ​​por el propio motor. Otro ejemplo es el mecanismo que da las horas en un reloj de pie o de cuco tradicional .

Un actuador hidráulico generalmente utiliza la presión de un líquido (normalmente aceite) para hacer que un pistón se deslice dentro de un tubo cilíndrico hueco, generando un movimiento lineal, rotatorio u oscilatorio. En un actuador de simple efecto, la presión del fluido se aplica solo a un lado del pistón, de modo que este ejerce una fuerza útil en una sola dirección. El movimiento opuesto puede verse afectado por un resorte , por la gravedad o por otras fuerzas presentes en el sistema. En un actuador de doble efecto , el retorno se produce por la presión del fluido aplicada al lado opuesto del pistón. ^{[ 6 ]}

Dado que los líquidos son prácticamente imposibles de comprimir, un actuador hidráulico puede ejercer una gran fuerza. La desventaja de este método es su limitada aceleración. Responden rápidamente a los cambios de entrada, tienen poca inercia, pueden operar de forma continua en un rango de trabajo relativamente amplio y pueden mantener su posición sin un aporte significativo de energía.

Un actuador hidráulico puede utilizarse para desplazar la cremallera de un mecanismo de cremallera y piñón , provocando que el piñón gire. Este sistema se utiliza, por ejemplo, para accionar válvulas en tuberías y otras instalaciones industriales de transporte de fluidos. ^{[ 7 ]}

Un actuador neumático es similar a uno hidráulico, pero utiliza un gas (generalmente aire) en lugar de un líquido. ^{[ 8 ]} En comparación con los actuadores hidráulicos, los neumáticos son menos complejos, ya que no requieren tuberías para el retorno y reciclaje del fluido de trabajo. Sin embargo, aún necesitan infraestructura externa, como compresores, depósitos, filtros y subsistemas de tratamiento de aire, lo que a menudo los hace menos convenientes que los actuadores eléctricos o electromecánicos.

En las primeras máquinas de vapor y en todas las locomotoras de vapor , la presión del vapor se utiliza para accionar actuadores neumáticos que producen un movimiento alternativo, el cual se convierte en movimiento rotatorio mediante algún tipo de mecanismo de cigüeñal .

Desde 1960, se han desarrollado varias tecnologías de actuadores. Un actuador eléctrico generalmente utiliza un motor eléctrico para generar par, que luego se convierte en movimiento lineal o rotatorio para accionar un sistema mecánico. ^{[ 9 ]} Los actuadores eléctricos se pueden clasificar en los siguientes grupos:

Un actuador puede ser accionado por calor mediante la dilatación que experimenta la mayoría de los materiales sólidos al aumentar la temperatura. Este principio se utiliza comúnmente, por ejemplo, para accionar interruptores eléctricos en termostatos . Normalmente, un termostato (no electrónico) contiene una tira con dos capas de metales diferentes que se dobla al calentarse.

Los actuadores térmicos también pueden aprovechar las propiedades de las aleaciones con memoria de forma . ^{[ 11 ]}

Algunos actuadores se accionan mediante campos magnéticos externos . Suelen contener componentes fabricados con materiales ferromagnéticos que se atraen fuertemente entre sí al ser magnetizados por el campo externo. Un ejemplo son los interruptores de láminas que se utilizan como sensores de apertura de puertas en un sistema de seguridad de edificios .

Como alternativa, los actuadores magnéticos pueden utilizar aleaciones magnéticas con memoria de forma .

Un actuador blando está hecho de un material flexible que cambia de forma en respuesta a estímulos mecánicos, térmicos, magnéticos y eléctricos. Los actuadores blandos se utilizan principalmente en la robótica humana, más que en la industria, que es para lo que se utilizan la mayoría de los actuadores. La mayoría de los actuadores son mecánicamente duraderos, pero no tienen la capacidad de adaptación de los actuadores blandos. Los actuadores blandos se aplican principalmente a la seguridad y la atención médica para humanos, por lo que pueden adaptarse a entornos desmontando sus partes. ^{[ 12 ]} Por eso, la energía que impulsa a los actuadores blandos trabaja con materiales flexibles como ciertos polímeros y líquidos que son inocuos.

La mayoría de los actuadores blandos existentes se fabrican utilizando procesos de bajo rendimiento y múltiples pasos, como el micromoldeo, ^{[ 13 ]} la fabricación de forma libre sólida, ^{[ 14 ]} y la litografía de máscara. ^{[ 15 ]} Sin embargo, estos métodos requieren la fabricación manual de dispositivos, posprocesamiento/ensamblaje y largas iteraciones hasta alcanzar la madurez en la fabricación. Para evitar los aspectos tediosos y que consumen mucho tiempo de los procesos de fabricación actuales, los investigadores están explorando un enfoque de fabricación apropiado para la fabricación eficaz de actuadores blandos. Por lo tanto, se utilizan sistemas blandos especiales que se pueden fabricar en un solo paso mediante métodos de prototipado rápido, como la impresión 3D , para reducir la brecha entre el diseño y la implementación de actuadores blandos, haciendo que el proceso sea más rápido, menos costoso y más simple. También permiten la incorporación de todos los componentes del actuador en una sola estructura, eliminando la necesidad de utilizar juntas externas , adhesivos y sujetadores .

Los actuadores de polímeros con memoria de forma (SMP) son los más similares a nuestros músculos, ya que responden a diversos estímulos como la luz, la electricidad, el magnetismo, el calor, el pH y los cambios de humedad. Presentan algunas deficiencias, como la fatiga y un tiempo de respuesta elevado, que se han mejorado mediante la introducción de materiales inteligentes y la combinación de diferentes materiales gracias a tecnologías de fabricación avanzadas. La llegada de las impresoras 3D ha abierto nuevas vías para la fabricación de actuadores SMP de bajo coste y respuesta rápida. El proceso de recepción de estímulos externos como calor, humedad, entrada eléctrica, luz o campo magnético por parte de los SMP se denomina efecto de memoria de forma (SME). Los SMP exhiben características ventajosas como baja densidad, alta recuperación de la deformación, biocompatibilidad y biodegradabilidad .

Los fotopolímeros o polímeros activados por luz (LAP) son otro tipo de polímeros con memoria de forma que se activan mediante estímulos luminosos. Los actuadores LAP se pueden controlar de forma remota con respuesta instantánea y sin contacto físico, simplemente variando la frecuencia o la intensidad de la luz.

La necesidad de contar con actuadores blandos, ligeros y biocompatibles en la robótica blanda ha impulsado a los investigadores a diseñar actuadores blandos neumáticos debido a su naturaleza intrínsecamente flexible y su capacidad para producir tensión muscular.

Los polímeros como los elastómeros dieléctricos (DE), los compuestos iónicos de polímero-metal (IPMC), los polímeros electroactivos iónicos, los geles de polielectrolitos y los compuestos de gel-metal son materiales comunes para formar estructuras tridimensionales en capas que pueden diseñarse para funcionar como actuadores blandos. Los actuadores EAP se clasifican como actuadores blandos impresos en 3D que responden a la excitación eléctrica deformando su forma.

• Transmisión de peine
• Dispositivo de micromirror digital
• Motor eléctrico
• Polímero electroactivo
• Cilindro hidráulico
• actuador piezoeléctrico
• actuador de plasma
• Actuador neumático
• Gato de tornillo
• Servomecanismo
• Solenoide
• Motor paso a paso
• Aleación con memoria de forma
• Bimorfo térmico
• actuadores hidráulicos
• Actuador de compensación , en el diseño de aeronaves

Los motores rotativos se utilizan principalmente cuando se requiere movimiento de rotación, pero también pueden emplearse en aplicaciones lineales transformando el movimiento rotatorio en lineal mediante un husillo o un mecanismo similar. Por otro lado, algunos actuadores son intrínsecamente lineales, como los actuadores piezoeléctricos. La conversión entre movimiento circular y lineal se realiza comúnmente mediante algunos tipos de mecanismos sencillos, entre los que se incluyen:

• Tornillo : Los actuadores de tornillo , husillo de bolas y husillo de rodillos funcionan según el principio de la máquina simple conocida como tornillo. Al girar la tuerca del actuador, el eje del tornillo se mueve en línea recta. Al mover el eje del tornillo, la tuerca gira.
• Rueda y eje : Los actuadores de polipasto , cabrestante , cremallera y piñón , transmisión por cadena , transmisión por correa , cadena rígida y correa rígida funcionan según el principio de la rueda y el eje. Al girar una rueda/eje (por ejemplo, tambor , engranaje , polea o eje ), un elemento lineal (por ejemplo, cable , cremallera, cadena o correa ) se mueve. Al mover el elemento lineal, la rueda/eje gira. ^{[ 17 ]}

En la instrumentación virtual , los actuadores y los sensores son los complementos de hardware de los instrumentos virtuales.

Al considerar la fuerza en los actuadores para diversas aplicaciones, se deben tener en cuenta dos parámetros principales: la carga estática y la carga dinámica. La carga estática representa la fuerza que el actuador puede ejercer cuando está detenido. Por el contrario, la carga dinámica representa la fuerza que el actuador puede ejercer cuando está en movimiento.

La velocidad debe considerarse principalmente a un ritmo sin carga, ya que inevitablemente disminuirá a medida que aumente la carga. La tasa de disminución de la velocidad estará directamente relacionada con la fuerza aplicada y la velocidad inicial.

Los actuadores suelen clasificarse mediante el sistema de clasificación estándar IP . Aquellos diseñados para entornos peligrosos tendrán una clasificación IP más alta que los destinados a uso personal o industrial común.

Esto lo determinará cada fabricante, en función del uso y la calidad.