¿Qué son los Sensores de Fuerza?
Los sensores de fuerza son un sensor que mide la magnitud de una fuerza o momento.
Se utilizan para detectar la cantidad y dirección de fuerzas físicas y para reproducir el sentido humano del tacto. Su principal aplicación es la robótica.
Los sensores de fuerza de 6 ejes es el tipo básico, ya que detecta fuerzas en tres direcciones (X, Y y Z) y también detecta momentos alrededor de los ejes X, Y y Z.
Usos de los Sensores de Fuerza
Los sensores de fuerza se utilizan en robots industriales, por ejemplo, para automatizar tareas que antes debían realizarse manualmente.
1. Detección de Fuerzas Externas y de Reacción
Los sensores de fuerza pueden medir fuerzas y momentos simultáneamente. Pueden instalarse en el extremo de trabajo del robot y medir las fuerzas externas y de reacción, lo que permite al robot trabajar con la fuerza adecuada.
2. Automatización de Trabajos de Precisión
Los sensores de fuerza pueden medir fuerzas y momentos precisos para que el robot pueda trabajar con la fuerza correcta. Esto permite al robot automatizar trabajos de precisión.
Entre las tareas específicas se incluyen la inserción de componentes electrónicos y conectores con terminales blandos, el acoplamiento con poco juego, el apriete de tornillos de precisión, el desbarbado, el esmerilado con fuerza sutil, el trabajo de picking y el control independiente de robots bípedos.
3. Diagnóstico Táctil y Tratamiento Médico a Distancia
Se coloca un terminal equipado con un sensor de fuerza al lado del paciente, y las fuerzas y momentos leídos por el sensor de fuerza son leídos por el médico, lo que permite el diagnóstico táctil a distancia.
Principio de los Sensores de Fuerza
Los sensores de fuerza detectan la cantidad de deformación causada por una fuerza y la convierten en fuerza o momento.
Entre los métodos de detección de los sensores de fuerza son típicos los de tipo extensométrico, piezoeléctrico, óptico y capacitivo.
1. Sensores de Fuerza de Tipo Extensométrico
El sensor de tipo galga extensométrica es un método de conversión de fuerza o par que utiliza las propiedades de materiales de resistencia metálica cuya resistencia eléctrica cambia según la fuerza de tracción o compresión aplicada a la pieza del sensor. Este método se utiliza a menudo como sensor de fuerza porque es compacto, muy preciso y tiene una gran capacidad de respuesta.
2. Sensores de Fuerza Piezoeléctricos
Los sensores de fuerza piezoeléctricos utilizan materiales con efecto piezoeléctrico, como el cuarzo o el PZT (titanato de circonato de plomo), para medir la fuerza. Son compactos, muy sensibles y relativamente económicos. Sin embargo, su precisión no es tan alta como la de los sensores de bandas extensométricas o capacitivos.
3. Sensores de Fuerza Capacitivos
El sensor de tipo capacitivo se construye con la parte del sensor de tipo condensador con electrodos de material metálico dispuestos uno frente al otro. Este método detecta los cambios de capacitancia debidos a los cambios de distancia causados por la tensión entre los conductores debida a la fuerza.
El tipo capacitivo se caracteriza por su configuración relativamente sencilla y su bajo coste. Si los electrodos son de película, pueden hacerse más pequeños y delgados. La precisión y la capacidad de respuesta son también excelentes.
4. Sensores de Fuerza Ópticos
El sensor de tipo óptico es un método en el que se marca un patrón en el objeto que se va a medir a intervalos regulares, y el cambio en el patrón que se produce cuando se aplica una fuerza es detectado por un sensor óptico, como una cámara o un láser, y se calcula y obtiene la magnitud de la fuerza.
La mayor ventaja del método óptico es que permite la medición sin contacto. En cambio, la precisión, la capacidad de respuesta, la miniaturización y el coste son inferiores a los de otros métodos. Se limita a aplicaciones especiales en las que se requiere una medición sin contacto.
5. Sensores de Fuerza HDR
Existen los llamados sensores de fuerza HDR (High Dynamic Range), que se caracterizan por un amplio rango dinámico, por ejemplo, de 10 g a 20 kg.
Combinando la IA y la tecnología robótica con sensores de fuerza HDR, se pueden realizar tareas de ensamblaje finas ajustándose a fuerzas diminutas. Los robots automatizan y mejoran cada vez más las tareas de montaje en la producción.
6. Sensores de Fuerza Capacitivos
Los sensores de fuerza capacitivos se caracterizan por su capacidad para medir componentes de seis ejes detectando cambios en la distancia entre dos placas paralelas. Su estructura es sencilla y su precio reducido.
También existen sensores de fuerza con un mecanismo de tope de prevención de sobrecarga en el interior del sensor. Últimamente se utilizan mucho en el campo de la robótica industrial. Se espera que la demanda aumente cada vez más debido a la creciente automatización en la industria manufacturera.
Más Información sobre los Sensores de Fuerza
Utilización de los Sensores de Fuerza
El manejo de robots con sensores de fuerza por parte de humanos permite conseguir un trabajo cooperativo entre humanos y robots. También se pueden realizar trabajos detallados que requieran ajustes de fuerza minuciosos. Sobre todo en la industria manufacturera, el uso de sensores de fuerza permite automatizar tareas que sólo pueden realizar artesanos cualificados, mejorando así la productividad.
En el campo de la medicina, se espera que los sensores de fuerza se utilicen en tratamientos médicos a distancia, donde el estado de la zona afectada puede evaluarse mediante diagnóstico táctil.