¿Qué es la robótica hidráulica?
Robótica hidráulica: ¿cómo funciona?
¿En qué consiste la robótica hidráulica? ¿Cómo funcionan los robots impulsados por energía hidráulica?
La hidráulica es la disciplina de la física que estudia el comportamiento de los líquidos y las propiedades mecánicas de los fluidos en función de las fuerzas que se les aplican. Dichos propiedades dependen de la relación entre la masa y la fuerza aplicada, y de la viscosidad del fluido.
Generalmente, la robótica suele utilizar tres tipos de energía distinta: eléctrica (electricidad), neumática (aire comprimido) e hidráulica (fluidos). Cada una posee sus propias características, ventajas y desventajas.
La robótica hidráulica es aquella que emplea un fluido, normalmente aceite o agua, para el movimiento de los mecanismos del robot. Se suele utilizar para robots de grandes dimensiones que necesitan operar a gran velocidad y requieren de una alta resistencia mecánica.
¿Cómo funciona un robot hidráulico?
Los robots hidráulicos cuentan con unas jeringas que se rellenan con líquido (aceite o agua). La presión ejercida dentro de las jeringas sobre los fluidos permite el movimiento del robot gracias a la aplicación del Principio de Pascal.
El Principio de Pascal es una teoría que determina que la presión aplicada a un fluido contenido en un recipiente se transmite en todas las direcciones con la misma intensidad. Esto permite obtener fuerzas muy grandes a partir de la aplicación de otras más pequeñas.
Para entender este principio básico para el funcionamiento de la robótica hidráulica, hay que conocer dos conceptos clave: la fuerza y la presión:
- Fuerza: es la acción capaz de cambiar la posición o dirección de un objeto. Por ejemplo, el peso de un objeto sería la fuerza que ejerce contra el suelo o, en el caso de la robótica hidráulica, un fluido.
- Presión: se obtiene dividiendo la fuerza aplicada entre la superficie del cuerpo que está en contacto con el suelo o, en el caso de la robótica hidráulica, con el fluido.
Brazo hidráulico
Un brazo robótico hidráulico es un aparato mecánico que se suele dividir en tres partes, simulando la estructura de un brazo humano. Es decir, estaría formado por la mano, el brazo y el antebrazo, unidos entre sí por dos articulaciones robóticas que harían las funciones de muñeca y codo.
Cada una de las partes de puede mover de forma independiente, gracias al aumento o disminución de la presión ejercida por un fluido y un medio gaseoso. Dichos movimientos se pueden controlar desde un mando que se coloca en la base del brazo, y que permite girar, rotar, torsionar y realizar otras acciones con el brazo robótico.
Grúa hidráulica
Una grúa hidráulica es un mecanismo de elevación cuyo funcionamiento se basa en la aplicación de fuerza a través de la presión ejercida por diferentes fluidos, generalmente aceite. Una de las ventajas de emplear aceite es que permite empujar los pistones en forma más eficaz en la dirección deseada, esto es, en la que se aplica la fuerza.
Las grúas hidráulicas tienen diversas aplicaciones, tanto dentro como fuera de la industria. Se emplean para la elevación de cargas de cualquier tipo, ya sean piezas mecánicas o incluso para el traslado de personas, siempre y cuando el peso de la carga no supere la capacidad de la grúa.
Usos de la robótica hidráulica
Por ejemplo, dentro de la robótica industrial se emplean robots hidráulicos para realizar tareas que requieren mucha fuerza de aplicación o resistencia mecánica. También para la elevación de cargas pesadas. Un ejemplo serían las excavadoras hidráulicas.
Dentro de la industria, también se suelen emplear para la fabricación de robots mecánicos que trabajan en cadenas de montaje, gracias a le efectividad de la mecánica de fluidos.
Sin embargo, sus ámbitos no solo se limitan a los entornos industriales, y ya existen robots hidráulicos que se utilizan en muchos otros ámbitos. Por ejemplo, son muy comunes los limpiadores de fondos de piscinas que son impulsados por energía hidráulica.
Por otro lado, la hidráulica también resulta muy interesante en el ámbito de la robótica educativa. Es una manera de enseñar a niños y mayores a fabricar robots de forma segura. El uso de la energía hidráulica evita los riesgos de cortocircuitos o quemaduras derivados de la electricidad. Los robots hidráulicos educativos suelen funcionar con agua, un “combustible” barato e inocuo.
Ventajas y desventajas de la robótica hidráulica
La robótica hidráulica ofrece numerosas ventajas, pero también hay otros factores no tan positivos a tener en cuenta. Lo vemo a continuación.
Ventajas
Las principales ventajas de la robótica hidráulica son las siguientes:
- Emplea agua o aceite, que no son comprimibles y permiten transmitir la presión de forma íntegra o instantánea, lo cual no sucedería si se utilizase aire, ya que parte de la energía se perdería al comprimirlo.
- Permite la fabricación de robots que funcionan a alta velocidad.
- Ofrece una d las mejores relaciones potencia-peso.
- Los robots hidráulicos son autolubricantes.
- Se pueden crear aparatos y mecanismos con una gran capacidad de carga.
- Tiene una gran estabilidad al trabajar con cargas estáticas.
Desventajas
Por su parte, las principales desventajas de la robótica hidráulica son:
- El mantenimiento de los robots puede ser complicado.
- Se necesita la instalación de componentes especiales, como filtros de agua o aceite, o para la eliminación del aire.
- Pueden darse problemas de fugas de líquidos.
- Suelen ser equipos bastantes costosos, sobre todo los que se utilizan en el ámbito industrial.
- Algunos fluidos empleados pueden ser contaminantes.
¿Cómo hacer un brazo robótico hidráulico?
Mejor que te o expliquemos con palabras es que lo veas tú mismo. En este tutorial puede ver cómo fabricar un brazo robótico que funciona mediante fluidos. Puedes encontrar muchos más videotutoriales en Youtube.
Ejemplos de robots hidráulicos para uso cotidiano
Ya hemos comentado que la robótica hidráulica tiene aplicaciones tanto en el ámbito industrial como para uso cotidiano. En este caso os mostramos algunos ejemplos de robots que hacen uso de la energía hidráulica, y que pueden ser usados con finalidades educativas o para otras tareas cotidianas, por ejemplo los robots de limpieza.
BUKI-7505
Es un robot hidráulico destinado a niños a partir de 10 años. Los más pequeños podrán fabricar su propio robot y controlarlo con las 6 palancas que incluye en su base. No necesita pilas ni baterías, y puede levantar cargas de hasta 50 gramos.
Velleman KSR12
Otro producto con el que los jóvenes podrán empezar a dar sus primeros pasos en el campo de la robótica hidráulica. Está compuesto por 229 elementos que se han de ensamblar. El robot se mueve gracias a 6 palancas instaladas en la base. Indicado para mayores de 14 años e ideal para aprender ingeniería, matemáticas, tecnología y física. Funciona mediante agua, por lo que no necesita pilas ni baterías.
Zodiac W70668 MX8
Como decimos, una de las principales aplicaciones de los robots hidráulicos es como robots de limpieza para fondos de piscinas. En este caso es un robot que se desplaza de forma autónoma gracias a su sistema de navegación X-Drive, y que cuenta con dos turbinas de succión que le permiten eliminar cualquier tipo de residuo.
Galileo Construction Challenge
Es un robot hidráulico indicado para el ámbito educativo, que cuenta con 300 piezas de ensamblaje. Una de sus características más destacadas es que incluye un sistema de pistones accionados por líquidos de diferentes colores. Gracias a ese producto los niños aprenderán a fabricar un brazo robótico y a comprender las bases de la física y la mecánica. Permite la creación de 20 máquinas hidráulicas distintas. Recomendado a partir de 8 años.
Xtrem Projects- Taller de robótica
Con este taller de robótica los más pequeños podrán construir hasta 11 robots diferentes, los cuáles funcionan con energía solar y propulsión hidráulica. Cuenta con 230 piezas y es un producto ideal para que los niños aprendan el funcionamiento de la robótica hidráulica, y la transformación de la energía solar a energía eléctrica.
Pathfinders Brazo Robótico
Es un brazo robótico hidráulico de madera. Este kit de construcción artesanal está recomendado para niños a partir de 8 años. Proporciona una forma divertida de aprender ingeniería, a través del uso de líquidos de diferentes colores en las jeringas.
Zodiac T5 DUO
Seguimos con los robots hidráulicos para limpieza de piscinas, y lo hacemos con otro modelo de la marca Zodiac. En este caso de trata de un robot indicado para la limpieza de piscinas de 12 m x 6 m de dimensiones máximas. Permite limpiar tanto el fondo como las paredes de la piscina, y no necesita pilas ni baterías, ya que funciona con agua.
CEBEKIT 14 en 1
Un kit de fabricación de robots que emplean energía solar y propulsión hidráulica. Especialmente indicado para el ámbito educativo, permite construir hasta 14 formas de robos: escarabajo, perro, zombie, tortuga, etc. Es un producto ligero, compacto, fácil de transportar y, lo que es más importante, muy educativo.
Estos son algunos ejemplos de robots ideales para empezar a aprender sobre robótica hidráulica o para utilizar en ámbitos cotidianos. Lógicamente, la maquinaria hidráulica industrial es mucho más compleja y está destinada a tareas que requieran mucha fuerza y resistencia mecánica.
Fuente: IAT