Mejora de la ergonomía laboral con actuadores eléctricos inteligentes

Los actuadores lineales eléctricos han proporcionado beneficios ergonómicos durante mucho tiempo al automatizar tareas repetitivas, sucias o peligrosas. Recientemente, la integración de inteligencia a bordo en los actuadores eléctricos ha elevado su contribución ergonómica a un nuevo nivel. Funciones inteligentes como control digital del motor, retroalimentación de posición, sincronización y monitorización en tiempo real facilitan aún más la aplicación de automatización para mejorar confort, seguridad y eficiencia en el lugar de trabajo.

Control digital del motor

Los actuadores tradicionales a menudo dependen de relés grandes e ineficientes energéticamente o controladores independientes para extender, retraer o detener los actuadores. Usar electrónica a bordo para gestionar la potencia puede reducir la corriente en interruptores o contactos de 20 A a menos de 22 mA, permitiendo un diseño de sistema más simple y menos costoso. Los operadores pueden arrancar y cambiar la dirección del actuador desde un control sencillo.

Imagine un espacio de trabajo donde los trabajadores manipulan componentes de más de 100 libras requiriendo frecuentes alcances y flexiones. Si su mesa de trabajo fuera controlada por actuadores con conmutación de bajo nivel, cada usuario podría ajustar la altura a un nivel que requiera mínima flexión o estiramiento, reduciendo fatiga y mejorando productividad (Figura 1).

Mientras que los conjuntos de actuadores tradicionales podrían permitir tales ajustes, requerirían conmutación externa del motor, que consume más potencia y debe hacerse manualmente. Al controlar el flujo de corriente electrónicamente, toda esa conmutación queda integrada en la carcasa del actuador, proporcionando también un entorno más elegante y limpio sin cableado externo.

Automatizar la conmutación del motor también tiene beneficios de seguridad. Un actuador consume entre 20 y 40 amperios según la carga. Minimizar la exposición a esta corriente durante instalación y operación permite mayor control ergonómico, reduciendo riesgos de descarga por relés de alta amperaje.

Retroalimentación digital de posición

Los actuadores eléctricos inteligentes (Figura 2) no solo permiten ajustes finos de posición, sino que también proporcionan retroalimentación en tiempo real sobre el alcance de esos ajustes. Pueden informar sobre la ubicación de la carga a lo largo de la carrera. En el ejemplo de la mesa de trabajo (Figura 1), podrían capturar datos de la ubicación de la carga y compararlos con parámetros preestablecidos para asegurar operación consistente.

Junto a la retroalimentación digital de posición viene la capacidad de medir y controlar la velocidad. Supongamos que está automatizando la subida o bajada de una puerta pesada que protege una máquina o forma una partición. El microcontrolador podría recibir cuentas de pulsos de un codificador y calcular distancia y velocidad basándose en el número de pulsos recibidos en un intervalo de tiempo. En el ejemplo de la puerta pesada (Figura 3), esto permitiría reducir la velocidad al llegar al final de la carrera, evitando que la puerta se cierre de golpe antes de que el operador tenga tiempo de despejar la apertura.

Retroalimentación analógica de posición

La retroalimentación digital de posición es una de las formas más fáciles de medir la velocidad del actuador, pero no es fácil de programar porque no recuerda las posiciones que reporta tras una pérdida de energía o apagado. Los actuadores inteligentes equipados con potenciómetros analógicos, sin embargo, pueden recibir información exacta de posición desde potenciómetros en la caja de engranajes del actuador, que envían señales de voltaje que alertan al usuario de la velocidad y dirección —desde el inicio al final de la carrera. Recuerdan esa posición, así que si se pierde la energía, no hay necesidad de volver a posición home y reiniciar el dispositivo.

La memoria de posición fiable permite desarrollar aplicaciones que almacenen ajustes ergonómicos para cada usuario, permitiendo que el espacio de trabajo se adapte a múltiples individuos según altura, procedimientos almacenados o preferencias.

Sincronización

Los beneficios ergonómicos de los actuadores eléctricos inteligentes son aún más pronunciados cuando se usan múltiples actuadores. Puede configurar actuadores para que se ajusten automáticamente a cargas cambiantes. Una aplicación de ensamblaje de aeronaves en la que cinco o diez trabajadores finalizan el fuselaje, por ejemplo, podría soportarlos con una plataforma que debe elevarse alto sobre el suelo.

A medida que los trabajadores se mueven por la plataforma, el peso se desplaza a diferentes partes, causando desequilibrio potencial. Actuadores inteligentes ubicados en varios puntos bajo la plataforma (p.ej., uno en cada esquina) podrían configurarse para autoajustarse compensando el desplazamiento de carga durante movimiento sincrónico (Figura 4).

Hacer ajustes que contrarresten estas cargas cambiantes se logra con control de velocidad y retroalimentación de posición. Los actuadores se comunican entre sí a través de una red interna, leen la velocidad del otro basándose en retroalimentación de posición y se ajustan en consecuencia.

Hacerlo con retroalimentación digital resulta en un paso entrecortado, que los diseñadores pueden evitar poniendo tanto posición como velocidad en el bucle de retroalimentación y haciéndolos ajustar basándose en la velocidad de actuación y la posición. Esto proporciona beneficio ergonómico que elevará una carga cambiante suavemente desde múltiples puntos, compensando cargas de formas incómodas como plataformas, asientos y puertas pesadas.

Controlar múltiples actuadores tradicionales es posible pero es impreciso, lento y laborioso, poniendo tensión adicional en los actuadores, llevando eventualmente a agarres u otros fallos. La sincronización de actuadores inteligentes elimina la incertidumbre y resulta en movimiento equilibrado, suave y bien posicionado.

Monitorización en tiempo real

Los actuadores eléctricos inteligentes pueden devolver resultados de monitorización continua para temperatura, corriente, velocidad, voltaje y otras variables, permitiendo monitorización avanzada de condición, diagnóstico y manejo de errores. La retroalimentación puede aparecer hasta diez veces por segundo, ya que el actuador se prueba continuamente. Si detecta un problema (p.ej., superar umbral de temperatura), el actuador puede detenerse a mitad de carrera o terminar su movimiento programado —totalmente retraído o extendido—, detenerse y enviar una bandera de error al ordenador, todo en fracción de segundo.

Esta retroalimentación permite a los usuarios analizar patrones de uso, velocidad y posición para hacer operaciones más amigables, seguras y eficientes. Especialmente valioso en automatización de fábrica que integra múltiples dispositivos (Figura 5). Los datos recogidos pueden mostrar cuántas veces se ha subido/bajado una estación de trabajo o cuántas veces se ha abierto/cerrado una puerta. Esto puede compararse con historial operativo o mejores prácticas para mejorar el diseño de la celda.

Los datos operativos también pueden cruzarse con informes de lesiones, señalando necesidad de análisis ergonómicos más profundos. Si un actuador que posiciona un troquel de engarce reporta constantemente sobrecargas, por ejemplo, podría indicar índice de personas lastimándose e identificar en qué celda, a qué hora y qué turnos se ven afectados.

Diversificar para sobrevivir

Las muchas funciones integradas en actuadores eléctricos inteligentes permiten a los usuarios abordar una aplicación con simplificación de diseño en mente. Tener capacidad de control digital, proporcionar retroalimentación digital o analógica, permitir sincronización multi-actuador o añadir monitorización en tiempo real de métricas proporciona herramientas para hacer el trabajo en un solo paquete. Ahora, al mirar una aplicación, pueden entregar una solución de automatización que va más allá de la funcionalidad básica de ida y vuelta.

Los actuadores eléctricos inteligentes proporcionan movimiento plug-and-play en múltiples ejes de procesos automatizados sin complicaciones de otras tecnologías como cilindros hidráulicos o neumáticos. Revisando necesidades de aplicación previamente, el usuario puede encontrar que la capacidad del actuador inteligente para controlar movimiento, recordar posición o proporcionar métricas de aplicación se diferencia entre mar de otras tecnologías.

A medida que fabricantes de máquinas y usuarios finales miran al futuro, sus soluciones de automatización irán más allá de funcionalidad básica y seguirán proporcionando soluciones más fáciles, mayor vida útil de equipos y seguridad a largo plazo.

Cuanto más intrínseca sea esta capacidad de control al equipo, menos se interpondrá entre el usuario y los beneficios finales que espera. La recompensa se encuentra en satisfacción, seguridad, salud y productividad del trabajador —todo lo cual beneficia a todos en la cadena de valor.

Este artículo fue escrito por Chris Diak, Automation Product Sales Manager en Motion Industries (Birmingham, AL) y Travis Gilmer, Product Line Specialist – Linear Actuators en Thomson Industries (Radford, VA).