Los compresores de aire se utilizan en competiciones de robótica para demostrar cómo la energía neumática puede funcionar en dispositivos automáticos, preprogramados y móviles. Puedes usar aire comprimido para mover brazos y piernas robóticos a longitudes medidas. El mejor compresor para competiciones robóticas suele ser un modelo pequeño y portátil de recíprocos.
Otro beneficio del aire comprimido es que puedes reemplazar fácilmente los tubos que suministran a las distintas piezas del robot con aire presurizado cuando es necesario. Por ejemplo, si ocurre un accidente que hace que una de las articulaciones pierda contacto con el tanque de aire, el problema puede ser solucionado inmediatamente por los ingenieros responsables del robot. Si los brazos y las piernas dependieran en cambio de componentes electrónicos, las reparaciones serían significativamente más costosas y laboriosas.
Las competiciones de robótica son una excelente oportunidad para que los estudiantes de secundaria aprendan sobre el proceso de construcción de robots y participen en concursos que, en última instancia, pueden generar grandes becas. Para los estudiantes universitarios, las competiciones de robótica ofrecen la oportunidad perfecta para desarrollar estas habilidades y descubrir nuevas innovaciones en tecnología robótica. Los concursos de robótica también son importantes para las organizaciones profesionales, que pueden presentar nuevos diseños y aprender mutuamente de las ideas reveladoras de los competidores. En general, las competiciones de robótica están impulsando el avance hacia la automatización, y el aire presurizado está en el centro de estos avances.
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Por qué se utilizan los compresores de aire en competiciones de robótica
Los sistemas neumáticos se han empleado durante mucho tiempo en el sector industrial para todo, desde el montaje de automóviles hasta el embalaje de alimentos. Con aire comprimido, los fabricantes pueden ensamblar piezas en calidad de masa para uso público. Uno de los avances más cruciales en tecnología neumática ha sido el desarrollo de brazos robóticos, que se utilizan en fábricas automotrices para levantar piezas pesadas y unir piezas en componentes ensamblados.
Con brazos robóticos accionados por aire, los fabricantes pueden ensamblar coches y camiones con mucha más velocidad y eficiencia de lo que jamás sería posible con manos humanas. Lo mejor de todo es que los fabricantes pueden reducir costes de producción con herramientas neumáticas y, en última instancia, trasladar esos ahorros a los consumidores.
En las competiciones de robótica, las fuentes de alimentación neumáticas son fáciles de montar, incluso con poco tiempo de preparación. La mayoría de las funciones funcionan con 60 libras por pulgada cuadrada de potencia de aire. Los sistemas neumáticos también son relativamente ligeros y pueden repararse fácilmente, si es necesario, el mismo día que una competición.
La naturaleza compacta de los sistemas neumáticos en robots contrasta con las cualidades voluminosas de la mayoría de los componentes electrónicos, que son difíciles de reparar y tienden a añadir más peso a un dispositivo dado. Además, los componentes electrónicos requieren numerosos cables y carcasas voluminosas, independientemente de si el dispositivo robótico está operado remotamente o conectado a un enchufe de corriente.
La energía neumática ha sido una función importante de las competiciones robóticas desde los primeros días de este tipo de eventos en los años 90. A medida que los estudiantes presentaban sus creaciones en estas competiciones, pronto se hizo evidente que el aire presurizado era un combustible más eficaz, cómodo y eficiente para el movimiento robótico que los componentes eléctricos o las baterías.
Se podría argumentar fácilmente que los sistemas neumáticos facilitaron el auge de las competiciones robóticas al facilitar el desarrollo de la tecnología entre mentes emprendedoras de distintos niveles de habilidad. Con brazos y articulaciones accionados por aire, estos robots fáciles de montar han realizado tareas que han ampliado la percepción de las personas sobre el potencial de la tecnología robótica.
En el último cuarto de siglo, la tecnología involucrada en los dispositivos robóticos ha mejorado junto con los avances en sistemas neumáticos. En los últimos años, los sistemas neumáticos de los robots de competición se han vuelto más compactos y fáciles de montar y regular a niveles de presión adecuados. Por ello, los estudiantes que participan en estas competiciones tienen más éxito con sus robots.
Los sistemas neumáticos se utilizan para alimentar los movimientos de una amplia gama de dispositivos robóticos competitivos, desde creaciones de Lego animadas remotamente hasta dispositivos usados para lanzar pelotas y verter líquidos en medidas exactas. En algunos casos, los robots expuestos en estos eventos han servido como prototipos en el desarrollo de robots más avanzados que hoy en día están siendo probados por diversas entidades del sector industrial.
Cómo se utilizan los compresores de aire en competiciones de robótica
La mayor diferencia entre neumática y electrónica es el orden de operación. En electrónica, tienes un positivo y otro negativo, mientras que con la neumática tienes un conjunto de tubos que simplemente funcionan de la manera en que los conectas al dispositivo robótico en cuestión.
La construcción de un dispositivo robótico neumático también es relativamente sencilla porque no es necesario soldar paneles ni pelar cables. Además, las conexiones son fáciles de montar en sistemas neumáticos. Con un dispositivo robótico accionado por aire, no tienes que preocuparte de si un destornillador en particular encajará en el portatornillos de un tornillo concreto, ya que no hay tales sujetadores en la construcción general.
El dispositivo que presuriza el aire ambiente para su uso como energía en un dispositivo robótico se conoce como compresor. Durante el funcionamiento, el compresor puede calentarse hasta el punto de dañar las piezas vecinas si la unidad carece de suficiente ventilación y capacidad de refrigeración. Por tanto, es crucial que el sistema neumático del robot esté equipado con un ventilador.
El compresor también tiende a vibrar. Si se colocan demasiado cerca de una de las características estacionarias cruciales de un conjunto robótico, las vibraciones podrían anular el propósito de las funciones robóticas. Por ejemplo, si diseñas un robot para que tome fotos desde lugares extraños y difíciles de alcanzar, las imágenes podrían quedar borrosas si las vibraciones del compresor hacen que el dispositivo tiemble mientras se toman las fotos. Por lo tanto, el compresor debe colocarse a cierta distancia del componente de la cámara para evitar vibraciones disruptivas.
Uno de los componentes más importantes en un sistema neumático es la válvula de liberación de presión, que regula la cantidad de aire presurizado que viaja desde el compresor hasta la aplicación final, que en este caso serían las partes móviles de un dispositivo robótico. Si las funciones móviles se sobrecargan con la presión del aire, podrían fallar y provocar que el robot falle mientras está en el suelo durante una competición. Del mismo modo, el compresor también podría sobrecalentarse si la presión no se regula correctamente. Para ajustar la válvula de liberación de presión, simplemente mueves los anillos que están roscados alrededor de la válvula.
Como función de respaldo de la válvula de liberación de presión, los sistemas neumáticos también están equipados con un interruptor de presión. En casos en que la presión supera el límite máximo para el robot en cuestión, el interruptor se activa automáticamente para apagar el compresor. En la mayoría de los dispositivos robóticos presentados a competiciones, el límite máximo suele ser de unos 120 psi. Si la presión supera ese nivel, el interruptor se activará y detendrá la transferencia de más energía aérea. Para ayudar a evitar que un robot se sobrecargue con aire presurizado durante una competición, los límites de presión deben establecerse en el rango de 80–110 psi.
Para retener el aire que finalmente se utiliza durante la competición, cada dispositivo robótico suele estar equipado con varios tanques de aire. El propósito de cada tanque es retener aire para su uso posterior. Por tanto, es esencial asegurarse de que cada robot tenga tantos de estos tanques como sea necesario.
Los dispositivos robóticos también están equipados con reguladores, que limitan la cantidad de presión de aire que viaja río abajo hacia otros componentes. De este modo, puedes controlar la cantidad de presión que se envía a cada parte de un robot. Si una zona requiere más presión que otra, puedes tener cada pieza regulada a diferentes niveles. Por ejemplo, si se requiere que un brazo levante objetos más pesados y se mueva al doble de velocidad que los demás, ese brazo puede programarse para recibir niveles de presión más altos que los otros componentes. Con reguladores instalados, cada dispositivo robótico puede realizar una gama más amplia de funciones diferentes.
Otra característica importante en un sistema neumático es un manómetro, que permite leer el nivel de presión que se genera dentro de un dispositivo robótico activo accionado por aire. A medida que la presión aumenta, puedes leer su nivel de corriente indicado por el manómetro. Con manómetros, puedes llevar un control del nivel de presión actual en cualquier momento durante una competición. Si la presión supera los límites aceptables, puedes ajustarla a un nivel más aceptable. Los manómetros te ayudan a evitar situaciones en las que las altas presiones puedan superar el límite máximo y dañar el dispositivo.
Para el control remoto de dispositivos neumáticos, algunos de los componentes más críticos son las válvulas solenoides, que funcionan como transistores en un sistema neumático. Cuando se activa una válvula solenoide, ajusta el flujo de aire presurizado entre los puertos correspondientes. En algunos sistemas, las válvulas solenoides pueden ajustarse en ambas direcciones. En otros sistemas, solo se puede hacer un ajuste en una dirección, lo que significa que la válvula volverá a la normalidad tan pronto como la señal desaparece. Para dispositivos donde la velocidad es una prioridad, es mejor tener válvulas solenoides con agujeros grandes.
¿Qué tipos de robots utilizan aire comprimido?
Un compresor de aire para competiciones de robótica puede impulsar multitud de innovaciones tecnológicas. En los eventos estudiantiles, algunos de los ejemplos más vistos de tecnología robótica accionada por aire son máquinas que permiten levantar de forma deportiva y automática de forma independiente. Para la industria tecnológica y sus numerosos observadores, las competiciones de robots ofrecen una ventana al futuro de la automatización. En las próximas dos o tres décadas, los robots que se ven actualmente en estas competiciones podrían volverse habituales en la vida cotidiana. Algunas de las categorías tecnológicas más populares que se exhiben en estos eventos incluyen las siguientes:
1. Juguetes
En las competiciones de robots formadas por adolescentes, los juguetes accionados por aire son un tema popular. Algunos de estos robots consisten en cuerpos de Lego integrados en personajes tipo Transformer. Los brazos y piernas de estos robots se mueven y accionan mediante energía neumática. En el futuro, estos juguetes podrían revolucionar la forma en que los jóvenes interactúan con sus personajes favoritos en la ciencia ficción y los cómics. La tecnología también podría hacer que el mundo de los videojuegos sea más realista, ya que los participantes compiten en juegos de guerra gracias a estas creaciones de robots propulsados por aire. Para los niños que no tienen pareja de juego, los juguetes robóticos podrían ofrecer una vía de escape necesaria.
2. Tiradores de balón
Un concepto popular entre los participantes más jóvenes en las competiciones de robots son los dispositivos de tiro a pelota. Por ejemplo, algunos eventos han mostrado dispositivos robóticos que lanzan balones a las redes y a veces a los aros de baloncesto. El objetivo es ver si los futuros eventos deportivos podrán incorporar lanzamientos de pelota operados remotamente en el proceso. La tecnología también podría ser útil para los jóvenes que desean desarrollar habilidades en un determinado deporte. Por ejemplo, un joven que quiere mejorar en el béisbol pero no tiene compañeros de práctica podría usar un dispositivo robótico para lanzar la pelota y practicar el bateo.
3. Dispositivos de cocina
Algunos de los dispositivos robóticos más innovadores que se exhiben en eventos de competición han sido diseñados para uso en la cocina. Ejemplos incluyen los juegos de brazos robóticos, alimentados por aire comprimido, que vierten ingredientes en cuencos en cantidades medidas, según las indicaciones de una receta determinada. Estos mismos brazos mezclan los ingredientes hasta obtener la consistencia deseada. Una vez terminada la preparación, la mezcla puede verterse en una bandeja y calentarse. Con dispositivos robóticos equipados con cocinas, los restaurantes del futuro podrían haber automatizado en gran medida las cocinas. Estos desarrollos podrían extenderse eventualmente al uso doméstico y probablemente ser adoptados como una alternativa a la cocina casera manual.
4. Cierre de brazos
Algunas de las innovaciones más importantes que se muestran en muchas competiciones robóticas son los brazos de sujeción, que fijan automáticamente piezas duras y pesadas en instalaciones industriales. En las fábricas de electrodomésticos, la tecnología ha hecho que el proceso de producción sea más rápido, eficiente y menos costoso. Con brazos robóticos de fijación, las piezas pesadas y torpes de aparatos y muebles pueden fijarse en cuestión de segundos. En unos pocos pasos rápidos, se pueden ensamblar unidades completas, con el recinto incluido, en solo una fracción del tiempo que tardarían los trabajadores humanos en completar estas tareas.
5. Dispositivos de elevación
Las competiciones de robots ofrecen una oportunidad privilegiada para que los desarrolladores de tecnología exhiban las últimas innovaciones en brazos robóticos. El propósito de estos brazos es realizar algunos de los levantamientos más pesados y complicados en instalaciones industriales. Por ejemplo, en el campo del ensamblaje de automóviles, una variedad de piezas grandes y pesadas deben ser elevadas en sistemas de cinta transportadora y montadas junto a otras piezas grandes y pesadas. Con brazos robóticos neumáticos, los trabajadores humanos se libran del esfuerzo de cargar con tanto peso. Para componentes especialmente pesados, la maquinaria impulsada por robótica es esencial.
6. Vehículos automáticos
Otra innovación importante que se presenta cada año en competiciones de robots es el vehículo automático, que se exhibe en prototipos en miniatura que indican el potencial de la tecnología. A medida que más personas anticipan un futuro sin vehículos de gasolina, los vehículos robóticos expuestos en estos eventos sirven como indicadores de cómo podrían verse las calles en unas décadas. Lo más importante es que estos modelos en miniatura ayudan a demostrar cómo los vehículos podrían, en última instancia, funcionar con aire comprimido y potencialmente reducir significativamente la dependencia mundial de productos derivados del petróleo. Además, estos dispositivos también pueden sugerir las características robóticas que probablemente se incluirán en estos vehículos del futuro.
7. Material rodante en miniatura
Las competiciones de robots han servido a veces como vitrinas para versiones en miniatura del material rodante del futuro. Por ejemplo, vehículos capaces de levantar contenedores y transportar madera podrían algún día funcionar sin ayuda humana, como se prevé en estos prototipos robóticos. El material rodante automático puede incluir brazos elevadores robotizados y otras características que pronto podrían eliminar los riesgos humanos asociados a la recogida de basura y la construcción de edificios. Gracias a las innovaciones que se presentan en estos eventos, puede que algún día llegue el momento en que los rascacielos se construyan desde cero con vehículos de construcción aerodinámicos y accesorios de brazos robóticos.
8. Robots domésticos
En el futuro, los robots podrían formar parte de las familias de las personas. En convenciones de robots, a menudo se exhiben dispositivos programados para realizar tareas cotidianas específicas, como la recogida de basura y la limpieza del hogar. En unas décadas, los hogares estadounidenses de todos los tamaños podrían tener uno de estos robots en casa para realizar una variedad de tareas que la gente suele descuidar. Los robots que actualmente están programados para realizar estas funciones se volverán más complejos a medida que los sistemas neumáticos que alimentan estas creaciones se desarrollen en conjunto con componentes de máquinas e inteligencia artificial.
¿Cambiará o se adaptará pronto el papel de los compresores en industrias como la robótica?
En los próximos años, el papel de los compresores en el sector de la robótica cambiará inevitablemente a medida que las tecnologías avancen y los diseños se vuelvan más ágiles. Con cada año que pasa, estos avances se muestran plenamente a medida que los estudiantes presentan innovaciones en el ámbito de los dispositivos robóticos accionados por aire.
Algunos de los cambios más significativos implicarán el movimiento y diseño de los diseños de robots. Mientras que la mayoría de los robots actuales tienen una apariencia muy mecánica y se mueven con mecánica, los robots futuros probablemente adoptarán una apariencia más orgánica y un conjunto de movimientos fluidos. El reto para los desarrolladores actuales de robots es encontrar formas de hacer que las articulaciones de estas creaciones parezcan más naturales y realistas.
El aumento de la competencia en el sector industrial impulsará el avance de la tecnología robótica y el papel del aire comprimido en estos desarrollos. A medida que la tecnología supera la capacidad humana, las empresas que se adapten podrán fabricar productos en grandes cantidades sin los problemas inherentes que plantea el error humano. Estos primeros adoptantes, a su vez, se beneficiarán de un aumento en ventas y saturación del mercado.
En general, el desarrollo de la tecnología de robots accionados por aire debería conducir a la automatización total de las industrias de fabricación de automóviles y envasado de alimentos. Con el tiempo, estos desarrollos también deberían reducir la necesidad de trabajadores humanos en la construcción de edificios y en operaciones militares. Con el tiempo, los vehículos neumáticos y la tecnología robótica también sustituirán la necesidad de coches y conductores comerciales, a medida que el transporte y la entrega comercial se vuelvan totalmente automáticos.
A medida que la tecnología de robots neumáticos se extiende a la vida cotidiana, el aire se volverá más limpio debido a la reducción de emisiones de una sociedad menos dependiente del combustible. La expansión de la energía neumática en el ámbito de la automatización y el transporte reducirá en gran medida la dependencia de Estados Unidos del petróleo extranjero y la necesidad de perforar.
Con el rápido avance tecnológico actual, cada vez más personas están tomando conciencia de los beneficios de la tecnología del aire comprimido. Aprovechando la energía aérea, las industrias pueden optimizar la producción dejando una huella de carbono menor. Mientras tanto, la gente podrá disfrutar de una gama más amplia de productos a precios reducidos, gracias a los costes reducidos de la fabricación automatizada.
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Si las competiciones de robots son un indicio, la revolución robótica está a la vuelta de la esquina. Con tantos jóvenes enviando sus propias creaciones a estos eventos, la tecnología está llegando al punto en que casi cualquier persona experta en tecnología puede crear su propio robot. En las próximas décadas, las capacidades tecnológicas mejorarán rápidamente en estos ámbitos, quizás haciendo posible que las personas creen sus propios robots domésticos y máquinas de elevación accionadas por aire.
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