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Sensores en robots humanoides

Par articular, fuerza de contacto, temperatura de bobinados y de batería: las mediciones detrás del equilibrio y de un accionamiento seguro, los sensores que las hacen y los cálculos que necesitan.

Mapa de medidas

Magnitud medidaSensor típicoSeñalCalculadora aquí
Par articularSensor de par con galgas, puente completo, a la salida del reductorPuente en mV/VCalculadora de puente de galgas extensométricas
Salida nominal de un sensor de par o fuerzaPuente completo especificado en mV/V a carga nominalPuente en mV/VSalida de celdas de carga
Resolución de la señal del puenteAmplificador y convertidor dentro del sensorCódigosCalculadora de resolución de un ADC
Fuerza de contacto en pies y muñecasSensor de fuerza/par de seis ejes (varios puentes de galgas)mV/V por puente, digitalizado en el sensorSalida de celdas de carga
Temperatura del bobinado del motorTermistor NTC o PT1000 en el estátorResistenciaCalculadora de termistores NTC
Temperatura del bobinado, PT1000 con cables finosPT1000, dos hilos a través del mazo del miembroResistenciaError por cableado en RTD
Temperatura de celdas y del pack de bateríaNTC 10 kΩ en celdas y pletinasResistencia, leída por el sistema de gestión de bateríaCalculadora de termistores NTC
Presión hidráulica o neumática (actuadores, pinzas)Transmisor de presión4–20 mA o tensión ratiométricaConversor de unidades de presión
Vibración e impactos de la estructuraAcelerómetro MEMS (también dentro de la IMU)Digital, en gConversor de vibraciones
Estanqueidad de actuadores y conectoresGrado de protección de la hoja de datosCódigo IPDecodificador de grado IP
Ganancia para un puente de parAmplificador de instrumentación ante el convertidorPuente mV/V a voltiosCalculadora de ganancia de amplificador de instrumentación
Ángulo y velocidad de la articulaciónEncóder absoluto, magnético u ópticoDigitalninguna en este sitio
Actitud del cuerpoUnidad de medición inercial: acelerómetros y giróscoposDigitalninguna en este sitio

Dónde están los sensores

Un robot humanoide es una cadena de actuadores eléctricos que carga con su propio peso. Cada articulación necesita conocer su posición, el par que entrega y su temperatura; los pies y las muñecas necesitan conocer las fuerzas en el contacto; la batería necesita conocer la temperatura de sus celdas. La posición la dan los encóders y la actitud una unidad de medición inercial, ambos dispositivos digitales con su propio procesamiento. El resto son mediciones analógicas clásicas: puentes de galgas y termómetros de resistencia, la misma física que una báscula o una protección de motor, en mucho menos espacio.

Par y fuerza: puentes de galgas

Los sensores de par articular y los sensores de fuerza/par de seis ejes son cuerpos elásticos con galgas extensométricas conectadas en puentes de Wheatstone. Su salida se especifica como la de una célula de carga: milivoltios de señal por voltio de excitación a carga nominal. Un puente de 2 mV/V excitado con 5 V da 10 mV a fondo de escala; una articulación al 30 % de su par nominal produce, por tanto, 3 mV, y una milésima del fondo de escala son 10 µV. Por eso el amplificador y el convertidor están dentro del sensor o justo al lado: una señal de este tamaño no sobrevive a un recorrido por un mazo de cables en movimiento junto a las fases del motor.

La calculadora de células de carga hace esta cuenta para cualquier salida nominal, excitación y carga. La calculadora de puentes de galgas va un paso atrás, de la deformación de las galgas a la salida del puente, y la calculadora de resolución de ADC muestra lo que puede resolver el convertidor detrás del puente: con 18 bits libres de ruido y una ganancia de 128, una señal de 10 mV para 100 N se resuelve en unos 0,0015 N. Trata un puente cada vez. La matriz que separa las seis componentes de un sensor de fuerza/par y elimina la diafonía procede de la calibración del fabricante y no puede reproducirla una calculadora general.

Dónde se coloca el sensor de par importa tanto como su salida nominal. Medido a la salida del reductor, la señal incluye lo que el eslabón entrega realmente; medido en el lado del motor, la fricción y el juego del reductor quedan entre el sensor y la carga.

Temperatura: bobinados y celdas

Los bobinados del motor se protegen con un sensor embebido en el estátor, normalmente un termistor NTC o una PT1000. Ambos se leen como una resistencia. Un termistor habitual de 10 kΩ, β = 3950 K, baja a unos 1270 Ω a 80 °C y a 698 Ω a 100 °C según el modelo Beta; una PT1000 marca 1460,68 Ω a 120 °C. La calculadora de termistores NTC y la calculadora PT100 / PT1000 convierten en ambos sentidos.

La elección entre ambos es en parte una cuestión de cableado. Dentro de un miembro, el sensor suele conectarse con dos hilos finos, y su resistencia se suma a la lectura. Con 3 m de cobre de 0,205 mm² (AWG 24), una PT1000 a dos hilos marca unos 0,13 °C de más a 80 °C; una PT100 con los mismos hilos, unos 1,3 °C de más, diez veces peor, porque su resistencia cambia diez veces menos por grado. La calculadora de error de cables RTD lo muestra para cualquier longitud y sección. Un termistor de 10 kΩ es todavía menos sensible a la resistencia de los cables, a cambio de una curva muy no lineal y de una mayor dispersión entre piezas.

Los packs de baterías usan los mismos termistores de 10 kΩ en celdas y pletinas. El valor Beta varía entre piezas (3435 K y 3950 K son ambos habituales), y usar el equivocado desplaza la lectura varios grados lejos de 25 °C; tómelo, por tanto, de la hoja de datos de la pieza montada.

Lo que una calculadora no puede decir

Las cifras anteriores son conversiones a nivel de sensor. No dicen nada de la dinámica que hace difíciles estas mediciones en un robot: ancho de banda del lazo de par, retardo térmico entre el bobinado y su sensor, deriva térmica de un puente de galgas o fusión de datos de encóders e inerciales. Para encóders, unidades inerciales, pieles táctiles y visión no hay herramienta en este sitio.

La estanqueidad merece una comprobación aparte. Un actuador o conector IP67 ha superado un ensayo de inmersión temporal, que por sí solo no incluye los ensayos con chorro de agua de IP65 e IP66; el decodificador de grado IP explica qué grado cubre qué.

Actualizado el 11 de octubre de 2026

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