Electro-Permanent Magnet

• También llamado: EPM, electropermanent magnet, switchable permanent magnet
• Categoría: Actuation & drivetrain › Motors
• Etiquetas: magnetic-actuation, grippers, modular-robotics, low-power, swarm-robotics

Un conjunto magnético que puede activarse o desactivarse con un breve pulso de corriente y que después mantiene su estado sin alimentación; se usa en pinzas, cierres y conectores de robots modulares.

Definición

Imanes electropermanentes (EPM) (electro-permanent magnets) son dispositivos magnéticos que pueden conmutarse entre sujetar y soltar con un breve pulso eléctrico, y que después permanecen en ese estado sin ninguna alimentación continua. Combinan la comodidad de un electroimán, que se puede encender y apagar, con la sujeción sin consumo de un imán permanente.

Un EPM típico combina dos tipos de material de imán permanente dentro de una bobina. Uno es un imán duro, como el neodimio-hierro-boro (NdFeB), cuya magnetización permanece fija. El otro es un imán semiduro, como el álnico, cuya magnetización puede invertirse con un campo lo bastante intenso. Un pulso de corriente a través de la bobina invierte el imán semiduro. Cuando ambos imanes apuntan en el mismo sentido, su flujo combinado sale a través de las piezas polares hacia una superficie ferromagnética o un imán complementario, y el dispositivo sujeta. Cuando apuntan en sentidos opuestos, el flujo circula dentro del dispositivo y poco llega al exterior, por lo que suelta.

Como solo se consume energía durante la conmutación, los EPM son adecuados para robots pequeños y alimentados por batería. Se han usado en robots modulares y autorreconfigurables como conectores que enganchan los módulos entre sí, en pinzas y mecanismos de posado para drones, y en robots pequeños que se adhieren a superficies de acero. En la industria también se usan grandes imanes de elevación electropermanentes para mover chapa de acero.

Los EPM tienen limitaciones prácticas. La conmutación requiere un pulso de corriente elevada durante un tiempo breve, por lo que la electrónica de accionamiento suele incluir un puente H y un condensador u otra fuente de pulsos. La fuerza de sujeción cae bruscamente con cualquier entrehierro y depende del material, el espesor y el acabado superficial de la pieza, y el dispositivo solo sujeta material ferromagnético u otro imán.

Por qué importa

Sujetar algo sin consumir energía es valioso para robots pequeños, alimentados por batería y modulares. Los imanes electropermanentes ofrecen una fijación conmutable sin el consumo constante de energía ni el calor de un electroimán.

Aplicaciones clave

• Conectores en robots modulares y autorreconfigurables
• Pinzas y mecanismos de posado para drones y robots pequeños
• Robots que se adhieren a estructuras de acero y se desplazan por ellas
• Elevación industrial de chapas y piezas de acero

En la práctica

Un equipo que diseña un robot modular o una plataforma de enjambre podría usar EPM como conectores entre unidades. Selecciona los materiales magnéticos y los devanados de la bobina para la fuerza de sujeción requerida, diseña un driver de pulsos que entrega brevemente la corriente de conmutación desde la batería del robot a través de un condensador, y prueba la fuerza de sujeción con distintos entrehierros y estados de superficie. El firmware de control envía un pulso en un sentido para enganchar y en el sentido opuesto para soltar, y entre medias los imanes no consumen corriente.

Ideas erróneas comunes

• Un EPM necesita alimentación para seguir sujetando — solo consume corriente durante la conmutación y después sujeta únicamente con los imanes
• Los EPM funcionan con cualquier material — solo sujetan superficies ferromagnéticas o un imán complementario
• La fuerza de sujeción nominal se aplica en todas las condiciones — la fuerza cae bruscamente con el entrehierro, la pintura, las superficies rugosas o el material delgado

Quién debería saberlo

• Ingenieros de hardware que diseñan pinzas y mecanismos de enganche
• Investigadores en robótica modular y robótica de enjambre
• Ingenieros de drones que trabajan en el posado y la liberación de la carga útil

Tecnologías relacionadas

• Electroimán (Electromagnet)
• Imán de neodimio (Neodymium Magnet)
• Pinza magnética (Magnetic Gripper)
• Driver de puente H (H-Bridge Driver)
• Robótica modular (Modular Robotics)

Términos relacionados

• End Effector
• EOAT
• Gripper
• Swarm Robotics

Proyectos relacionados

• Aerostack2: ROS 2 framework for autonomous multi-drone systems and swarm robotics