Diferencia entre los encoders rotatorios y lineales

¿Qué es un encoder? ¿Qué es un analizador de velocidad de movimiento?

Un encoder es un sensor de movimiento que genera señales digitales en respuesta a dicho movimiento (1). Los encoders pueden proporcionar a los usuarios información sobre la posición, la velocidad y/o la dirección de todo tipo de maquinaria (2). Los encoders generalmente se usan para medir uno o más parámetros específicos sobre el objeto, como su velocidad, posición, dirección, o para proporcionar un recuento del objeto o algún valor relacionado.

Con los avances tecnológicos sus costes son menores que antes, lo que hace posible que ahora estén presentes en muchos productos de nuestro entorno, como por ejemplo impresoras o escáneres médicos. Los atletas de élite han utilizado analizadores de velocidad del movimiento desde hace décadas, pero por su alto coste solamente estaban disponibles en laboratorios y centros con un alto presupuesto. Actualmente, existen encoders por un precio mucho más ajustado que permiten a los atletas saber la velocidad a la que mueven las cargas.

Vitruve es una de las mejores marcas que comercializa analizadores de velocidad del movimiento, y cuenta con respaldo científico en cuanto a su fiabilidad y validez (3,4). Cuando se compara con otros estándares de oro como la captura de movimiento tridimensional optoelectrónica en 3D (5). En nuestro campo, el entrenamiento de fuerza basado en la velocidad, nos interesa el uso de un encoder para que nos de información sobre el desplazamiento de la barra, así como la velocidad, aceleración, potencia… a la hora de entrenar. A esta tecnología se le denomina analizador de velocidad del movimiento.

El dispositivo de Vitruve es un encoder lineal óptico. ¿Y eso que quiere decir? A continuación, vamos a ver las diferencias entre un encoder lineal y uno rotatorio, y también conocer qué tipos de encoders existen según la tecnología utilizada, siendo el óptico uno de ellos.

Diferencias entre un encoder rotatorio y uno lineal

El enfoque más común es clasificar estos dispositivos por el tipo de movimiento que se está monitoreando, ya sea lineal o rotacional. Para medir un movimiento lineal están los encoders lineales, mientras que para medir un movimiento rotacional están los encoders rotacionales. Ambos traducen esa señan, lineal o rotacional, en una señal digital que nos ayuda a la hora de entrenar. Un encoder lineal se controla a través del movimiento del bloque que se mueve a lo largo de una guía en línea recta. Un encoder rotatorio se controla a través de la rotación del eje en el que está montado.

Encoders rotatorios (analizadores de velocidad rotacional)

Imagen extraída de Real Pars (6)

Los encoders rotatorios se utilizan para proporcionar información sobre el movimiento de un objeto o dispositivo giratorio, como el eje de un motor o la rueda de una bicicleta. El encoder rotatorio convierte la posición angular del eje en movimiento en una señal de salida analógica o digital que luego permitirá que un sistema de control establezca la posición o la velocidad del eje. Esa es la razón por la que a estos analizadores de velocidad se les conoce como encoders de eje (6).

Encoders lineales (analizadores de velocidad lineal)

Imagen extraída de Real Pars (6)

Un encoder lineal es básicamente un transductor emparejado a una escala sobre la que se desplaza. Un ejemplo es una máquina que corta tela con una medida determinada. El encoder se mueve por su carrete hasta llegar a la longitud deseada del material que se va a cortar. A veces puede emplear un cable para medir distancias más largas que se enlaza desde el encoder al objeto en movimiento (6). A medida que el objeto se mueve, el transductor recopila datos del cable y produce una señal de salida analógica o digital que se utiliza para establecer el desplazamiento o la posición del objeto.

El analizador de velocidad de Vitruve está compuesto por un encoder óptico capaz de medir movimientos angulares y una bobina que permite linealizarlos, de esta forma se puede medir cualquier movimiento lineal (7). Esa velocidad obtenida con el encoder se utiliza para saber si estamos progresando en el entrenamiento, para controlar si nos hemos recuperado de la sesión anterior y para calcular la fatiga generada con cada serie.

Tipos de encoders según su tecnología electromecánica

Según la tecnológica utilizada, el encoder lineal o rotatorio puede ser óptico, magnético, inductivo, capacitivo o laser (8). Sin profundizar mucho en ellos, vamos a describir brevemente en qué consiste el óptico, el más común, y su diferencia con el magnético. El encoder óptico es el más preciso de todos los métodos de detección. Utilizan una fuente de luz como un LED y un panel transparente que tiene partes opacas situadas a unos espacios igualmente separados entre sí. Cuando la luz pasa a través de las zonas transparentes se detecta por un fotodetector, pero la parte opaca va haciendo que esa luz se active y se corte. Mediante diferentes cálculos de los pulsos de luz que se van generando, se obtiene la velocidad a la que el dispositivo gira.

El encoder magnético se basa en la detección de un cambio en el flujo magnético para establecer el movimiento y la posición de un objeto. En lugar de luz, como los encoders ópticos, los magnéticos utilizan campos. Mediante diferentes métodos, los sensores detectan cambios en el campo magnético a medida que gira el disco (rotatorios) o que se desplaza el sensor sobre la guía (lineal), obteniendo de ello una señal digital que nos puede dar la velocidad del movimiento.

Incrementales o absolutos

Los encoders pueden medir el movimiento incremental o la posición absoluta. El encoder incremental indica el movimiento relativo, mientras que el encoder absoluto indica la posición real. Los encoders incrementales utilizan un sistema más simple estableciendo un número de pulsos a lo largo del movimiento y calculando la posición según esos pulsos que se ha movido.

Los encoders absolutos se utilizan más para conocer la posición exacta de un objeto. Estos encoders absolutos pueden medir posiciones exactas, mientras que los codificadores incrementales pueden medir cosas como la distancia, la velocidad y la posición (6).

Conclusiones

Un encoder es un sensor, transductor o cabezal de lectura que lee los cambios de posición con el tiempo. Esa lectura se transforma en una lectura digital que, sabiendo el espacio que se ha recorrido, y el tiempo que se ha tardado en hacerlo, nos puede indicar la velocidad. Lo puede hacer en desplazamientos rectos (encoder lineal) o en desplazamientos giratorios (encoder rotatorio). En el mundo del rendimiento deportivo son útiles como analizadores de velocidad a la que movemos la barra, así como para saber el rango de movimiento y otras variables como la potencia.

Según la tecnología utilizada, el encoder lineal o rotatorio puede ser óptico, magnético, inductivo, capacitivo o laser, siendo el óptico el más preciso. A su vez, los codificadores pueden diseñarse para medir una posición exacta y precisa (encoders absolutos), o para medir variables como la distancia, la velocidad y la posición al evaluar el número de pulsos por los que avanza el sensor (encoders incrementales). El dispositivo de Vitruve es un analizador de velocidad que usa tecnología óptica para convertir el movimiento del sensor en variables útiles den entrenamiento como desplazamiento, velocidad o potencia.

Joaquín Vico Plaza

 

Referencias bibliográficas

1. Edwards E. Types of Encoders: Rotary, Linear, Position, and Optical Encoder Types [Internet]. [cited 2023 Feb 7]. Available from: https://www.thomasnet.com/articles/automation-electronics/types-of-encoders-a-thomasnet-buying-guide/
2. Encoder Guide | Anaheim Automation [Internet]. [cited 2023 Feb 7]. Available from: https://www.anaheimautomation.com/manuals/forms/encoder-guide.php
3. Pérez-Castilla A, Piepoli A, Delgado-García G, Garrido-Blanca G, García-Ramos A. Reliability and Concurrent Validity of Seven Commercially Available Devices for the Assessment of Movement Velocity at Different Intensities During the Bench Press. J strength Cond Res [Internet]. 2019 [cited 2023 Feb 7];33(5):1258–65. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31034462/
4. Callaghan DE, Guy JH, Elsworthy N, Kean C. Validity of the PUSH band 2.0 and Speed4lifts to measure velocity during upper and lower body free-weight resistance exercises. https://doi.org/101080/0264041420222043629 [Internet]. 2022 [cited 2023 Feb 7];40(9):968–75. Available from: https://cogentoa.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/02640414.2022.2043629
5. Weakley J, Morrison M, García-Ramos A, Johnston R, James L, Cole MH. The Validity and Reliability of Commercially Available Resistance Training Monitoring Devices: A Systematic Review. Sports Med [Internet]. 2021 Mar 1 [cited 2023 Feb 7];51(3):443–502. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33475985/
6. Mondi A. What is the Difference Between Absolute and Incremental Encoders? | RealPars [Internet]. [cited 2023 Feb 7]. Available from: https://realpars.com/absolute-vs-incremental-encoder/
7. Encoder lineal – Vitruve | Velocity-Based Training [Internet]. [cited 2023 Feb 7]. Available from: https://vitruve.fit/es/support-encoder/
8. Types of encoders. Sensing technology of rotary and linear encoder [Internet]. [cited 2023 Feb 7]. Available from: https://eltra-encoder.eu/news/types-of-encoders