Simplificación de la alimentación de máquinas aéreas con automatización de largo recorrido

Los robots cartesianos son una opción adecuada para las aplicaciones de despaletizado.

Las operaciones de fabricación y embalaje que utilizan operaciones manuales de manipulación de materiales o piezas pueden obtener beneficios inmediatos de la automatización con robots cartesianos de largo recorrido con herramientas de fin de brazo (EoAT) personalizadas y capacidades de detección avanzadas. Estos robots pueden ayudar a diversas máquinas a realizar tareas que, de otro modo, serían manuales, como la alimentación de máquinas o la transferencia de piezas en proceso.

Los robots cartesianos constan de dos o más etapas de posicionamiento lineal coordinadas... por lo que es posible que no sean lo primero que le venga a la mente a un ingeniero de diseño que no esté familiarizado con la automatización. Muchos equiparan los robots con la robótica de brazo articulado de seis ejes que la industria aplica cada vez más en las fábricas. Incluso los ingenieros de automatización experimentados pueden dar poca importancia a los robots cartesianos, centrando su atención en los modelos de seis ejes. Sin embargo, ignorar las ventajas de un sistema cartesiano de largo recorrido puede ser un error costoso, especialmente en aplicaciones que requieren que el robot:

1. Atienda múltiples máquinas

2. Alcanzar grandes longitudes

3. Realizar operaciones sencillas y repetitivas.

El problema de los robots de seis ejes

Por una buena razón, los robots de brazo articulado ocupan un lugar destacado en innumerables instalaciones automatizadas de fabricación y embalaje... especialmente en el ensamblaje de componentes electrónicos y la industria médica. Cuando tienen el tamaño adecuado, estos brazos robóticos pueden manipular grandes cargas útiles con la flexibilidad necesaria para realizar muchas tareas automatizadas diferentes ordenadas por programación (y complementadas con cambios de herramientas al final del brazo). Pero los robots de seis ejes pueden ser caros y requieren una alta densidad de robots. Este último es un término que indica que una instalación probablemente necesitará un robot distinto por cada una o dos máquinas de envasado. Por supuesto, existen robots de seis ejes más grandes y caros con alcances para dar servicio a más de un par de máquinas, pero incluso éstos son soluciones subóptimas porque obligan a los ingenieros de planta a colocar las máquinas alrededor de un robot muy grande. Además, los robots de brazo articulado necesitan protecciones de seguridad, ocupan un valioso espacio en planta y requieren la programación y el mantenimiento de empleados cualificados.

El caso de los sistemas lineales cartesianos de largo recorrido

Los robots cartesianos superan a las opciones robóticas de seis ejes en gran parte porque reducen la densidad de robots necesaria. Después de todo, un robot de transferencia cartesiano de largo recorrido puede manipular varias máquinas sin necesidad de reorganizar las máquinas alrededor del robot.

Los robots de transferencia instalados encima de las máquinas que atienden no consumen espacio en el suelo, lo que a su vez reduce también los requisitos de seguridad. Además, los robots cartesianos requieren poca programación y mantenimiento tras la instalación inicial.

Una advertencia es que las capacidades de los sistemas robóticos cartesianos varían mucho. De hecho, si los ingenieros buscan robots cartesianos en Internet, encontrarán muchos sistemas más pequeños optimizados para operaciones de recoger y colocar en maquinaria de producción o montaje. Se trata básicamente de etapas lineales integradas en soluciones cartesianas estándar, muy diferentes de los robots de transferencia útiles en operaciones de mayor envergadura y que deben satisfacer los siguientes parámetros.

Recorridos largos: Cualquier robot adquirido para atender varias máquinas grandes debe tener recorridos de 15 metros o más.

Carros múltiples y utillaje de fin de brazo personalizado: Los robots de transferencia de gran longitud alcanzan su máxima eficacia cuando están equipados con múltiples carros de acción independiente para desplazarse por el eje principal... lo que permite a un robot cartesiano determinado hacer el trabajo de muchos. Esta productividad se ve aumentada por las herramientas diseñadas específicamente para manipular mercancías de forma más eficaz que las EoAT estándar, como las pinzas de vacío o de dedos. En muchos casos, la EoAT personalizada también puede simplificar los diseños de los sistemas de manipulación de materiales que trabajan conjuntamente con el robot cartesiano.

Arquitectura de control simplificada: Algunos de los robots cartesianos más recientes renuncian a las arquitecturas de control tradicionales basadas en motores, accionamientos y controladores independientes y optan por servomotores integrados (con servoaccionamientos) para evitar la necesidad de un armario de control. Las aplicaciones de robots cartesianos más complejas pueden seguir exigiendo una arquitectura tradicional... pero los servomotores integrados gestionan hábilmente los requisitos de control de movimiento punto a punto de la mayoría de los robots cartesianos. Cuando un ingeniero de diseño puede utilizar servomotores integrados, éste puede ayudar a maximizar la ventaja de coste de una automatización basada en robots cartesianos.

Uso selectivo: Dado que los robots cartesianos se montan encima o detrás de las máquinas que atienden, también permiten a los usuarios hacer funcionar las máquinas manualmente cuando es necesario, por ejemplo, para una tirada corta de un tamaño especial. Este uso selectivo es difícil con robots de seis ejes montados en el suelo que pueden bloquear el acceso a las máquinas.

Ejemplo concreto de robot cartesiano

Algunos robots cartesianos ofrecen carreras que superan los 15 m incluso con velocidades de hasta 4 m/seg. Los carros estándar pueden incluir una tecnología de transmisión de doble correa; otros carros contienen una correa de transmisión superior que se enrolla continuamente en su interior. Esta última evita el pandeo de la correa en disposiciones invertidas o en voladizo y permite que varios carros independientes funcionen simultáneamente en un eje.

Las correas largas complican el diseño de robots cartesianos, ya que reducen la rigidez de la transmisión (lo que a su vez reduce el rendimiento). Esto se debe a que mantener un valor de tensión determinado en correas largas es un reto... y (para empeorar las cosas) la tensión de la correa es asimétrica y variable. Este problema hace que las correas de recirculación largas sean una opción poco eficaz, delicada y costosa para un posicionamiento preciso.

Por el contrario, las etapas lineales con motor móvil mantienen las longitudes de las correas cortas y ajustadas y se alojan dentro del carro para que puedan responder a controles informados por encóder. La precisión se mantiene independientemente de la longitud cartesiana del sistema de transferencia, ya sea de 4 m o de 40 m.

Ejemplo de aplicación en la industria del embalaje

Las unidades de transferencia robótica cartesiana de largo recorrido funcionan en aplicaciones de alimentación, estuchado y formación de bandejas, y pueden realizar operaciones de paletizado y despaletizado.

Pensemos en el envasado de productos agrícolas. En una aplicación reciente para una empresa de envasado agrícola del Valle Central de California, un fabricante suministró robots de transferencia de largo recorrido para integrarlos perfectamente en el sistema de formación de bandejas IPAK existente. Cada robot atiende hasta cuatro máquinas a la vez, llenándolas con hojas apiladas de cartón ondulado. Los robots de pórtico de tres ejes se basan en servomotores lineales accionados por correa de alta resistencia que permiten recorridos ilimitados, carros con movimiento independiente y la posibilidad de montar la plataforma en cualquier orientación. El eje más largo de uno de estos robots recorre el banco de formadoras de bandejas con una carrera superior a 15 metros.

Para introducir las planchas de cartón ondulado en las cuatro máquinas formadoras de bandejas, un robot recoge primero una carga de cartón de un muelle hecho a medida que contiene palés de planchas de cartón ondulado. A continuación, el robot entrega una carga de cartón a cada formadora de bandejas. Gracias a su velocidad (hasta 4 m/seg), el robot puede pasar fácilmente por las cuatro formadoras de bandejas, incluso a un rendimiento de 35 bandejas por minuto.

La protección de seguridad utiliza puertas correderas superiores y sensores que se elevan desde las máquinas tendidas para cercar el robot según sea necesario para una solución menos costosa que la de los robots de seis ejes montados en el suelo.

También se incluyen en este sistema todos los controles y EoAT personalizados capaces de trabajar con pilas de planchas de cartón ondulado que varían de forma impredecible en altura y peso. El utillaje puede manipular cargas útiles de hasta 50 kg sin problemas. La solución libera a los operarios que antes tenían que levantar los fardos de cartón de los palés e inclinarse para colocarlos en las máquinas formadoras. Los robots de transferencia de gran tamaño son sólo un ejemplo de las posibilidades que ofrecen los sistemas robóticos cartesianos en los entornos de envasado. Algunos proveedores también han desarrollado sistemas de paletizado y despaletizado basados en enfoques cartesianos similares. Todos estos robots emplean tres etapas lineales equipadas con sensores, controles y herramientas de fin de brazo para una automatización del envasado de máxima eficacia y eficiencia.