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Un fabricante francés de cobots ha desarrollado una solución que utiliza husillos de bolas y actuadores de cable en lugar de engranajes, estableciendo un nuevo punto de referencia para la eficiencia y la seguridad de los cobots.
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Los robots colaborativos (cobots) proporcionan la fuerza, la consistencia y la fiabilidad de los robots industriales con el criterio y la flexibilidad de los operadores humanos. Los cobots se utilizan cada vez más en aplicaciones de producción a gran escala que implican operaciones de elevación continuas pero que siguen requiriendo un toque humano. Aunque los cobots llevan utilizándose al menos una década y siguen creciendo, sus aplicaciones se han visto limitadas por los sistemas de engranajes que controlan el movimiento. Sin embargo, un fabricante francés de cobots ha desarrollado una solución que utiliza husillos de bolas y actuadores de cable en lugar de engranajes, estableciendo un nuevo punto de referencia para la eficiencia y la seguridad de los cobots.
Los cobots se utilizan cada vez más en aplicaciones de producción a gran escala, proporcionando la fuerza, consistencia y fiabilidad de los robots industriales con la flexibilidad del toque humano.
"Mientras investigaba las aplicaciones de los robots colaborativos, vi que la automatización en general estaba avanzando mucho, pero muchos trabajos manuales -como el lijado- no habían evolucionado desde hacía unos treinta años. Esto hizo que me interesara por desarrollar una tecnología que ayudara, pero no sustituyera, las funciones que se beneficiaban de la participación humana", afirma Yvan M. Measson, director general del fabricante de cobots ISYBOT.
Construir una mano de obra más eficiente
Los cobots de ISYBOT se dirigen a aplicaciones que hasta ahora no se han podido automatizar o que son difíciles de automatizar. Los cobots aumentan el rendimiento humano de muchas maneras, como eliminando la fatiga, añadiendo fuerza de elevación, aumentando la precisión o mejorando la calidad del producto. Además, el uso del cobot restablece el atractivo manual, convirtiendo al trabajador en un "piloto del cobot".
Por ejemplo, los pasos finales de producción para fabricar un tren de pasajeros pueden requerir que un operario mueva una lijadora rotativa por la superficie del casco hasta que se sienta terminado al tacto. Con la ayuda del cobot, el operario sigue guiando la herramienta de lijado por la superficie del casco, pero es el brazo del cobot el que hace el trabajo pesado. (Figura 1) El cobot también puede aprender la trayectoria que sigue el operario, repitiéndola tantas veces como éste considere necesario.
Otras formas en las que los cobots mejoran la productividad y la ergonomía pueden ser la asistencia en la recogida y colocación de piezas en una línea de montaje, la asistencia en operaciones sencillas por lotes o cualquier levantamiento pesado. Los cobots pueden trabajar con los humanos y también funcionar de forma autónoma, mejorando la productividad. (Figura 2). El hecho de que el cobot realice la parte más tediosa del trabajo reduce la tensión en el sistema musculoesquelético del operario, al tiempo que le permite centrarse en el control de calidad. Esto eleva el papel del operario y ayuda a reducir la rotación de personal.
Los cobots se utilizan a menudo en sectores en los que los trabajadores tienen que manipular manualmente y de forma constante cargas de hasta 35 kg o más. Entre ellas se encuentran la aeronáutica, la automoción, la agricultura, la marina, el ferrocarril, la defensa o las instalaciones de fabricación. Los cobots también son valiosos cuando los trabajadores pueden estar expuestos a condiciones peligrosas, como las centrales nucleares o las zonas con problemas medioambientales, donde el cobot puede ayudar en las partes más peligrosas del trabajo.
Construir un cobot mejor
Al estudiar el mercado, Measson descubrió que otras empresas estaban entrando en él, pero con soluciones que, en su opinión, eran ineficaces, engorrosas y potencialmente peligrosas. El problema, concluyó, estaba en los conjuntos de engranajes utilizados para traducir la energía eléctrica en movimiento controlable.
"Los engranajes tienen altos índices de fricción y añaden energía cinética que, cuando se libera, puede ser peligrosa. Además, suelen ser bastante ineficaces en el caso de uso interactivo", afirma M. Measson. "Sustituyendo los engranajes por husillos de bolas más eficientes, aumentamos drásticamente la fuerza y el movimiento humanos de forma segura, consistente y eficiente"
M. Measson explica que los husillos de bolas ofrecen una gran resistencia con una fricción mínima. Sus cobots convierten el 94% del par motor en movimiento. Con sólo corriente eléctrica, pueden controlar la fuerza para operaciones de lijado o manejar cargas que de otro modo requerirían complejos conjuntos de engranajes y sensores. Además de ser más eficientes en cuanto a espacio y energía, la característica de baja fricción hace que los husillos de bolas casi no necesiten mantenimiento y sean mucho más fáciles de controlar.
Dice que los husillos de bolas tienen una inercia mucho menor que los engranajes, lo que, combinado con la capacidad de control mencionada anteriormente, tiene enormes implicaciones para la seguridad. A diferencia de los robots, que suelen estar enjaulados, los cobots trabajan mano a mano con los humanos. Deben ser capaces de detenerse instantáneamente, por ejemplo, ante cualquier contacto fortuito con los humanos. Como los engranajes tienen energía cinética acumulada en sus complejos ensamblajes, es difícil que se detengan bruscamente ante un simple contacto.
Utilizar el mejor husillo de bolas
Tras llegar a la conclusión de que el uso de husillos de bolas permitiría crear un cobot altamente eficiente y competitivo, M. Measson y su equipo investigaron a los proveedores y descubrieron que Thomson Industries proporcionaría la mejor solución para sus aplicaciones.
"La capacidad de carga es un elemento diferenciador clave para los cobots. Los husillos de bolas permiten manejar cargas mayores que los engranajes, y los husillos de bolas de Thomson tenían la mayor capacidad de carga de los que evaluamos. También nos gustó el hecho de que llegan con dos cables", dijo M. Measson.
Thomson suministró tres husillos de bolas laminadas de 12 x 10 con una tuerca estándar. (Figura 3). La mayor capacidad proviene de un diseño de tuerca basado en dos cables y cuatro vueltas de carga, lo que permite una elevada relación de carga en un componente muy compacto. Además, Thomson pudo diseñar los husillos de bolas para aprovechar las capacidades de baja fricción de los husillos de bolas de al menos dos maneras.
En primer lugar, cuando los fabricantes de husillos a bolas suelen precargar la tuerca y el husillo para minimizar la holgura, los ingenieros de Thomson pudieron reducir la holgura sin precargar, reduciendo así la fricción que la precarga introduce. Y para reducir aún más la fricción, donde los fabricantes de husillos de bolas podrían añadir rascadores para proteger las barreras libres de contaminación, el diseño de Thomson resistió la contaminación sin rascadores. Sin precarga ni rascadores, los husillos de bolas de Thomson proporcionaron el movimiento suave que necesitaban los brazos del cobot.
Además, con relaciones de inercia de 7,595 kg-mm2, 7,353 kg-mm2 y 4,728 kg-mm2 para cada uno de los husillos de bolas especificados, respectivamente, los husillos de bolas de Thomson tienen una de las relaciones de inercia más bajas del sector y proporcionan una fracción de lo que generaría un sistema de engranajes al manejar una carga comparable.
Todo gira en torno a las personas
M. Measson está avanzando con muchos cobots en la línea de producción, todos los cuales utilizan la tecnología de Thomson para ofrecer el movimiento de baja inercia, baja fricción y alta capacidad que los distingue en el mercado de la tecnología de cobot basada en engranajes. Lo más importante para él es el hecho de que no sólo está manteniendo a la persona en el proceso, sino que también está facilitando su trabajo.
"Cuando los trabajadores vieron por primera vez los cobots, se preguntaron cómo evolucionarían sus trabajos. Pero después de usarlos durante poco tiempo, se convirtieron en fans. Eso es muy gratificante", dice M. Measson.
