Las operaciones de fabricación y embalaje que utilizan materiales manuales o operaciones de manipulación de piezas pueden obtener beneficios inmediatos de la automatización con robots cartesianos de largo recorrido que tienen herramientas de extremo de brazo (EoAT) personalizadas y capacidades de detección avanzadas. Estos robots pueden soportar una variedad de máquinas para realizar tareas que de otro modo serían manuales, como cuidar la máquina o transferir piezas en proceso.

Los robots cartesianos constan de dos o más etapas de posicionamiento lineal coordinadas... por lo que puede que no sea lo primero que le viene a la mente a un ingeniero de diseño nuevo en la automatización. Muchos equiparan los robots con la robótica de brazos articulados 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 la atención en los modelos de seis ejes. Sin embargo, ignorar los beneficios de un sistema cartesiano de largo recorrido puede ser un error costoso, especialmente en aplicaciones que requieren que el robot:

1. Cuida varias máquinas

2. Llegar a longitudes largas

3. Realizar operaciones simples y repetitivas.

El problema de los robots de seis ejes

Por una buena razón, los robots de brazos articulados son prominentes en innumerables instalaciones automatizadas de fabricación y embalaje... especialmente en el ensamblaje de productos electrónicos y la industria médica. Cuando tienen el tamaño adecuado, estos brazos robóticos pueden manejar grandes cargas útiles con la flexibilidad de realizar muchas tareas automatizadas diferentes comandadas por programación (y complementadas con cambios de herramientas en el extremo del brazo). Pero los robots de seis ejes pueden ser costosos y requerir una alta densidad de robots. Este último es un término que indica que una instalación probablemente necesitará un robot independiente para cada una o dos máquinas de envasado. Por supuesto, existen robots de seis ejes más grandes y más caros con capacidades para dar servicio a más de un par de máquinas, pero incluso estas son soluciones subóptimas porque obligan a los ingenieros de planta a colocar las máquinas alrededor de un robot muy grande. Los robots de brazos articulados también necesitan protección de seguridad; consumir valioso espacio; y programación y mantenimiento por parte 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 requerida. Después de todo, un robot de transferencia cartesiano de largo recorrido puede atender varias máquinas sin necesidad de reorganizar las máquinas alrededor del robot.

Los robots de transferencia instalados encima de las máquinas que suelen utilizar no consumen espacio... lo que a su vez también reduce los requisitos de protección de seguridad. Además, los robots cartesianos requieren poca programación y mantenimiento después de la configuración inicial.

Una advertencia es que las capacidades de los sistemas robóticos cartesianos varían ampliamente. De hecho, si los ingenieros investigan sobre robots cartesianos en línea, encontrarán muchos sistemas más pequeños optimizados para operaciones de recogida y colocación en maquinaria de producción o montaje. Se trata de etapas esencialmente lineales integradas en soluciones cartesianas disponibles en el mercado, muy diferentes de los robots de transferencia útiles en operaciones más grandes y que necesitan satisfacer los siguientes parámetros.

Viajes largos:Cualquier robot adquirido para atender varias máquinas grandes debe tener carreras de hasta 50 pies o más.

Carro múltiple y herramientas de extremo de brazo personalizadas:Los robots de transferencia largos son máximamente efectivos cuando están equipados con múltiples carros de acción independiente para desplazarse por el eje principal... permitiendo que un robot cartesiano determinado tenga la capacidad de hacer el trabajo de muchos. Para aumentar esta productividad, existen herramientas diseñadas específicamente para manipular productos de manera más efectiva que los EoAT disponibles en el mercado, como aspiradoras o pinzas de dedo. En muchos casos, la EoAT personalizada también puede simplificar los diseños de los sistemas de manipulación de materiales que funcionan en conjunto con el robot cartesiano.

Arquitectura de control simplificada:Algunos robots cartesianos más nuevos evitan las arquitecturas de control tradicionales basadas en motores, variadores y controladores separados para servomotores integrados (completos con servovariadores) para eliminar la necesidad de un gabinete de control. Es posible que las aplicaciones de robots cartesianos más complejas aún exijan una arquitectura tradicional... pero los servomotores integrados manejan 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, estos últimos pueden ayudar a maximizar la ventaja de costos de una automatización basada en cartesiana.

Uso selectivo:Debido a 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 sea 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 específico de robot cartesiano

Algunos robots cartesianos ofrecen carreras que superan los 50 pies incluso mientras alcanzan velocidades de hasta 4 m/seg. Los carros estándar pueden incluir una tecnología de transmisión por doble correa; Algunos otros carros contienen una correa de transmisión superior que se enrolla continuamente en su interior. Este último evita que la correa se combe en disposiciones invertidas o en voladizo y permite que múltiples carros independientes operen simultáneamente sobre un eje.

Las correas largas complican el diseño del robot cartesiano, ya que degradan la rigidez de la línea motriz (lo que a su vez degrada el rendimiento). Esto se debe a que mantener un valor de tensión determinado en correas largas es un desafío... y (para empeorar las cosas) la tensión de la correa es asimétrica y variable. El problema hace que las correas de recirculación largas sean una opción de bajo rendimiento, delicada y costosa para un posicionamiento preciso.

Por el contrario, las etapas lineales de motor móvil mantienen las longitudes de las correas cortas y apretadas y alojadas dentro del carro para que puedan responder a los controles informados por el codificador. La precisión se mantiene independientemente de la longitud del sistema de transferencia cartesiano... ya sea 4 mo 40 m.

Ejemplo de aplicación en la industria del embalaje.

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

Considere el embalaje de productos agrícolas. En una aplicación reciente para una empresa de embalaje agrícola en el Valle Central de California, un fabricante suministró robots de transferencia de largo recorrido para integrarse perfectamente con el sistema formador de bandejas IPAK existente. Cada robot atiende hasta cuatro máquinas a la vez, llenándolas con láminas apiladas de cartón corrugado. Los robots pórtico de tres ejes se basan en etapas de servomotor lineal de alta resistencia accionadas por correa para longitudes de recorrido ilimitadas, carros que se mueven de forma independiente y la capacidad de montar la etapa en cualquier orientación. El eje más largo de uno de esos robots pasa sobre el banco de formadores de bandejas con un recorrido superior a 50 pies.

Para entregar láminas de cartón corrugado a las cuatro máquinas formadoras de bandejas, un robot primero toma una carga de cartón de un muelle hecho a medida que sostiene paletas de láminas de cartón corrugado. Luego, el robot entrega una carga de cartón a cada formador de bandejas. Gracias a su velocidad (hasta 4 m/s), el robot puede controlar fácilmente cuatro formadoras de bandejas, incluso con un rendimiento de hasta 35 bandejas por minuto.

La protección de seguridad utiliza puertas correderas elevadas y sensores que se elevan desde máquinas cuidadas para cercar al robot según sea necesario para una solución que es menos costosa que la de los robots de seis ejes montados en el piso.

También se incluyen en este sistema todos los controles y EoAT personalizados capaces de trabajar con pilas de láminas corrugadas que varían de manera impredecible en altura y peso. Las herramientas pueden manejar cargas útiles de hasta 50 kg sin problemas. La solución alivia a los operadores que antes tenían que levantar paquetes de cartón de los palés e inclinarse para colocarlos en las máquinas formadoras. La automatización de estas tareas ha liberado al personal para que pueda centrarse en trabajos menos agotadores. Los grandes robots de transferencia son sólo un ejemplo de lo que es posible con los sistemas de robots cartesianos en entornos de embalaje. 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 en el extremo del brazo para una automatización del embalaje máximamente efectiva y eficiente.