Las operaciones de fabricación y envasado que utilizan manipulación manual de materiales o piezas pueden beneficiarse de inmediato de la automatización con robots cartesianos de largo recorrido equipados con herramientas de extremo de brazo (EoAT) personalizadas y capacidades de detección avanzadas. Estos robots pueden dar soporte a diversas máquinas para realizar tareas que de otro modo serían manuales, como la atención 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 quizás no sean lo primero que se le ocurra a un ingeniero de diseño que se inicia en la automatización. Muchos equiparan los robots con los robots de brazo articulado de seis ejes que la industria aplica cada vez más en las plantas de producción. Incluso los ingenieros de automatización experimentados pueden subestimar los robots cartesianos, centrándose 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. Atender varias máquinas

2. Alcanza grandes longitudes

3. Realizar operaciones sencillas y repetitivas.

El problema de los robots de seis ejes

Con razón, los robots de brazo articulado son muy comunes en numerosas instalaciones de fabricación y embalaje automatizadas, especialmente en el ensamblaje de productos electrónicos y la industria médica. Con el tamaño adecuado, estos brazos robóticos pueden manejar grandes cargas útiles con la flexibilidad necesaria para realizar diversas tareas automatizadas mediante programación (y complementadas con cambios de herramientas en el extremo del brazo). Sin embargo, los robots de seis ejes pueden ser costosos y requieren una alta densidad de robots. Esto último indica que una instalación probablemente necesitará un robot independiente por cada una o dos máquinas de embalaje. Si bien existen robots de seis ejes más grandes y costosos con alcance para atender a más de un par de máquinas, incluso estos son soluciones subóptimas, ya que obligan a los ingenieros de planta a posicionar las máquinas alrededor de un robot de gran tamaño. Los robots de brazo articulado también requieren protecciones de seguridad, ocupan un valioso espacio en la planta y su programación y mantenimiento deben ser realizados por personal cualificado.

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. Al fin y al cabo, un robot de transferencia cartesiano de largo recorrido puede atender a varias máquinas sin necesidad de reorganizarlas a su alrededor.

Los robots de transferencia instalados sobre las máquinas que manipulan no ocupan espacio en el suelo, lo que a su vez reduce los requisitos de seguridad. Además, los robots cartesianos requieren poca programación y mantenimiento tras la configuración inicial.

Una advertencia importante es que las capacidades de los sistemas robóticos cartesianos varían considerablemente. De hecho, si los ingenieros investigan sobre robots cartesianos en línea, encontrarán muchos sistemas pequeños optimizados para operaciones de recogida y colocación en maquinaria de producción o ensamblaje. Estos son esencialmente etapas lineales integradas en soluciones cartesianas comerciales, muy diferentes de los robots de transferencia útiles en operaciones de mayor envergadura y que deben cumplir con los siguientes parámetros.

Viajes largos:Cualquier robot adquirido para operar varias máquinas grandes debe tener un alcance de 50 pies o más.

Múltiples carros y herramientas personalizadas para el extremo del brazo:Los robots de transferencia de largo alcance alcanzan su máxima eficacia cuando están equipados con múltiples carros independientes que se desplazan por el eje principal, lo que permite que un robot cartesiano pueda realizar el trabajo de varios. Esta productividad se ve potenciada por herramientas diseñadas específicamente para manipular mercancías con mayor eficacia que las herramientas de extremo de brazo estándar, como las pinzas de vacío o de dedos. En muchos casos, las herramientas de extremo de brazo personalizadas también simplifican el diseño de los sistemas de manipulación de materiales que trabajan en conjunto con el robot cartesiano.

Arquitectura de control simplificada:Algunos robots cartesianos más modernos prescinden de las arquitecturas de control tradicionales basadas en motores, variadores y controladores independientes, optando por servomotores integrados (con servovariadores incluidos) para eliminar la necesidad de un armario de control. Si bien las aplicaciones más complejas de robots cartesianos aún pueden requerir una arquitectura tradicional, los servomotores integrados gestionan eficazmente los requisitos de control de movimiento punto a punto de la mayoría de estos robots. Cuando un ingeniero de diseño puede utilizar servomotores integrados, estos pueden maximizar la ventaja de costes de la automatización basada en sistemas cartesianos.

Uso selectivo:Dado que los robots cartesianos se montan encima o detrás de las máquinas que atienden, también permiten a los usuarios operarlas manualmente cuando sea necesario, por ejemplo, para un recorrido corto de un tamaño específico. Este uso selectivo resulta difícil con los 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 recorridos superiores a 15 metros (50 pies) incluso a velocidades de hasta 4 m/s. Los carros estándar pueden incluir un sistema de transmisión por doble correa; otros incorporan una correa superior que forma un bucle continuo en su interior. Esta última evita que la correa se combe en configuraciones invertidas o en voladizo y permite que varios carros independientes operen simultáneamente en un mismo eje.

Las correas largas complican el diseño de robots cartesianos, ya que reducen la rigidez del sistema de transmisión (lo que a su vez disminuye el rendimiento). Esto se debe a que mantener una tensión constante en correas largas es difícil… y (para empeorar las cosas) la tensión de la correa es asimétrica y variable. Este problema convierte a las correas recirculantes largas en una opción poco eficiente, delicada y costosa para un posicionamiento preciso.

En cambio, las etapas lineales con motor móvil mantienen las correas cortas y tensas, alojadas dentro del carro, para que puedan responder a los controles basados ​​en el codificador. La precisión se mantiene independientemente de la longitud del sistema de transferencia cartesiano, ya sean 4 m o 40 m.

Ejemplo de aplicación en la industria del embalaje.

Las unidades de transferencia robóticas cartesianas de largo recorrido funcionan en aplicaciones de alimentación, encartonado y formación de bandejas, y pueden realizar operaciones de paletizado y despaletizado.

Consideremos el envasado de productos agrícolas. En una solicitud reciente para una empresa de envasado agrícola en el Valle Central de California, un fabricante suministró robots de transferencia de largo recorrido que se integran a la perfección con el sistema de formación de bandejas IPAK existente. Cada robot atiende hasta cuatro máquinas simultáneamente, llenándolas con láminas apiladas de cartón corrugado. Los robots pórtico de tres ejes se basan en plataformas servomotoras lineales de alta resistencia accionadas por correa, que permiten recorridos ilimitados, carros de movimiento independiente y la capacidad de montar la plataforma en cualquier orientación. El eje más largo de uno de estos robots recorre la hilera de formadoras de bandejas con un recorrido superior a 15 metros.

Para suministrar láminas de cartón corrugado a las cuatro máquinas formadoras de bandejas, un robot primero recoge una carga de cartón de un muelle especialmente diseñado que almacena palés de láminas de cartón corrugado. A continuación, el robot entrega una carga de cartón a cada formadora de bandejas. Gracias a su velocidad (hasta 4 m/s), el robot puede controlar fácilmente el ritmo de cuatro formadoras de bandejas, incluso con una producción de hasta 35 bandejas por minuto.

Los sistemas de seguridad utilizan compuertas correderas superiores y sensores que se elevan desde las máquinas operadas para delimitar el área que rodea al robot según sea necesario, lo que ofrece una solución menos costosa que la de los robots de seis ejes montados en el suelo.

Este sistema también incluye todos los controles y herramientas de extremo de brazo personalizadas, capaces de trabajar con pilas de láminas de cartón corrugado que varían impredeciblemente en altura y peso. Las herramientas pueden manejar cargas útiles de hasta 50 kg sin problemas. La solución libera a los operarios 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 se centre en trabajos menos agotadores. Los grandes robots de transferencia son solo un ejemplo de lo que es posible con los sistemas robóticos cartesianos en entornos de embalaje. Algunos proveedores también han desarrollado sistemas de paletización y despaletización basados ​​en enfoques cartesianos similares. Todos estos robots emplean tres etapas lineales equipadas con sensores, controles y herramientas de extremo de brazo para una automatización del embalaje máximamente eficaz y eficiente.