Las operaciones de fabricación y envasado que utilizan la manipulación manual de materiales o piezas pueden obtener beneficios inmediatos 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 complementar diversas máquinas para realizar tareas que normalmente serían manuales, como la supervisión 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 podrían no ser lo primero que se le ocurra a un ingeniero de diseño que se inicia en la automatización. Muchos equiparan los robots con la robótica 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, 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 varias máquinas

2. Alcanza largas distancias

3. Realizar operaciones simples y repetitivas.

El problema con los robots de seis ejes

Con razón, los robots de brazo articulado son prominentes en innumerables instalaciones automatizadas de fabricación y empaquetado, 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 de realizar diversas tareas automatizadas controladas por 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. Este último término indica que una instalación probablemente necesitará un robot independiente para cada una o dos máquinas de empaquetado. Por supuesto, existen robots de seis ejes más grandes y costosos con alcance para dar servicio a más de un par de máquinas, pero incluso estos son soluciones subóptimas, ya que obligan a los ingenieros de planta a colocar las máquinas alrededor de un robot muy grande. Los robots de brazo articulado también requieren protecciones de seguridad, ocupan un valioso espacio en planta y requieren 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 cartesiano de transferencia de largo recorrido puede gestionar varias máquinas sin necesidad de reorganizarlas alrededor del robot.

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

Una salvedad 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 más pequeños optimizados para operaciones de recogida y colocación en maquinaria de producción o ensamblaje. Se trata esencialmente de etapas lineales integradas en soluciones cartesianas estándar, muy diferentes de los robots de transferencia útiles en operaciones de mayor envergadura y que deben cumplir los siguientes parámetros.

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

Carro múltiple y herramientas de extremo de brazo personalizadas:Los robots de transferencia largos alcanzan su máxima eficacia cuando están equipados con múltiples carros de acción independiente para desplazarse por el eje principal, lo que permite que un robot cartesiano pueda realizar el trabajo de muchos. Esta productividad se ve incrementada por herramientas diseñadas específicamente para manipular mercancías con mayor eficacia que las herramientas de fin de brazo estándar, como las pinzas de vacío o de dedos. En muchos casos, las herramientas de fin de brazo personalizadas también pueden simplificar el diseño de sistemas de manipulación de materiales que funcionan en conjunto con el robot cartesiano.

Arquitectura de control simplificada:Algunos robots cartesianos más recientes reemplazan las arquitecturas de control tradicionales basadas en motores, accionamientos y controladores separados por servomotores integrados (con servoaccionamientos incluidos) que eliminan la necesidad de un armario de control. Las aplicaciones más complejas de robots cartesianos aún pueden requerir una arquitectura tradicional, pero los servomotores integrados gestionan con destreza 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 pueden ayudar a maximizar la ventaja de costo de una automatización cartesiana.

Uso selectivo:Dado que los robots cartesianos se montan encima o detrás de las máquinas que supervisan, también permiten a los usuarios operarlas 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 recorridos superiores a 15 m (50 pies) incluso a velocidades de hasta 4 m/s. Los carros estándar pueden incluir tecnología de transmisión por correa doble; otros carros contienen una correa de transmisión superior que se enrolla continuamente en su interior. Esta última evita la flexión de la correa en configuraciones invertidas o en voladizo y permite que varios carros independientes operen 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 difícil… y (para colmo), la tensión de la correa es asimétrica y variable. Este problema convierte a las correas recirculantes largas en una opción de bajo rendimiento, complicada 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 del 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 de robot cartesiano de largo recorrido funcionan en aplicaciones de alimentación, encartonado y formación de bandejas y pueden manejar operaciones de paletizado y despaletizado.

Considere 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 para integrarse a la perfección con el sistema de formación de bandejas IPAK existente. Cada robot gestiona hasta cuatro máquinas a la vez, llenándolas con láminas apiladas de cartón corrugado. Los robots de pórtico de tres ejes se basan en plataformas de servomotor lineal de alta resistencia accionadas por correa para recorridos ilimitados, carros de movimiento independiente y la posibilidad 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 de más de 15 metros.

Para introducir láminas de cartón corrugado en las cuatro formadoras de bandejas, un robot primero recoge una carga de cartón de un muelle construido a medida que alberga 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 35 bandejas por minuto.

La protección de seguridad utiliza puertas corredizas elevadas y sensores que se elevan desde las máquinas supervisadas para cercar al robot según sea necesario, lo que brinda una solución menos costosa que la de los robots de seis ejes montados en el piso.

Este sistema también incluye todos los controles y EoAT personalizados, capaces de trabajar con pilas de láminas corrugadas que varían de forma impredecible en altura y peso. Las herramientas pueden manejar cargas útiles de hasta 50 kg sin problemas. Esta solución libera a los operarios que antes tenían que levantar paquetes de cartón de los palés e inclinarse para introducirlos en las máquinas formadoras. La automatización de estas tareas ha liberado al personal para centrarse en trabajos menos agotadores. Los robots de transferencia de gran tamaño 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 paletizado y despaletizado 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 máxima y eficiente.