¿Qué te viene a la mente cuando piensas en un robot industrial?

Los robots articulados como estos son ampliamente conocidos gracias a los anuncios de compañías automovilísticas y a los vídeos de baile robótico. Los robots SCARA (Brazo Robótico Articulado de Cumplimiento Selectivo) también son muy conocidos debido a su adopción y proliferación en fábricas desde principios de la década de 1980. Ambos tipos de robots —articulados y SCARA— combinan movimiento lineal y rotatorio, lo que les permite realizar tareas complejas con gran maniobrabilidad. Los robots articulados son análogos al brazo humano, con seis ejes de movimiento: tres de traslación (lineales) y tres de rotación (como el hombro, el codo y la muñeca). Los robots SCARA tienen cuatro ejes de movimiento: X, Y, Z y theta (similares a los del brazo, pero con el hombro inmovilizado).

Menos conocidos en la cultura popular, pero omnipresentes en aplicaciones industriales que abarcan desde el empaquetado hasta la fabricación de semiconductores, son los robots cartesianos. Como su nombre indica, estos robots trabajan en los tres ejes cartesianos (X, Y y Z), aunque pueden incluir un eje theta para herramientas en el extremo del brazo. Si bien son menos llamativos que los robots articulados y SCARA, los robots cartesianos son mucho más versátiles, con mayor capacidad de carga para su tamaño y, en muchos casos, mejor precisión. También son altamente adaptables, ya que los ejes se pueden actualizar o cambiar con una reconfiguración mínima para ajustarse a las necesidades cambiantes del producto o la aplicación.

Los robots cartesianos, sin embargo, están limitados por su diseño inherentemente en voladizo, lo que restringe su capacidad de carga. Esto se acentúa cuando el eje más externo (Y o Z) tiene una carrera larga, lo que genera un gran momento de inercia en los ejes de soporte. En casos donde se requieren carreras largas y cargas elevadas, un robot pórtico es la mejor solución.

De cartesiana a pórtico:

Un robot pórtico es un tipo de robot cartesiano modificado, que utiliza dos ejes X (o de base) en lugar del único eje de base de los robots cartesianos. El eje X adicional (y a veces los ejes Y y Z adicionales) permite que el robot maneje cargas y fuerzas mayores, lo que los hace ideales para la manipulación de cargas pesadas o la carga y descarga de piezas. Cada eje se basa en un actuador lineal, ya sea un actuador de fabricación propia ensamblado por el fabricante o integrador, o un actuador preensamblado de una empresa de sistemas de movimiento lineal. Esto significa que existen opciones prácticamente ilimitadas para lograr cualquier combinación de altas velocidades, carreras largas, cargas pesadas y alta precisión de posicionamiento. Se pueden incorporar fácilmente requisitos especiales para entornos exigentes o de bajo nivel de ruido, y si la aplicación requiere procesos simultáneos pero independientes, los ejes horizontales se pueden construir con motores lineales utilizando múltiples carros.

Los robots pórtico se montan normalmente sobre el área de trabajo (de ahí el término común «pórtico aéreo»), pero si la pieza no es apta para manipularse desde arriba, como ocurre con las células y módulos solares, el pórtico puede configurarse para trabajar desde abajo. Si bien los robots pórtico suelen considerarse sistemas de gran tamaño, también son adecuados para máquinas más pequeñas, incluso de sobremesa. Dado que un robot pórtico tiene dos ejes X (o de base), el momento de carga que presentan los ejes Y y Z, así como la carga útil, se descomponen en fuerzas sobre el eje X. Esto aumenta significativamente la rigidez del sistema y, en la mayoría de los casos, permite que los ejes tengan mayores recorridos y velocidades superiores a las de un robot cartesiano similar.

Cuando hay dos ejes en paralelo, es común que solo uno de ellos sea accionado por el motor, para evitar el bloqueo que podría resultar de un ligero desfase entre ambos. En lugar de accionar ambos ejes, se utiliza un eje de conexión o un tubo de torsión para transferir la potencia del motor al segundo eje. En algunos casos, el segundo eje puede ser un seguidor o «eje loco», que consiste en una guía lineal para soportar la carga, pero sin mecanismo de accionamiento. La decisión de accionar o no el segundo eje, y cómo hacerlo, depende de la distancia entre los dos ejes, la tasa de aceleración y la rigidez de la conexión entre ellos. Accionar solo uno de los dos ejes también reduce el coste y la complejidad del sistema.

Dimensionar un robot cartesiano o de pórtico es más complejo que dimensionar un robot SCARA o articulado (que generalmente se especifican con tres parámetros: alcance, velocidad y precisión), pero los fabricantes han simplificado el proceso en los últimos años mediante la introducción de sistemas preconfigurados y herramientas en línea, como el configurador EasySelect de Rexroth o el Creador de Módulos Lineales 3D de Adept. Estas herramientas permiten al usuario especificar la orientación y el tamaño de los ejes, así como parámetros básicos de carrera, carga y velocidad. Los archivos CAD descargables también son una oferta estándar de los fabricantes de robots cartesianos y de pórtico, lo que facilita su integración en un diseño o flujo de trabajo, al igual que con los robots SCARA y articulados. Si bien los robots articulados y SCARA son fácilmente reconocibles, y los robots cartesianos están ampliamente implementados, el diseño de pórtico supera sus limitaciones inherentes en carga, velocidad, alcance y repetibilidad, con un nivel de personalización y flexibilidad inigualable. En resumen, los robots de pórtico ofrecen la mejor combinación de carga útil y carrera.