Cuando piensas en un robot industrial, ¿qué te viene a la mente?

Los robots articulados como estos son ampliamente conocidos, gracias a los anuncios de las compañías automovilísticas y las secuencias de baile de robots. Los robots SCARA (Selective Compliance Articulated Robot Arm) también son muy conocidos debido a su adopción y proliferación en las fábricas desde principios de la década de 1980. Ambos tipos de robots —articulados y SCARA— combinan movimiento lineal y rotatorio, lo que les confiere maniobrabilidad para tareas complejas. 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 (algo parecido a un brazo humano si el hombro estuviera inmovilizado).

Menos conocidos en la cultura popular, pero omnipresentes en aplicaciones industriales que van desde el embalaje 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, mayor precisión. Además, son altamente adaptables, ya que los ejes se pueden actualizar o cambiar con una reconfiguración relativamente sencilla para ajustarse a los requisitos 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 es especialmente cierto cuando el eje más externo (Y o Z) tiene un recorrido largo, lo que genera un gran momento de carga en los ejes de soporte. En los casos en que se requieren recorridos largos y cargas elevadas, un robot pórtico es la mejor solución.

De cartesiano a pórtico:

Un robot pórtico es una variante del robot cartesiano, que utiliza dos ejes X (o base) en lugar del único eje base de los robots cartesianos. El eje X adicional (y a veces los ejes Y y Z) permite al robot manejar cargas y fuerzas mayores, lo que lo hace ideal 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 movimiento lineal. Esto significa que existen opciones prácticamente ilimitadas para lograr cualquier combinación de altas velocidades, recorridos largos, cargas pesadas y alta precisión de posicionamiento. Se pueden incorporar fácilmente requisitos especiales para entornos hostiles o bajo nivel de ruido, y si la aplicación requiere procesos simultáneos pero independientes, los ejes horizontales se pueden construir con motores lineales que utilizan múltiples carros.

Los robots pórtico suelen montarse sobre el área de trabajo (de ahí el término común "pórtico aéreo"), pero si la pieza no es apta para ser manipulada desde arriba, como ocurre con las células y módulos solares, el pórtico puede configurarse para trabajar desde abajo. Si bien los robots pórtico se suelen considerar sistemas muy grandes, también son adecuados para máquinas más pequeñas, incluso del tamaño de un escritorio. Debido a que un robot pórtico tiene dos ejes X o base, la carga de momento que presentan los ejes Y y Z, así como la carga útil, se resuelve como fuerzas en el eje X. Esto aumenta significativamente la rigidez del sistema y, en la mayoría de los casos, permite que los ejes tengan recorridos más largos y velocidades más altas que 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 una ligera falta de sincronización 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 eje guía o seguidor, que consiste en una guía lineal que proporciona soporte a la carga, pero sin mecanismo de accionamiento. La decisión de accionar 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 ejes de un par también reduce el costo y la complejidad del sistema.

El dimensionamiento de un robot cartesiano o de pórtico es más complejo que el de un robot SCARA o articulado (que normalmente 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 3D Linear Modules Builder 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 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 sin igual. En resumen, los robots de pórtico ofrecen la mejor combinación de carga útil y carrera.