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

Los robots articulados como estos gozan de gran reconocimiento gracias a anuncios de compañías automovilísticas y secuencias de baile robótico. Los robots SCARA (Brazo Robótico Articulado de Cumplimiento Selectivo) también son reconocidos por su adopción y proliferación en fábricas desde principios de la década de 1980. Ambos, articulados y SCARA, combinan movimiento lineal y rotatorio, lo que les proporciona maniobrabilidad para tareas complejas. Los robots articulados son análogos al brazo humano, con seis ejes de movimiento: tres traslacionales (lineales) y tres rotacionales (piense en su hombro, codo y muñeca). Los robots SCARA tienen cuatro ejes de movimiento: X, Y, Z y theta (similares a su brazo, si el hombro estuviera inmovilizado).

Menos comunes en la cultura popular, pero omnipresentes en aplicaciones industriales que abarcan desde el envasado 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 el mecanizado en el extremo del brazo. Si bien son menos atractivos 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. También son muy adaptables, ya que los ejes se pueden actualizar o modificar con relativa facilidad para adaptarse a las necesidades cambiantes del producto o la aplicación.

Sin embargo, los robots cartesianos se ven limitados por su diseño inherentemente en voladizo, lo que limita su capacidad de carga. Esto es especialmente cierto cuando el eje más externo (Y o Z) tiene una carrera larga, lo que genera una gran carga de momento en los ejes de soporte. Cuando se requieren carreras largas y cargas elevadas, un robot de pórtico es la mejor solución.

Del cartesiano al pórtico:

Un robot de pórtico es una versión modificada de un robot cartesiano, que utiliza dos ejes X (o ejes base) en lugar del único eje base característico de los cartesianos. El eje X adicional (y, en ocasiones, los ejes Y y Z adicionales) permite al robot manejar cargas y fuerzas mayores, lo que lo hace ideal para la recogida y colocación de cargas pesadas o la carga y descarga de piezas. Cada eje se basa en un actuador lineal, ya sea un actuador "casero" ensamblado por el fabricante de equipos originales (OEM) o el integrador, o un actuador preensamblado de una empresa de movimiento lineal. Esto significa que existen opciones prácticamente ilimitadas para cualquier combinación de altas velocidades, carreras largas, cargas pesadas y alta precisión de posicionamiento. Se incorporan fácilmente requisitos especiales para entornos hostiles o bajo nivel de ruido, y si la aplicación requiere procesos simultáneos pero independientes, los ejes horizontales pueden construirse con motores lineales utilizando múltiples carros.

Los robots de pórtico suelen montarse sobre el área de trabajo (de ahí el término común "pórtico superior"). Sin embargo, si la pieza no se puede manipular desde arriba, como ocurre con las células y módulos solares, el pórtico puede configurarse para trabajar desde abajo. Si bien los robots de pórtico suelen considerarse sistemas de gran tamaño, también son adecuados para máquinas más pequeñas, incluso de escritorio. Dado que un robot de pórtico tiene dos ejes X (base), la carga de momento de los ejes Y y Z, así como la carga útil de trabajo, se calculan como fuerzas sobre los ejes 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 habitual que solo uno de ellos sea accionado por el motor para evitar el atascamiento que podría resultar de un movimiento ligeramente desincronizado 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 "ruedo loco" o seguidor, que consiste en una guía lineal que soporta la carga, pero no cuenta con mecanismo de accionamiento. La decisión de accionar el segundo eje y cómo hacerlo depende de la distancia entre ambos, la velocidad de aceleración y la rigidez de la conexión entre ellos. Accionar solo uno de los ejes del par también reduce el coste y la complejidad del sistema.

Dimensionar un robot cartesiano o de pórtico es más complicado que dimensionar un robot SCARA o articulado (que normalmente se especifican con tres parámetros: alcance, velocidad y precisión). Sin embargo, los fabricantes han simplificado el proceso en los últimos años con la introducción de sistemas preconfigurados y herramientas en línea, como el configurador EasySelect de Rexroth o el Constructor 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 fabricantes de robots cartesianos y de pórtico también ofrecen archivos CAD descargables, 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 fáciles de reconocer 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 inigualables. En resumen, los robots de pórtico ofrecen la mejor combinación de carga útil y carrera.