Elección y uso de robots de un solo eje

Un robot industrial puede ser tan sencillo como un robot de un solo eje en lo que se refiere al transporte y el posicionamiento básicos, o puede ampliarse a varios ejes que trabajen en conjunto. Los últimos modelos de un eje reúnen características de diseño avanzadas y herramientas de software para mejorar la precisión, la velocidad y la facilidad de uso.

Se sabe que los robots industriales aumentan la productividad. Además, y desde la pandemia, está claro que pueden salvaguardar la salud de los trabajadores al reducir el personal en la planta de producción y el contacto humano con los componentes y los montajes. Entre los distintos tipos de robots disponibles, los de un solo eje son fáciles de entender y utilizar. Ya están automatizando una gran variedad de procesos en fábricas y centros logísticos; a veces funcionan de forma aislada, a menudo configurados en grupos coordinados por un controlador central. Siempre aportan mayor rendimiento, repetibilidad y consistencia a las operaciones.

Los integradores de sistemas pueden desarrollar sistemas basados en robots de uno, dos o tres ejes para hacer frente a los retos de manipulación y montaje. Estos pueden incluir la transferencia de artículos a granel en bandejas o palés individuales, secuencias como el suministro y el corte, y el posicionamiento de plantillas y herramientas.

Por otra parte, dos o más unidades lineales pueden trabajar juntas para realizar tareas que exigen gran precisión, como el corte por láser, la pintura o la dispensación. Puede construirse un robot cartesiano personalizado combinando robots de un solo eje especialmente seleccionados para cada eje (figura 1). Yamaha también dispone de una gama de robots cartesianos estándar, disponibles en el mercado.

Una unidad lineal también puede actuar en conjunto con un robot cartesiano, conectado al mismo controlador, en situaciones que requieren más ejes. Para gestionar el robot cartesiano se suele elegir un controlador como el Yamaha RCX340. Tiene la capacidad de controlar uno o más robots adicionales de un solo eje que trabajan como parte del mismo sistema unificado y coordinado. Esto permite a los integradores configurar los robots para manejar secuencias complejas, con la flexibilidad de ampliar el sistema si es necesario.

Qué hay que tener en cuenta

La rigidez es una de las propiedades más importantes de un robot de un eje, necesaria para garantizar un posicionamiento preciso y repetible y permitir que el deslizador se mueva libremente con una fricción mínima. El diseño de las fijaciones y los soportes asociados también puede simplificarse, ahorrando espacio y costes. Por otro lado, también se desean unas dimensiones compactas para minimizar la superficie de la fábrica que ocupa el robot. Utilizando técnicas de diseño avanzadas, es posible conseguir una reducción del tamaño al mismo tiempo que se aumenta la rigidez en todos los ejes.

Los últimos robots de un eje de alta rigidez de la serie Robonity de Yamaha presentan una construcción de una sola pieza y una guía lineal integrada. Estas mejoras han incrementado la rigidez hasta en un 300%, reduciendo al mismo tiempo la anchura del raíl. El ABAR05 (figura 2) sólo tiene 54 mm de ancho, lo que supone un ahorro del 17% en comparación con los modelos alternativos típicos. No se requiere ninguna guía externa, lo que simplifica el diseño, y la mayor rigidez preserva el rendimiento en línea recta del robot cuando se somete a una carga radial. La holgura en el sentido de giro está inhibida y las herramientas fijadas en el extremo del brazo alcanzan una precisión de ±0° sin rotación. Los robots están disponibles con una longitud de carrera de hasta 1100 mm

Figura 2. Robot de un eje de alta rigidez ABAR05.

Las últimas mejoras de diseño también han permitido reducir la altura total. Una de las principales ventajas de estos nuevos robots más delgados es que el centro de gravedad es más bajo, lo que mejora el rendimiento cuando se utiliza como eje x de un robot cartesiano construido a medida. El ABAS12 mide 76 mm de alto y 120 mm de ancho. Además, el último diseño maximiza la carrera de movimiento en relación con la longitud total. En conjunto, la reducción de la longitud, la anchura y la altura, junto con el aumento de la rigidez y una amplitud de movimiento comparable a la de los modelos alternativos, contribuyen a permitir una importante reducción del tamaño de los equipos de las instalaciones.

El diseño del panel de control permite ahorrar aún más espacio. El controlador EP-01 para robots Robonity es un 37% más estrecho que los módulos alternativos, con 40 mm de ancho.

Selección del modelo adecuado

A la hora de seleccionar un robot de un solo eje, también hay que tener en cuenta el tipo de motor. La serie Robonity de Yamaha contiene robots con un husillo de bolas rectificado diseñado para su uso con un servomotor. La gama contiene unidades completas capaces de alcanzar velocidades de hasta 2400 mm/sg. También hay actuadores sin motor que son compatibles con los motores estándar de la industria de hasta 400 vatios. Existen kits de fijación que permiten cambiar la orientación del motor para adaptarlo a los requisitos de la aplicación.

Por otra parte, los robots con motor paso a paso, como la serie Transervo, pueden ofrecer una solución rentable con la funcionalidad de un servomotor para aplicaciones que requieren una menor carga útil y la velocidad final no es una preocupación. Los últimos modelos pueden manejar casi cuatro veces la carga útil de sus predecesores, y la velocidad de excursión de 1200 mm/sg es un 20% más rápida.

Por otro lado, un robot de un solo eje con motor lineal podría ser la solución más rentable para una aplicación que exija el transporte de piezas ligeras a largas distancias a altas velocidades. Hay robots con una carrera máxima de más de cuatro metros y una velocidad máxima de 2.500 mm/sg, con una precisión de posición repetida de ±5µm. El ahorro global de tiempo de ciclo puede ser significativo, mientras que los motores lineales son también silenciosos y sufren un desgaste mínimo. La capacidad de carga útil típica es de unos pocos kilogramos. Los robots con motor lineal Phaser MF equipados con imanes de flujo pueden transportar objetos de hasta 160 kg a altas velocidades.

Simulación y Configuración

Al evaluar los robots de un solo eje para una aplicación que implique una o más unidades, también deben tenerse en cuenta las herramientas de soporte para permitir la configuración y la resolución de problemas. El simulador basado en la web de Yamaha ayuda a seleccionar la especificación óptima. Los usuarios pueden calcular rápidamente criterios importantes como el tiempo de ciclo proyectado y la vida útil del husillo de bolas después de describir algunos parámetros básicos (figura 3).

Figura 3. Una simple simulación puede predecir la vida útil del robot.

Al configurar el sistema, el controlador del robot EP-01 funciona con la aplicación para PC EP Manager para ayudar en el análisis y la configuración. Los usuarios pueden introducir amplios detalles de las condiciones de uso, incluida la masa de transporte, los datos de los puntos y el tipo de funcionamiento. Esto permite evaluar el rendimiento en un entorno virtual sin necesidad de ejecutar el hardware real. La simulación proporciona resultados exhaustivos que incluyen el tiempo total de funcionamiento, el tiempo de las operaciones individuales, la velocidad máxima y la aceleración.

Al configurar y poner en marcha el sistema de robot en la fábrica, EP Manager ofrece información importante, como el seguimiento en tiempo real de la velocidad real, el estado de carga del motor y el tiempo para alcanzar posiciones específicas. La monitorización continua es posible para verificar la configuración y permitir el análisis a largo plazo y la asistencia en la resolución de problemas.

La herramienta también ofrece un seguimiento en tiempo real y permite comprobar el historial de alarmas, lo que favorece el mantenimiento. La comprobación del historial de alarmas ayuda a analizar los errores ofreciendo información sobre parámetros como la posición, la velocidad, las condiciones de funcionamiento, el valor de la corriente, la tensión y el estado de las E/S. El análisis de estos diversos estados puede ayudar a identificar la causa raíz de la alarma. Además, el rastreo en tiempo real permite a los usuarios analizar el estado hasta el momento en que se produjo un error, para ayudar a identificar causas como la sobrecarga del motor.

El controlador EP-01 genera una salida de pulsos de retroalimentación en un canal dedicado independiente de la conexión de red estándar. Esto ayuda al análisis y a la monitorización, ya que proporciona información de posición actualizada y continua que es independiente de cualquier retraso de comunicación en la red. Al proporcionar una salida en tiempo real de la posición actual del robot, el pulso de retroalimentación también permite la compensación de la ondulación de la velocidad.

Opciones especiales

Las características especiales de diseño de la serie Robonity de un solo eje incluyen el acceso a puntos de fijación que permiten instalar cada unidad de forma rápida y sencilla desde la parte superior o inferior sin necesidad de retirar ninguna pieza exterior.

Para aplicaciones que exigen el menor tiempo de ciclo posible, los modelos Robonity AGXS pueden acelerar/desacelerar hasta 2g en comparación con las unidades convencionales que tienen un máximo

típico de 0,5g. La AGXS (figura 4) es una serie avanzada que cuenta con husillos de bolas rectificados para una mayor precisión y durabilidad.

Figura 4. Robonity AGXS10, robot de alta precisión de un solo eje.

Los robots AGXS están preparados para su uso en áreas limpias como la preparación de alimentos y la producción de cosméticos o productos farmacéuticos. Disponen de cubiertas inoxidables a prueba de polvo y sus rodillos de baja fricción minimizan el triturado que genera polvo y partículas. Disponen de un puerto de aspiración para eliminar de forma segura cualquier materia extraña de los mecanismos.

Conclusión

Los robots de un solo eje proporcionan una base eficaz para integrar los robots en los procesos automatizados. Sus ventajas son la facilidad de selección, diseño y uso. Los criterios de selección clave incluyen una gran rigidez, unas dimensiones compactas y un accionamiento de motor servo, paso a paso o lineal para una aceleración y velocidad óptimas. Unas herramientas eficaces de simulación y análisis pueden suponer un importante factor de diferenciación que facilite considerablemente la configuración y el mantenimiento a largo plazo.

Yamaha Robotics

https://fa.yamaha-motor-im.de/

Págs. 56 a 58.