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Pick & Place con robótica de alta velocidad

Las soluciones robótica de alta velocidad empiezan a jugar un papel importante en la mejora de la productividad de los procesos productivos,  el constante desarrollo de industria de la automatización posibilita soluciones cada vez más integradas,  sencillas y eficientes.

Pick & Place con robótica de alta velocidad

El campo del Pick & Place es un buen ejemplo de aplicción de solución robótica de alta velocidad: recogida del producto, colocación del mismo y vuelta a empezar, realizando estas operaciones “al vuelo”, esto es, con el producto en movimiento en todo momento, sin necesidad de parar el producto para que un robot actúe sobre él, acortando así el tiempo total del pick & place, y aumentando notablemente la productividad.

Con el fin de cubrirr las necesidades de la aplicación en cuanto a precisión, trayectoria, velocidad y aceleración, es muy importante hacer una buena selección de los distintos elementos del sistema como son: tipo de robot, sistema de visión, garra de manipulación del producto, controlador del robot etc,. De esta forma, las aplicaciones de pick & place están llegando a realizar 120 o más ciclos por minuto, siendo un ciclo, la recogida y colocación del producto.

Especificaciones de la aplicación

El primer paso en una aplicación de pick & place siempre será especificar las necesidades, conocer bien qué producto manipulará el robot, el número de tipos de producto, y qué tendrá que hacer exactamente el robot, así como definir cómo será la celda robotizada para facilitar la operación del robot a la hora de moverse y manipular el producto.

Minimizar el tiempo de ciclo

El 80% del tiempo de ciclo de una aplicación de pick & place suele estar en el movimiento del robot, esto quiere decir que para minimizar el tiempo de ciclo, una de las tareas más importantes es minimizar el movimiento del robot, cuanta más distancia recorre el robot, más tiempo invierte en ese movimiento, y menos ciclos por minuto se pueden realizar.

Podría pensarse que estos movimientos en muchas ocasiones no se pueden minimizar, ya que probablemente el producto lo requiere, pero sí que se pueden minimizar en base a la colocación del robot en el plano XY, de tal forma que su posición de espera reduzca posteriormente el movimiento del robot. También la altura del robot puede ser un factor determinante, evitando grandes movimientos en el eje Z que hagan perder un tiempo muy valioso.

Seleccionar el robot

Existen multitud de tipos de robots: cartesianos, SCARA, DELTA, antropomórficos dependiendo de su mecánica y número de ejes, sin embargo, para aplicaciones de pick & place de alta velocidad, se ha demostrado que el robot DELTA es el robot más completo, ya que debido a su mecánica y a la colocación de los motores, proporciona gran velocidad, y puede llegar a transportar cargas de hasta 8 kg.

Es muy importante considerar todos los datos de la aplicación para seleccionar el robot adecuado:

- Carga total (peso del producto más garra).

- Trayectoria del pick & place.

- Espacio de trabajo: tanto en el plano XY como en Z.

- Precisión

- Sincronismo con una o dos cintas y colocación de las cintas.

- Ciclos por minuto necesarios para determinar la velocidad del robot, y estudiar la viabilidad, así como si es necesaria la instalación de más de un robot en la línea.

 

Garra de manipulación

La garra o pinza de manipulación es uno de los factores más importantes en la aplicación de pick & place, ya que el peso de la misma, y los tiempos de espera, de apertura y cierre pueden dar viabilidad o no a la aplicación.

Existen varios tipos de pinzas, las más comunes son las de vacío y las mecánicas.

‐ Las garras de vacío son más simples, más ligeras, y más rápidas, además de requerir un menor mantenimiento.

‐ Las pinzas mecánicas proporcionan más precisión, a costa de ser más lentas y requerir un mantenimiento mayor, además de, normalmente, ser más pesadas.

El peso de la garra es un factor vital en el sistema, ya que, cuanto más peso transporte el robot, más lento se moverá y menos ciclos por minuto realizará, no obstante, siempre hay que asegurar la estabilidad del producto mientras está siendo transportado, teniendo en cuenta la gran aceleración y velocidad a la que puede estar sometido en el proceso de dejada del producto

Visión artificial

La robótica y la visión artificial cada día van más ligadas, en muchas de las aplicaciones de robótica es necesario un sistema de visión artificial que envíe al controlador del robot las coordenadas del producto y que informe de productos no válidos, o distinga entre varios productos para que el robot pueda clasificarlos.

El sistema de visión artificial debe ser capaz de enviar la información necesaria al robot de tal forma que éste no tenga que parar su producción para recibir los datos de visión, de hecho, un mismo

sistema de visión podría ser capaz de enviar información a varios robots, siendo el controlador el que decida qué robot actuará sobre el producto. No obstante, también podría haber una cámara por robot, conectadas al mismo controlador de visión, para los casos en los que varios productos puedan venir demasiado juntos.

El nuevo equipo de visión artificial OMRON FH permite hasta 8 cámaras conectadas al mismo controlador de visión y permite tanto aplicaciones sencillas de pick&place donde la visión tan “solo” proporciona las posiciones de los productos al controlador de máquina, como complejas aplicaciones de control de calidad.

Por otro lado cabe destacar que uno de los aspectos más importantes del éxito de un sistema de visión artificial, es la iluminación, es imprescindible seleccionar un sistema de iluminación que permita ver el producto perfectamente de forma constante independientemente de cambios ambientales, y tener un buen contraste con el resto de elementos que pueda ver la visión artificial, en este proceso influye, tanto la colocación de la iluminación, como el tipo de la misma, disparo, color, o incluso color del fondo por el que esté siendo transportado el producto.

Controlador de robot / Controlador de Máquina Sysmac

El movimiento del robot, que anteriormente comentamos que determina el 80% del tiempo de ciclo Pick&Place, vendrá dado por su controlador.

Cuando en OMRON hablamos de robots no hablamos de controlador de robots sino de controlador de máquina

En OMRON el mismo “Controlador de Máquina Sysmac” que proporciona control de lógica, motion y seguridad para toda la máquina además proporciona el control del pick&place final de línea pudiendo controlar la visión artificial y hasta 8 robots DELTA con una sola CPU… y todo ello programado, monitorizado y simulado desde un único software “Sysmac Studio”.

La idea es proporcionar al usuario un entorno donde de forma sencilla, se integren todos los elementos de la máquina junto con la parte de pick&place y permita con el software de simulación hacer un cálculo rápido de los ciclos/min en función de las trayectorias a realizar, de la visión artificial y del sincronismo con otros ejes también controlados desde el mismo controlador de máquina.

Además de la correcta selección del robot, de la correcta selección de la garra de manipulación, del sistema de visión etc… un papel fundamental, probablemente el más importante es el controlador elegido.

La idea de tener un controlador y un software con toda la solución de máquina integrada es vital para no tener tiempos de espera entre diferentes dispositivos (sincronismo con las cintas, visión artificial, robots etc…) y para que el programador no tenga que gestionar protocolos de comunicación entre los equipos que hacen el trabajo difícil y alargan el tiempo de desarrollo de la aplicación.

 

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