Selección del Robot

Un brazo robótico es un sistema flexible ya que puede adaptarse casi a cualquier proceso, cuenta con una precisión máxima de 0.01 mm, es ideal para procesos donde se requieren elevadas precisiones. Cuanto mayor precisión se tenga mayor será la calidad de los productos. La rapidez de un brazo robótico es también una característica importante, esta se mide en mm / s.

Para hacer la correcta selección de un brazo robótico se debe ver su alcance, que esta

directamente relacionado con la arquitectura del proceso y con qué área cuenta la empresa para el paletizado. El robot trabajará como parte integral del sistema de producción por lo que lo convierte en la parte más importante del sistema de paletizado automático, y su elección se basa en dónde y cómo debe funcionar. Los principales criterios de selección de un Robot son: ambiente de trabajo, alcance y capacidad de carga. La velocidad no lo es, debido a que oscila desde 1 mm/s hasta 7000 mm/s. Además condiciones ambientales como el calor, la humedad y el polvo determinan el entorno en el que tiene que trabajar el robot. El rango de movimientos (menos de 0.3 m, entre 0.3 y 1.22 m, entre 1.22 y 3.04 m o 3.04 y mas) dependiendo del modelo.

Otro aspecto de selección, es la masa total que soporta el brazo, esto está relacionado con la masa de las cajas que va a paletizan, para la caja grande que es de 5 kg, el gripper agarrara un máximo de 4 cajas lo cual arroja un peso de 20 kg. En el caso de la caja mas chica el gripper tomara tres cajas a la vez, es decir, 7.5 kg por ciclo. Otra masa a considerar es la del gripper que también debe estar incluida en la masa total que levantará el brazo, esta masa del gripper antes seleccionado es de 75 kg.

El aspecto mas importante es el conocimiento de que un brazo robótico que hará paletizado debe de ser de 4 grados de libertad debido a que la orientación del gripper nunca cambia en un eje, es decir, no es necesario que tenga otro grado para rotar este eje. Para cualquier movimiento del brazo robótico, la gripper no se moverá ya que siempre esta en forma paralela con respecto a la caja a paletizar.

Para el caso del alcance del brazo robótico se tienen perímetros de 6 m por 6 m, es decir un terreno cuadrado del área de paletizado y con las guardas que nos limitan el área de trabajo y por lo tanto la celda de paletizado. El brazo robótico solo ocupará un alcance de 2.5 ya que el gripper

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también requiere 600 mm adicionales y se dejan 400 mm para asegurar que el brazo nunca chocara con la valla de seguridad.

Ahora ya se sabe que se necesita un brazo con 4 grados de libertad, además de que la masa máxima que levantara el brazo es de 20 kg y que la masa del gripper es de 75 kg, el robot tendrá que levantar como mínimo 95 kg, y también se debe de tomar en cuanta que este peso máximo debe ser el 90% del peso máximo que soporta el brazo robótico, es decir, el robot debe tener una tolerancia mínima del 10% de su carga total. En cuanto al alcance del robot deberá ser máximo de 2.50 m.

Ahora se hará una tabla comparativa (ver tabla 3.2) con las 4 marcas más comerciales en el mercado de robots, ABB®, KUKA® y z. se harán comparaciones como alcance, máxima carga soportada, grados de libertad y la disponibilidad de grippers para paletizado por parte de la empresa de cada marca.

Tabla 3. 2 Comparación entre robots de distintas marcas con características muy similares entre ellos.

ABB® _KUKA® _Motoman® _FANUC®

Modelo IRB460® KR 120 R2500 pro MPL100 R-1000iA/100F

Alcance 2.4 m 2.5 m 3.024 m 2.230 m Carga máxima 110 kg 120 kg 100 kg 100 kg Grados de libertad 4 6 4 6 Disponibilidad de Grippers SI NO SI SI

Software RobotStudio® KUKA®.WorkVisual Varios ROBOGUIDE

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Como se ve en la tabla, por parte de la marca Motoman® el alcance se excede 500 mm, y la carga máxima soportada no es la suficiente para que los 95 kg que deseamos que cargue sean el 90%. Por parte de la marca KUKA®, esta marca cubre el alcance y la carga máxima sin embargo el brazo tiene 6 grados de libertad, lo que hará mas difícil el paletizado de lo que seria con solo 4 grados de libertad, es importante recalcar que esta marca no distribuye sus propios grippers lo cual es una desventaja contra las demás empresas.

Al parecer ABB® cubre todos los puntos necesarios para este proceso de paletizado, su alcance es idóneo, su carga máxima es la necesaria, y cuanta con los 4 grados de libertad necesarios para este tipo de paletizado, el robot se puede observar en la figura 3.3. La marca también vende grippers para paletizado, y la decisión de elegir ABB® y no otra marca es debido a su performance, con la tecnología QUICKMOVE® se pueden tener aceleraciones altas en distancias cortas, otra tecnología de ABB® es TRUEMOVE® , donde no importando la velocidad del brazo, este sigue su trayectoria con una precisión de 1 mm, en cambio otras marcas pueden tener una trayectoria pero no la reproducen igual a las diferentes velocidades. También se debe mencionar que la tecnología empleada en el robot es otro factor ya que a pesar de que el robot no usa Windows, su operación es análoga al uso de una computadora y su unidad de programación es fácil de usar a diferencia de otras marcas que debes de entrar a muchos menús para realizar tareas. También se selecciona la marca ABB® debido a las muchas ventajas que tiene el software en cuanto al poder de simulación muy cercana a la real de una celda completa ya sea de paletizado, de pintura o de soldadura y la gran flexibilidad que ofrece en cuanto a la programación, así como las muchas herramientas que posee para la edición de solidos, sin olvidar la eficiencia que representa la programación offline en cuanto al ahorro de tiempo para la programación y la simulación. No se debe olvidar el soporte que existe para México por parte de ABB®.

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Figura 3. 3 Brazo robótico modelo IRB460® de ABB®.

Debido a que se usara RobotStudio® por sus grandes cualidades y por su flexibilidad para la programación de toda la lógica de la celda, el brazo robótico que se selecciona es el IRB460® ya que cumple con los requerimientos tanto de paso como de alcance, tiene un alcance de 2.4 m y soporta un peso máximo de 110 kg, de los cuales el 90% son 99 kg, que es menos de lo requerido para el proceso, además de ser un brazo de cuatro grados de libertad que es mas practico para el paletizado deseado.

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El brazo IRB460® es uno de los más rápidos del mundo para paletizado, capaz de acortar significativamente los tiempos de ciclo para el paletizado de cajas. Con un alcance de 2.4 m y una capacidad de carga de 110 kg, este robot compacto de 4 grados de libertad, puede ejecutar arriba de 2190 ciclos por hora con 60 kg de carga. Este brazo desarrolla sus trayectorias movimientos suaves y con una elevada precisión, esto significa que hasta el producto más sensible será paletizado con un gran cuidado sin reducir el tiempo de ciclo. El diseño compacto del IRB460® permite que los pallets sean colocados 20% mas cerca comparado con robots similares en carga y alcance. Este factor puede incrementar la productividad en un 3%. El software de programación del brazo es muy amigable con el usuario, RobotStudio® permite a los usuarios crear programas y simulaciones; y diseñar sistemas de paletizado. El software también es usado para configurar estos sistemas más que para programarlos, esto reduce el tiempo de programación hasta en un 80%.