Datos sobre los robots de guía manual
Parte 1 – Robots de guía manual
Existen cuatro métodos de operación de robots colaborativos (o cobots) definidos en la norma de seguridad RIA 15.06-2012, y cada uno tiene su propio lugar en las operaciones de fabricación. De los cuatro, el guiado manual parece ser el que menos atención recibe. En la norma de seguridad, la sección 5.10 (Requisitos de operación colaborativa) define los requisitos necesarios para que los robots funcionen en modo colaborativo como el cumplimiento de uno o más de los siguientes puntos:
- 5.10.2 Parada supervisada con clasificación de seguridad
- 5.10.3 Guiado manual
- 5.10.4 Monitoreo de velocidad y separación
- 5.10.5 Limitación de potencia y fuerza mediante diseño o control inherentes
El guiado manual simplemente establece que el equipo, por ejemplo, una manija de guiado manual, estará ubicado cerca del efector final o la herramienta del robot, y contará tanto con un botón de parada de emergencia como con un dispositivo de habilitación (piensa en un interruptor de presencia humana como el que verías en un controlador de programación). Muchos usuarios de la automatización ven el guiado manual simplemente como el «aprendizaje por conducción», que es la capacidad de mover el robot libremente para enseñarle puntos o trayectorias en la operación. Esta es una opinión común, pero el aprendizaje por conducción es solo la punta del iceberg en la gran cantidad de aplicaciones que pueden mejorarse con el guiado manual.
Otra opinión común es que las aplicaciones de guía manual están limitadas para alcances más largos o cargas útiles más pesadas porque no hay muchos cobots grandes disponibles. Si bien es cierto que la mayoría de los robots colaborativos con limitación de potencia y fuerza tal vez no puedan manejar aplicaciones realmente grandes, es importante comprender que la mayoría de los robots pueden utilizarse para una aplicación colaborativa.
En el núcleo de los robots colaborativos o de la operación colaborativa se encuentra la «colaboración»: trabajar conjuntamente con otros. La colaboración con un robot suele entenderse como trabajar codo a codo con él para completar una tarea. En esencia, la guía manual consiste en que un operador mueva o dirija al robot con la mano —una forma de operación colaborativa que se alinea más estrechamente con el verdadero significado de la colaboración.
Ten en cuenta que el uso más eficiente de los robots colaborativos se logra cuando el operador y el robot interactúan solo cuando es necesario, y cada uno se dedica a completar sus tareas individuales en su propio espacio de trabajo. No es muy diferente a compartir una estación de trabajo con otra persona. Al integrar herramientas para ayudar a los operadores, los dispositivos deben aumentar la eficiencia y reducir el estrés o la tensión. Si constantemente tienes que estirarte o moverte alrededor de tu compañero, ya sea una persona o un robot, todo el proceso será menos eficiente. Es mejor analizar detenidamente la tarea en su conjunto y la solución que intentas lograr para determinar cuál es la mejor opción para un robot colaborativo. En la parte 3 de este artículo, revisaremos algunas aplicaciones colaborativas tanto para empresas pequeñas como grandes.
Parte 2 – Guiado manual: flexibilidad y funcionalidad
De acuerdo con la sección 5.10.3 de las normas de seguridad RIA 15.06-2012, los equipos de guía manual deben contar con un botón de parada de emergencia y un interruptor de habilitación. Sin embargo, en los casos en que se utilice la guía manual en un robot que cumpla con los requisitos de operación colaborativa con limitación de potencia y fuerza, es posible que el botón de parada de emergencia y el interruptor de habilitación no sean necesarios. Por estas razones, resulta muy útil contar con múltiples opciones de guía manual. FANUC ofrece dos tipos de manijas de guía manual: una incluye la seguridad integrada necesaria para robots estándar, y la otra es inalámbrica y funciona con la serie CR de robots con limitación de potencia y fuerza. Cuando un producto cuenta con muchas opciones funcionales, es como tener una caja de herramientas bien surtida: tal vez no necesites todas las herramientas todo el tiempo, pero tenerlas disponibles cuando sea necesario puede ayudar a los usuarios a sortear rápidamente los obstáculos.
El producto de guía manual de FANUC cuenta con una variedad de características integradas, o herramientas, para aplicaciones basadas en el aprendizaje. El software de guía manual está configurado para enseñar trayectorias o puntos, y basta con presionar un botón para activar la acción.
Si bien es cierto que la mayoría de los robots colaborativos con limitación de potencia y fuerza tal vez no puedan manejar aplicaciones realmente grandes, es importante comprender que la mayoría de los robots pueden utilizarse para una aplicación colaborativa.
¿Qué es el aprendizaje basado en puntos? En el aprendizaje basado en puntos, el usuario mueve el robot utilizando la manija de guía manual hasta una posición y luego presiona el botón de aprendizaje para registrar el punto. El usuario continúa guiando al robot hasta la siguiente posición y registra el punto. Al repetir este proceso, se puede generar rápidamente un programa de movimiento completo para toda la aplicación. El aprendizaje basado en puntos es un proceso intuitivo que resulta especialmente fácil para quienes nunca han utilizado ni programado un robot.
¿Qué es el aprendizaje basado en trayectorias? Para algunos procesos, es necesario registrar el movimiento completo de la trayectoria del robot. Este método se aplica a aplicaciones como el lijado o el pulido sobre una superficie de contorno complejo, cuando es esencial contar con una trayectoria suave que siga la forma. El software de guía manual está configurado para registrar automáticamente las posiciones durante el movimiento del robot, lo que luego reproduce con precisión la trayectoria completa. El operador simplemente debe mantener presionado el botón de programación y luego mover el robot a lo largo de la trayectoria. A medida que el robot se mueve, se generan posiciones a intervalos preestablecidos. Una vez que se completa el movimiento y se suelta el botón, la trayectoria se genera en el programa. Si se necesita un ajuste fino, cada posición se puede modificar individualmente para lograr la trayectoria perfecta.
Más opciones de control mediante botones
Otra gran característica del mango de guía manual es un botón para controlar las herramientas. Cada vez que se presiona el botón, se alterna el estado de la herramienta. Esto es especialmente útil en aplicaciones robóticas en las que un operador necesita mover una pieza de un lugar a otro. Existen programas disponibles para limitar la función de la pinza en los puntos de recogida o de colocación, a fin de evitar que el operador suelte accidentalmente la pieza fuera de las zonas preestablecidas.
Algunas aplicaciones pueden requerir un movimiento del robot más lento y preciso en áreas críticas. Se incluye un botón que puede cambiar automáticamente el movimiento del robot bajo control de guía manual a una velocidad más lenta para un mejor control de la posición del robot.
En otras situaciones, puede ser mejor limitar el movimiento del robot únicamente a un movimiento lineal, sin permitir la rotación de la herramienta. Se incluye un botón para cambiar el perfil de movimiento de articulación rotacional a solo movimiento lineal.
En el modelo más grande de guía manual con cable, se incluye un botón adicional para programar aplicaciones que requieran un control y una flexibilidad máximos del proceso, como operaciones de múltiples etapas o cuando las normas de seguridad locales exijan el manejo a dos manos del robot. Con frecuencia, este botón adicional se utiliza para indicar el final de la parte de guía manual de la aplicación y permite que el robot regrese al modo autónomo individual una vez que se cumplan los requisitos de seguridad necesarios (por ejemplo, cuando el operador abandona el espacio colaborativo). Dependiendo de su aplicación, es posible que no necesite todas las herramientas disponibles con el producto de guía manual de FANUC, pero cada función está integrada y lista para usarse en cualquier momento.
Parte 3 – Aplicaciones de guía manual
Ahora que sabemos qué es la operación colaborativa con guía manual y conocemos todas las características disponibles en el producto, ¿cómo están utilizando las empresas este producto? Como se mencionó en la Parte 1 del artículo, a menudo es mejor clasificar las aplicaciones de guía manual según las tareas.
Ejemplo de aplicación 1: en esta aplicación, un operador utiliza un dispositivo de asistencia manual para la elevación a fin de cargar piezas en una estación de ensamblaje que las envía al resto de la línea. El operador lleva el dispositivo de asistencia de elevación hasta el estante de piezas y toma la pieza; luego, la lleva hasta la estación de ensamblaje y la coloca en el accesorio de sujeción. Una vez que la pieza está en su lugar, el operador retira el dispositivo de asistencia de elevación para que no interfiera con el resto de la operación. En lugar de agregar automáticamente un robot de guía manual como reemplazo directo del dispositivo de asistencia de elevación, analicemos las funciones de la aplicación por separado.
La Parte 1 consiste en una operación autónoma del robot en la que este debe tomar una pieza de un estante y llevársela al operador. La instalación de una barrera fotoeléctrica entre el robot y el operador permitirá que el robot funcione de manera segura en modo automático cuando se configure adecuadamente según la evaluación de riesgos. Esto permite que el robot alivie la carga del operador al encargarse de la parte repetitiva y de levantamiento pesado del proceso.
La Parte 2 comienza una vez que el robot toma la pieza y la lleva hasta la barrera fotoeléctrica. En este momento, el operador extiende la mano a través de la barrera fotoeléctrica, lo que pone al robot en un estado de verificación de velocidad cero por razones de seguridad. Una vez que se activa el interruptor de habilitación, el movimiento del robot queda bajo el control del operador, quien luego lo guía hacia el área de ensamblaje donde la pieza se carga en el dispositivo de sujeción. Una vez que se suelta la pieza, el operador guía al robot de regreso a través de la barrera fotoeléctrica. Al soltar el interruptor de habilitación, el robot vuelve al modo de control de velocidad cero por razones de seguridad hasta que se despeja la barrera fotoeléctrica. El robot puede entonces reanudar el modo autónomo y regresar al estante de piezas para tomar la siguiente pieza. El operador realiza la operación de ensamblaje y luego envía la pieza a lo largo de la línea hacia la siguiente estación. Al no tener que tomar las piezas manualmente del estante, el operador dispone de más tiempo para realizar trabajos adicionales de valor agregado.
Beneficios del sistema: el ahorro de tiempo puede ser suficiente para reducir el número de estaciones de ensamblaje en la línea, ya que el operador puede realizar trabajo adicional dentro del tiempo de tarea de la primera estación. Un beneficio adicional es que, al final del turno, el operador estará menos cansado al no tener que caminar entre la primera estación y el estante de piezas en cada ciclo de pieza.
Ejemplo de aplicación 2: este ejemplo se refiere a una estación colaborativa de inspección de soldaduras ya existente. En este sistema de «parada con monitor de seguridad», el robot lleva un marco soldado a un espacio de trabajo compartido. Una vez que el robot se detiene, el inspector de soldaduras ingresa al espacio compartido e inspecciona la soldadura. En ocasiones, cuando es necesario retocar las soldaduras, es posible que la pieza no se encuentre en el ángulo ideal para soldar. En lugar de requerir que un técnico se dirija a la celda y mueva el robot manualmente, se utiliza el guiado manual. La manija de guiado manual está fijada al utillaje en un lugar conveniente para que el inspector de soldaduras pueda acceder a ella.
Beneficios del sistema: la guía manual permite mover fácilmente la pieza a la posición correcta para los retoques de soldadura. Esto también permite al inspector ver múltiples lados de la pieza al moverla manualmente con la manija de guía manual. Esta aplicación ahora incorpora dos tipos de operación colaborativa y es un excelente ejemplo de cómo, en ocasiones, se pueden diseñar conjuntamente múltiples tipos de operación colaborativa para brindar la solución de fabricación ideal.
Ejemplo de aplicación 3: una buena aplicación inicial o de «hágalo usted mismo» consiste en utilizar el guiado manual para simplificar un proceso de visión en el que se cambian manualmente los estilos de piezas o las bandejas. La configuración del sistema requiere primero que el operador coloque una bandeja de piezas sobre una mesa. El robot utiliza la visión para localizar la bandeja y la primera pieza, y luego inicia el proceso.
A medida que cambian las bandejas de piezas, se debe ajustar la posición de visión del robot. El uso del guiado manual puede liberar al operador de tener que poner al robot en modo de enseñanza para realizar cambios en la «localización por visión» desde el panel de programación. Una vez que esta función está preprogramada, el operador puede realizar los cambios necesarios utilizando la herramienta de guiado manual. El botón de proceso adicional en la herramienta de guía manual indica que el operador ha movido el robot manualmente a una nueva posición de “detección visual”. El robot utiliza entonces la nueva posición enseñada mediante la guía manual hasta el siguiente cambio de bandeja de piezas.
Beneficios del sistema: para los usuarios nuevos o quienes prefieren hacerlo por su cuenta, este método es extremadamente fácil de usar en comparación con la modificación de un programa de robot, y ayuda a ahorrar un tiempo valioso.
Ejemplo de aplicación 4 – Muchos talleres de soldadura de alta variedad y bajo volumen están enfrentando una escasez de soldadores capacitados y calificados. Agregar el guiado manual a un robot de soldadura por arco permite que un operador con conocimientos básicos de soldadura enseñe fácilmente programas para soldar sus piezas de lotes pequeños. El operador utiliza el sistema de guía manual para mover la antorcha de soldadura de manera que el alambre quede en la posición adecuada para la unión soldada. Los botones del dispositivo de guía manual ofrecen una interfaz de usuario sencilla que facilita la creación de un programa completo para cualquier pieza. A continuación, el operador puede dejar que el robot suelde la pieza mientras pasa a la siguiente estación de soldadura.
Beneficios del sistema: el guiado manual del robot elimina la necesidad de que el soldador sea experto en el control manual y la programación del robot con el panel de programación. Al permitir que el soldador programe el robot de manera rápida y sencilla, este puede mantener la producción en marcha en múltiples estaciones con una gran variedad de piezas.
A medida que más fabricantes pequeños y medianos implementen robots para abordar una variedad de aplicaciones y procesos, las herramientas y técnicas de guía manual seguirán ampliando su funcionalidad y se volverán aún más fáciles de usar.
