Lo que debes saber sobre robots con función de guía manual
Parte 1: Robots guiados manualmente
La norma de seguridad RIA 15.06-2012 define cuatro métodos para el funcionamiento de los robots colaborativos (o cobots), y cada uno de ellos tiene su función en las operaciones de manufactura. De los cuatro, el guiado manual parece ser el que menos atención recibe. En la norma de seguridad, la sección 5.10 (Requisitos de funcionamiento colaborativo) define los requisitos necesarios para que los robots funcionen en modo colaborativo, que deben cumplir uno o varios de los siguientes:
- 5.10.2 Paro supervisado con clasificación de seguridad
- 5.10.3 Guía manual
- 5.10.4 Monitoreo de velocidad y separación
- 5.10.5 Limitación de potencia y fuerza mediante un diseño o control inherente
La guía manual simplemente establece que el equipo, por ejemplo, una palanca de guía manual, se ubicará cerca del actuador final o de la herramienta del robot, y contará con un dispositivo de parada de emergencia y un dispositivo de habilitación (similar al interruptor de hombre vivo "live-man switch" que se tiene en el teach pendant). Muchos usuarios de automatización interpretan la guía manual como solo mover el robot a mano para enseñarle puntos y recorridos en el proceso o aplicación. Esta percepción es habitual, pero la enseñanza por arrastre representa solo una mínima parte del amplio conjunto de aplicaciones que pueden optimizarse mediante la guía 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 basados en la limitación de potencia y fuerza no están pensados para aplicaciones realmente grandes, es importante entender que la mayoría de los robots pueden utilizarse para una aplicación colaborativa.
La esencia de los robots colaborativos o del funcionamiento colaborativo es la "colaboración", es decir, trabajar conjuntamente con otros. La colaboración con un robot se suele considerar como trabajar codo con codo con el robot para completar una tarea. En esencia, la guía manual consiste en que un operador mueva o dirija el robot con la mano, una forma de funcionamiento colaborativo que se ajusta más al verdadero significado de la colaboración.
Hay que tener en cuenta que el uso más eficiente de los robots colaborativos se consigue cuando el operador y el robot interactúan únicamente cuando la aplicación lo requiere y dejando que cada uno ejecute sus tareas individuales en su respectiva zona de trabajo. No es muy diferente a compartir un puesto 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 se está constantemente desplazándose o moviéndose alrededor de su compañero, ya sea una persona o un robot, todo el proceso será menos eficiente. Es mejor examinar detenidamente la tarea en su conjunto y la solución que se quiere implementar para determinar cuál es el robot colaborativo más adecuado. En la tercera parte de este artículo, repasaremos algunas aplicaciones colaborativas tanto para pequeñas como para grandes empresas.
Parte 2: Guía manual: Flexibilidad y funcionalidad
Según la sección 5.10.3 de las normas de seguridad RIA 15.06-2012, los equipos de guía manual deben contar con un paro de emergencia (E-Stop) y un interruptor de habilitación. Sin embargo, en los casos en que se utiliza la guía manual en un robot que cumple los requisitos de funcionamiento colaborativo con limitación de potencia y fuerza, es posible que no sean necesarios el paro de emergencia y el interruptor de habilitación. Por estas razones, es muy útil disponer de múltiples opciones de guía manual. FANUC ofrece dos tipos de dispositivos de guía manual: uno con seguridad integrada para robots industriales convencionales y el otro es inalámbrico compatible con la serie CR de robots con limitación de potencia y fuerza. Cuando un producto tiene muchas opciones funcionales, es como tener una caja de herramientas bien surtida: puede que no se necesiten todas las herramientas en todo momento, pero tenerlas disponibles cuando sea necesario puede ayudar a los usuarios a sortear rápidamente los obstáculos.
La solución de guía manual de FANUC tiene una variedad de funciones integradas, o herramientas para aplicaciones basadas en el aprendizaje. El software de guía manual está configurado para enseñar trayectorias o puntos, y un simple botón activa la acción.
Si bien es cierto que la mayoría de los robots colaborativos basados en la limitación de potencia y fuerza no están pensados para aplicaciones realmente grandes, es importante entender que la mayoría de los robots pueden utilizarse para una aplicación colaborativa.
¿Qué es la enseñanza basada en puntos? En la enseñanza basado en puntos, el usuario mueve el robot utilizando la palanca de guía manual hasta una posición y, a continuación, pulsa el botón de aprendizaje para registrar el punto. El usuario continúa guiando el robot hasta la siguiente posición y registra el punto. Repitiendo este proceso se puede generar rápidamente un programa de movimiento completo para toda la aplicación. La enseñanza basada en puntos es un proceso intuitivo que resulta especialmente fácil para quienes nunca han utilizado o programado un robot.
¿Qué es la enseñanza basada 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 pulido de superficies con contornos complejos, en las que es esencial disponer de una trayectoria continua y uniforme que siga la forma. El software de guía manual está configurado para registrar automáticamente las posiciones durante el movimiento del robot, que luego reproduce con precisión la trayectoria completa. El operador solo tiene que mantener pulsado el botón de enseñanza y mover el robot a lo largo de la trayectoria. A medida que el robot se mueve, se generan posiciones a intervalos preestablecidos. Una vez completado el movimiento y soltado el botón, se genera la trayectoria en el programa. Si es necesario realizar un ajuste fino, cada posición se puede modificar individualmente para conseguir la trayectoria perfecta.
Más opciones de control mediante botones
Otra gran característica de la empuñadura de guía manual es un botón para controlar las herramientas. Cada vez que se pulsa el botón, se alterna el estado de la herramienta. Esto es especialmente útil en aplicaciones robóticas en las que el operador necesita mover una pieza de un lugar a otro. Existen programas disponibles para limitar la función de la pinza en los puntos de carga y descarga, con el fin de evitar que el operador suelte accidentalmente la pieza fuera de las zonas preestablecidas.
Algunas aplicaciones pueden requerir un movimiento más lento y preciso del robot en áreas críticas. Se incluye un botón que puede cambiar automáticamente el movimiento del robot bajo el control de la 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 a un movimiento lineal, sin permitir la rotación de la herramienta. Se incluye un botón para cambiar el tipo de movimiento de articulación rotacional a movimiento lineal únicamente.
En el modelo de guía manual con cable más grande, se incluye un botón adicional para programar aplicaciones que requieren el máximo control y flexibilidad del proceso, como operaciones de varias etapas o cuando las normas de seguridad locales exigen el manejo del robot con las dos manos. A menudo, este botón adicional se utiliza para indicar el final de la enseñanza de la aplicación con la guía manual y permite que el robot vuelva al modo autónomo individual una vez que se cumplen 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 su uso en cualquier momento.
Parte 3: Aplicaciones de guía manual
Ahora que sabemos qué es la operación colaborativa con guía manual y conocemos todas las funciones que ofrece el producto, ¿cómo lo utilizan las empresas? Como se mencionó en la parte 1 del artículo, a menudo es mejor separar las aplicaciones de guía manual según las tareas.
Ejemplo de aplicación 1: en esta aplicación, un operador utiliza un dispositivo de asistencia de elevación manual para cargar piezas en una estación de ensamble que alimenta al resto de la línea. El operador lleva el dispositivo de asistencia para elevación hasta el estante de piezas, recoge la pieza, la lleva hasta la estación de montaje y la coloca en un dispositivo de sujessión. Una vez que la pieza está en su sitio, el operador retira el dispositivo de asistencia para elevación para que no interfiera con el resto de la operación. En lugar de añadir automáticamente un robot de guía manual como sustituto directo del dispositivo de asistencia para elevación, examinemos las funciones de la aplicación por separado.
La parte 1 es una operación autónoma donde se requiere que el robot tome una pieza de un estante y la lleve al operador. La instalación de una cortina de luz entre el robot y el operador permitirá que el robot funcione de forma segura en modo automático cuando se configure correctamente según la evaluación de riesgos. Esto permite que el robot ayude al operador al encargarse de la parte repetitiva y pesada del proceso.
La parte 2 comienza una vez que el robot recoge la pieza y la lleva a la cortina de luz. En este punto, el operador atraviesa la cortina de luz, lo que pone al robot en una comprobación de velocidad cero con clasificación de seguridad. Una vez activado el interruptor de habilitación, el movimiento del robot queda bajo el control del operador, que lo guía hasta la zona de montaje, donde la pieza se carga en el dispositivo de fijación. Una vez liberada la pieza, el operador guía al robot de vuelta a través de la cortina de luz. Cuando se suelta el interruptor de habilitación, el robot vuelve al control de velocidad cero de seguridad hasta que se despeja la cortina de luz. A continuación, el robot puede reanudar el modo autónomo y volver al estante de piezas para tomar la siguiente pieza. El operador realiza la operación de montaje y luego envía la pieza por la línea a la siguiente estación. Al no tener que tomar las piezas manualmente del estante, el operador dispone de más tiempo para realizar otras tareas de valor añadido.
Ventajas 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 tareas adicionales dentro del tiempo asignado a la primera estación. Otra ventaja adicional es que, al final del turno, el operador estará menos cansado al no tener que desplazarse entre la primera estación y el estante de piezas en cada ciclo de piezas.
Ejemplo de aplicación 2: este ejemplo se refiere a una estación de inspección de soldaduras colaborativa ya existente. En este sistema de parada supervisada con clasificación de seguridad, el robot lleva un bastidor soldado a un espacio de trabajo compartido. Una vez que el robot se detiene, el inspector de soldaduras entra en el 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 vaya a la célula y mueva el robot, se utiliza el guiado manual. La palanca de guiado manual está fijada a la herramienta en una ubicación conveniente para que el inspector de soldaduras pueda acceder a ella.
Ventajas del sistema: el guiado manual permite mover fácilmente la pieza a la posición correcta para retocar la soldadura. Esto también permite al inspector ver varios lados de la pieza moviéndola manualmente con la palanca de guiado manual. Esta aplicación incorpora ahora dos tipos de operación colaborativa y es un gran ejemplo de cómo, en ocasiones, se pueden diseñar conjuntamente varios tipos de operación colaborativa para proporcionar la solución de fabricación ideal.
Ejemplo de aplicación 3: una buena aplicación inicial o de tipo "hágalo usted mismo" consiste en utilizar la guía manual para simplificar un proceso de visión en el que se cambian manualmente los estilos de las piezas o las bandejas. La configuración del sistema requiere primero que el operador coloque una bandeja de piezas sobre una mesa. El robot utiliza el sistema de visión para encontrar la bandeja y la primera pieza, y luego comienza el proceso.
A medida que cambian las bandejas de piezas, se debe ajustar la posición de visión del robot. El uso de la guía manual puede liberar al operador de tener que poner el robot en modo de enseñanza para realizar cambios en la función de ‘vision find’ en el teach pendant. Una vez que esta función está preprogramada, el operador puede realizar los cambios necesarios utilizando la herramienta de guía manual. El botón de proceso adicional de la herramienta de guía manual comunica que el operador ha movido el robot manualmente a una nueva posición de ‘vision find’. A continuación, el robot usa la nueva posición enseñada con la guía manual hasta el siguiente cambio de bandeja de piezas.
Ventajas del sistema: para los nuevos usuarios o los aficionados al "hágalo usted mismo", 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 con alta variedad y bajo volumen están experimentando una falta de soldadores capacitados y calificados. Añadir la guía manual a un robot de soldadura por arco permite a un operador con conocimientos básicos de soldadura enseñar fácilmente programas para soldar sus piezas de lotes pequeños. El operador utiliza la guía manual para mover la antorcha de soldadura de modo que el micro-alambre quede en la posición adecuada para la junta de soldadura. Los botones del hardware de guía manual proporcionan 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.
Ventajas del sistema: la guía manual del robot elimina la necesidad de que el soldador sea experto en el manejo y la programación del robot usando el teach pendant. Al permitir que el soldador programe el robot de forma rápida y sencilla, puede mantener la producción en marcha en múltiples estaciones con una gran variedad de piezas.
A medida que más fabricantes pequeños y medianos implementan robots para abordar una amplia variedad de aplicaciones y procesos, las herramientas y técnicas de guía manual seguirán ampliando su funcionalidad y volverán aún más fáciles de usar.
Para obtener más información, visite www.fanucamerica.com/irvision.
