el robot aplicado a la manufactura

7/26/2019 El Robot Aplicado a La Manufactura

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5. El robot aplicado a la manufactura

5.1 El robot en el manejo de materiales.

Durante dcadas, los robots han sido algo comn en las plantas de fabricacin de todo el

mundo. Desde las aplicaciones de montaje y produccin de abastecimiento, soldadura,

fabricacin y pintura hasta tareas del fin de lnea del flujo descendente, como embalaje y

paletizacin de cajas, los robots son soluciones de productividad comprobadas y confiables

en la fabricacin. Las aplicaciones que realizan comparten un hilo comn de precisin y

repeticin: la gracia de las aplicaciones robticas histricas. Cualquier proceso que

requiera la misma tarea completada de manera repetida, particularmente si es un trabajo

sucio, aburrido o peligroso, es un candidato principal para una aplicacin robtica.

Sin embargo, a medida que evolucionan la capacidad de movilidad, la gu a visual y el

software de control de la robtica, tambin lo hace la capacidad de los robots para

funcionar en entornos ms dinmicos y desestructurados funciones que estn ms

alineadas con tareas que se realizan manualmente en los centros de surtido y distribucin

actuales. Esta nueva frontera precisarsoluciones robticas que sean capaces de realizar

tareas impredecibles, inexactas y no siempre repetitivas, y que requieran un mayor grado

de conciencia espacial y del objeto a travs del uso de algoritmos de control adaptables en

tiempo real. Este informe compararlas soluciones de manejo de materiales tradicionales

con sus contrapartes robticas dentro del centro de surtido de pedidos y distribucin, y

adnde podran dirigirse estas soluciones en el futuro.

Figura 1. Robot Industrial encargado de empaque y embalaje de vino

Robots, automatizacin y la impulsin hacia una cadena de suministros ms inteligente


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Los altos costos y el contacto de mltiples empleados relacionados con la recepcin, el

envo del producto y el surtido de pedidos en los centros de surtido y distribucin actuales

son objetivos potenciales para la automatizacin robtica. Estas funciones incluyen:

recepcin; almacenamiento y reaprovisionamiento; surtido de pedidos; desempaque; y

envo. Veamos con mayor detenimiento cmo algunas de estas operaciones se hanmanejado tradicionalmente y, luego, revisemos las soluciones robticas potenciales que

podran asistir en el flujo de trabajo.

Figura 2. Tabla de aplicacin de la robotica en distintos procesos de produccion


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El robot como nico elemento de transporte de la pieza entre mquinas

Se considera para cadencias relativamente bajas, 15 a 60 piezas/hora.

Al aparecer los primeros robots UNIMATE polares, bastante voluminosos, fuertes, pero

lentos, se generalizaron un tipo de clulas de trabajo en que se dispon

an las m

quinas

formando un arco de circunferencia, con el robot en su centro.

El robot se encargaba del paso directo de la pieza de una mquina a otra, no slo

transportndola sino cargndola y descargndola en cada mquina.

Este mtodo slo es apto para cadencias bajas, ya que un solo robot efecta toda la

manutencin, y adems las interrupciones afectan a todas las mquinas de la clula, por

lo que su uso ha quedado relegado en general para la produccin de productos fabricados

en series cortas y medianas, y para piezas medianas y grandes; (stas tienen el tiempo

mquina ms largo, lo que da tiempo al robot para efectuar los pasos de piezas de

mquina a mquina).

Transporte en lneas de cadencias relativamente altas

En lneas con ritmos de 250 a 450 piezas/hora.

En este caso hay que ayudar a los robots con otros mecanismos. La llegada de piezas en

bruto, tornillera, remaches, arandelas, etc. acostumbra a ser desordenada, lo que nos

obliga al empleo de mecanismos ordenadores si queremos que la carga sea automtica.

Los mecanismos ms empleados hoy se representan en la tabla siguiente.

-Cubas vibratorias

-Cubas giratorias

-Cintas sin fin con alojamientos inclinados

-Rampas con cangilones

-Depsitos con un elemento oscilante

Oscila el elemento recolector

Oscila el depsito

-Robots con visin

Dos dimensiones

Tres dimensiones


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Cuando la carga automtica presenta serias dificultades, o el mecanismo resulta

demasiado caro, se recurre a la carga semi-automtica con operario, mediante

"cargadores" o "cadenas cargadoras", cuyo ciclo de carga sea ms corto que el de

produccin, lo que permite al operario cargar varias mquinas o dedicarse parcialmente a

otras tareas.

A partir de la primera mquina lo mejor es no perder el orden en la posicin de las piezas

ya que ello puede ahorrarnos mucho dinero.

La forma de la pieza influye en la dificultad de su manutencin, as las piezas de

revolucin sern las ms fcilmente manipulables. Ello explica que los aros, rodillos y

bolas de los cojinetes (rodamientos) tuvieron el proceso totalmente automatizado antes de

aparecer los robots. Bastaba proveer para el paso de mquina a mquina, pequeos

mecanismos como ascensores, rampas y pequeos manipuladores del ms bajo nivel, para

efectuar la carga y la descarga de la mquina.

Pero cuando la pieza es irregular, se pierde fcilmente el orden, lo que con una persona

en la mquina siguiente no representaba ningn problema. Cuando instalamos un robot,

se convierten en no aptos" unos medios de transporte que ven amos utilizando con xito

desde hace varias dcadas.

Pulmones entre mquinas

Cuando el ritmo de produccin de las mquinas de una misma cadena es muy distinto, o

cuando hay muchas interrupciones, ya sea por cambios de programa o por incidentes, nos

vemos obligados al uso de pulmones entre mquinas con una regular capacidad de

acumulacin de piezas. He aqutres ejemplos:

En hlice

-sin palet (piezas de revolucin).

-con palet (piezas irregulares)

Hay que evitar golpes entre piezas, a veces mediante frenos.

En espiral

En general usado para piezas de revolucin o piezas muy regulares. Las piezas no se

golpean peligrosamente entre s, slo se mantiene un ligero contacto.

Pater-nosters

Este sistema puede acumular gran cantidad de piezas. Es muy apto para piezas

simtricas y presenta dificultades cuando se trata de piezas irregulares.


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El transporte en el montaje

Lo dicho para el transporte entre mquinas-herramientas es tambin vlido para las

lneas de montaje. La antigua cadena Ford, de movimiento uniforme, resulta hoy en da

poco apta.

Resulta mucho ms cmodo el trabajo a pieza parada, cuando proliferan las operaciones

automticas. La habilidad del hombre se pone de manifiesto una vez ms por su

capacidad para trabajar en cadenas en movimiento.

No es que no se haya intentado la automatizacin con las cadenas o los conveyors areos

en marcha continua, pero si bien conocemos algunas aplicaciones que trabajan con xito,

tambin hemos visto convertir en chatarra varias instalaciones de este tipo, en las que se

haba invertido generosamente.

Se intuye con facilidad donde reside el problema: cada mquina debe poseer un

movimiento de traslacin paralelo al de la cadena, que debe sincronizarse con el

movimiento de la misma, con el agravante de que en general las cadenas poseen un

variador de velocidad. Una vez terminada la operacin, el mecanismo debe retroceder

hasta la posicin de la prxima pieza. La solucin es tomar el movimiento de la cadena

misma, pero todava hay que conectar y desconectar en el momento oportuno.

Para los robots, esta operacin resulta algo ms fcil, si es posible mantener constante la

velocidad de la cadena. En algunos casos se aplica todav a este sistema, por ejemplo en

cadenas de pintura para automviles; pero se evita en las de soldadura por puntos de los

mismos (ya que los errores de sincronizacin tendran peores efectos en el segundo caso).

El montaje a pieza parada posee otra ventaja decisiva: podemos localizar la pieza con

gran precisin. Por ello utilizamos dos mtodos fundamentales:

Conjuntos perfectamente localizables en un palet de precisin.

Grandes conjuntos difcilmente orientables con precisin respecto al palet o

elemento de transporte.

En los primeros proveemos al palet de un enclavamiento de precisin. En cada mquina

enclavamos el palet por estas referencias. La mquina acta sin problemas ya que las

desviaciones son del orden de centsimas.

En los segundos proveemos a la pieza con unas seales fcilmente reconocibles. Por

medios pticos reconocemos estas seales y ordenamos a los robots o mquinas, la mini-

correccin de la orientacin, para acoplarse al pequeo desvo respecto a la posicin

prevista; (se emplea este mtodo en soldadura de carroceras de automviles y en


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calderera).

Figura 3. Linea de produccion actual de Ford

5.2 El robot en las operaciones, el ensamble y la inspeccin

Operaciones

Son tres las principales operaciones que pueden llevarse a cabo prensando: corte,conformacin y ensamble. Las primeras dos estn confinadas a producir componentes a

partir de metal laminado, mientras que la tercera abarca una gran variedad de

componentes. Una operacin de prensado requiere la aplicacin de una fuerza de

compresin, por lo general en sentido vertical, por medios mecnicos o hidrulicos. El

papel del robot en las operaciones con prensas es en esencia el de cargador y descargador.

Primero se resumen las operaciones de prensado en que resulta aplicable el uso de un

robot. Las operaciones de recorte y perforacin se distinguen entre spor el hecho de que

un recorte consiste en cortar el perfil de una parte y la perforacin implica cortar orificios

en una parte. Un punzn se fuerza contra la placa metlica, con lo que se realiza un corte

de acuerdo con la forma de un dado estacionario. La placa de liberacin separa la placa

del punzn en el golpe de retroceso. Debe considerarse tambin el proceso de

conformacin. El doblado produce uno o ms dobleces sobre un mismo eje a todo lo largo

de la placa; el ajuste de la herramienta se hace por lo general a unos cuantos grados

adicionales con respecto al ngulo deseado con el fin de tomar en cuenta la ligera


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recuperacin elstica al liberar la parte. Si se sujeta la placa por medio de tenazas, puede

utilizarse una prensa para alargar la forma del material y, en caso de ser necesaria una

deformacin adicional, puede recurrirse al proceso de estirado profundo. Diversas

operaciones de ensamble resultan adecuadas para su ejecucin por medio de prensas; un

ejemplo caracterstico es el ensamble de una rueda automotriz por medio de una maza ypernos, en donde los pernos se fuerzan en la maza por medio de una prensa.

Es posible atender herramientas de prensado utilizando solamente tres grados de

libertad. Lo anterior requiere que el robot se coloque en la posicin adecuada con respecto

al dado ya la placa a ser sujetada con una orientacin correcta de la herramienta (el eje

de rotacin debe ser normal a la placa). Ocasionalmente se encuentran tenazas mecnicas

en este tipo de aplicacin, pero en los trabajos de prensado es mucho ms comn el uso de

tenazas de vaco o magnticas.

Las mquinas de prensado que se atienden en forma manual requieren interacciones de

seguridad muy completas. El pistn no debe comenzar su desplazamiento sino hasta que

se opriman los dos interruptores de un dispositivo de seguridad manejado a dos manos y

hasta que la pantalla protectora haya bajado por completo. Si la celda del robot est

protegida en forma adecuada es posible eliminar algunas de las precauciones inherentes

a la operacin de una prensa; aun as, se requiere una interaccin adecuada para

asegurar que no se inicie la operacin de prensado hasta que las tenazas hayan librado la

mquina y que el robot no se acerque a la mquina sino hasta que el pistn se haya

retrado completamente. Se requieren sensores en las tenazas para comprobar que tanto

los productos como el material de desperdicio se han retirado por completo del dado.

Las partes producidas por medio de prensas con frecuencia requieren ms de una

operacin, por lo que es comn que una prensa flexible dcabida a ms de un dado para

realizar operaciones sucesivas en cada parte. La tendencia actual es hacia mquinas

flexibles que ofrecen un sistema por completo automatizado que maneja varias

operaciones, adems de la habilidad para cambiar a lotes de productos diferentes sin

necesidad de cambiar los dados en forma manual. Una mquina de este tipo incorpora un

robot que acepta piezas de un alimentador automtico que se eleva para mantener el

nivel mximo de alimentacin posible y carga y descarga cuatro dados en la prensa

(Mizutame y colaboradores, 1984). Los dados pueden escogerse en forma automtica de

un grupo de 16 diferentes; se incorporan adems bandas transportadoras para la

recoleccin automtica de productos y desperdicios.

Algunos problemas especiales se presentan durante el desempeo de operaciones de


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doblado. El doblado se lleva a cabo por medio de una prensa de pie y, como es posible que

en el proceso estn involucradas grandes lminas del metal, es importante asegurar que

el robot pueda cargar y decargar la prensa de pie y sin sufrir una colisin.

Figura 4. Robot ensamblador de automoviles Honda

Ensamble

Aun cuando no se trata de la aplicacin ms comn de los robots, las operaciones de

ensamble, dada su elevada utilizacin de mano de obra, son la aplicacin con mayor

potencial de desarrollo. El ensamble manual se clasifica con frecuencia como una

operacin "no calificada", pero en lo que respecta al empleo de robots, es una operacin

complicada ya que requiere retroalimentacin generada por sensores. Los robots de la

primera generacin no tuvieron mucho impacto sobre la automatizacin de las

operaciones de ensamble, pero las mquinas ms recientes, con su gran precisin y mejor

acondicionadas para procesar datos generados por sensores, estn remediando esta

situacin.

El principio del grado de cedencia se ha extendido en el brazo de robot para ensamble

con grado de cedencia selectivo (Selective Compliance Robot Arm, SCARA) (Makino y

Furuya, 1982), que es una configuracin en particular adecuada para el manipulador de

un robot para ensamble. En su forma original el SCARA contaba con cuatro motores: la

posicin de las articulaciones del hombro y del codo defin an las Coordenadas de la

mueca en el plano horizontal y dos motores en la mueca controlaban la orientaci6n y la

elevacin del efector final. Al contar con cuatro grados de libertad, la mquina estaba

restringida a operaciones de ensamblaje sobre una mesa con desplazamientos verticales y


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horizontales. Una caracterstica exclusiva de la configuracin SCARA es que el grado de

cedencia puede controlarse -grado de cedencia selectivo. Como los brazos del manipulador

son relativamente rgidos, el grado de cedencia derivado en las articulaciones puede

controlarse al alterar los parmetros del sistema para control de las coordenadas de la

mquina. La configuracin SCARA permite una rotacin continua de la mueca, lo quehace que resulte adecuada para tareas de perforacin e insercin de tornillos sin

necesidad de motores adicionales.

Figura 5. Prototipo de un robot SCARA

Las mquinas pueden agruparse sobre una banda transportadora; las piezas de trabajo

por lo general se montan en plataformas estndar que se sujetan para lograr una

ubicacin precisa en cada estacin de ensamble. Algunas de las aplicaciones citadas paraeste robot (Ruder, 1982), por ejemplo, conectores electrnicos, cubiertas de motores,

vlvulas de inyeccin, caracterizan muchas tareas de ensamble donde las partes por

ensamblar consisten en partes o subensambles de gran tamao que llegan en una

plataforma proveniente de operaciones previas, y pequeas partes para fijacin de los

componentes, por ejemplo, tornillos o rondanas. Con frecuencia se ha encontrado que

resulta prctico suministrar a la estacin de trabajo las partes y subensambles de gran


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tamao en plataformas. Las partes pequeas como tornillos pueden manejarse en forma

ms adecuada por medio de alimentadores de cubo y depsitos. La deteccin es una

caracterstica esencial para lograr un ensamblaje adecuado; un ejemplo es en la operacin

de insertar un tornillo, en la cual el robot debe ser capaz de detectar que el tornillo se ha

sujetado de manera adecuada, que algn desarmador neumtico se ha atorado, que hayaalguna cuerda macho o hembra barrida, etc. Estas operaciones de deteccin se dan por

hechas en un sistema manual, pero en un sistema automtico requieren sensores e

instrucciones apropiadas para el equipo y los programas.

Inspeccin

Existen muchas aplicaciones, como el ensamble, la soldadura por arco y la fundicin por

inyeccin a presin en donde la inspeccin es una parte necesaria e integral del proceso,

que debe llevarse a cabo durante el ciclo de operacin. Esta seccin se ocupa de sistemas

automticos de inspeccin en donde los componentes esenciales son un robot, un sistema

sensor automtico y un medio de comunicacin entre los dos. Los robots y los sensores

deben instalarse juntos cuando es necesario transportar el sensor hasta la parte, o la

parte hasta el sensor. Se ha visto ya una aplicacin de este ltimo caso en el ejemplo

anterior de inyeccin. Al igual que el ensamble, la inspeccin abarca varios procesos y

puede ilustrarse en forma ms adecuada mediante el estudio de algunos ejemplos

especficos. Se ha empleado con xito un robot para transportar un sensor ultrasnico que

sc usa en la inspeccin de partes de fibra de carbono compuesta fabricadas en la industria

aeroespacial (Campbel y colaboradores, 1984 ). Este material estconstruido a partir de

varias capas de material tejido con fibras de carbono que estn unidas con una matriz de

resina. Despus de curado el material no debern existir Cisuras o burbujas de gas en la

matriz, ni tampoco ninguna separacin entre capas posteriores, conocida como

delaminacin. El mtodo de prueba no destructivo para probar estas fallas consiste en

transmitir una seal ultrasnica a travs del material; se identifica la presencia de

fisuras o delaminaciones a partir del patrn de la seal atenuada recogida por un

receptor en el otro lado del material.

La inspeccin de una parte compuesta requiere un barrido regular, por lo general en

forma de rejilla; en el caso de partes relativamente planas, esto puede lograrse con

facilidad con mquinas de tres ejes construidas con esta finalidad especfica. Como es

necesario mantener la cabeza de barrido normal a la superficie de la parte, se requieren

cuando menos cinco grados de libertad cuando se trabajan partes curveadas, por lo que en

este sistema se utiliza un robot para transportar la cabeza de barrido. Una configuracin


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de calibrador para la montura de la cabeza permite el acceso a componentes profundos.

La capacidad de los robots de primera generacin con frecuencia puede mejorarse en gran

medida si estos se conectan a una microcomputadora (Harris e Irvine, 1984); este ejemplo

sirve para ilustrar el punto. No es necesario programar la ruta del robot por medio de la

enseanza, dado que se cuenta con informacin sobre el diseo de la parte en una base dedatos de diseo asistido por computadora (CAD). La microcomputadora lleva a cabo dos

funciones: recopila informacin de diseo del sistema de diseo asistido por computadora

y la transforma en datos de coordenadas adecuados para su transmisin al robot y,

adems, interpreta la informacin del sistema ultrasnico para desplegar una

representacin bidimensional de la parte. La sincronizacin del sistema depende de las

seales que el robot le enva a la computadora al inicio del barrido de cada lnea para

comenzar un muestreo de la seal del scnsor. La computadora realiza el muestreo a una

velocidad calculada para monitorear puntos a intervalos de 3 mm.

Figura 6. Robot Hitachi desarrollado para la inspeccion de lagos y piscinas nucleares

Bibliografia

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Piedrafita Moreno Ramn, Ingeniera de la automatizacin industrial, Mxico, Editorial

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Rentara, Arantxa, Robtica Industrial: Fundamentos y Aplicaciones, Mxico, Editorial

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el robot aplicado a la manufactura

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