Las pinzas son dispositivos de sujecin; esta es su principal funcin. Para obtener un determinado efecto, hay que disponer las pinzas de forma que puedan moverse en las tres dimensiones. Esto no es especialmente complicado,p. ej. en una aplicacin con un robot de 6 ejes, ya que el propio robot disponede la suficiente movilidad. En aplicaciones donde los costes sean crticos y no se exijan grandes velocidades, vale la pena considerar los ejes de manos, disponibles a menudo como mdulos flexibles que pueden reemplazar a unrobot. Esto genera soluciones que pueden instalarse rpidamente y a costesrazonables.

Dependiendo de la aplicacin, un eje de mano puede ser interesante para los siguientes movimientos. Rotacin > 360, giro parcial < 360, movimientos de fuerza (generalmente con carreras cortas) y movimientos de atornillado, particularmente para insercin de tornillos. Sin embargo, la aplicacin ms tpica es el giro parcial, por lo que los fabricantes de pinzas casi siempre ofrecenunidades compatibles con el giro. La Fig. 31 muestra un mdulo de dos ejesque puede girar entre 0 y 270 y permite una carrera lineal de empuje de hasta 100 mm. Las posiciones finales estn amortiguadas para un posicionadopreciso. Pero qu podemos hacer con esta capacidad de movimientos?

Consideremos primero el trmino grados de libertad. Una pieza puede tenerun mximo de 6 grados de libertad, expresados como 3 movimientos lineales enlas tres dimensiones de los ejes x, y, z, y 3 movimientos giratorios 1, 2, 3sobre los ejes x, y, z. A propsito, las mquinas manipuladoras pueden tenerms de 6 grados de libertad. Entonces se habla de grados de libertad mecnicao de libertad de movimientos.

Los movimientos de empuje (Fig. 32) se describen como sigue:

1 Vertical, arriba/abajo 2 Frontal, avance/retroceso3 Lateral, izquierdo/derecho

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3 Pinzas y ejes de manos

Fig. 31: Pinza de tres puntos combinada con una unidadlineal/giratoria

Grados de libertad demovimiento de la mano

3 Pinzas y ejes de manos

en donde los movimientos giratorios, siguiendo la terminologa de la aviacin[1], se designan como sigue:

1 Cabeceo, inclinacin2 Balanceo, torsin3 Guiada, giro.

El movimiento de los dedos de la pinza no se considera un grado de libertad, ya que este movimiento no influye en la trayectoria de la pinza.

Especialmente en aplicaciones de alimentacin en mquinas herramientas, sebusca que la mquina reanude el trabajo lo antes posible tras el cambio depieza. Tras el cambio, el manipulador generalmente tendr tiempo suficientepara dejar las piezas mecanizadas y tomar las nuevas del almacn. Para estetipo de aplicaciones se utiliza la doble pinza. La Fig. 33 muestra un diseocomn de doble pinza.

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Fig. 32: La mano humana puede ejecutar movimientos con 6 grados de libertad(segn Bejczy)

a) Biolgicosb) Tcnicos

Las pinzas dobles ahorran tiempo de proceso

Fig. 33: Doble pinza en forma de torreta

a) Pinza radial b) Pinza axial

3 Pinzas y ejes de manos

1

2

3 G

a) b)

1

2

3

a) b)

La torreta es accionada por un cilindro giratorio con posiciones finales amortiguadas y con ajuste fino en ambos extremos. Una caracterstica importante es la posibilidad de compensar el juego entre el pin y la cremallera, ya que de lo contrario podran producirse notables errores de posicionado del punto de pinzado. Las dobles pinzas de este tipo se utilizan amenudo con robots de prtico. El hecho que el pinzado se haga radialmente oaxialmente depende de la posicin del eje de la pieza en el almacn. Las piezaslargas y delgadas generalmente se alimentan horizontalmente con pinzado radial, mientras que el pinzado axial es el mtodo ms comn para piezas cortas y gruesas as como para piezas fundidas con o sin bridas. Las torretasdeben disearse para aceptar pinzas estndar.

Los sistemas de pinzado a menudo se adaptan para una determinada aplicacin.La pinza del dispositivo para manipular ejes mostrado en la Fig. 34 es un ejemplo de ello. En este caso, se han dispuesto dos pinzas estndar sobre unaplaca basculante cuyo movimiento lo ejecuta un cilindro neumtico. El cambiode pinza se hace rpidamente y con amortiguacin externa en los finales delrecorrido, en los que se utilizan tornillos de tope para ajustar el ngulo con precisin. Esta solucin se utiliza, por ejemplo, en robots de prtico para alimentar piezas a mquinas herramienta y a equipos de verificacin.

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Fig. 34: Doble pinza basculante

1 Brida de sujecin2 Tope amortiguador3 Tornillo de ajuste4 Pinza de dedos

paralelos5 Cilindro neumtico

3 Pinzas y ejes de manos

1

2

3

4

5

12

3

4

5

6

7 8

9

En aplicaciones de fabricacin en serie, los componentes neumticos handemostrado ser ideales para generar movimientos. Por ejemplo, puede utilizarseun actuador giratorio/lineal para crear un mdulo manipulador completo, como muestra la Fig. 35. En este caso, el punto de pinzado no est centradocon el vstago del actuador giratorio/lineal sino que se halla desplazado. Esto crea un rea de trabajo en forma de arco dentro del cual deben quedar lasposiciones a alcanzar. Esta es una solucin extremadamente sencilla para tareasnormales de insercin. Las piezas son posicionadas paso a paso por una mesade coordenadas (almacn) en un punto de toma fijo. Si se exigiera una velocidadextremadamente alta, la solucin sera disponer una segunda pinza opuesta a laprimera. Esto permitira tomar una pieza del almacn y al mismo tiempo insertarotra en el punto receptor de la pieza (funcionamiento en paralelo).

Tambin pueden montarse rpida y fcilmente mdulos manipuladores sencillosutilizando ventosas de aspiracin estndar y actuadores basculantes (Fig. 36).Un eje adicional de carrera corta convertira esta combinacin en un dispositivode tomar-y-dejar. Puede utilizarse un eje hueco con brida para hacer pasar lalnea de vaco. Este actuador puede funcionar a frecuencias de conmutacin dehasta 3 Hz.

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Ejes de manos utilizados para montarpequeas piezas

Fig. 35: Mdulo manipulador paramontaje de pequeas piezas

1 Cilindro giratorio2 Cilindro elevador3 Placa de adaptacin4 Pinza estndar5 Sistema de

transferencia6 Pieza para insertar7 Receptor de la pieza8 Dedo de la pinza

3 Pinzas y ejes de manos

A menudo es necesario girar o voltear piezas entre estaciones, por ejemplo,invirtiendo la posicin de las piezas al recibirlas en un proceso de montaje. Una solucin sencilla incorporada en la lnea se muestra en la Fig. 37. Una pinza estndar ejecuta un movimiento basculante de 180. En este caso losdedos estn dispuestos en forma de boca. La pieza se desliza hacia los topesque ofrece la boca abierta; una vez posicionada la pieza se cierra la pinza y se transfiere, voltendola, a la siguiente cinta transportadora.

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Fig. 36: Manipulador con ventosa y actuador basculante

Fig. 37: Volteo de piezas

1 Dedos de la pinza2 Pinza estndar3 Actuador basculante4 Pieza5 Cinta transportadora

3 Pinzas y ejes de manos

Para reducir tiempos de proceso, las mquinas con platos divisores a menudoestn provistas de dispositivos de sujecin dobles. Este tipo de mquinas seconocen como duplex, ya que producen dos piezas acabadas por cada ciclo detrabajo. Sera atractivo pensar en construir una pinza cudruple, capaz de retirardos piezas acabadas y al mismo tiempo alimentar dos piezas en bruto. Sinembargo, una pinza de este tipo sera muy voluminosa y difcil de usar, especialmente con piezas muy irregulares. Esta aplicacin puede resolverse utilizando una pinza triple de torreta. Esto se muestra en la Fig. 38. La pinzalibre G1 toma primero una pieza acabada del punto de sujecin S1. A continua-cin la pinza G2 inserta una pieza en bruto en el punto que queda libre. La misma pinza G2, ahora libre, toma la segunda pieza acabada del punto de sujecin S2. La segunda pieza en bruto es posicionada por la pinza G3 [2]. Si se utilizara una pinza simple, el robot debera ejecutar muchos movimientosen vaco, prolongando el ciclo de trabajo.

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Alimentacin de estaciones dobles

Fig. 38: Pinza triple instalada en una mquina especialcon estaciones dobles

G PinzasS Puntos de sujecin

3 Pinzas y ejes de manos

La Fig. 39 muestra una solucin particularmente simple para la alimentacin de chapas ferromagnticas. Una ventosa de aspiracin est montada directamente en el vstago hueco de un cilindro estndar. Las ventosas tomanuna pieza de chapa a travs de los rodillos de un transportador. La pieza dechapa queda sujeta a los rodillos magnticos del transportador de rodillossuperior y a continuacin es arrastrada hacia otro transportador de rodillos convencional. La pila de chapas es progresivamente levantada por un dispositivo elevador. Si el transportador de rodillos de salida se dispone con una cierta inclinacin, las chapas metlicas se desplazarn solamente por la gravedad. Pueden hallarse ms sugerencias sobre la manipulacin de piezas de chapa en [3,4].

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Alimentacin de chapas metlicas

Fig. 39: Extraccin de chapas ferromagnticas de una pila utilizando ventosas de aspiracin/mdulo elevador

1 Ventosa de aspiracin2 Cilindro estndar

con vstago hueco3 Bastidor4 Rodillos magnticos5 Transportador de rodillos6 Pila de chapas

metlicas7 Mesa elevadora

3 Pinzas y ejes de manos

1

2

3

4

56

7

Las excelentes propiedades de los componentes neumticos los han popularizado en sectores muy distintos de la pura ingeniera mecnica. Los mdulos neumticos estn siendo utilizados para movimientos de manipulacin en las ms diversas aplicaciones. El agitador de probetas mostrado en la Fig. 310 es un ejemplo procedente de la automatizacin de laboratorios.

Este agitador ha sido realizado utilizando un cilindro estndar, una unidad basculante con eje hueco y brida, una pinza estndar y un adaptador. Sera posible tambin realizar agitadores mltiples con varias pinzas o generar otrascombinaciones de movimientos. Lo importante es poder crear rpidamente un dispositivo de bajo coste, sin tener que desarrollar grandes trabajos preparatorios.

[1] Siegert, H.-J.; Bocionek, S.: Robotik: Programmierung intelligenter Roboter (Robtica: Programacin de Robots Inteligentes), publicado por Springer Verlag, Berlin, Heidelberg et alia. 1996

[2] Breuer, H.J.: Bestehende Fertigungsanlage fr Schwenklager mit zehn Industrierobotern automatisiert (Automatizacin de una lnea de produccin existente para rodamientos de rtula utilizando diez robots industriales), en la revista Werkstatt und Betrieb 123(1990)12, pp. 929932

[3] Hesse, S.: Blechteile automatisch handhaben (Manipulacin automtica de piezas de chapa metlica), en la revista Bnder, Bleche, Rohre 37(1996)4, pp. 2123

[4] Hesse, S.: Umformmaschinen (Mquinas de conformado), publicado por Vogel Buchverlag, Wrzburg 1995

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Agitador de probetas

Fig. 310: Agitador de probetas sencillo realizado a partir de componentes estndar

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