Los robots Delta alimentan la necesidad de velocidad

Al instalar varios robots delta seguidos, incluso los requisitos de tasa de producción más exigentes se pueden cumplir con una inversión mínima en espacio. Foto cortesía de Kuka Robotics Corp.

Las arañas son uno de los ensambladores más rápidos y eficientes de la naturaleza. Pregúntele a cualquiera que alguna vez haya encontrado una molesta red que bloquea un filtro, tubo, línea de ventilación o alguna otra arteria crítica.

Con sus brazos larguiruchos y sus movimientos extremadamente rápidos, los robots delta se parecen a las arañas. Cada brazo es impulsado por un motor montado en una base estacionaria sobre una gran envolvente de trabajo cilíndrica. Las articulaciones de los brazos trabajan juntas para impulsar un eje giratorio conectado a un efector final.

Con sus brazos larguiruchos y sus movimientos extremadamente rápidos, los robots delta se parecen a las arañas. Foto cortesía de ABB Robotics

Articulados en el medio, los brazos se doblan hacia adentro y se conectan con una pequeña placa de herramientas a la que se une el efector final. El movimiento coordinado de los antebrazos hacia arriba o hacia abajo empuja los codos hacia adentro o hacia afuera, lo que mueve la placa en los ejes X, Y y Z. A medida que el robot se mueve hacia arriba y hacia abajo y de lado a lado, la placa de herramientas permanece paralela a la superficie de trabajo.

Mecánicamente, los robots delta se construyen de manera muy diferente a otros tipos de configuraciones robóticas. Normalmente, la mayoría de los brazos robóticos se consideran de enlace en serie, lo que se refiere a tener cada articulación de eje conectada mecánicamente en serie.

Los deltas se consideran robots de enlace paralelo, donde los ejes principales están conectados mecánicamente en paralelo. Este diseño proporciona grandes ventajas de movimiento con velocidad explosiva, aceleración y alto ciclo de trabajo.

En los robots delta, todos los motores están en una ubicación estacionaria en el mecanismo. A diferencia de otros tipos de robots, el mecanismo no soporta el peso de los motores. Y los robots operan en un entorno de trabajo libre de obstáculos.

Eso, combinado con componentes fabricados con materiales livianos, como aluminio y compuestos de fibra de carbono, proporciona un sistema de muy baja inercia. Este tipo de diseño mecánico permite que los robots delta funcionen a altas velocidades.

Las máquinas fueron diseñadas originalmente para aplicaciones de baja carga útil, como el embalaje. Por eso son populares en la industria procesadora de alimentos, donde se utilizan para clasificar y envasar de todo, desde chocolates finos hasta palitos de pescado congelados. Las empresas cosméticas y farmacéuticas también han implementado muchos robots estilo delta en sus líneas de producción.

Además del embalaje, los fabricantes están descubriendo que los robots delta son ideales para algunas aplicaciones de ensamblaje, como dispensación de adhesivo, creación de kits, etiquetado, inserción de piezas, selección y colocación, pulido, atornillado y soldadura. Las máquinas se utilizan para producir en masa baterías, disyuntores, productos electrónicos, dispositivos médicos, bolígrafos, semiconductores, paneles solares y otros productos.

Los robots Delta ofrecen varias ventajas a los ensambladores. Son más rápidos que la mayoría de los robots de enlace serie y ocupan poco espacio. Además, no hay zonas muertas ni singularidades para maximizar la eficiencia del movimiento de una estación a otra con un movimiento recto.

Las operaciones de ensamblaje simples, como recoger, colocar, apilar y armar, se pueden lograr con un robot estilo delta. Debido a su velocidad, los robots delta son los más adecuados para operaciones de ensamblaje que utilizan transportadores para presentar piezas. Por eso normalmente se montan sobre un transportador o un dispositivo de alimentación de piezas.

El diseño exclusivo de los robots delta permite grandes ventajas de movimiento con velocidad explosiva, aceleración y alto ciclo de trabajo. Foto cortesía de Fanuc America Corp.

Los robots Delta se están implementando en tareas de ensamblaje de alta velocidad como un medio para colocar componentes con precisión y rapidez en un entorno de trabajo más amplio que la mayoría de los robots SCARA. El hecho de que los robots estén montados en lo alto, junto con el tamaño de los espacios de trabajo, permite una gran flexibilidad en el diseño de la celda de trabajo y la alimentación de componentes.

En aplicaciones de ensamblaje de piezas pequeñas, la alta velocidad y las restricciones de espacio son factores críticos. Los robots Delta son populares en las industrias de la electrónica, los semiconductores y los paneles solares para satisfacer las demandas de rendimiento. Al instalar varios robots delta seguidos, incluso los requisitos de tasa de producción más exigentes se pueden cumplir con una inversión mínima en espacio.

"Los robots Delta se utilizan normalmente en aplicaciones de recolección y embalaje de alta velocidad en las industrias de bienes de consumo, médica y alimentaria", dice Jessica Juhasz, gerente de ingeniería de aplicaciones en el segmento de industria general de Fanuc America Corp. "Hay un gran enfoque y crecimiento de la automatización en la industria alimentaria, especialmente en la fabricación de alimentos primarios e incluso en restaurantes minoristas”.

La línea de robots delta de Fanuc abarca desde el pequeño M-1iA hasta máquinas más grandes, como el M-2iA y el M-3iA. Presentan capacidades de carga útil de 0,5 a 12 kilogramos.

Según Juhasz, la familia M-1iA de robots inteligentes “genkotsu” son robots ligeros y compactos de enlace paralelo para aplicaciones de manipulación de piezas pequeñas, selección, embalaje y kit de alta velocidad. El robot es fácil de aprender y fácil de integrar en líneas de montaje.

La familia incluye el modelo de seis ejes M-1iA/0.5A; los modelos de cuatro ejes M-1i A/0.5S y M-1iA/0.5SL; y el modelo de tres ejes M-1iA/1H. La estructura única de enlaces paralelos proporciona mayores velocidades y precisión en comparación con los robots de manipulación tradicionales. Los robots funcionan con las últimas funciones inteligentes integradas de Fanuc, como iRVision, detección de fuerza y ​​Robot Link.

"Si bien los robots delta se utilizan en algunas aplicaciones de ensamblaje, los recientes avances en la tecnología delta se han orientado principalmente a las industrias de alimentos y bebidas, logística, farmacéutica y de bienes de consumo", añade John Bubnikovich, presidente de la división de robótica de ABB en Estados Unidos.

“Las recientes innovaciones delta que los fabricantes de robots OEM han proporcionado a esas industrias incluyen mayor velocidad, alcance y carga útil, así como sistemas de visión habilitados por IA, que brindan a los usuarios finales la capacidad de reconocer y manejar una mayor variedad de productos de una manera más rápida. manera ágil y flexible”, explica Bubnikovich.

La introducción más importante del robot delta de ABB es el IRB 390 FlexPacker. Está disponible como máquina variante de cuatro y cinco ejes. El robot es un 35 por ciento más rápido que el IRB 360-8/1130 FlexPicker (la serie de robots delta de larga data de ABB), con un aumento del 45 por ciento en el volumen alcanzable y una carga útil de hasta 15 kilogramos.

"Diseñado para clientes de las industrias de alimentos y bebidas, logística, farmacéutica y de bienes de consumo envasados, el IRB 390 es ideal para envases secundarios y aplicaciones de mayor carga útil", afirma Bubnikovich. "Tiene lubricantes de calidad alimentaria NSF H1 y está fabricado con material que cumple con la FDA, adecuado para su uso en entornos higiénicos".

Los robots Delta son más rápidos que la mayoría de los robots de enlace serie y ocupan poco espacio. Foto cortesía de ABB Robotics

Cuando se trata de velocidad, es difícil vencer a los robots delta, que son más de un 30 por ciento más rápidos que los robots SCARA. Las máquinas pueden recoger, colocar y orientar piezas desde un transportador de entrada a un transportador de salida a más de 180 piezas por minuto o tres partes por segundo.

Los robots Delta están diseñados para la velocidad. Utilizan un conjunto de motor de alta velocidad que impulsa brazos livianos de fibra de carbono con un alto grado de repetibilidad. Sin embargo, lo que ganan en velocidad lo pierden en la capacidad de colocar objetos profundamente dentro de otros objetos. La capacidad de carga útil también es limitada.

Las herramientas de extremo de brazo desempeñan un papel fundamental para lograr velocidades rápidas. Los robots Delta requieren herramientas muy livianas con actuación rápida, debido a su pequeña capacidad de carga útil y velocidades de ciclo rápidas. Las herramientas de vacío simples con ventosas son el tipo más popular de efector final.

Las pinzas mecánicas también se utilizan para algunas aplicaciones, pero añaden masa e inercia al sistema, lo que ralentiza el robot.

A pesar de todas las ventajas de velocidad y rendimiento, existen algunos inconvenientes potenciales para los robots delta. Por ejemplo, el área móvil y la capacidad de carga útil son algunas cosas a las que los ingenieros deben prestar atención.

Los robots Delta deben montarse en un marco elevado. Para expandirse a un área de trabajo más amplia, los ingenieros deben preparar un marco más alto para instalar el robot. Además, puede resultar difícil ampliar la capacidad de carga útil debido a la limitación de la estructura.

"Los robots Delta están diseñados específicamente para optimizar la velocidad con menores capacidades de carga útil", dice Joe Campbell, un veterano de la industria de la robótica que recientemente se jubiló como gerente senior de marketing estratégico y desarrollo de aplicaciones en Universal Robots. Lo malo de ellos es que las estructuras de montaje son caras.

"Debido a que se mueven tan rápido, es necesario tener un soporte rígido y estable", advierte Campbell. "No se puede simplemente golpearlo sobre una mesa o estación de trabajo".

Según Campbell, con un robot delta tampoco se tiene la misma precisión que con un SCARA o un robot de seis ejes. Por lo general, son más adecuados para aplicaciones que requieren un alto rendimiento, pero no una alta precisión”.

Pero aún es posible obtener una precisión de selección y colocación submilimétrica con un robot delta. Depende de lo que estés tratando de lograr. Si busca una precisión submicrónica y puede sacrificar algo de velocidad, probablemente sería mejor un robot cartesiano o SCARA. Para aprovechar los beneficios de rendimiento de un robot delta, una aplicación debe requerir más de 60 ciclos de recogida y colocación por minuto.

Como cualquier otro robot, siempre existe un equilibrio entre carga útil y velocidad. La mayoría de los robots delta tienen cargas útiles en el rango de 1 a 3 kilogramos. Esto limita los tipos de aplicaciones de manipulación en las que se pueden colocar los robots y los diseños de herramientas que el robot puede llevar.

Aunque los robots de estilo delta se están volviendo más populares, algunos ingenieros no entienden bien las máquinas.

Una percepción errónea común es que los robots delta son el brazo más adecuado para todas las aplicaciones de recogida y colocación. Sin embargo, los robots delta son generalmente más caros que los brazos de enlace en serie tradicionales y se limitan a aplicaciones de carga útil pequeña.

En algunos casos, donde el rendimiento no exige la velocidad súper alta de un robot delta, instalar dos pequeños brazos de enlace en serie puede ser una solución más rentable”.

La integración de sistemas de visión en una línea de embalaje o montaje es fundamental, por lo que es importante que el robot delta, el controlador del sistema, el software de configuración y el sistema de visión funcionen sin problemas entre sí.

Normalmente, con un robot delta, hay piezas que entran y salen en transportadores. Cuando tienes un montón de piezas que se mueven a altas velocidades, es un entorno más complejo que con la mayoría de las aplicaciones de robots de seis ejes, donde las piezas suelen estar estacionarias. Los robots Delta también suelen requerir un esquema de control más sofisticado.

A pesar de esas limitaciones, los proveedores de robots continúan desarrollando nuevos tipos de robots delta para aplicaciones donde la velocidad de línea y la adaptabilidad son esenciales.

Un producto presentado recientemente es el IRB 365 FlexPicker de ABB. La máquina de cinco ejes tiene una capacidad de carga útil de 1,5 kilogramos, lo que la hace flexible y está diseñada para reorientar productos livianos empaquetados. Fue desarrollado en respuesta al aumento del comercio electrónico y la creciente demanda de productos empaquetados listos para usar.

"El IRB 365 puede recoger, reorientar y colocar productos de 1 kilogramo a 120 selecciones por minuto", afirma Roy Fraser, director global de productos de ABB Robotics. “Nuestros clientes vieron que el crecimiento de las compras en línea estaba impulsando la demanda de productos envasados ​​listos para comercializar, por lo que desarrollamos un nuevo robot delta que estaría a la altura del desafío.

"Al manejar más productos por minuto, el robot IRB 365 aumenta la productividad, al tiempo que ahorra tiempo y energía para hacer la producción más eficiente", afirma Fraser. “La [máquina] es capaz de realizar muchas tareas, como reorientación de productos, carga superior y embalaje secundario, manipulación de botellas, clasificación y selección en 3D. Está impulsado por el controlador Omnicore C30, que es el controlador de robot delta más pequeño del mercado”.

Este robot delta controlado por fuerza está diseñado para aplicaciones que requieren movimiento preciso y control de fuerza, como atornillar y pulir. Foto cortesía de Flexiv

A principios de este año, Flexiv presentó un robot delta controlado por fuerza llamado Moonlight. Está diseñado para aplicaciones que requieren movimiento preciso y control de fuerza, como atornillado, pulido y carga ultraprecisa.

Al incorporar tecnología de control de fuerza, el robot paralelo adaptativo puede medir con precisión la fuerza hasta 0,1 newton, por lo que se pueden manipular incluso objetos delicados. Esto hace posibles tareas como pulir y lijar superficies irregulares, al mismo tiempo que se garantiza la calidad del resultado y se elimina prácticamente el daño a la pieza de trabajo.

Repetible y precisa, Moonlight se puede instalar en cualquier ángulo. El software de inteligencia artificial permite al robot manejar aplicaciones que exigen flexibilidad, confiabilidad y adaptabilidad.

"Moonlight es una combinación de nuestra galardonada serie de robots Rizon y el diseño de robot paralelo probado en la industria", dice Hao Jiang, director de desarrollo de productos de Flexiv. “Vimos que en algunas aplicaciones específicas, los clientes necesitaban un robot potente y rentable que combinara un control de fuerza altamente preciso con adaptabilidad, así que eso es lo que construimos.

"Con su mayor velocidad y precisión, Moonlight aumenta la eficiencia de la producción manteniendo al mismo tiempo una capacidad polivalente", añade Jiang.

El KR3 D1200 de Kuka Robotics Corp. está diseñado para aplicaciones alimentarias, médicas y electrónicas. Está fabricado con piezas de fibra de carbono que permiten que el robot delta sea mucho más ligero y rápido que las máquinas de acero inoxidable. Con cargas de 1 kilogramo, el tiempo del ciclo es inferior a 0,32 segundos.

El robot tiene un alcance de 1.200 milímetros y un rango de trabajo vertical de 350 milímetros. Presenta una repetibilidad de posición de ±0,1 milímetros y una repetibilidad angular de ±0,2 grados. Un tamaño reducido con un diámetro de 350 milímetros hace que el montaje en el techo ahorre espacio y sea eficiente.