Robots colaborativos que brindan flexibilidad al taller

En la década de 1990, Task Force Tips, un fabricante de equipos de extinción de incendios, comenzó a integrar robots con sus máquinas-herramienta. Sin embargo, estos robots estaban dedicados a trabajar sólo en una máquina y no podían ser reasignados a otras tareas.

Necesitando más flexibilidad en la planta, la compañía instaló cuatro robots colaborativos de Universal Robots USA Inc. (East Setauket, Nueva York). Estos robots no sólo se pagan por sí mismos en sólo 34 días, sino que también mejoraron la calidad del producto.

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El CEO de la empresa, Stewart McMillan, todavía recuerda a su padre mirándolo y preguntándole, “¿Estás seguro de esto?”, cuando la empresa familiar ubicada en Valparaíso, Indiana, compró su primera máquina CNC hace 40 años. “Fue un gran paso, pero darle a la gente las herramientas adecuadas para hacer su trabajo es esencial para ser productivo.

Esa línea de pensamiento le ayudó a reconocer que los robots del taller tenían capacidades limitadas debido a su dedicación a una sola máquina. “Entonces, lo que pasa es que la máquina se desgasta primero, y ahora tienes un robot de 100,000 dólares con el que no puedes hacer nada”, explica McMillan.

Después de escuchar sobre los robots colaborativos que podían ser utilizados de una manera mucho más flexible, la compañía decidió explorar la tecnología mediante la obtención de una demo de Universal Robots en el taller. Según el supervisor de producción Cory Mack, sus colegas estaban ensayando programas y haciendo que funcionara a los pocos minutos de su llegada.

“El Robot Universal no intimida y es tan simple que nuestros programadores ya estaban con la mentalidad de ‘no necesito ninguna guía, puedo hacer esto por mi cuenta’. Era casi como un videojuego de PlayStation, donde podían tomar el controlador y averiguarlo sin leer las reglas del juego”, comenta.

Esto llevó a Task Force Tips a instalar un robot UR10 y dos robots UR5 para atender máquinas CNC. Otro UR5 se montó en una mesa sobre ruedas que se mueve entre las tareas del taller.

Los robots UR pueden trabajar en colaboración con los empleados debido a una característica de seguridad incorporada que les hace parar de funcionar automáticamente cuando encuentran obstáculos en su ruta, un escenario que McMillan llama “un cambio de paradigma fundamental”. E

l principal impedimento para usar robots era la seguridad necesaria alrededor de la máquina, dice él. Con los robots UR, toda la vigilancia es innecesaria. Los empleados pueden rodar la mesa con el robot hasta una máquina y enseñarle a cargar las piezas en cuestión de minutos.

Esto es especialmente útil para el diseño de celdas de producción en Task Force Tips, donde los operarios operan varias máquinas simultáneamente durante todo el día.

Desde la adquisición de los robots, las necesidades de personal han disminuido de siete a tres operarios, ya que sólo tarda una hora por turno operar el robot, que incluye la colocación de piezas y la puesta en escena del robot, dice Mack. Esto se traduce en 21 horas de tiempo de ejecución sin asistencia para el robot.

En sólo 34 días, se paga por sí mismo, dice. Como beneficio adicional, el robot ahorra siete horas cada turno para que un operario de la máquina haga algo más productivo. Ninguna solución de automatización ha dado lugar a despidos, sólo producción optimizada.

En la aplicación, los dos robots UR5 trabajando en tándem han ayudado a optimizar la producción de acoples de mangueras en una celda de dos máquinas. Cuando las piezas en bruto llegan a una banda transportadora de alimentación, el primer robot usa la guía por visión para identificar y recoger las piezas antes de insertarlos en la primera fresadora.

El robot saca entonces una pieza semielaborada y la entrega a la otra UR5. El segundo robot inserta esa pieza en la segunda máquina CNC, extrae la pieza completamente mecanizada y la coloca en la banda transportadora de salida. A partir de ahí, un operario coloca las piezas en bastidores de anodización, completando el ciclo.

El proceso parece muy impresionante, pero es engañosamente fácil de hacer, dice el especialista en automatización Adam Hessling. Con experiencia en programación CNC y ninguna experiencia específica de programación robótica, él podía utilizar el website de ayuda de Universal Robots para unir la celda de mecanizado de dos robots que produce acoples para mangueras. No se necesitó ayuda externa. “Si entiendes la lógica básica, puedes hacer una cantidad increíble con Universal Robots”, dice.

Tanto la transferencia como la guía de visión del robot utilizan los registros de protocolos de comunicación Modbus en los controladores de los robots UR. Hessling dice que el protocolo Modbus facilitó la comunicación entre los dos robots. A través de la pantalla táctil, que viene con cada robot, establece las coordenadas a través de las cuales quiere que se mueva el robot; y los dos robots confirman entre sí que están donde se supone que deben estar, dice él.

Según Hessling, tiene la opción de tener entradas y salidas discretas, como las de un controlador lógico programable normal, o podría usar valores de registro, que es lo que usó para las coordenadas de la cámara de visión. Dado que el Modbus registra lo que puede emitir, indica que envió las coordenadas a los registros Modbus en el controlador de Universal Robot. Esto generó las coordenadas de las piezas y dirigió al robot allí. No hubo ninguna secuencia de comandos. De hecho, Hessling afirma que fue una instalación muy limpia.

“Toda la comunicación que hicimos fue a través de nuestra red de computadoras; de hecho, nada se une por cableado”.

Durante la producción, cuando la UR5 coloca la pieza no mecanizada en el torno, la detección de fuerza del robot identifica si la pieza está deformada, tiene rebabas o si hay viruta en las mandíbulas del mandril.

Por ejemplo, cuando el robot intenta alcanzar las coordenadas establecidas para su colocación y hay una obstrucción que hace que la fuerza en el extremo del brazo supere los 50 Newton (que Hessling programó como umbral), aplica un chorro de aire para limpiar los residuos. Si esto no elimina las partículas después de varios intentos, el robot le indica a la máquina que ejecute un ciclo de lavado de mandril, el cual usa el sistema de refrigerante de alta presión de la máquina para desalojar los desechos de las mordazas del mandril.

Si la pieza todavía no puede cargarse después del lavado con el líquido refrigerante, aparecerá una ventana emergente en la pantalla táctil del robot, indicándole al operario que elimine cualquier escombro de las mandíbulas del mandril y presione “continuar”. Si el problema persiste, otra alerta detiene el programa por completo. El operario puede diagnosticar el problema, arreglarlo y reiniciar la producción.

Según Hessling, el robot corrige un problema de "fallo de carga" alrededor de tres o cuatro veces por hora, lo que ayuda a eliminar el tiempo de inactividad. El operario sólo tiene que intervenir una vez por turno y a veces no interviene en absoluto, dice, explicando que los robots no tienen la culpa; es sólo la naturaleza de las virutas generadas a partir del mecanizado de aluminio.

La liberación de las personas que atienden las máquinas también ha desempeñado un papel importante en el aumento de la calidad del producto. Mack dice que cuando los empleados no están preocupados por mantener una máquina en funcionamiento, tienen más tiempo para inspeccionar visualmente los productos mecanizados.

“La calidad de la pieza ha ido realmente a un nivel completamente diferente con el robot UR instalado, al mismo tiempo que le permite a nuestro personal aportar nuevas ideas y mejores formas de mejorar nuestra producción”, dice.

McMillan está de acuerdo: “Cuando le deja a la gente espacio para buscar formas de reducir el trabajo operativo de sus actividades diarias, las personas encuentran esas formas. Ha habido varios días en los que he entrado y he visto el robot en algún otro lugar del taller que me sorprendió. No veo que nuestras posibilidades sean limitadas respecto a los lugares en los que podamos usarlos”.

La siguiente aplicación del robot UR probablemente se encuentre en una estación de desbarbado dentro de la celda de mecanizado CNC donde las piezas están siendo desbastadas a mano. La compañía también está estudiando el potencial uso del robot para embalar y enviar piezas, así como con sus máquinas láser.