Los motores lineales permiten la innovación en las pinzas robóticas.
19. septiembre 2022
Al sustituir los cilindros neumáticos por motores lineales, el fabricante de maquinaria Keller HCW ha logrado desarrollar una innovadora pinza robótica de aplicación universal con alta capacidad de carga, capaz de sujetar, separar y mover incluso productos delicados de forma segura y suave. Los accionamientos eléctricos directos no solo proporcionan a la pinza una gran flexibilidad, sino que también garantizan repetibilidad, dinamismo, precisión y, por último, pero no menos importante, una eficiencia energética inalcanzable con los accionamientos neumáticos.
La pinza robótica con motores lineales desarrollada por Keller HCW es de aplicación universal y puede sujetar incluso productos delicados de forma segura y suave, agrupándolos antes de su colocación. (Fuente de la imagen: Keller HCW)
Ladrillos huecos, vasos, envases de comida para gatos, baldosas de cola de castor, paquetes de pañuelos de papel, pelotas de tenis: la nueva pinza robótica de Keller HCW los manipula todos de forma segura y con la fuerza óptima. El fabricante de maquinaria e instalaciones lo demostró recientemente con una instalación que atrajo gran atención en Automatica, en Múnich. Las pinzas robóticas de Keller HCW han demostrado su valía durante años en fábricas de ladrillos y otras empresas del sector de la cerámica pesada. Se utilizan, por ejemplo, para sujetar ladrillos sin cocer (ladrillos moldeados) y colocarlos a una distancia específica para garantizar un secado y cocción óptimos. Los ladrillos se introducen en la pinza mediante una cinta transportadora continua como una tira consolidada de aproximadamente 20 a 30 piezas. La pinza sujeta la tira completa, coloca los ladrillos individualmente a la distancia óptima durante el movimiento del robot y, a continuación, los deposita en grupo sobre soportes o cintas transportadoras especiales. “El desafío radica en que la resistencia de los ladrillos moldeados puede variar, lo que significa que solo podemos operar con una fuerza de agarre y una velocidad de aproximación limitadas. Además, solo disponemos de un breve lapso de tiempo para sujetar los ladrillos desde la cinta transportadora en movimiento”, explica Reinhold Ungruhe, Jefe de Automatización e Ingeniería Eléctrica de Keller HCW GmbH. Hasta la fecha, las pinzas robóticas con accionamiento neumático se utilizan principalmente para separar los ladrillos, así como para otros procesos de manipulación en la industria de la cerámica pesada.
Rangos de ajuste que antes estaban limitados a 10 mm por el sistema neumático.
Debido al recorrido limitado y la velocidad de ajuste relativamente lenta de los cilindros neumáticos, los rangos de ajuste no deben superar los 10 mm. Esto supone una desventaja cuando se procesan tejas de diferentes formas y tamaños en la misma línea, algo cada vez más frecuente. Por ello, en los países industrializados desarrollados, es habitual que los miles de tejas, incluidas las especiales necesarias (como las de cumbrera y remate), que requiere un tejado, se fabriquen según las especificaciones del cliente en un solo lote y en una única línea.
En la práctica, esto ha significado que las fábricas de ladrillos a menudo tengan que comprar varias pinzas por robot (generalmente robots de 6 ejes) y usarlas alternativamente para cubrir todos los formatos y tipos. Sin embargo, con un coste de adquisición de alrededor de 50.000 € por pinza, esto inmoviliza una cantidad significativa de capital en las empresas. Como alternativa, los usuarios pueden comprar solo una pinza por robot y reconfigurarla cuando se requiera un cambio de formato o tipo. Para minimizar estas reconfiguraciones que consumen mucho tiempo para el usuario, Keller ha desarrollado una pinza híbrida en la que las pinzas de accionamiento neumático se ajustan mediante un servomotor rotativo, lo que permite agrupar más formatos y tipos de ladrillos con una sola pinza.
Ajustar el sistema neumático requiere mucha delicadeza.
«Ajustar los sistemas neumáticos es bastante complicado en la práctica», señala Reinhold Ungruhe. «Esto se debe, en parte, a que los actuadores neumáticos se comportan de forma diferente según la temperatura ambiente, lo que limita el ajuste preciso del punto de agarre y la fuerza». La condensación y otros contaminantes en el aire comprimido complican aún más la situación. Los cilindros neumáticos tampoco están exentos de mantenimiento: necesitan lubricación, por ejemplo. Las juntas también pueden obstruirse o tener fugas, especialmente a altas frecuencias de funcionamiento del accionamiento, lo que obliga a sustituir el cilindro completo.
Por lo tanto, Keller ha ido un paso más allá y ha desarrollado una pinza de demostración totalmente eléctrica que carece de estas desventajas. Doce motores lineales LinMot PS01-37Sx120-HP-N mueven las mordazas de agarre montadas directamente. Se caracterizan por un recorrido máximo de 120 mm, una fuerza máxima de 122 N y un diseño especialmente compacto.
El motor lineal LinMot PS01-37Sx120-HP-N de la serie PS01 requiere poco espacio y se caracteriza por un gran recorrido y una elevada fuerza máxima. (Fuente de la imagen: LinMot)
Alta dinámica y repetibilidad gracias a los motores lineales.
“Los motores lineales ofrecen un control más preciso y son más dinámicos que los accionamientos neumáticos. Además, pueden cubrir distancias de desplazamiento mucho mayores en poco tiempo”, resume el especialista en automatización e ingeniería eléctrica de Keller. El patrón de colocación de los ladrillos se puede preconfigurar mediante la interfaz de usuario del sistema y modificar con solo pulsar un botón, sin necesidad de realizar modificaciones que consuman mucho tiempo ni cambiar la pinza. A diferencia de los accionamientos neumáticos, la fuerza de agarre también se puede controlar directamente. Esta capacidad, junto con el amplio recorrido y la alta dinámica, es en gran medida responsable de la alta dinámica y repetibilidad que ofrecen los motores lineales, lo que hace que la pinza sea tan versátil y capaz de manipular productos delicados como frascos de vidrio o cajas de cartón con la misma fiabilidad que productos robustos. La nueva pinza utiliza 12 servocontroladores ProfiNet de la serie C1100 de LinMot para controlar los motores lineales. Estos se diseñaron específicamente para aplicaciones en las que los cilindros neumáticos se sustituyen por motores lineales. Los controladores son muy compactos y ligeros, con unas dimensiones de tan solo 146 mm de altura, 26,6 mm de ancho y 106 mm de profundidad. «Esto es importante en lo que respecta a la carga útil de la pinza, ya que queríamos colocar los controladores directamente en ella para minimizar la cantidad de cables que atraviesan el robot», explica Reinhold Ungruhe. La desventaja del peso adicional se compensa con creces gracias a la eliminación de los colectores de válvulas, componentes mecánicos y sensores que antes eran necesarios, así como a la mayor flexibilidad y repetibilidad de los accionamientos eléctricos. «Para la producción en serie, el uso de los módulos multieje de LinMot o de los motores descentralizados de la compañía con electrónica de accionamiento integrada también sería ventajoso para reducir aún más el peso y el espacio», añade el experto en automatización.
Umweltfreundlich y wirtschaftlich
En los países desarrollados, otro aspecto de los accionamientos eléctricos directos está cobrando importancia para los usuarios: la eficiencia energética. "Cada vez más fabricantes de productos cerámicos toscos descubren que la eficiencia energética de sus procesos de producción es un factor diferenciador y un elemento que impulsa las ventas", informa Reinhold Ungruhe.
El aire comprimido no encaja en este panorama, ya que es una de las fuentes de energía más ineficientes y, por lo tanto, más caras. Solo alrededor del 5 % de la energía utilizada está disponible como potencia útil en el actuador. Especialmente con cilindros de alta velocidad, el elevado nivel de ruido por sí solo deja claro que se desperdicia una gran cantidad de energía. Los mayores costes iniciales de un accionamiento eléctrico se amortizan rápidamente. Incluso con cálculos conservadores, su eficiencia de alrededor del 97 % significa que se amortiza en un máximo de tres años. No es de extrañar, entonces, que cada vez más empresas se esfuercen por eliminar por completo el aire comprimido de sus procesos de producción. Keller implementó recientemente un sistema para rellenar bloques de hormigón huecos con lana de roca sin utilizar neumática. «El gran interés que generó la pinza en Automatica en Múnich confirma nuestra evaluación de que muchas industrias, más allá del sector de la cerámica pesada, están siguiendo esta tendencia y buscan una solución de agarre y separación flexible y fiable basada en motores lineales», afirma Reinhold Ungruhe, mirando con optimismo hacia el futuro cercano.