Optimización del ensamblaje:un estudio comparativo de cuatro técnicas de recogida y colocación de robots industriales

20
mayo

Comparación y contraste de cuatro técnicas de recogida y colocación de robots industriales para el montaje

• Por:Brian McMorris
• Recogida de contenedores en 3D
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Boletín informativo de soluciones simples de mayo de 2024

En el panorama industrial actual, la automatización desempeña un papel fundamental en la reducción de la demanda y el costo de la mano de obra, mejorando la productividad y la eficiencia de la fabricación en la mayoría de los sectores y aplicaciones del mercado. Entre las numerosas técnicas de automatización en el arsenal del ingeniero, las operaciones de recogida y colocación de robots industriales se destacan como tecnologías cruciales en los procesos de fabricación y logística que pueden automatizarse, reduciendo la demanda de mano de obra. Estas operaciones implican el movimiento de objetos o piezas de un lugar a otro, lo que a menudo requiere precisión y velocidad. En esta comparación, profundizamos en cuatro técnicas destacadas de selección y colocación:alimentadores flexibles, recolección de contenedores 4D, tazones de alimentación vibratorios y seguimiento de líneas transportadoras.

1. Comederos flexibles:

Los alimentadores flexibles utilizan varios mecanismos, como sistemas neumáticos, vibratorios o robóticos, para presentar piezas a un sistema de visión artificial para operaciones robóticas de recogida y colocación. Estos alimentadores se adaptan a diferentes formas y tamaños de componentes, lo que los hace versátiles en entornos de fabricación con diversas líneas de productos. Una de las ventajas clave de los alimentadores flexibles es su capacidad para manejar objetos de forma irregular y piezas con geometrías complejas. Pero las piezas no pueden ser mayores que 1/3 del ancho de la placa de alimentación para que haya espacio para la singularización y ubicación mediante visión artificial. Generalmente, las piezas deben tener entre 1 mm y 100 mm en su dimensión más larga y deben pesar menos de 1 kg (2,2 lb) cada una

Más allá de los límites de tamaño, los alimentadores flexibles también tienen otras limitaciones potenciales. Pueden ser más lentas en comparación con otras técnicas de selección de piezas, especialmente cuando se trata de piezas complejas que requieren una orientación precisa. Además, la configuración y calibración inicial de los alimentadores flexibles puede llevar mucho tiempo y requerir personal capacitado con experiencia en robótica y visión. Las piezas deben ser rígidas y no pueden ser blandas ni gomosas, ya que no responderán a las vibraciones u oscilaciones de la máquina necesarias para singularizar las piezas.

Una de las claves para una aplicación exitosa de alimentador flexible es la selección, calibración e integración adecuadas del sistema de visión artificial que identifica, califica y ubica una pieza para ser recogida, enviando las coordenadas y la rotación de la pieza al controlador del robot. Junto con esto, está la selección adecuada de iluminación, iluminación superior o de fondo, selección del diseño de la placa de alimentación y extensión del tiempo de funcionamiento sin supervisión mediante opciones de alimentación a granel. A partir de entonces, se debe programar el robot para que se desplace hasta la pieza y la recoja con una pinza adecuada. Una vez seleccionada, la pieza se coloca en un dispositivo personalizado o en un nido para su posterior procesamiento o ensamblaje. Toda la operación permite recoger, orientar y colocar de 10 a 30 piezas por minuto.

2. Recogida de contenedores 4D:

La recogida de contenedores 4D implica el uso de sistemas de visión avanzados, incluida la Inteligencia Artificial (IA) y la robótica integrada para identificar y recoger objetos de un contenedor o contenedor en las tres dimensiones:ancho (X), largo (Y) y alto (Z), más la intensidad de la iluminación. Esta técnica es muy eficiente en el manejo de materiales a granel y orientaciones de piezas aleatorias y superpuestas en contenedores incluso profundos. Al emplear sensores de visión y algoritmos sofisticados, los sistemas de recogida de contenedores 4D pueden localizar y agarrar objetos con precisión, incluso en entornos desordenados con iluminación muy variable.

Uno de los principales desafíos de la recolección de contenedores 4D es la complejidad computacional involucrada en el procesamiento de grandes cantidades de datos visuales en tiempo real. Aquí es donde entra en juego la IA (enseñanza masiva de orientación de piezas y posibilidades de iluminación), junto con chips de procesamiento matemático avanzado en el servidor de aplicaciones. Lograr un reconocimiento confiable de objetos, en una variedad de condiciones de iluminación, y la generación en tiempo real de algoritmos de planificación de agarre requiere importantes recursos computacionales y experiencia. Para los sistemas de recolección de contenedores 4D, el costo está en el cálculo de la GPU de alta gama y no en las cámaras.

La selección de contenedores 4D es una técnica excelente para velocidades de alimentación moderadas. Este enfoque a menudo puede resolver piezas irregulares o más grandes donde un alimentador flexible será menos efectivo o ni siquiera posible. Las piezas más largas pueden superponerse entre sí en la forma clásica de "recoger palos", pero la visión es capaz de discernir al mejor candidato para elegir y dirigir al robot en la postura adecuada para recoger y colocar la pieza a un ritmo rápido de 10 a 30 piezas por minuto.

3. Cuencos alimentadores vibratorios:

Los tazones alimentadores vibratorios utilizan vibraciones en un tazón fabricado con precisión con una pista que las piezas deben seguir para orientar y alimentar piezas a un robot para operaciones de recogida y colocación. Estos cuencos son particularmente eficaces para componentes de tamaño pequeño y mediano que pueden manipularse fácilmente mediante fuerzas de vibración. Los tazones alimentadores vibratorios son conocidos por su operación de alta velocidad y su confiabilidad para mantener la orientación de las piezas durante el proceso de alimentación. Se utilizan fotosensores y ráfagas de aire para detectar piezas que se desplazan incorrectamente y "soplarlas fuera" de la vía o purgarlas mediante aberturas estratégicas en la vía.

A pesar de su eficiencia, los tazones alimentadores vibratorios tienen limitaciones, especialmente cuando se trata de piezas delicadas o sensibles que pueden ser susceptibles a daños por vibración excesiva. Además, el diseño y la personalización de tazones de alimentación para diferentes geometrías de piezas puede ser un desafío y puede requerir ingeniería especializada y experiencia artesanal. Si hay frecuentes cambios de producto final que requieren diferentes piezas para el ensamblaje, entonces se debe diseñar un tazón de alimentación único para esas piezas y todos los tazones deben cambiarse y recalibrarse. Esta es una operación costosa y oportuna que hace que los tazones vibratorios sean más adecuados para altas tasas de producción de productos finales fijos con volúmenes de cientos de miles o millones de piezas por año. Los tazones vibratorios son capaces de colocar piezas para recolección a una velocidad de 60 a 200 piezas por minuto, y la recolección generalmente se realiza mediante una "automatización dura" dedicada, ya que esta velocidad excede las capacidades de la mayoría de los brazos robóticos.

4. Seguimiento de la línea transportadora:

El seguimiento de la línea transportadora implica sincronizar el movimiento de un robot con una cinta transportadora en movimiento para recoger y colocar objetos a medida que viajan a lo largo de la línea de producción. Esta técnica se utiliza comúnmente en entornos de fabricación de gran volumen donde el funcionamiento continuo y el rendimiento rápido son esenciales. Al seguir la línea transportadora, los robots, normalmente diseños de robots "delta" de empresas como Fanuc y ABB, pueden posicionarse con precisión para recoger piezas a medida que estén disponibles.

Una de las ventajas clave del seguimiento de líneas transportadoras es su escalabilidad y eficiencia en el manejo de grandes volúmenes de piezas con un tiempo de inactividad mínimo. Esta técnica es popular en el envasado de productos alimenticios, como productos de panadería, snacks envasados ​​o ropa envasada. Se pueden lograr velocidades de hasta 120 por minuto con un robot delta. Sin embargo, esta técnica puede no ser adecuada para aplicaciones que requieren una orientación precisa de las piezas o que tratan con objetos de forma irregular. El típico delta de 4 ejes opera solo en un plano, no tiene mucho movimiento en “Z” o vertical, por lo que es mejor para recoger objetos planos y transferirlos a una línea de embalaje. Pero hay híbridos disponibles con una muñeca de 3 ejes y una pinza añadida al delta de 4 ejes, como el Fanuc M-1iA

Resumen

Cada técnica de recogida y colocación de robots industriales ofrece distintas ventajas y limitaciones según los requisitos específicos de la aplicación. Los alimentadores flexibles destacan por su versatilidad, pero pueden carecer de velocidad y precisión para determinadas tareas. La selección de contenedores 4D es ideal para manipular materiales a granel, pero requiere importantes recursos computacionales. Los tazones alimentadores vibratorios ofrecen un funcionamiento de alta velocidad, pero pueden no ser adecuados para piezas delicadas. El seguimiento de la línea transportadora garantiza un funcionamiento continuo, pero puede carecer de precisión para determinadas aplicaciones. En última instancia, los fabricantes deben evaluar cuidadosamente sus necesidades y elegir la técnica de recogida y colocación que mejor se alinee con sus objetivos y limitaciones de producción.

Futura Automation proporciona componentes o soluciones completas en cada categoría de picking y colocación para aplicaciones de ensamblaje. Futura Automation es el representante en EE. UU. de los alimentadores flexibles Flexfactory y es un distribuidor de robots autorizado por Fanuc y Brooks Automation para sistemas completos. Para los componentes de visión, Cognex con nuestro software patentado Feedware CX para facilitar la integración, los sistemas de visión Fanuc IR Vision o Keyence están disponibles e integrados en los sistemas existentes.

Para la recogida de contenedores 4D, Futura trabaja con Apera.ai, que tiene un sistema muy avanzado con visión rápida y sin errores y procesamiento de trayectorias robóticas. Vibromatic es una buena fuente de tazones alimentadores vibratorios cuando esa es la técnica adecuada. Para aplicaciones de seguimiento de líneas nuevamente, Futura Automation puede trabajar con Apera.AI, Cognex o Keyence para resolver el problema de visión y Fanuc para los robots delta. Comuníquese con Futura Automation con sus problemas de pick and place más difíciles y le brindaremos una excelente solución. tech@futura-automation.com