Diseño de un Sistema Personalizado de Manipulación y Ensamblaje de Tubos Médicos: Consideraciones Clave

Por Eric Anderson

Qué se Necesita para Crear una Máquina Automatizada Personalizada de Manipulación y Ensamblaje de Tubos Médicos

Puede ser un desafío diseñar y construir una máquina automatizada para ensamblar dispositivos médicos que usan tubos médicos extruidos. Los tubos extruidos pueden tener "mente propia" y el grado de aleatoriedad que puede ser difícil de manejar en una máquina automatizada. Sin embargo, adoptando un enfoque creativo y de resolución de problemas, aún puede automatizarse en un proceso exitoso y confiable.

Recientemente, los expertos de Steven Douglas Corp. (SDC) completaron una máquina robótica automatizada que produce ensamblajes que contienen tubos médicos extruidos. La máquina usó tres robots Fanuc de 6 ejes para ensamblar automáticamente un dispositivo médico que consistía en tubos, una abrazadera de tubo y dos "puertos" médicos que se pegaban a cada extremo del tubo. Al diseñar el sistema, la amplia experiencia de SDC en procesamiento, manipulación de materiales y automatización se combinó con el conocimiento de fabricación del cliente para crear una celda automatizada exitosa. Los componentes clave de este sistema incluyeron la alimentación y preparación del tubo, prueba de errores y manipulación robótica del tubo.

Alimentación y Preparación del Tubo

Antes de que pueda comenzar el ensamblaje, el tubo médico debe alimentarse a la máquina y prepararse para las operaciones robóticas que siguen. Esto incluye alimentar el tubo al sistema, cortar el tubo a la longitud correcta e instalar una abrazadera en el tubo.

Cuando el tubo se alimenta a la máquina de manera consistente, cada paso posterior se vuelve significativamente más fácil y confiable. Sin embargo, lograr esto es más fácil decirlo que hacerlo. El tubo extruido puede tener "mente propia" y actuará de manera diferente dependiendo de muchas variables. Limitar estas variables es un aspecto importante en el sistema de alimentación de tubos de SDC.

El sistema de alimentación de tubos médicos diseñado por SDC es simple de operar y mantener sin sacrificar funcionalidad. El tubo se alimenta a la máquina SDC desde una bobina y se carga en un desbobinador personalizado por un operador. Luego, el tubo se dispensa a través de un dispositivo de tensión ponderado que separa el tubo de la bobina y mide y rastrea la cantidad de tubo dispensado y la tensión a la que se dispensa. La tensión consistente es importante. Un par de correas accionadas por servomotores se usan para agarrar el tubo y guiarlo suavemente hacia la máquina, minimizando efectos externos en la longitud del tubo alimentado.

Para completar el sistema, SDC añadió un sistema de control de lazo cerrado y aprendizaje automático que ajusta automáticamente el sistema de alimentación servo para asegurar que la longitud del tubo alimentado sea consistente. El sistema de alimentación de SDC es personalizable y ajustable para acomodar una variedad de longitudes de tubo y la prueba de errores integrada de la máquina puede detectar fácilmente tubos que no cumplen con los requisitos del sistema.

Prueba de Errores (Error Proofing)

En cada aplicación, es importante que los productos finales cumplan con todos nuestros estándares de cliente, calidad y producción. La industria de dispositivos médicos no es una excepción. Los requisitos de la mayoría de los dispositivos médicos son más estrictos que otras industrias debido a su uso previsto. Un paso importante en el diseño de esta máquina automatizada es entender las posibles causas de defectos y diseñar una máquina para limitarlos. Considerando que no todas las piezas serán perfectas ni aceptables, se pueden agregar controles de proceso para detectar y separar las piezas "fallidas" y detener/pausar el proceso de ensamblaje según sea necesario.

Algunos ejemplos básicos, pero típicamente pasados por alto, de causas de defectos de piezas incluyen ejecutar la pieza incorrecta o ensamblar parcialmente una pieza. Para prevenir el ensamblaje de una pieza incorrecta, se requiere herramienta específica para manejar cada pieza y se usan sensores para asegurar que la herramienta correcta esté instalada. El software, los ciclos de recuperación y configuración están programados para que los robots limpien automáticamente la máquina de cualquier pieza que "falló" a mitad de ciclo. Esto asegura que las piezas incompletas se separen de las completadas.

El mismo sistema de visión artificial que se usa para un robot guiado por visión también puede usarse para inspección de entrada. Para este proyecto, un robot guiado por visión se usó para recoger piezas de un transportador y el sistema de inspección por visión verificó que la pieza correcta estaba presente. Se incluyó un sistema de visión adicional para inspeccionar el tubo antes del ensamblaje y verificar que la longitud del tubo era correcta. Finalmente, se agregaron varios sensores para detectar presencia de piezas usando una serie de láseres de fibra óptica y sensores capacitivos. Otro sensor también se instaló para verificar que se aplica pegamento antes del ensamblaje.

Al usar una combinación de todas estas herramientas y tecnologías, SDC pudo diseñar y construir una máquina que cumplió con los estándares de calidad requeridos en el 99.9% de las piezas. El sistema de visión artificial aseguró que el 0.1% de piezas que no cumplían con los estándares requeridos fueran separadas automáticamente.

Manipulación Robótica del Tubo

Con tubos médicos extruidos, hay un grado de aleatoriedad que puede ser difícil de manejar en una máquina automatizada, especialmente cuando la longitud del tubo aumenta. Mantener el control es un aspecto importante del concepto y diseño de la máquina SDC. SDC usó tres robots Fanuc de 6 ejes individuales que proporcionaron flexibilidad al transicionar entre diferentes piezas y pasos del proceso, mientras aún permitían que la máquina tuviera control total sobre el medio y ambos extremos del tubo en todo momento.

En este ejemplo, una vez que el tubo se alimenta a la máquina, se mantiene en una canaleta personalizada hasta que un robot agarra un extremo del tubo y un segundo robot agarra el otro extremo. Luego, cada robot se mueve a través de una secuencia programada para completar el proceso de ensamblaje de sumergir el tubo en pegamento y luego insertarlos con precisión en los puertos en cada extremo. Para longitudes de tubo más largas, se diseñó un soporte personalizado para mantener el bucle largo del tubo controlado y fuera del camino para que los robots se muevan a través de su secuencia. Una vez ensamblado, un tercer robot recoge el ensamblaje completado y lo deposita en un sistema de recolección.

Al usar múltiples robots, el tubo siempre está controlado, eliminando la posibilidad de enredos y ayudando a mantener un tiempo de ciclo de máquina rápido. Los robots también son beneficiosos porque pueden moverse de manera precisamente controlada y monitoreada, perfeccionando el proceso de ensamblaje.

Para este proceso, insertar la manguera en los accesorios fue un proceso desafiante que requirió precisión y flexibilidad debido a la aleatoriedad de la manguera. Con múltiples robots, SDC pudo finalmente configurar un proceso automatizado muy consistente y confiable a partir de un ensamblaje variable. Como integrador robótico preferido para Fanuc, Epson y muchos otros fabricantes de robots, SDC tiene amplia experiencia programando múltiples robots para trabajar simultáneamente, de forma segura y eficaz dentro del mismo sistema.

Expertos en Sistemas Robóticos Automatizados

SDC es una empresa de resolución de problemas. Nuestro enfoque creativo de resolución de problemas y equipo de profesionales de automatización experimentados aportan conocimiento experto en diseño de máquinas, ingeniería mecánica, control de máquinas, programación robótica, fabricación de piezas y ensamblaje completo de máquinas. Independientemente de si su aplicación usa tubos médicos extruidos o si está en la industria de dispositivos médicos, los mismos principios se aplicarán en la creación de su sistema automatizado. Tenemos amplia experiencia en un amplio espectro de industrias, con métodos probados y patentados para construir máquinas automatizadas confiables y duraderas para una amplia variedad de aplicaciones.

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