Robots Colaborativos Guiados a Mano: Estándares de Seguridad Explicados

Hay cuatro métodos para la operación de robots colaborativos (cobots) definidos en el estándar de seguridad RIA 15.06-2012 y cada uno tiene su lugar en operaciones de manufactura. De los cuatro, la guía manual parece recibir la menor atención. En el estándar de seguridad, la sección 5.10 (Requisitos de Operación Colaborativa) define los requisitos necesarios para que los robots funcionen en operación colaborativa cumpliendo con uno o más de los siguientes:

• 5.10.2 Parada monitoreada con clasificación de seguridad

• 5.10.3 Guía manual

• 5.10.4 Monitoreo de velocidad y separación

• 5.10.5 Limitación de potencia y fuerza por diseño inherente o control

La guía manual simplemente establece que el equipo —por ejemplo, un mango de guía manual— estará ubicado cerca del efector final o herramienta del robot y tendrá tanto una parada de emergencia como un dispositivo habilitador (piensa en interruptor de hombre muerto como el que verías en un colgante de enseñanza). Muchos usuarios de automatización ven la guía manual simplemente como “enseñanza guiada”, que es la capacidad de mover el robot libremente para enseñar puntos o caminos en la operación. Esta es una opinión común pero la enseñanza guiada es solo la punta del iceberg en la gran cantidad de aplicaciones que pueden mejorarse con guía manual.

Otra visión común es que las aplicaciones de guía manual son limitadas para alcances más largos o cargas útiles más pesadas porque no hay muchos cobots grandes disponibles. Si bien es cierto que la mayoría de robots colaborativos de limitación de potencia y fuerza pueden no manejar aplicaciones muy grandes, es importante entender que la mayoría de robots pueden usarse para una aplicación colaborativa.

En el núcleo de los robots colaborativos u operación colaborativa está la colaboración —trabajar conjuntamente con otros. La colaboración con un robot se piensa frecuentemente como trabajar mano a mano con el robot para completar una tarea. En el núcleo, la guía manual es un operador moviendo o guiando el robot a mano —una forma de operación colaborativa más alineada con el verdadero significado de colaboración.

Tenga en cuenta que el uso más eficiente de robots colaborativos se logra haciendo que el operador y el robot interactúen cuando sea necesario y dejen a cada uno completar tareas individuales en su propio espacio de trabajo. No es muy diferente cuando se comparte una estación de trabajo con otra persona. Al integrar herramientas para asistir operadores, los dispositivos deberían aumentar la eficiencia y disminuir el estrés o la tensión. Si constantemente está alcanzando o moviéndose alrededor de su compañero, ya sea una persona o un robot, todo el proceso sería menos eficiente. Es mejor examinar de cerca la tarea en su conjunto y la solución que está intentando lograr para determinar el mejor ajuste para un robot colaborativo.

Flexibilidad y Funcionalidad

Según la sección 5.10.3 de los estándares de seguridad RIA 15.06-2012, el equipo de guía manual necesita tener una parada de emergencia e interruptor habilitador. Sin embargo, en casos donde la guía manual se usa en un robot que cumple con los requisitos de operación colaborativa de limitación de potencia y fuerza, la parada de emergencia e interruptor habilitador pueden no ser necesarios. Por estas razones, realmente ayuda cuando hay múltiples opciones de guía manual. FANUC ofrece dos tipos de mangos de guía manual: uno incluye la seguridad integral necesaria para robots estándar y el otro es inalámbrico y funciona con la serie CR de robots de limitación de potencia y fuerza. Cuando un producto tiene muchas opciones funcionales, es como tener una caja de herramientas bien surtida —puede que no necesite todas las herramientas todo el tiempo pero tenerlas disponibles cuando sea necesario puede ayudar a los usuarios a navegar rápidamente alrededor de obstáculos.

Enseñanza Basada en Puntos — En la enseñanza basada en puntos, el usuario mueve el robot usando el mango de guía manual a una posición, luego presiona el botón de enseñanza para registrar el punto. El usuario continúa guiando el robot a la siguiente posición y registra el punto. Repetir este proceso puede generar rápidamente un programa de movimiento completo para toda la aplicación. La enseñanza basada en puntos es un proceso intuitivo que es especialmente fácil para aquellos que nunca han usado o programado un robot.

Enseñanza Basada en Trayectoria — Para algunos procesos, se requiere registrar el movimiento completo de la trayectoria del robot. Este método se aplica a aplicaciones como lijado o pulido sobre una superficie de contorno complejo cuando es esencial tener una trayectoria suave que siga una forma. El software de guía manual se configura para registrar automáticamente posiciones durante el movimiento del robot, que luego reproduce con precisión la trayectoria completa. El operador simplemente presiona y mantiene el botón de enseñanza y luego mueve el robot a lo largo de la trayectoria. A medida que el robot se mueve, se generan posiciones en intervalos preestablecidos. Una vez que el movimiento está completo y se suelta el botón, la trayectoria se genera en el programa. Si se necesita ajuste fino, cada posición puede modificarse individualmente para lograr la trayectoria perfecta.

Otra característica del mango de guía manual es un botón para controlar el utillaje. Cada presión del botón alternará el estado de la herramienta. Esto es especialmente útil en aplicaciones robóticas donde un operador necesita mover una pieza de una ubicación a otra. Hay programas disponibles para limitar la función del agarre en las ubicaciones de recogida o colocación para evitar que el operador suelte accidentalmente la pieza fuera de las zonas preestablecidas.

Algunas aplicaciones podrían requerir movimiento de robot más lento y preciso en áreas críticas. Se incluye un botón que puede cambiar automáticamente el movimiento del robot bajo control de guía manual a una velocidad más lenta para mejor control de la posición del robot. En otras situaciones, puede ser mejor limitar el movimiento del robot a solo movimiento lineal, no permitiendo rotación de la herramienta. Se incluye un botón para cambiar el perfil de movimiento de articulación rotacional a solo movimiento lineal.

En el producto de guía manual cableado más grande, se incluye un botón adicional para programar aplicaciones que requieren control de proceso y flexibilidad máximos, como operaciones de múltiples etapas o cuando las regulaciones de seguridad locales requieren operación con dos manos del robot. A menudo, este botón adicional se usa para indicar el final de la porción de guía manual de la aplicación y permite que el robot regrese al modo autónomo individual una vez que se cumplen los requisitos de seguridad necesarios (p. ej., el operador abandona el espacio colaborativo).

Aplicaciones de Guía Manual

Ahora que sabemos qué es la operación colaborativa de guía manual y todas las características disponibles con el producto, ¿cómo están usando este producto las empresas? Como se mencionó anteriormente, a menudo es mejor separar las aplicaciones de guía manual según tareas.

Ejemplo de Aplicación 1

Esta aplicación tiene un operador usando un dispositivo de asistencia de elevación manual para cargar piezas en una estación de ensamblaje que alimenta el resto de la línea. El operador camina el dispositivo de asistencia al estante de piezas y recoge la pieza, luego camina la pieza a la estación de ensamblaje y la carga en el accesorio. Una vez que la pieza está en su lugar, el operador mueve el dispositivo de asistencia fuera del camino para que no interfiera con el resto de la operación. En lugar de agregar automáticamente un robot de guía manual como reemplazo directo de la asistencia de elevación, examinemos las funciones de la aplicación por separado.

La Parte 1 es una operación de robot autónoma que requiere que el robot recoja una pieza de un estante y la lleve al operador. Configurar una cortina de luz entre el robot y el operador permitirá que el robot funcione de forma segura en modo automático cuando se configure correctamente según la evaluación de riesgos. Esto permite que el robot alivie al operador manejando la parte repetitiva y de levantamiento pesado del proceso.

La Parte 2 comienza una vez que el robot recoge la pieza y la lleva a la cortina de luz. En este punto, el operador alcanza a través de la cortina de luz, lo que pone al robot en una verificación de velocidad cero calificada por seguridad. Una vez activado el interruptor habilitador, el movimiento del robot está bajo control del operador, quien luego lo guía al área de ensamblaje donde la pieza se carga en el accesorio. Una vez que la pieza se suelta, el operador guía al robot de vuelta a través de la cortina de luz.

Cuando se suelta el interruptor habilitador, el robot regresa a la verificación de velocidad cero calificada por seguridad hasta que la cortina de luz se limpia. El robot puede entonces reanudar el modo autónomo y regresar al estante de piezas para la siguiente pieza. El operador realiza la operación de ensamblaje y luego envía la pieza por la línea a la siguiente estación. Al no tener que obtener piezas manualmente del estante, el tiempo del operador se libera para realizar trabajo adicional de valor agregado.

El ahorro de tiempo puede ser suficiente para reducir el número de estaciones de ensamblaje en la línea ya que el operador puede realizar trabajo adicional dentro del tiempo de tarea de la primera estación. Además, al final del turno, el operador estará menos cansado por no tener que caminar entre la primera estación y el estante de piezas en cada ciclo de pieza.

Ejemplo de Aplicación 2

Este ejemplo involucra una estación existente de inspección de soldadura colaborativa. Este sistema de Parada Monitoreada por Seguridad tiene el robot trayendo un marco soldado a un espacio de trabajo compartido. Una vez que el robot se detiene, el inspector de soldadura entra al espacio compartido e inspecciona la soldadura. Cuando las soldaduras necesitan retoques, la pieza puede no estar en el ángulo ideal para soldar. En lugar de requerir que un técnico vaya a la celda y maneje el robot, se usa guía manual. El mango de guía manual se adjunta al utillaje en una ubicación conveniente para que el inspector de soldadura acceda.

Habilitar la guía manual permite que la pieza se mueva fácilmente a la posición correcta para retoques de soldadura. Esto también permite al inspector ver múltiples lados de la pieza moviéndola manualmente con el mango de guía manual. Esta aplicación ahora incorpora dos tipos de operación colaborativa y es un ejemplo de cómo múltiples tipos de operación colaborativa pueden diseñarse juntos para proporcionar la solución de manufactura ideal.

Ejemplo de Aplicación 3

Una buena aplicación de inicio/hazlo tú mismo involucra usar guía manual para simplificar un proceso de visión donde estilos de piezas o bandejas se cambian manualmente. La configuración del sistema primero requiere que el operador coloque una bandeja de piezas en una mesa. El robot usa visión para encontrar la bandeja y la primera pieza, y luego comienza el proceso.

A medida que cambian las bandejas de piezas, la posición de visión del robot debe ajustarse. Usar guía manual puede aliviar al operador de tener que poner el robot en modo enseñanza para hacer cambios de ‘buscar visión’ en el colgante de enseñanza. Una vez que esta función está pre-programada, el operador puede hacer los cambios necesarios usando la herramienta de guía manual. El botón de proceso adicional en la herramienta de guía manual comunica que el operador ha movido el robot a mano a una nueva posición de ‘buscar visión’. El robot luego usa la nueva posición enseñada con guía manual hasta el próximo cambio de bandeja de piezas.

Para nuevos usuarios o aficionados al bricolaje, este método es extremadamente fácil de usar comparado con modificar un programa de robot y ayuda a ahorrar tiempo valioso.

Ejemplo de Aplicación 4

Muchos talleres de soldadura de alta mezcla/bajo volumen están experimentando una falta de soldadores capacitados y calificados. Agregar guía manual a un robot de soldadura por arco permite a un operador con conocimientos básicos de soldadura enseñar fácilmente programas para soldar sus piezas de pequeños lotes. El operador usa guía manual para mover la antorcha de soldadura, de modo que el alambre esté en la posición adecuada para la junta de soldadura. Los botones en el hardware de guía manual proporcionan una interfaz de usuario simple que facilita crear un programa completo para cualquier pieza. El operador puede luego dejar que el robot suelde la pieza mientras él pasa a la siguiente estación de soldadura.

La guía manual del robot alivia la necesidad de que el soldador sea competente en manejo y programación del robot con el colgante de enseñanza. Al permitir que el soldador programe el robot rápida y fácilmente, pueden mantener la producción funcionando en múltiples estaciones con una alta mezcla de piezas.

A medida que más fabricantes pequeños y medianos implementan robots para abordar una variedad de aplicaciones y procesos, las herramientas y técnicas de guía manual continuarán expandiéndose en funcionalidad y volviéndose aún más fáciles de usar.

Este artículo fue contribuido por FANUC America Corp., Rochester Hills, MI. Para más información, visite aquí .