Revolucionando el lijado y pulido robótico:tecnología de abrasión de materiales con detección de fuerza para mayor precisión

Sin tecnología de detección de fuerza, no se pueden desarrollar aplicaciones de pulido y lijado. (Imagen:Flexiv)

El panorama manufacturero está experimentando una transformación, impulsada por la necesidad de tecnología innovadora, eficiente y precisa que pueda reemplazar eficazmente la costosa mano de obra manual. Este artículo examina los avances en la tecnología de abrasión de materiales de Flexiv, centrándose específicamente en las aplicaciones de lijado y pulido y la utilidad de la tecnología de control de fuerza.

El héroe invisible:sensores de fuerza precisos y duraderos

Una de las características distintivas que potencia el proceso automatizado de abrasión de materiales son los sensores de fuerza. Normalmente integrados en herramientas de lijado de extremo de brazo en robots colaborativos tradicionales, brindan al robot la capacidad de sentir la superficie con la que interactúa y ajustar la fuerza que impacta en la pieza de trabajo en consecuencia.

Los robots adaptativos utilizan la misma tecnología básica, pero en lugar de utilizar únicamente un sensor de fuerza en el extremo del brazo, utilizan sensores de torsión precisos que están integrados en cada uno de los siete grados de libertad de un robot adaptativo, junto con un sensor de fuerza en el extremo del brazo. Esta configuración permite el procesamiento de datos de fuerza a partir de múltiples entradas, lo que ofrece una comprensión más detallada y matizada de cómo interactúan las herramientas del extremo del brazo con la pieza de trabajo.

Esto sólo es posible gracias al desarrollo de una tecnología patentada de detección de desplazamiento que proporciona a los operadores de robots adaptativos dos ventajas esenciales:

• Estabilidad y precisión:la resistencia a la deriva térmica proporciona una precisión mejorada.

• Durabilidad:Diseñados para soportar millones de ciclos de sobrecarga, los sensores están listos para la industria.

En comparación con los transductores de galgas extensométricas convencionales, estas características críticas garantizan un rendimiento confiable, incluso cuando se enfrentan a fluctuaciones de contracción y expansión térmicas que los galgas tradicionales encuentran difíciles de acomodar.

Sin tecnología de detección de fuerza, no se pueden desarrollar aplicaciones de pulido y lijado. Saber cuánta fuerza aplicar a un objeto es fundamental, al igual que adaptarse a las variaciones de las superficies cóncavas y convexas.

Flexibilidad desatada:el diseño de siete articulaciones

Con el control de fuerza directo, no es necesario instalar dispositivos de cumplimiento pasivos o activos adicionales entre la brida del robot y las lijadoras/amoladoras. Esto hace que toda la solución de lijado sea más ligera, fiable, compacta y rentable. (Imagen:Flexiv)

Los robots deben ser tan flexibles y adaptables como los humanos para reemplazar el trabajo manual de manera efectiva. El brazo humano es una maravilla evolutiva con siete puntos de articulación, y es por eso que los robots adaptativos comúnmente incluyen siete grados de libertad (DOF). En comparación con los seis grados de libertad de un robot colaborativo tradicional, esta dimensión adicional de movimiento proporciona mayor flexibilidad y maniobrabilidad en entornos operativos complejos.

Dado que cada articulación cuenta con su propio sensor de torsión, el robot recibe un control preciso sobre cada DOF, lo que mejora la precisión general de sus operaciones. Esta precisión es vital, especialmente en aplicaciones como el lijado.

El rendimiento del control de fuerza también se puede mejorar aún más mediante la optimización de las configuraciones de las articulaciones. Con la ayuda del DOF adicional, el robot puede utilizar la configuración de "articulación" más eficiente para lograr la mejor respuesta y precisión de control de fuerza posibles.

Para ilustrar la importancia de la articulación y la sensibilidad, imaginemos lijando a mano un trozo de madera; Los movimientos coordinados de la muñeca, el codo y el hombro, junto con la retroalimentación táctil, son fundamentales para el proceso de lijado. Si intentara lijar con guantes gruesos o con el codo inmovilizado, la tarea se volvería increíblemente difícil y consumiría mucho tiempo.

El cumplimiento omnidireccional también es crucial, especialmente con equipos como lijadoras de banda donde el robot sujeta la pieza de trabajo. Para mantener un contacto continuo entre la pieza de trabajo y la lijadora de banda, el robot debe cambiar constantemente la dirección de la fuerza durante el proceso abrasivo. (Imagen:Flexiv)

En esencia, al incluir un séptimo grado de libertad en las tareas de abrasión de materiales, el proceso no sólo se vuelve más fácil de cumplir sino también cinemáticamente más eficiente, con un mayor nivel de precisión.

Revolucionando la precisión con el control directo de la fuerza

Un elemento central del proceso de abrasión del material es la implementación del control directo de la fuerza. Este método transforma instantáneamente los comandos de fuerza en comandos de torsión articular, lo que produce tiempos de respuesta mucho más rápidos a los cambios de fuerza. Este método reemplaza el control de fuerza indirecto que suelen utilizar los robots colaborativos, donde la fuerza se convierte en comandos de velocidad de las articulaciones y posteriormente en comandos de torsión o corriente de las articulaciones.

Al saltarse estos pasos intermedios, un robot adaptativo puede disminuir significativamente la rigidez en la dirección de la fuerza, mejorando así en gran medida la precisión del control de la fuerza. Esta mejora es fundamental en las tareas de lijado y pulido fino, donde es imperativo mantener un control meticuloso de la fuerza para lograr un acabado superficial superior.

Con el control directo de la fuerza, no es necesario instalar dispositivos de cumplimiento pasivos o activos adicionales entre la brida del robot y las lijadoras/amoladoras. Esto hace que toda la solución de lijado sea más ligera, fiable, compacta y rentable.

La ventaja del cumplimiento omnidireccional

El cumplimiento omnidireccional equipa a los robots adaptativos con la capacidad de controlar fuerzas en todas las direcciones dentro del espacio cartesiano. Esto representa una mejora con respecto a las soluciones tradicionales que solo podían gestionar la fuerza en direcciones axiales o radiales.

Las soluciones robóticas tradicionales están limitadas a este respecto debido a su dependencia de dispositivos de cumplimiento. Sus limitaciones inherentes al diseño los limitan a producir movimientos lineales o rotacionales a lo largo o alrededor de ejes específicos. Aunque esta tecnología tradicional todavía se puede utilizar para tareas abrasivas básicas, el control de fuerza multidireccional suele ser necesario en la fabricación del mundo real.

El cumplimiento omnidireccional es vital para tareas complejas de abrasión de materiales que requieren control de fuerza simultáneo en múltiples direcciones. Si imaginamos un robot lijando un objeto con curvas complejas y superficies irregulares, debe haber algo más que un simple control de fuerza axial o radial. Las formas complejas requieren destreza en el control de la fuerza en todas las direcciones en el espacio cartesiano tridimensional.

Los robots equipados con este cumplimiento omnidireccional pueden definir con precisión la adaptabilidad de la fuerza en cualquier marco de punto central de herramienta (TCP). Esta capacidad permite el ajuste dinámico de la fuerza ejercida, en relación con el efector final del robot, lo que mejora la versatilidad en tareas complejas.

La reducción de las vibraciones es esencial para las tareas de abrasión de materiales. El exceso de vibraciones puede dañar las piezas de trabajo y acortar significativamente la vida útil operativa de los sistemas mecánicos, especialmente en aplicaciones de alta vibración como el rectificado. (Imagen:Flexiv)

El cumplimiento omnidireccional también es crucial, especialmente con equipos como lijadoras de banda donde el robot sujeta la pieza de trabajo. Para mantener un contacto continuo entre la pieza de trabajo y la lijadora de banda, el robot debe cambiar constantemente la dirección de la fuerza durante el proceso abrasivo. Para lograr esto, se puede configurar un TCP externo con respecto a la lijadora, lo que resulta en una dirección de cumplimiento constante, incluso cuando la postura del robot cambia durante la operación.

El cumplimiento omnidireccional es una herramienta poderosa que amplía la gama de tareas de abrasión de materiales que puede realizar un robot. La integración del control de fuerza avanzado con el cumplimiento omnidireccional no solo mejora la flexibilidad sino que también agiliza el proceso de calibración y ajuste, reduciendo el tiempo y el esfuerzo necesarios durante el despliegue y el ajuste.

Ángulo de contacto y seguimiento del contorno

Los ángulos de contacto programables permiten a los operadores definir directamente la fuerza promedio ejercida sobre una superficie, una mejora con respecto a los métodos convencionales donde el ángulo de contacto afecta la fuerza. Esto tiene implicaciones importantes para las tareas de rectificado industrial, ya que permite a los operadores variar los ángulos de contacto a lo largo de la ruta de rectificado sin alterar los ajustes de control de fuerza, manteniendo así una presión constante.

El seguimiento de contornos, otro avance que aprovecha el cumplimiento omnidireccional, contrasta con los sistemas tradicionales que luchan por mantener una fuerza constante contra formas irregulares. El seguimiento de contornos permite ajustes automáticos en tiempo real para la dirección de la fuerza, lo que garantiza un esfuerzo constante, independientemente de los contornos de la superficie o los movimientos del robot.

Estas características duales aumentan la calidad del resultado de la tarea de abrasión del material y reducen el tiempo necesario para ajustar la trayectoria. En pocas palabras, el ángulo de contacto y el seguimiento del contorno pueden reducir el tiempo de implementación de horas a minutos. Esto facilita el proceso de implementación y minimiza la necesidad de ajustes constantes, lo que permite que las piezas de trabajo se completen más rápido y con un estándar más alto de lo que antes era posible.

Durabilidad mejorada con reducción de vibraciones

La reducción de las vibraciones es esencial para las tareas de abrasión de materiales. El exceso de vibraciones puede dañar las piezas de trabajo y acortar significativamente la vida útil operativa de los sistemas mecánicos, especialmente en aplicaciones de alta vibración como el rectificado.

Flexiv aborda este problema reduciendo las vibraciones aproximadamente entre un 25 y un 50 por ciento mediante el control del par de las articulaciones. Esto no solo extiende la vida útil operativa del equipo utilizado por el robot, sino que también mejora la calidad general de la pieza de trabajo al eliminar los "remolinos y remolinos" en las superficies que la vibración puede causar durante el proceso de eliminación de material.

Perspectivas futuras

El campo de la robótica avanza rápidamente y los recientes desarrollos en robótica adaptativa han permitido crear soluciones innovadoras que eran simplemente imposibles con la tecnología robótica colaborativa tradicional.

La abrasión robótica de materiales todavía presenta desafíos formidables; sin embargo, el control directo de la fuerza, el cumplimiento omnidireccional y la reducción de la vibración hacen que las soluciones efectivas sean factibles y prácticas.

Ser capaz de detectar con más precisión de la que antes era posible abre una nueva gama de posibilidades de automatización. Cuando combinamos esto con plataformas como el sistema de inteligencia artificial NOEMA, prácticamente no hay límites en cuanto a los procesos que se pueden automatizar.

La automatización de la abrasión de materiales está evolucionando junto con los avances en hardware y soluciones de software inteligentes, lo que marca un cambio con respecto a los enfoques y métodos de ejecución tradicionales que requieren mucha mano de obra y que eran comunes hace solo unos años.

De cara al futuro, la abrasión automatizada de materiales podría convertirse en algo tan común como el atornillado automatizado o las aplicaciones pick and place.

Este artículo fue escrito por Ran Xu, Gerente de Ingeniería Robótica, Flexiv Robotics (Santa Clara, CA). Para obtener más información, visita aquí  .